魏璐，周曉湘，鄭菲菲

（河源市氣象局，廣東河源 517000）

當(dāng)前，高溫危害已成為我國夏季頻發(fā)的極端災(zāi)害性天氣事件［1-2]。長期處于高溫環(huán)境中，易導(dǎo)致人的體溫調(diào)節(jié)機制發(fā)生障礙，進而使得排汗受到抑制，從而導(dǎo)致中暑，嚴(yán)重可能導(dǎo)致死亡［3-4]。高溫期間，常因水電需求猛增，對生活、交通、農(nóng)業(yè)等行業(yè)產(chǎn)生很大的影響。農(nóng)業(yè)方面，高溫會加劇土壤水分蒸發(fā)和作物蒸騰作用，高溫少雨如果長時間同時出現(xiàn)，就會造成土壤失墑嚴(yán)重，給農(nóng)業(yè)造成很大的影響［5]。當(dāng)前，許多專家對不同地區(qū)的高溫特征做了研究，并得出了很多有意義的結(jié)論［6-7]。河源位于廣東省東北部，夏季長，高溫炎熱日數(shù)多，在全球氣候變暖和城市化進展加快的背景下，高溫炎熱天氣也發(fā)生了明顯變化。本研究通過研究河源城區(qū)的高溫炎熱天氣特征，以期為當(dāng)?shù)卣块T制定相關(guān)預(yù)案、城市發(fā)展及生態(tài)文明建設(shè)等提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源和定義

東源國家站位于河源人口密集、經(jīng)濟發(fā)達的中心城區(qū)，且資料連續(xù)性好，本研究以東源站為城區(qū)代表站，因河源所有郊區(qū)區(qū)域自動站均建于樓頂，數(shù)據(jù)的代表性、準(zhǔn)確性不夠，實用性差，而紫金站位于城區(qū)東南側(cè)，與東源縣康禾鎮(zhèn)區(qū)域站只相距18 km。紫金縣相對欠發(fā)達，城市化影響較小，且沒有經(jīng)歷過遷站，數(shù)據(jù)連續(xù)性好，故采用紫金站代表郊區(qū)站。

研究資料為東源、紫金國家氣象站1970—2018年的氣溫和相對濕度的逐日資料，并定義：日最高氣溫≥35℃，為1個高溫日；連續(xù)3 d及以上的高溫天氣定義為1次高溫?zé)崂耸录?]。依據(jù)廣東省人民政府令（第255號）《廣東省氣象災(zāi)害預(yù)警信號發(fā)布規(guī)定》中，關(guān)于高溫預(yù)警信號發(fā)布的規(guī)定，本研究把高溫程度劃分為3個等級：一般高溫日（35℃≤日最高氣溫＜37℃）、重高溫日（37℃≤日最高氣溫＜40℃）、嚴(yán)重高溫日（日最高氣溫≥40℃）。

1.2 研究方法

為更直觀了解高溫對體感的影響，本研究引入炎熱指數(shù)，該指數(shù)綜合考慮了氣溫與相對濕度對人體舒適的影響。炎熱指數(shù)由Tom［9]提出，黃卓等［10-11]進行了修正，具體公式為

其中，It為炎熱指數(shù)；tmax為日極端最高氣溫（℃）；RH為日平均相對濕度（%）。

本研究炎熱指數(shù)公式計算城區(qū)的炎熱指數(shù)It，并算出東源站最高氣溫tmax≥33℃樣本的It，并將計算得到的It序列升序排列，同時選50分位值為It臨界值，最后計算得到It大于該臨界值的日數(shù)，就是高溫炎熱日數(shù)。最后采用數(shù)理分析方法［12-13]，對近41年河源城區(qū)高溫和炎熱日數(shù)進行分析。

熱島強度定義為城區(qū)站與郊區(qū)站溫度的差值，以Δt表示，當(dāng)Δt＞0℃，則表示熱島效應(yīng)；當(dāng)Δt＜0℃時，則為冷島效應(yīng)。

2 高溫、炎熱指數(shù)變化特征

2.1 高溫日數(shù)年變化特征

從圖1a可知，近41年河源城區(qū)總高溫日數(shù)有963 d，年均23.5d；出現(xiàn)最多為2017年（49 d），最少為1997年（5 d）。一般高溫日數(shù)有882 d，平均每年21.5 d，占總高溫日的91.6%；出現(xiàn)最多為2018年（45 d），其次是2017年（42 d）；最少為1997年（5 d）。重高溫日數(shù)共出現(xiàn)81 d，年均2.0 d，出現(xiàn)最多為2004、2016、2017年，均有7 d，最少僅為0 d。近41年無嚴(yán)重高溫日出現(xiàn)。

近41年河源城區(qū)總高溫日數(shù)、一般高溫日數(shù)、重高溫日數(shù)均呈顯著增加趨勢，氣候傾向率分別為0.56、0.49和0.07 d／年，均通過了α＝0.01的顯著性水平檢驗。5年滑動平均表明，總高溫日數(shù)、一般高溫日數(shù)、重高溫日數(shù)分布主要表現(xiàn)為5個階段：20世紀(jì)70年代后期—80年代后期、90年代后期—21世紀(jì)00年代中期、2010年代后期為相對偏多期；20世紀(jì)90年代初中期、21世紀(jì)00年代后期—2010年代中期為相對偏少期。

Mann-Kendall突變檢驗顯示，總高溫日數(shù)在1987年前呈下降趨勢，1988年起呈增加趨勢，且2001年UF曲線超過了α＝0.05的顯著性水平的臨界線（圖1d），說明城區(qū)高溫日數(shù)的明顯增加是一個突變現(xiàn)象，該突變起于1999年前后。

圖1 1978—2018年河源城區(qū)，總高溫日數(shù)（a）、一般高溫日數(shù)（b）、重高溫日數(shù)（c）的年際變化和總高溫日的Mann-Kendall檢驗（d）

2.2 高溫時間分布特征

從河源城區(qū)總高溫的占比情況（圖2a）可知，一般高溫日（35～36 ℃）占比最多，達91.6%；重高溫日（37～39℃）占比最低，僅占8.4%。近41年共出現(xiàn)129次高溫?zé)崂耸录▓D2b），其中，持續(xù)3 d的有48次，占37.2%；持續(xù)10 d及以上有5次，占1.3%；持續(xù)天數(shù)最長的有19 d（2007年7月21日—8月8日）；其次為15 d（2018年5月18日—6月1日）。常年首次出現(xiàn)高溫的時間主要在5、6月，最早出現(xiàn)在2002年5月3日，結(jié)束最晚為2017年10月10日。從圖2c可知，5—10月均有高溫日的出現(xiàn)，集中出現(xiàn)在7、8月，達73.8%；5、10月出現(xiàn)最少，分別占2.2%、1.1%。

圖2 1978—2018年河源城區(qū)高溫值占比（a）、高溫?zé)崂耍╞）、各月高溫日數(shù)（c）分布

2.3 年極端最高氣溫

從河源城區(qū)年極端最高氣溫的時間分布可知（圖略），近41年河源城區(qū)極端年最高氣溫介于36.2～39.0℃，其中，年極端最高氣溫最大值為39.0℃，出現(xiàn)在1980年7月10日，最小值為36.2℃，出現(xiàn)在1992年。河源城區(qū)年極端最高氣溫以0.015 6℃／年的速率增加，其相關(guān)系數(shù)為0.25，通過了α＝0.05的顯著性水平檢驗，表明年極端最高氣溫增溫較為顯著。

2.4 年高溫日數(shù)小波分析

本研究采用Morlet小波對河源城區(qū)總高溫日數(shù)進行周期分析。由圖3a可知，總高溫日數(shù)存在4～5、8～9、準(zhǔn)15年尺度的周期變化。其中，4～5年周期在2005年之前較為明顯；8～9年周期在2005—2018年期間表現(xiàn)較為明顯；準(zhǔn)15年周期在整個研究階段表現(xiàn)最明顯，且呈“偏少-偏多-偏少-偏多-偏少-偏多”交替變化的特征。由小波方差圖（圖3b）可知，15年周期尺度的峰值最高，能量最大，其它峰值表現(xiàn)較不明顯。

圖3 1978—2018年河源城區(qū)高溫日數(shù)Morlet小波分析（a）和小波方差（b）

2.5 炎熱日數(shù)

通過計算得到河源城區(qū)炎熱指數(shù)臨界值為88.3℃，當(dāng)超過該值時，該日即為炎熱日。近41年城區(qū)共出現(xiàn)了2 065個炎熱日（圖4a），出現(xiàn)最多的年份為2017年（84 d），其次為2018年（80 d）；最少為2011年（26 d），炎熱日數(shù)與最多高溫日數(shù)出現(xiàn)的年份一致，均為2017年，且年際變化趨勢也大致相似，均呈增加趨勢；炎熱日數(shù)以氣候傾向率為0.26 d／年遞增，通過了α＝0.05的顯著性水平檢驗。從5年滑動平均曲線可知，在2002年之前，炎熱日數(shù)波動較為平緩；2003—2011年有一次明顯的下降趨勢；2012—2018年增加趨勢明顯加快。

統(tǒng)計可知，炎熱日數(shù)與總高溫日數(shù)月份分布基本一致，主要集中在7、8月份，約為57%；5、10月占比最少，約為總數(shù)的8.6%（圖略）。臨界值為88.3℃在不同空氣相對濕度情況下，所對應(yīng)的最高氣溫分別為RH≤60%時為36.0℃、RH＝70%時為34.6℃、RH＝80%時為33.4℃、RH＝90%時為32.2℃，對同一炎熱臨界值，相對濕度增大，相對應(yīng)的最高氣溫也降低，最高和最低氣溫相差達3.8℃。

圖4 1978—2018年河源城區(qū)炎熱日數(shù)趨勢

3 熱島效應(yīng)對炎熱日數(shù)影響

高溫炎熱的出現(xiàn)與熱島效應(yīng)間存一定的相關(guān)性［14]，根據(jù)分析可知，近41年河源城區(qū)熱島強度均＞0，年平均熱島強度為0.5℃，說明城市化進程中，存在熱島效應(yīng)。河源城區(qū)的熱島強度以0.011℃／年速率增加，且通過了α＝0.01的顯著性水平檢驗，具體變化表現(xiàn)為：20世紀(jì)90年代前，熱島強度總體較弱；21世紀(jì)之后，熱島強度較強，最強出現(xiàn)在2017年（0.9℃），這與高溫炎熱日數(shù)的峰值吻合。經(jīng)計算城區(qū)年炎熱日數(shù)與熱島效應(yīng)強度之間的相關(guān)系數(shù)為0.46（通過了α＝0.05的顯著性水平檢驗），表明其與熱島效應(yīng)強度存在顯著性相關(guān)關(guān)系。由此可知，城市化進程造成的熱島效應(yīng)加劇了河源城區(qū)高溫炎熱日數(shù)的發(fā)生。

4 高溫炎熱天氣形勢分析

4.1 副熱帶高壓

由2.2節(jié)分析可知，河源城區(qū)高溫炎熱事件發(fā)生在7—8月占比最多。在高溫、炎熱日數(shù)偏多的年份，常表現(xiàn)為副熱帶高壓強度偏強、位置偏南等特征。分析高溫炎熱天氣期間，發(fā)現(xiàn)大部分副熱帶高壓較為強盛，副熱帶高壓大致分為東西兩環(huán)，但位置存在一定的差異，大部分副熱帶高壓脊線位于20°N—40°N，絕大多數(shù)位于30°N附近，該期間常受副熱帶高壓的下沉氣流影響，非常有利于高溫炎熱天氣的出現(xiàn)。如2007年7月21日到8月8日出現(xiàn)持續(xù)時間最長的高溫事件，主要處在強盛的副熱帶高壓控制的時間長達28 d，因而導(dǎo)致罕見的持續(xù)性高溫炎熱天氣。

4.2 熱帶氣旋

當(dāng)有熱帶氣旋靠近我國時，河源城區(qū)常受熱帶氣旋外圍西側(cè)的下沉氣流影響，也易導(dǎo)致極端高溫炎熱天氣的出現(xiàn)，該類天氣主要出現(xiàn)在7—10月份。一般來說，熱帶氣旋在西太平洋120°E—125°E轉(zhuǎn)向北上或在125°E以西向西偏北方向移動時，河源一般受位于熱帶氣旋西側(cè)外圍偏北氣流及副熱帶高壓脊前的偏北氣流疊加的影響，易導(dǎo)致極端異常高溫天氣的出現(xiàn)。在重高溫日以上事件中，由熱帶氣旋引起的約占71.2%，熱帶氣旋外圍強烈的下沉氣流往往會引起極端高溫炎熱天氣的出現(xiàn)，如1980年7月10日的極端高溫炎熱天氣，該日最高氣溫為39.0℃，出現(xiàn)極端最高溫主要受198006號臺風(fēng)“艾達”西側(cè)的下沉氣流影響。

4.3 氣候異常年

河源城區(qū)高溫炎熱天氣的發(fā)生與ENSO暖事件的影響密切相關(guān)，曾欽文等［15]研究河源地區(qū)氣溫變化特征及其與ENSO的關(guān)系表明，在El Ni?o事件中，河源地區(qū)年平均氣溫有偏高趨勢，對河源地區(qū)的氣溫影響最明顯在當(dāng)年和次年，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，近41年出現(xiàn)高溫和炎熱日數(shù)最多年份2017年正是El Ni?o事件的次年；在El Ni?o事件年中，1998、2014～2016、2013—2015年均為高溫和炎熱日數(shù)偏多的年份。

5 結(jié)論

1）近41年河源城區(qū)總高溫、一般高溫和重高溫日數(shù)分別以0.56、0.49和0.07 d／年的速率明顯增加，無嚴(yán)重高溫日。

2）河源城區(qū)總高溫日數(shù)在1999年前后發(fā)生突變，且存在4～5、8～9、準(zhǔn)15年尺度的周期變化，其中，準(zhǔn)15年周期在整個研究階段表現(xiàn)最明顯。

3）河源城區(qū)日最高氣溫介于35～36℃的占比最高，37～39℃占比最低；持續(xù)3 d的高溫?zé)崂耸录急葹?7.2%，持續(xù)時間最長的有19 d。高溫日常年首次出現(xiàn)在5、6月，集中出現(xiàn)在7、8月。

4）河源城區(qū)的炎熱日數(shù)以0.26 d／年速率明顯增加，且主要集中在7、8月，同一炎熱臨界值，相對濕度增大，相對應(yīng)的氣溫會降低。炎熱日數(shù)與熱島效應(yīng)強度之間存在顯著性相關(guān)關(guān)系，說明城市化進程造成的熱島效應(yīng)加劇了城區(qū)高溫炎熱日數(shù)的發(fā)生。

5）河源城區(qū)高溫事件受副熱帶高壓、熱帶氣旋外圍西側(cè)下沉氣流和El Ni?o事件影響。其中，熱帶氣旋西側(cè)外圍偏北氣流及副熱帶高壓脊前的偏北氣流疊加影響，容易導(dǎo)致河源城區(qū)極端異常高溫天氣的出現(xiàn)。