雷暴是一种灾害天气，常造成人畜死亡，毁坏建筑物，酿成森林火灾，或者毁坏电力设备、电信设施，给人民生命财产造成严重威胁和损失。随着经济发展，对青藏高原雷暴天气的重视程度越来越高，许多专家对青藏高原的雷暴天气进行了大量研究，张鸿发等^[1]对青藏高原强对流云分布特征进行了分析，张翠华等^[2]通过青藏高原的地形和动力作用分析了青藏高原雷暴天气层结特征；尤为等^[3]对青藏高原雷暴天气进行了分析，尤其对那曲地区雷暴日和无雷暴日的温度、温度露点差、风廓线和假相当位温进行了对比分析；秦宏德^[4]分析了那曲地区强对流天气的大气能量垂直分布；同时很多气象学家^[5-8]通过对青藏高原对流层特征、热量特征、不稳定能量特征和积雪对天气气候的影响等方面研究了青藏高原产生雷暴天气等强对流天气的影响因素，研究表明：在青藏高原地区，由于存在特别强的地面湍流加热和地面动量输送，造成大气层结出现不稳定的几率增多，使青藏高原成为北半球同纬度地带雷暴、冰雹、大风的高发区。青藏高原大地形的抬升作用及其引发的热力效应是非常重要的一个方面，地形的抬升作用可导致地形附近出现积云, 能使垂直上升气流速度比无地形时增加10 m/s, 促进较强的对流云发展；地形产生的热力效应可使低层大气中存在气旋性辐合，水汽和热量集中时易形成不稳定层结, 利于垂直环流的不稳定发展。那曲地区是西藏的多雷暴地区，尤其索县是全国的雷暴中心，年平均雷暴日数为84 d。那曲地区雷暴灾害每年均有发生，雷暴造成的人员和财产损失日益凸显。近10年不完全统计，那曲地区雷击造成18人死亡，尤其是2001年西部的班戈县和申扎县共有5人死亡；2007年双湖县牲畜死亡达20151头 (只、匹)，其中幼畜死亡8988只，死亡率达全县总牲畜的3.41%；人畜伤亡和财产损失惨重，雷暴灾害逐渐成为那曲地区除雪灾和风灾之后的第3种严重气象灾害。

本文在统计1966—2011年那曲地区 (其中比如县为1979—2011年) 雷暴活动特征的基础上，利用气候倾向率、小波分析等方法分析了那曲地区雷暴天气的时间、空间分布、年际变化、季及月变化、日变化、初终雷暴日等方面的气候特征，并通过100 hPa和500 hPa高度场、那曲地区降水、温度特征分布、那曲地区各地地形条件等方面分析了雷暴天气的影响因素。

本文资料来源于那曲地区1966—2011年7个县气象站的雷暴日数、雷暴发生时间等常规气象资料。雷暴日数统计以地面观测记录为准, 即20:00 (北京时，下同) 至次日20: 00出现雷暴 (无论闻雷几次) 则记为1个雷暴日。文中年雷暴日数为全年各月雷暴日数总和, 年平均雷暴日数是指各站1966—2011年雷暴日数的平均值 (其中比如县为1979—2011年)，同时根据那曲地区雷暴日数集中时段为5—9月的特征，选取了5—9月那曲地区雷暴日数的合计平均值进行分析。

对年雷暴日数进行气候倾向分析，气候倾向分析可用一次线性方程表示，即y=a₀+a₁x(x=1，2，3，…，n)，其含义表示雷暴日数y与时间x之间的线性关系。其中，回归系数a₁表示雷暴的趋势倾向，a₁＞0说明雷暴日数y随时间x有正的变化趋势，也就是雷暴日数随时间有增加或上升趋势，a₁＜0说明雷暴日数y随时间x增加呈下降趋势，且a₁的大小反映上升或下降的速率，a₁ × 10称为气候倾向率, 能够表征每10年变化倾向率。对5—9月的雷暴日数合计平均值进行了小波分析、500 hPa平均位势高度场分析。

雷暴的空间变化受盛行气流、天气系统、地形和下垫面等多种因素制约，那曲地区的地势为南北高、中间低，地貌结构总体上是东部为高山峡谷，中西部为高原湖盆^[1]。

由统计分析那曲地区历年平均雷暴日数 (表 1) 可以看出，总体来看，那曲地区雷暴日数空间分布特征为北部多南部少，东部高山峡谷多于西部湖盆。雷暴日数的高值区在东部索县，平均雷暴日数为82 d；中部的那曲县次之，平均雷暴日数为78 d；北部安多县平均雷暴日数为72 d；西部两县平均雷暴日数为66 d；低值区在那曲地区南部海拔最低的嘉黎县和比如县，平均雷暴日数为49 d。

表 1

表 1 1966—2011年那曲地区平均雷暴日数 Table 1 The mean number of thunderstorm days for Nagqu Prefecture from 1966 to 2011 位置 中部 北部 东部 南部 西部 那曲县 安多县 索县 比如县 嘉黎县 班戈县 申扎县 年平均雷暴日数/d 78 72 82 45 53 67 65

表 1 1966—2011年那曲地区平均雷暴日数 Table 1 The mean number of thunderstorm days for Nagqu Prefecture from 1966 to 2011

形成雷暴的基本条件包括水汽条件、不稳定层结条件和抬升条件。东部和南部的水汽条件和不稳定层结条件基本相当，是那曲地区海拔相对较低、降水最充沛、气温最高的地方，主要影响雷暴发生的条件为地形的抬升作用；东部索县位于藏北高原和藏东高山峡谷结合部，地势西高东低，盛行风向为偏西风，主风向为西北偏西，约占10%，其次为西风，占8%，多大风天气，年平均大风日数为101 d，盛行风向垂直于山脊、风速大，处于迎风坡，地形抬升作用强，地形的抬升作用可增加垂直上升气流的速度，促进对流云发展^[9]，形成地形雷暴；南部比如县和嘉黎县位于念青唐古拉山南侧，地势北高南低，盛行风向西风，占10%，大风天气较少，年平均大风日数41 d，地形抬升作用较弱，不利于强对流天气的发生。东部和南部主要属于温带湿润、半湿润气候区^[10]，植被丰富，植被垂直结构明显，夏季地表加热没有西部和中北部高寒区明显，不易形成热雷暴。中部那曲县、北部安多县、西部班戈和申扎县平均海拔在4500 m以上，属于亚寒带气候区，海拔高，易发生高原效应上升运动，水汽在高原上堆积冷却凝结，较低海拔地区更易形成雷暴天气；其中中部那曲县位于唐古拉山脉和念青唐古拉山脉之间，北部安多县以唐古拉山脉为脊，地势全部为西高东低，盛行风向均为西风，风速大，大风天气多，易形成地形雷暴，同时，由于植被单一，光热条件充足，白天地表加热明显，易在近地层形成绝对不稳定层结，形成热雷暴；西部班戈和申扎县位于南羌塘高原大湖盆地带，地形较缓、地势开阔，多丘陵盆地，以开阔的草原地形为主，昼夜温差全年基本在10℃以上，光热条件充足，白天加热明显，夏季午后地表受日射而强烈加热，易在近地层出现绝对不稳定的层结，形成热雷暴。

为了研究那曲地区总体雷暴日数随时间的变化趋势，选取了那曲地区7个人工观测站 (那曲站、安多站、班戈站、申扎站、索县站、比如站和嘉黎站)1966—2011年的总体年平均值进行线性趋势倾向率和5年滑动平均分析，并对减少趋势进行显著性检验 (图 1)。

图 1

图 1. 1966—2011年那曲地区年平均雷暴日数变化 Fig 1. Changes of the number of annual mean thunderstorm days in Nagqu Prefecture from 1966 to 2011

结果表明：那曲地区年雷暴日数总体呈减少趋势，减少趋势达到0.01的显著性水平，即那曲地区的雷暴日数随着年代存在显著减少趋势，变化倾向率为每10年减少5 d；年平均雷暴日数变化具有较明显的年代特征，根据5年滑动平均变化分析：那曲地区在20世纪70年代是雷暴高发期，平均雷暴日数均在70 d以上；80年代前期缓慢减少；从80年代后期至90年代前期有1次明显的增多期；20世纪90年代后期至2011年为减少期，其中2005年以后减少趋势比较显著。

陈辉等^[11]研究表明：在气候变暖背景下，大气环流变得更趋于纬向特征，经向环流减弱，使冷空气的强度和频率均有所减弱，也减弱了抬升湿空气的动力，不利于雷雨云的形成，从而使雷暴减少。

由各县月平均雷暴日数分布图 (图 2) 可以看出：那曲地区雷暴日数夏季多、冬季少，这是季节气候特点决定的，夏季青藏高原温度高，对流活动旺盛，易于产生雷暴，而冬季寒冷干燥，大气层结相对稳定，很少有雷暴发生。

图 2

图 2. 那曲地区月平均雷暴出现日数 Fig 2. The number of mean thunderstorm days in Nagqu Prefecture

各县每年的雷暴活动呈单峰型变化，从3月开始雷暴活动增多，到夏季6月、7月达到雷暴活动的峰值，而后开始慢慢减少，到11月中旬逐渐停止。那曲地区雷暴的这种季节变化特征与大气环流的季节性突变及青藏高原热力作用的季节变化密切相关^[11]。3月以后青藏高原进入环流的转换期，青藏高原从冬季的冷源逐渐变成热源，西风带气流退至青藏高原以北，青藏高原上空平均为一较强的辐合上升气流，高原上空夏季又是高湿区，水汽非常充足，雷电因此而发展。那曲地区各县雷暴集中时段在5—9月，这是因为夏季500 hPa位势高度上青藏高原以东和以西各有半个大型反气旋环流，分别是西太平洋副热带高压西伸脊和伊朗高压东伸脊，高原主体正好位于副热带高压的断裂带中。在青藏高原上空是西风气流和季风气流直接汇合形成的500 hPa切变线，常有次天气尺度 (中间尺度) 的500 hPa低涡活动^[12]，这与南亚高压的活动特征相吻合，夏季受青藏高原加热作用的影响，南亚高压稳定于高原上空，7月、8月最为强盛；南亚高压控制的区域多雷暴、冰雹等强对流性天气。

雷暴日数最多的月份有明显的地域性特征：东部、南部低海拔地区 (索县、嘉黎县、比如县) 各县最多雷暴日数出现在6月，而中西部高海拔地区各县的最多雷暴日数则出现在7月，这是由于东部、南部各县6月开始陆续进入雨季，降水量达到最大值 (图 3)，温度较高，是一年中对流活动最旺盛的时段，雷暴活动也随之达到高峰，而中西部各县则到6月底或7月初才缓慢进入雨季，降水最大值出现在7—8月，湿度和温度在这个时候才达到最高，进入冰雹、雷暴等强对流天气的高发期。

图 3

图 3. 那曲地区月平均降水量 Fig 3. The mean monthly precipitation in Nagqu Prefecture

从每日雷暴发生的时段上分析得出，那曲地区雷暴出现时段为12:00—次日03:00(北京时，下同)，而雷暴集中出现的时间段为13:00—22:00，这是因为夏季青藏高原的热力作用使午后地面升温快，层结极不稳定，对流活动强烈发展而造成了雷暴、冰雹等强对流天气频繁发生^[13]。

小波变换方法是一种时频分析方法，既可以了解时间序列不同时间的频率特征，又可以了解不同频率的时间分布特征。

图 4a为那曲地区年平均雷暴日数的小波变换图。由图 4a可见，那曲地区5—9月雷暴日数变化存在25~30年、5~10年、17~24年3类尺度的周期变化规律，其中在25~30年时间尺度上，1976年以后出现了多-少交替的准两次振荡周期，由于用来分析的数据只有46年 (1966—2011年)，故25~30年的周期只出现两次，该周期很可能是伪周期，需要有更长的资料验证；5~10年出现了多-少交替的7次准振荡周期；从5~10年时间尺度看，那曲地区下一个时段将逐渐进入多雷期；在17~24年的时间尺度上，1981—1997年出现了少-多-少的振荡变化，这次也只出现了两次振荡周期，考虑到资料年限较少，需要更长资料验证。

图 4

图 4. 那曲地区年平均雷暴日数的小波变换 (a) 及小波方差分析 (b) Fig 4. A wavelet analysis (a) and a wavelet variance analysis (b) of the number of mean annual thunderstorm days in Nagqu Prefecture

图 4b为那曲地区年平均雷暴日数的小波方差分析。由图 4b可见，那曲地区5—9月雷暴日数存在8年、25年和40年的周期，其中8年周期振荡最显著，达到0.05显著性水平，25年和40年的周期由于资料序列的限制，没有通过显著性检验, 但峰值比较显著。由此可见，那曲地区5—9月雷暴日数存在5~10年的周期变化规律，8年为主振荡周期。

图 5给出了1966—2011年5—9月雷暴日数年际变化曲线。由图 5可以看出，那曲地区1999年以后雷暴日数整体变少，以1999年为界，5—9月雷暴日数可分为两个阶段：1966—1998年的5—9月为那曲地区的多雷期 (以下简称多雷期)，1999—2011年5—9月为那曲地区的少雷期 (以下简称少雷期)，多雷期平均雷暴日数为67.9 d，而少雷期平均雷暴日数只有53.2 d，比多雷期少14.7 d，减少的雷暴日数占多雷期平均雷暴日数22%，占少雷期平均雷暴日数28%。

图 5

图 5. 1966年—2011年5—9月那曲地区雷暴日数的年际变化 Fig 5. Annual changes in the number of thunderstorm days in Nagqu Prefecture during May-September from 1966 to 2011

下面利用多雷期与少雷期的5—9月平均位势高度场分析多雷期与少雷期大气环流的差异。

由那曲地区5—9月500 hPa平均高度场 (图 6) 可以看出：多雷期 (图 6a)、少雷期 (图 6b)5—9月500 hPa平均高度场的差异主要表现在西太平洋副热带高压脊线西伸脊点的经度位置、巴尔克什湖东部至青藏高原处高压脊和高原短波槽的位置和强弱上。在图 6所示范围内，多雷期未见副热带高压西伸脊点，而少雷期副热带高压588 dagpm线形成闭合中心，位于141°~155°E之间，586 dagpm线西伸脊点位于93°E附近。多雷期伊朗高压偏弱，位置偏西，586 dagpm线位于55°E附近，青藏高原短波槽位置偏西偏北，那曲地区处于青藏高原短波槽控制范围，槽强度加强，那曲地区中东部处在槽前西南气流区，这对南部的暖湿气流北上高原、发展对流性不稳定层结、形成强对流天气非常有利；少雷期伊朗高压较多雷期增强，位置偏东，586 dagpm线位于66°E附近，推动青藏高原短波槽东移，使其位置偏东偏南，那曲地区处于脊前偏西北气流控制区。从以上特征可以看出，西太平洋副热带高压东撤或减弱，那曲地区盛行西南暖湿气流时，为多雷期；西太平洋副热带高压西进或加强，盛行偏西北气流时是少雷期；这与西太平洋副热带高压东撤或减弱，在冷锋逼近的地方易形成雷暴，而西太平洋副热带高压西进或加强时冷锋东移受阻，不利于雷暴产生有较大关系^[14]，西太平洋副热带高压对于雷暴的产生具有非常重要的作用^[15]。

图 6

图 6. 500 hPa平均高度场 (单位：dagpm)(a)1966—1998年，(b)1999—2011年 Fig 6. 500 hPa mean height field (unit:dagpm) (a)1966-1998, (b)1999-2011

由那曲地区5—9月的500 hPa平均高度场距平 (图 7) 可以看出：多雷期 (图 7a)、少雷期 (图 7b) 差异非常明显，多雷期和少雷期距平相反，多雷期北半球大部为负距平，贝加尔湖南侧为负值中心，那曲地区距平值为-15~-10 dagpm，低纬度地区距平值为-10 dagpm，没有明显的正距平值区，伊朗和西太平洋均为负距平，说明多雷期500 hPa位势高度偏低，西太平洋副热带高压和伊朗高压比正常年份偏弱，有利于低值系统生成，强度和频次增加 (多)；少雷期北半球为正距平，贝加尔湖南侧为正值中心，那曲地区距平值为20~30 dagpm，低纬度地区距平值为10~20 dagpm之间，伊朗和西太平洋均为正距平，且距平值较大，西太平洋上空有中心值为30 dagpm的闭合中心，说明少雷期500 hPa位势高度偏高，伊朗高压和西太平洋副热带高压较正常年份偏强，不利于低值系统生成，同时副热带高压偏强，在一定程度上抑制了低值系统的活动，低值系统的强度和频次将有所减弱 (少)。

图 7

图 7. 500 hPa平均高度场距平 (单位：dagpm)(a)1966—1998年, (b)1999—2011年 Fig 7. 500 hPa anomalies in mean height fields (unit:dagpm) (a)1966-1998, (b)1999-2011

由那曲地区5—9月的100 hPa平均高度场距平图 (图 8) 可以看出：多雷期 (图 8a)、少雷期 (图 8b) 高度场距平相反，低纬度地区距平变化明显，多雷期低纬度地区为正值中心，青藏高原存在正距平，说明多雷期南亚高压较常年平均偏强，控制整个青藏高原，高原上的对流活动增多；少雷期低纬度地区为负值区，青藏高原存在负距平中心，中心值偏低，说明少雷年南亚高压较常年平均偏弱，不利于青藏高原上空形成对流活动。

图 8

图 8. 100 hPa平均高度场距平图 (单位：dagpm)(a)1966—1998年, (b)1999—2011年 Fig 8. 100 hPa anomalies in mean height fields (unit:dagpm) (a)1966—1998, (b)1999—2011

为了分析各县雷暴日数变化的差异，对各县 (7个人工气象观测站)1966—2011年的历年雷暴日数进行趋势分析 (图 9)。结果表明：那曲地区雷暴日数总体呈减少趋势，但各县减少速度有明显差异，东部各县减少的速度明显高于西部各县，而嘉黎县的雷暴减少速度没有东部其他县迅速，本文认为这与该地区的森林覆盖面积和地域性的小气候有密切关系，其中索县、比如县和申扎县的减少趋势大于那曲地区平均值，那曲县、安多县、嘉黎县和班戈县的减少趋势小于那曲地区平均值；各县具体雷暴减少日数为比如县减少的最多，每10年减少13.5 d，索县每10年减少8.6 d，申扎县每10年减少5.0 d，嘉黎县每10年减少2.6 d，安多县减少最慢，每10年减少0.2 d，那曲县每10年减少3.2 d，班戈县每10年减少2.8 d。由图 9中可以看出，减少趋势最明显的时间段主要在20世纪90年代后期以后，少雷期雷暴日数减少非常明显，这种规律主要与伊朗高压和西太平洋副热带高压在20世纪90年代以后变活跃、少雷期强度增强、脊线位置北移、在一定程度上抑制了低值系统的活动有关；东西部雷暴日数减少速度的差异，主要与东西部水汽来源有关，东部水汽来源路径为南部的孟加拉湾，而西部水汽来源路径为南部的孟加拉湾和西部阿拉伯湾，在孟加拉湾水汽输送条件相当的情况下，伊朗高压活跃、强度增强时，有利于阿拉伯湾水汽向西部地区输送，因此西部水汽条件相对东部稍好，雷暴减少的趋势较东部缓慢，这可以从王其洋^[16]提出的90年代后期那曲地区降水量增加趋势西部高于东部得到佐证。

图 9

图 9. 1966—2011年那曲地区历年雷暴出现日数 Fig 9. The number of mean thunderstorm days in Nagqu Prefecture from 1966 to 2011

从雷暴初日、终日分析可知，雷暴初日最早出现在2003年1月30日的嘉黎县，最晚出现在1989年5月26日和2002年5月26日的申扎县。终日最早出现在1971年9月10日的班戈县，最晚出现在1988年12月17日的比如县。那曲地区雷暴日数持续的时间平均为170.7 d; 持续时间最长出现在2003年的嘉黎县为248 d, 最短出现在2003年的班戈县, 为122 d。

由表 2那曲地区1966—2011年各站雷暴初终日出现次数可以看出，那曲地区全年均有雷暴出现，其中南部嘉黎县除12月以外，其余各月均有雷暴；那曲地区雷暴初日主要集中在3—5月，其中4月出现次数最多, 5月次之, 3月较少，2月只有4次，1月1次。雷暴终日主要集中在9—11月，其中10月出现次数最多，9月次之，11月较少，12月只出现两次；雷暴初终日和雷暴期与那曲地区气温和降水变化关系较密切，那曲地区气候寒冷干燥，没有明显的四季气候特征，选择夏半年和冬半年两个有代表意义的季度, 其中夏半年为5—9月, 冬半年为10月—次年4月。那曲地区常年气温变化率为0.4℃/10 a，气温呈上升趋势，冬半年气温变暖趋势较下半年明显，夏半年和冬半年变率分别为0.5℃/10 a和0.2℃/10 a；那曲地区降水量变化率为22.3 mm/10 a，降水量夏半年和冬半年均呈增加趋势, 变率分别为19.238 mm/10 a和3.228 mm/10 a；雷暴初终日主要集中在冬半年，冬半年气温上升较大，降水量增多不明显，气候趋于更加干燥，不利于强对流天气的发生，雷暴发生日数变少，这与杜军等^[17]的研究吻合，因此雷暴初日推迟，雷暴终日提前，雷暴期有缩短趋势。

表 2

表 2 那曲地区1966—2011年雷暴初日、终日出现次数统计 Table 2 Statistics on the monthly starting and ending dates of thunderstorm events in Nagqu Prefecture from 1966 to 2011 月份 那曲县 安多县 索县 比如县 嘉黎县 班戈县 申扎县 初日 终日 初日 终日 初日 终日 初日 终日 初日 终日 初日 终日 初日 终日 1 1 2 1 3 3 3 2 13 4 5 2 4 27 25 28 20 31 23 26 5 15 19 5 8 6 21 20 9 8 12 3 8 6 26 22 10 36 33 41 23 33 19 22 11 2 2 1 7 1 1 12 1 1

表 2 那曲地区1966—2011年雷暴初日、终日出现次数统计 Table 2 Statistics on the monthly starting and ending dates of thunderstorm events in Nagqu Prefecture from 1966 to 2011

那曲地区雷暴日数空间分布特征为北部多、南部少，东部高山峡谷多于西部湖盆，高值区在东北部，低值区在西南部；东部高山峡谷因受地形抬升作用易形成地形雷暴，中西部高海拔地区易形成热雷暴，其中中部受唐古拉山脉、念青唐古拉山脉的影响，也有地形雷暴产生。研究表明：

1) 那曲地区年雷暴日数总体呈减少趋势，减少趋势达到0.01显著性水平，即那曲地区的雷暴日数减少趋势为每10年减少5 d。

2) 那曲地区5—9月雷暴日数存在25~30年、5~10年、17~24年3种周期变化规律，其中8年为主振荡周期, 那曲地区下一个时段将逐渐进入多雷期。

3) 从那曲地区5—9月的500 hPa平均高度场分析，西太平洋副热带高压东撤或减弱，那曲地区盛行西

南暖湿气流时，为多雷期；西太平洋副热带高压西进或加强，盛行偏西北气流时是少雷期；从500 hPa高度距平场分析，那曲地区多雷暴期为负距平，少雷暴期为正距平。

4) 那曲地区东部各县雷暴日数减少的速度明显高于西部各县。各县每年的雷暴活动呈单峰型变化，从3月开始雷暴天气开始增多，6月、7月达到高峰值，而后缓慢减少，到11月中旬逐渐停止。

5) 那曲地区雷暴日数持续时间平均为170.7 d; 持续最长时间出现在2003年的嘉黎县，为248 d；最短时间出现在2003年的班戈县, 为122 d。那曲地区雷暴天气初日多出现在4月，终日多出现在10月；雷暴初日推迟，而雷暴终日则提前，雷暴期有缩短趋势。