（五家渠市氣象局，新疆 五家渠 831300）

近幾年，極端高溫事件頻發(fā)，高溫強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間均突破歷史極值，而以往的研究關(guān)于高溫天氣和高溫天氣過(guò)程的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)并不一致，張尚印[1]、辛渝[2]、劉寬曉[3]和王秀琴[4]選取高溫天氣和高溫天氣過(guò)程等級(jí)的指標(biāo)就略有差別，而對(duì)于同一問(wèn)題，指標(biāo)不同，研究結(jié)果也會(huì)略有差別。

芳草湖墾區(qū)地處準(zhǔn)噶爾盆地南緣，隸屬于兵團(tuán)第六師，原來(lái)是昌吉州呼圖壁縣的一部分，光熱資源豐富，是兵團(tuán)最大的農(nóng)業(yè)團(tuán)場(chǎng)，近幾年高溫天氣日數(shù)增多，強(qiáng)度強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，給當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了一定的不利影響，為更好地做好高溫天氣服務(wù)，對(duì)高溫天氣的強(qiáng)度和高溫天氣過(guò)程等級(jí)的劃分需要采取統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)就顯得非常必要。

中國(guó)氣象局2014年發(fā)布了氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《區(qū)域性高溫天氣過(guò)程等級(jí)劃分》，規(guī)定了確定高溫天氣過(guò)程等級(jí)的方法，且該標(biāo)準(zhǔn)自發(fā)布以來(lái)，在新疆范圍內(nèi)還未見(jiàn)應(yīng)用，因此本文也是對(duì)該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的一次嘗試使用。

1 資料來(lái)源與研究方法

氣象資料來(lái)源于芳草湖農(nóng)場(chǎng)氣象站1981—2017年的逐日極端最高氣溫，統(tǒng)計(jì)方法采用氣候傾向率、M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)法、累積距平和M-K突變檢測(cè)法，利用SPSS17.0和WPS表格軟件實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)《區(qū)域性高溫天氣過(guò)程等級(jí)劃分》的規(guī)定[5]，高溫天氣是指日最高氣溫≥35℃的天氣，高溫天氣過(guò)程是指出現(xiàn)連續(xù)2 d或以上的高溫天氣；高溫分為3 級(jí)，即（35 ℃，37 ℃）、（37 ℃，40 ℃）和（40 ℃，+∞）3個(gè)溫度區(qū)間。高溫天氣過(guò)程等級(jí)的確定：

首先確定單站的高溫天氣綜合強(qiáng)度指標(biāo)SI：

式中，Ij為單站高溫強(qiáng)度，即日最高氣溫的分級(jí)， 取值分別為 1、2、3， 對(duì)應(yīng) （35℃，37℃）、（37℃，40℃）和（40℃，+∞）3個(gè)溫度區(qū)間。Tj為與Ij相應(yīng)的高溫日數(shù)。

統(tǒng)計(jì)所有高溫天氣過(guò)程的SI值，并統(tǒng)計(jì)每個(gè)SI值所出現(xiàn)的頻次，然后對(duì)SI作升序排列，采用百分位數(shù)法將SI進(jìn)行劃分，確定每個(gè)等級(jí)的SI的取值區(qū)間，然后確定出高溫天氣綜合強(qiáng)度等級(jí)值Gk，見(jiàn)表1。

表1 區(qū)域內(nèi)單站高溫天氣綜合強(qiáng)度等級(jí)值判別

最后根據(jù)區(qū)域性高溫天氣過(guò)程等級(jí)指標(biāo)（RI）進(jìn)行劃分，劃分方法見(jiàn)表2。

式中，Gk為區(qū)域內(nèi)單站高溫天氣綜合強(qiáng)度等級(jí)值，WK為區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)數(shù)占總站點(diǎn)數(shù)的比例，本文取WK＝ 0.5。

表2 區(qū)域性高溫天氣過(guò)程等級(jí)劃分方法

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫天氣日數(shù)變化

對(duì)1981—2017年高溫總?cè)諗?shù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，37年間≥35℃高溫日數(shù)共出現(xiàn)1048 d，占1981—2017年總高溫日數(shù)的7.8%，年平均高溫日28.3 d。其中：高溫日在（35℃，37℃）的區(qū)間出現(xiàn)了636 d，占總高溫日數(shù)60.7%；高溫日在（37℃，40℃）的區(qū)間出現(xiàn)了360 d，占總高溫日數(shù)34.4%；≥40℃高溫日52 d，占總高溫日數(shù)5.0%。

從1981—2017年高溫日數(shù)年際變化曲線(xiàn)（見(jiàn)圖1）可以看出，年高溫總?cè)諗?shù)以5.2 d/10 a極顯著水平增加，37年間增加了19.1 d。極小值11 d，出現(xiàn)在1993年；極大值51 d，出現(xiàn)在2017年。高溫總?cè)諗?shù)20世紀(jì)80年代偏少，變化幅度也小，進(jìn)入20世紀(jì)90年代變化幅度明顯變大，20世紀(jì)90年代中后期開(kāi)始呈明顯增多趨勢(shì)，M-K檢驗(yàn)（見(jiàn)圖2）和累積距平曲線(xiàn)（見(jiàn)圖3）結(jié)果表明，從1996年開(kāi)始≥35℃高溫總?cè)諗?shù)發(fā)生突變性增多。

圖1 1981—2017年高溫總?cè)諗?shù)年際變化

圖2 1981—2017年高溫總?cè)諗?shù)M-K突變檢驗(yàn)

圖3 1981—2017年高溫總?cè)諗?shù)累積距平曲線(xiàn)

從高溫總?cè)諗?shù)的月變化上可以看出，夏季（6～8月）是高溫天氣的多發(fā)時(shí)段，37年間6～8月高溫日數(shù)963 d，占高溫總?cè)諗?shù)的91.9%；夏季高溫日數(shù)以4.2 d/10 a的極顯著水平增加，其中6、7、8月各月分別以1.6 d/10 a、1.7 d/10 a和0.9 d/10 a的顯著水平增加（圖略）。

2.2 高溫天氣過(guò)程變化

分析高溫天氣過(guò)程，首先要確定高溫天氣過(guò)程的等級(jí)。對(duì)1981—2010年30年高溫天氣過(guò)程利用公式（1）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得到所有高溫天氣綜合強(qiáng)度指標(biāo)SI值，從圖4可以看出，SI值最小值是2，最大值18，呈現(xiàn)右偏分布。

圖4 1981—2010年30年高溫天氣綜合強(qiáng)度指標(biāo)SI值出現(xiàn)頻率及正態(tài)曲線(xiàn)分布

采用百分位數(shù)法將SI值進(jìn)行劃分后，根據(jù)表1給出的每個(gè)等級(jí)SI值的取值區(qū)間，得到高溫天氣綜合強(qiáng)度等級(jí)值Gk；然后根據(jù)公式（2）得到高溫天氣過(guò)程等級(jí)指標(biāo)RI，最后根據(jù)表2確定高溫天氣過(guò)程的等級(jí)。

利用上述分析方法，得到1981—2010年30年高溫天氣綜合強(qiáng)度指標(biāo)及對(duì)應(yīng)的高溫天氣過(guò)程等級(jí)，其結(jié)果如下：高溫天氣綜合強(qiáng)度指標(biāo)SI對(duì)應(yīng)的百分位數(shù)達(dá)95%以上的指標(biāo)值是13，對(duì)應(yīng)的高溫天氣過(guò)程等級(jí)是特強(qiáng)；SI值對(duì)應(yīng)的百分位數(shù)達(dá) （85%，95%）的指標(biāo)值是8，對(duì)應(yīng)的高溫天氣過(guò)程等級(jí)是強(qiáng)；SI值對(duì)應(yīng)的百分位數(shù)達(dá)（60%，85%）的指標(biāo)值是5，對(duì)應(yīng)的高溫天氣過(guò)程等級(jí)是中等；SI值對(duì)應(yīng)的百分位數(shù)在60%以下的指標(biāo)值＜5，高溫天氣過(guò)程等級(jí)是弱。

根據(jù)上述指標(biāo)值，統(tǒng)計(jì)1981—2017年37年高溫天氣過(guò)程共有249個(gè)，年平均高溫過(guò)程約7個(gè)。其中：弱過(guò)程128個(gè)，占比51.4%；中等過(guò)程67個(gè)，占比26.9%；強(qiáng)過(guò)程39個(gè)，特強(qiáng)過(guò)程15個(gè)，強(qiáng)及以上占比21.7%。

從1981—2017年逐年弱高溫過(guò)程變化情況（圖略）可以看出，年弱高溫過(guò)程以0.6個(gè)/10 a極顯著水平增加，37年間增加了2.4個(gè)。中等高溫過(guò)程以0.2個(gè)/10 a增加，37年間增加了0.6個(gè) （未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)）。強(qiáng)及以上高溫過(guò)程以0.4個(gè)/10 a顯著性增加，37年間增加了1.4個(gè)。

從各年代際的統(tǒng)計(jì)來(lái)看，弱高溫過(guò)程20世紀(jì)80年代是25個(gè)，20世紀(jì)90年代是31個(gè)，2000年代是39個(gè)，呈逐年代際增加趨勢(shì)；強(qiáng)及以上高溫過(guò)程20世紀(jì)80年代是8個(gè)，20世紀(jì)90年代是13個(gè)，2000年代是20個(gè)，也是呈逐年代際增加趨勢(shì)。

上述分析表明，弱高溫過(guò)程和強(qiáng)及以上高溫過(guò)程無(wú)論是逐年變化還是逐年代際變化均表現(xiàn)為增加趨勢(shì)。

3 2015—2017年的高溫天氣特征

2015年、2016年和2017年芳草湖墾區(qū)的高溫天氣日數(shù)較該墾區(qū)30年平均值均偏多，本文利用上述指標(biāo)值，對(duì)這3年的高溫天氣進(jìn)行應(yīng)用，分析這3年高溫天氣的不同特點(diǎn)。

2015年高溫天氣日數(shù)共45 d，位居1981年以來(lái)的第二位，其中夏季（6～8月）高溫日數(shù)43 d，也是排名第二。高溫天氣過(guò)程9個(gè)，其中弱過(guò)程4個(gè)，中等過(guò)程3個(gè)，特強(qiáng)過(guò)程2個(gè)。特強(qiáng)過(guò)程一個(gè)是在7月14～28日出現(xiàn)的連續(xù)15 d的高溫天氣過(guò)程，SI值達(dá)到37，超過(guò)特強(qiáng)指標(biāo)值24；第二個(gè)出現(xiàn)在8月2～8日，SI值達(dá)到17，超過(guò)特強(qiáng)指標(biāo)值4，且2個(gè)特強(qiáng)過(guò)程間隔時(shí)間只有4 d。高溫天氣的特征表現(xiàn)為日數(shù)特多，過(guò)程多，特強(qiáng)過(guò)程特多、強(qiáng)度特強(qiáng)，且出現(xiàn)時(shí)間集中。

2016年高溫天氣日數(shù)共39 d，其中夏季（6～8月）高溫日數(shù)37 d。高溫過(guò)程9個(gè)，其中弱過(guò)程5個(gè)，中等過(guò)程3個(gè)，特強(qiáng)過(guò)程1個(gè)。特強(qiáng)過(guò)程出現(xiàn)在6月7～16日，SI值20，超過(guò)特強(qiáng)指標(biāo)值7。高溫天氣的特征表現(xiàn)為日數(shù)多，過(guò)程多。

2017年高溫天氣日數(shù)共51 d，位居1981年以來(lái)的第一位，其中夏季（6～8月）高溫日數(shù)44 d，也是排名第一。高溫過(guò)程7個(gè)，其中弱過(guò)程1個(gè)，中等過(guò)程2個(gè)，強(qiáng)過(guò)程1個(gè)，特強(qiáng)過(guò)程3個(gè)。特強(qiáng)過(guò)程一個(gè)出現(xiàn)在6月14～22日，SI值15，超過(guò)特強(qiáng)指標(biāo)值 2；第二個(gè)出現(xiàn)在 7月 5～14日，SI值 23，超過(guò)特強(qiáng)指標(biāo)值10；第三個(gè)出現(xiàn)在7月25日至8月2日，SI值19，超過(guò)特強(qiáng)指標(biāo)值6。3個(gè)特強(qiáng)過(guò)程時(shí)間間隔分別是12 d和10 d。高溫天氣的特征表現(xiàn)為日數(shù)特多，特強(qiáng)過(guò)程特多、強(qiáng)度較強(qiáng)，但出現(xiàn)時(shí)間相對(duì)分散。

通過(guò)上述分析可以看出，2015年和2017年高溫日數(shù)和特強(qiáng)高溫過(guò)程均較多，但特強(qiáng)高溫過(guò)程的SI值大小差別很大，2015年出現(xiàn)的高溫天氣，其高溫天氣綜合強(qiáng)度SI值達(dá)到37，是37年間的最大值，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)差的11.2倍，是一次極度異常的高溫過(guò)程。

4 結(jié)論

（1）芳草湖墾區(qū)1981—2017年年平均高溫日28.3 d，高溫總?cè)諗?shù)以5.2 d/10 a極顯著水平增加，37年間增加了19.1 d；高溫總?cè)諗?shù)20世紀(jì)80年代偏少，20世紀(jì)90年代中后期開(kāi)始呈明顯增多趨勢(shì)，1996年開(kāi)始發(fā)生突變性增多；夏季是高溫天氣的多發(fā)時(shí)段，占高溫總?cè)諗?shù)的91.9%，并以4.2 d/10 a的極顯著水平增加，其中6、7、8月分別以1.6 d/10 a、1.7 d/10 a和 0.9 d/10 a的顯著水平增加。（2）對(duì)1981—2017年37年的高溫天氣過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，高溫天氣過(guò)程約7個(gè)/a，年弱高溫過(guò)程以0.6個(gè)/10 a極顯著水平增加，強(qiáng)及特強(qiáng)高溫過(guò)程以0.4個(gè)/10 a顯著性增加，弱高溫過(guò)程、強(qiáng)及特強(qiáng)高溫過(guò)程逐年代際為增加趨勢(shì)。（3）對(duì)2015—2017年這3年的高溫天氣過(guò)程的分析結(jié)果表明：2015年和2017年的高溫天氣日數(shù)均為特多，分別位居37年來(lái)的第二位和第一位；高溫天氣綜合強(qiáng)度指標(biāo)SI值都出現(xiàn)了大于1981—2010年30年氣候統(tǒng)計(jì)的最大值（18）的情況，其中2015年7月出現(xiàn)的特強(qiáng)高溫天氣過(guò)程，其SI值達(dá)到37，為異常極端值。