海口市雷暴气候特征及其灰色预测模型研究

　　摘要：本文利用海口市1951年～2014年地面气象观测雷暴日资料，采用了一元线性方程、5年滑动平均、M-K突变检验、灰色理论等方法，研究了海口市雷暴气候统计特征、灾变年预测，得到以下结论：一是通过对代表月雷暴日变化特征分析得出，5月份雷暴日每10年减少1.7天左右，7月份雷暴日每10年减少1.6天左右，9月份雷暴日每10年减少1天左右；二是通过对雷暴日年际、代表月突变年检验得出，1982年为海口市年雷暴日突变年，1980年为5月份、9月份雷暴日突变年，1975年为7月份雷暴日突变年；三是运用灰色理论建立了雷暴日灾变年预测模型，研究得出未来出现年雷暴日高于100天的年份为2025年。
　　关键词：雷暴日；时间尺度；M-K检验；灰色理论
　　中图分类号： P446 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.08.063
　　海南省位于我国最南端，属于亚热带季风气候区，根据雷暴資料统计得出，海南省年平均雷暴日达100多天，属于多雷活动地区。海南省四周环绕海洋，水资源条件充足，有利于雷暴气候的产生和发展[1]，因此海南地区雷暴活动较为活跃。活跃的雷暴天气不仅会对人畜造成一定的伤亡，同时对电力以及通信系统都会造成一定的损坏，还会对电子设备信号的正常传输造成一定的干扰，因此有必要研究海南地区雷电活动特征，并能够对雷暴日短期发展进行预报，为海南地区雷电灾害风险评估工作的开展提供指导。
　　根据建筑物防雷设计规范（GB50057-2010）[2]中指出，雷暴日数是计算建筑物预计年雷击次数，并对建筑物进行等级划分的一个重要参数。同时，（IEC62305-2）风险管理[3]中也指出，雷暴日是雷电灾害风险评估中一个非常重要的因子。国内很多学者对全球以及不同区域雷电活动进行了一系列研究，姜苏等[4]利用全球三个测站极低频闪电活动背景信号南北、东西两个方向上的磁场能量，使用多重分析方法，研究了南北、东西两个磁场分量信号的多重分布特征，研究发现南北、东西方向上的磁场信号均具有长程相关性，并得出可以使用多重分形谱参数对Q-burst进行识别。郭冬艳等[5-6]利用海南地区逐日雷暴资料，采用EOF正交函数分解法对海南地区雷暴气候特征进行研究。研究表明，海南年雷暴日呈显著的递减趋势，具有北部内陆雷暴多、南部沿海较少空间分布的特征。
　　本文使用1951年～2014年海口市逐月雷暴日统计数据，采用气候倾向率来研究海口市雷暴日代表月变化特征，采用M-K突变检验的方法来研究海口市雷暴日发展趋势以及突变年情况，最后采用灰色理论建立雷暴日灾变年预测模型，用于对海口市雷暴日出现灾变的年份进行预测。
　　1 数据来源及使用说明
　　根据1951年～2014年海口市逐月雷暴日数据，对海口市雷暴气候进行统计分析，并对未来雷暴日进行短期预测，使用数据来源于海南省气象局地面气象观测资料。文中在对海口市代表月雷暴日季节性变化规律的研究中，代表月选取原则为：5月份代表春季、7月份代表夏季、9月份代表秋季。
　　2 雷暴日时间活动规律
　　2.1雷暴日代表月变化规律
　　本文选取1951年～2014年海口市5月、7月、9月逐年雷暴日数据，研究海口市雷暴日月变化规律。年雷暴日代表月变化趋势以及5年滑动平均结果见图1。对于5月份，从图中统计结果可以看出，海口市5月份逐年雷暴日波动幅度较大，从距平值可以看出，在1951年～1975年期间5月份雷暴日距平值以正值为主，仅4个年份的雷暴日距平值为负数，表明了海口市5月份在此年份期间雷暴活动较多，要高于平均值水平，在1976年～1993年期间年雷暴日距平值呈正负交替发展变化趋势，说明了在此年份期间海口市雷暴日波动幅度较大，在1994年～2014年雷暴日距平值以负值为主，其中仅1个年份的雷暴日距平值为正数，表明了海口市5月份在此年份期间雷暴活动较少，要远远低于平均值水平。根据一元线性回归方程得出，5月份雷暴日呈逐年递减的发展趋势，其中求出的年雷暴日气候倾向率为-1.7天/10年，表明了5月份雷暴日每10年减少1.7天左右，递减幅度较高。从5年滑动平均曲线可以看出，1983年为海口市5月份雷暴日的一个转折年，即在1983年之前，5年滑动平均曲线值均大于0，说明了在1983年之前海口市5月份雷暴较多；在1983年之后，5年滑动平均曲线值均小于0，说明1983年以后海口市5月份雷暴日较少。
　　从7月份雷暴日变化趋势统计结果图中可以看出，在1951年～1980年期间年雷暴日距平值以正值为主，仅5个年份的雷暴日距平值为负数，因此可以说明在此年份期间，海口市雷暴活动较为频繁，雷暴日要高于平均值水平，这一雷暴日较多的时期基本与5月份的相一致。从1980年开始年雷暴日距平值以负值为主，表明1980年～2014年间7月份雷暴日较少。根据一元线性回归方程得出，7月份雷暴日呈逐年递减的发展趋势，其中求出的年雷暴日气候倾向率为-1.6天/10年，表明了7月份雷暴日每10年减少1.6天左右，递减幅度仅次于5月份雷暴日递减的速度。同时可以得出，1980年为7月份雷暴日活动变化的一个转折年。
　　从9月份雷暴日变化趋势统计结果图中可以看出，在1951年～1966年期间年雷暴日距平值以正值为主，仅有4个年份的雷暴日距平值为负数，因此可以说明在此年份期间，年雷暴日高于平均值水平，在1967年～1985年期间年雷暴日距平值呈正负交替发展变化趋势，说明了在此年份期间年雷暴日波动幅度较大，在1986年～2014年期间年雷暴日距平值以负值为主，表明了在此年份期间9月份雷暴日较少。根据一元线性回归方程得出，9月份雷暴日也呈逐年递减的发展趋势，其中求出的年雷暴日气候倾向率为-1天/10年，表明了9月份雷暴日每10年减少1天左右，递减幅度要小于5月份和7月份雷暴日递减的速度。同时可以得出，1985年为9月份雷暴日活动变化的一个转折年。

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