引 言

雷暴是目前公认的严重威胁飞行安全的天气现象。雷暴云能产生各种各样的危及飞行安全的天气现象———强烈的湍流、积冰、闪电(雷击)、雷雨、大风、下击暴流、低空风切变，有时甚至还伴有冰雹和龙卷风。若飞机误入雷暴活动区内其后果将不堪设想。据估计^[1]，全球每年发生雷暴约1600万次，平均每天约发生4.4万次，每小时约发生1820次。所以，每一个飞行员都有可能遇到雷暴，特别是民航运输机夏季飞行差不多经常会遇到雷暴。目前，白云机场日平均起降架次在800架左右，在繁忙时段每隔一分钟有一架次飞机起降。而每延误、返航一架次航班损失约在2000～50000元之间。因此，了解白云机场雷暴的气候概况不仅能保障飞行安全而且对提高航空公司的经济效益都具有重要意义。

1 资料及统计说明

本文利用广州白云机场1956～2001年(缺1976年7月份资料)46年的逐日每小时、半小时定时观测和特殊天气纪要栏记录的雷暴资料进行统计分析。

根据华南地区的气候特点，本文分别用3～5月、6～8月、9～11月、12月～次年2月分别代表春、夏、秋、冬四季。

2 雷暴近46年的气候统计特征 2.1 雷暴的年变化特征

图 1给出了雷暴的年际变化情况，从图中可以看出以下特征:20世纪60 、70年代基本在年平均线以上运行，并在50年代末(1959年)和70年代中(1975年)达到最高峰后,在80年代初再到达另一高峰，然后逐年下降，到90年代初达到最低值，然后稍有回升但基本在年平均值75.4天以下波动。46年来共出现3469个雷暴日，年平均雷暴日数为75.4天。雷暴出现最多的年份是1959 、1975年，有109个雷暴日；出现最少的年份是1991年，只有49个雷暴日。

另外，为清楚地了解该雷暴日数时间序列特征，一是对该序列做标准化处理，X_Z=，其中σ是标准差，σ=

二是做五年滑动平均，X₅=(X_i-2+X_i-1+X_i+X_i+1+X_i+2)/5；

三是计算可以定量了解要素在长期气候变化中升降程度的气候趋势系数r_xt^[2]:

其中，n为年数，x_i是第i年的值，x为样本平均值，t=(n+1)/2，r_xt的正(负)值表示该要素在计算的年内有增(降)的趋势(用直线反映)。

结果表明:由图 2可以看到它的标准化值(直方线)，5年滑动平均值(曲线)有10年左右的年际变化特征，同时可以看出这个雷暴序列的气候变化(直线)有减小的趋势，即近46年来白云机场雷暴的发生有减小的趋势变化。

2.2 雷暴的季节变化特征

由表 1可见，一年四季中，雷暴以夏季出现最多，累年平均出现42.1个雷暴日，是各季累计平均出现日数(18.9天)的两倍多，约占全年雷暴出现日数的55.4 %；春季次之，累年平均出现21.7个雷暴日；冬季出现最少，累年平均出现1.57个雷暴日，约是各季累计平均出现日数(18.9天)的十二分之一，约占全年雷暴出现日数的2 %，普查46年的资料发现其中有22年在冬季没有出现雷暴，可见在冬季白云机场出现雷暴的概率非常小。

2.3 雷暴的月变化特征

由表 2可见，一年12个月都有可能出现雷暴，其中雷暴多集中出现在4～9月份，4～9月份累计平均出现68.7天，约占全年雷暴出现日数的90.7 %；以8月份出现最多，累年平均有14.5个雷暴日，约占全年雷暴出现日数的19.2 %；其次为6 、7月份，累年平均分别为13.9 、13.7个雷暴日；12月份出现最少，累年平均有0.04个雷暴日，其次为1 、11月份，累年平均出现分别为0.13 、0.17个雷暴日，这3个月累计约占全年雷暴出现日数的0.5%，普查46年的资料发现其中仅有11个月曾出现雷暴，即每年的11 、12 、1月份出现雷暴的概率约为8 %，可见在该时期白云机场出现雷暴的概率非常小。

2.4 雷暴的日变化特征

由图 3、4 、5可见，就全年平均情况来看，雷暴每天较集中出现的时间为05:00～14:00(UTC，下同)，其中又以08:00～10:00出现最多，早上至上午(23:00～02:00)出现最少，这一特征在夏季(6～8月)表现得最为明显。春季雷暴较集中出现的时间为08:00～13:00，其中峰值出现在09:00～11:00，比夏季推后1 h，下半夜(17:00～18:00)出现最少。秋、冬季出现的雷暴概率相对较少故不作分析。

白云机场平均气温最高值多出现于06:00～08:00，比雷暴出现最多的时段早了2 h，平均气温最低值则多出现于21:00～23:00，比雷暴出现最少的时段早了1～2 h，这一特征在夏季(6～8月)表现得最为明显。而平均相对湿度则刚好相反，最小值出现于06:00～08:00，最大值出现于20:00～23:00。这主要是由于白云机场雷暴天气集中出现于4～9月份，该期间本场主要受副热带高压系统的影响，造成该期间的平均气温偏高，可见白云机场的雷暴天气主要与高温天气有关，雷暴出现多少与气温高低关系密切。

2.5 雷暴的初、终期及持续时间

白云机场雷暴初期平均是3月1日，最早是1月4日(1983年)，最晚是4月1日(1974和2000年)；雷暴终期平均是10月14日，最早是9月5日(1991年)，最晚是12月22日(1989年)。

由图 6可见，近46年来白云机场每年初雷的发生，其时间有越来越早的趋势变化。而每年终雷的结束时间却有越来越晚的趋势变化，这与白云机场近年来气温有日益升高的趋势变化是一致的(详见图 7)。

一年中，持续时间在1～2 h 的雷暴出现最多，其次是持续时间在0～1(含)h 的雷暴,2～4 h 的雷暴排第三。由表 3可见，持续时间在0～2 h 的雷暴，即持续时间较短的雷暴主要出现在夏季，其中持续时间在0～1(含)h 的雷暴出现最多是在7月份，平均为8次,其次是8月份(平均为7.9次)和6月份(平均为7.0次)；而持续时间在1～2 h 的雷暴出现最多在8月份，平均为8.3次，其次是7月份(平均为8.1次)；可见，白云机场夏季多以持续时间为2 h 以内的短时性雷暴为主，而持续时间在4 h 以上的雷暴就较少出现，持续时间在12 h 以上的雷暴出现得就更少，其中在1982年7月22日曾出现持续时间为23.5h 的雷暴天气，是46年来出现雷暴时间最长的一次，详见表 3。

2.6 雷暴的影响系统

上述分析已经发现，白云机场以夏季和持续时间在0～2 h 的雷暴出现最多。为进一步了解造成雷暴的天气系统，对其进行了普查(详见表 4)，发现副热带高压是造成雷暴的主要天气系统，约占总出现日数的一半，其次是高空槽、低压槽，而锋后极少出现雷暴天气。

不过，在中高纬度地区，锋面雷暴出现的次数最多，锋面是造成雷暴的主要天气系统^[1]，可见表 4的统计事实，具有地方性特点。应该指出，鉴于资料的限制和处理难度，表4仅用22年资料进行统计，如增加资料样本长度，会使分析结果更具代表性。

3 白云机场近46年雷暴时间序列演变规律的小波分析 3.1 小波分析方法简介

小波分析又称子波分析(Wavelet Transforms，简称WT)，是由法国Elf-Aquitaine 公司的石油工程师Morlet 于1980年在进行地震数据分析工作时首创的^[3]。近年来，子波分析的数学理论和方法正成为极为活跃的科学领域。子波分析被誉为数学显微镜，它能将气象时间序列曲线分解成交织在一起的多尺度成分，并对不同尺度成分采用相应粗细的时域的取样步长，从而能不断聚焦到曲线的任意细节。这是子波分析优于窗口富氏分析之处。

对于一个离散的时间序列f(t),(t=1，2 ,...，N)，小波变换的形式可写为:

式中C_k为小波变换系数:

a=2^j(j=1，2 ,...)为放大因子，其倒数相当于频率，当a较小时，频域分辨性较差，而时域分辨性较好。当频域分辨率增加时，时域分辨率则减小。一般取1 ≤a≤N/4较宜，N为样本数，b为平移因子；是子波Ψ(ω)经富氏变换得到的谱。这里为基本小波，它具有波动性和衰减性。基本小波有很多种形式，本文采用Morlet子波对序列进行变换。

Morlet子波:

3.2 结果分析

图 8是子波变换系数的实部，具有以下特征:这个雷暴序列在9～12年的时间尺度上正负闭合中心最明显，表明雷暴日数序列在9～12年时间尺度下交替振荡最为显著，即白云机场雷暴日数的年际变化存在以9～12年作周期振荡的特征。

由图 9可见，白云机场的初雷出现时间，振荡周期的长度在9～14年前后有明显变化，其中11～14年的周期振荡在1980年以前一直很强，而9～10年的周期振荡在1980年以后很明显。另外，白云机场的终雷结束时间，振荡周期的长度在6～9年前后有明显变化，其中8～9年的周期振荡在1975年以前一直很强，而6～7年的周期振荡在1975年以后很明显(详见图 10)。

4 小结

(1) 白云机场年平均出现雷暴日数为75.4天，最多为109个雷暴日，最少为49个雷暴日；

(2) 一年四季中，雷暴以夏季出现最多，冬季出现最少；

(3) 一年12个月都有可能出现雷暴，其中雷暴多集中出现在4～9月份，以8月份出现最多，12月份出现最少；

(4) 雷暴的日变化特征是，雷暴每天较集中出现的时间为05:00～14:00 UTC，其中又以08:00～10:00 UTC 出现最多，早上至上午出现最少。而雷暴出现峰值时间比平均气温最高值出现时间晚2 h，说明雷暴出现多少与气温高低关系密切；

(5) 出现雷暴初期平均是3月1日，雷暴终期平均是10月14日，近46年来白云机场每年初雷发生，其时间有越来越早的趋势变化，而每年终雷结束时间却有越来越晚的趋势变化；

(6) 一年中，持续时间在1～2 h 的雷暴出现最多，其次是持续时间在0～1(含)h 的雷暴，白云机场夏季多以持续时间为2 h 以内的短时性雷暴为主；

(7) 副热带高压是造成白云机场雷暴的主要天气系统；

(8) 从小波分析结果看，近46年来广州白云机场雷暴日数的年际变化有着较好的9～12年振荡周期，而且雷暴的发生有逐渐减小的趋势变化。白云机场的初雷出现时间,振荡周期的长度在9～14年前后有明显变化，而终雷的结束时间，振荡周期的长度在6～9年前后有明显变化。