林愛(ài)蘭 谷德軍 彭冬冬 鄭 彬 李春暉

(中國(guó)氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所/廣東省區(qū)域數(shù)值天氣預(yù)報(bào)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640)

引 言

高溫，尤其持續(xù)高溫天氣給人類(lèi)健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等帶來(lái)嚴(yán)重影響。在氣候變暖背景下，全球大部分地區(qū)高溫?zé)崂税l(fā)生頻次呈上升趨勢(shì)[1-2]，我國(guó)高溫事件也逐漸多發(fā)[3-4],如2013年夏季中國(guó)南方出現(xiàn)持續(xù)異常高溫天氣[5-6]，2018年春末中國(guó)南方發(fā)生破紀(jì)錄的持續(xù)高溫天氣[7]。因此高溫天氣成因及影響受到越來(lái)越多關(guān)注[8-11]。

定義指標(biāo)是極端天氣研究的前提。單站高溫閾值的選取包含百分位值(如溫度序列的第95百分位值)[9]和絕對(duì)閾值(如35℃)[12-13]。業(yè)務(wù)上通常規(guī)定日最高氣溫不低于35℃為高溫日。李慶祥等[14]證明，無(wú)論基于正態(tài)分布的傳統(tǒng)閾值計(jì)算方法，還是基于實(shí)際樣本頻數(shù)分布的閾值計(jì)算方法，35℃作為夏季高溫閾值是合理的。區(qū)域天氣過(guò)程是中期和延伸期天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的主要預(yù)報(bào)對(duì)象，從區(qū)域性高溫過(guò)程角度進(jìn)行分析的工作多數(shù)針對(duì)典型個(gè)例[15-19]。若對(duì)歷史多樣本開(kāi)展研究，則需要用客觀定量的指標(biāo)對(duì)歷史過(guò)程進(jìn)行判別。Chen等[13]將某日區(qū)域內(nèi)三分之一站點(diǎn)超過(guò)35℃定義為區(qū)域高溫事件，該定義未要求高溫站點(diǎn)的區(qū)域相鄰性。唐恬等[20]將某日區(qū)域內(nèi)兩成以上的站點(diǎn)出現(xiàn)高溫天氣(不低于35℃)且成片出現(xiàn)定義為區(qū)域性高溫天氣,該定義雖然考慮高溫站點(diǎn)的區(qū)域相鄰性，但未給出成片出現(xiàn)的量化表征方法。目前國(guó)家氣候中心的業(yè)務(wù)指標(biāo)[21]對(duì)高溫站點(diǎn)的區(qū)域相鄰性進(jìn)行量化，且用50%重合度判定區(qū)域性高溫是否持續(xù)。連續(xù)2 d的高溫區(qū)域有一定重合度可較好反映空間和時(shí)間的持續(xù)性，但該指標(biāo)無(wú)法保證過(guò)程的大尺度特征。受可預(yù)報(bào)性限制，目前對(duì)尚處于初步實(shí)踐階段的10～30 d延伸期預(yù)報(bào)，最關(guān)注的是大尺度區(qū)域持續(xù)性過(guò)程[22-23]。然而，現(xiàn)有文獻(xiàn)中區(qū)域性高溫指標(biāo)有的未考慮區(qū)域連續(xù)性，有的無(wú)法保證過(guò)程的大尺度特征。鑒于延伸期預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)和科研需求，本研究在汲取現(xiàn)有指標(biāo)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，聚焦區(qū)域性、持續(xù)性過(guò)程，建立可自動(dòng)判別的區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程判別指標(biāo)。

關(guān)于區(qū)域性高溫或區(qū)域性持續(xù)高溫的氣候特征已有一些報(bào)道[24-26]，但這些研究幾乎都從區(qū)域平均值角度衡量高溫強(qiáng)弱程度，其中多數(shù)研究采用夏季站點(diǎn)高溫累積日數(shù)的區(qū)域平均[12，24-27]，有的文獻(xiàn)則直接采用夏季區(qū)域平均氣溫或平均最高氣溫[20]。分析表明1961—2004年中國(guó)南方區(qū)域平均最高氣溫與區(qū)域平均極端高溫日數(shù)的變化趨勢(shì)不同[28]。雖然區(qū)域平均值是表征區(qū)域高溫強(qiáng)度的重要參數(shù)且計(jì)算簡(jiǎn)單方便統(tǒng)計(jì)，但即使區(qū)域平均值相同，高溫站點(diǎn)是否成片、高溫時(shí)間是否前后重合所導(dǎo)致的高溫事件致災(zāi)程度不同。目前有關(guān)高溫年際和年代際變化的研究極少基于綜合考慮高溫站點(diǎn)空間相鄰性和高溫時(shí)間前后重合度的區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程判斷。因此，本文利用近60年資料，在建立區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程定義指標(biāo)、判斷歷史過(guò)程的基礎(chǔ)上，形成年平均量化指數(shù)，并比較華南、長(zhǎng)江、黃淮和華北4個(gè)區(qū)域的區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程氣候變化特征。

1 資料和方法

文中使用的1961—2019年全國(guó)2407個(gè)氣象站的日最高氣溫資料來(lái)自中國(guó)氣象局，該資料經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制和均一化訂正[29-30]，本文選取其中缺測(cè)率小于0.05%(即缺測(cè)日數(shù)累計(jì)少于10 d)的1690個(gè)站資料。分析采用平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、點(diǎn)面相關(guān)分析以及顯著性t檢驗(yàn)等統(tǒng)計(jì)方法。參考文獻(xiàn)[23]的方法，先對(duì)時(shí)間序列進(jìn)行3 d滑動(dòng)平均，再用3 d滑動(dòng)平均序列計(jì)算相關(guān)系數(shù)，確定關(guān)鍵區(qū)。經(jīng)過(guò)滑動(dòng)平均處理后時(shí)間序列的持續(xù)性增強(qiáng)，因此相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)的自由度采用有效自由度[31-32]。

2 區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程定義指標(biāo)

2.1 區(qū)域劃分

已有研究表明[24]：中國(guó)極端高溫(日最高氣溫不低于35℃)日數(shù)的氣候分布有兩個(gè)大值中心，分別為新疆和中國(guó)東南部,若對(duì)持續(xù)3 d及以上的高溫日數(shù)進(jìn)行氣候統(tǒng)計(jì),大值中心位置分布類(lèi)似(圖略)。孫建奇等[24]指出，中國(guó)西北地區(qū)的氣溫主要受地形、日照和地表反照率等因素影響，由于這些影響因素較穩(wěn)定，因此氣溫變率較小。而我國(guó)東部為典型的季風(fēng)氣候，氣候變率很大，因此本工作重點(diǎn)分析中國(guó)東部。

受不同環(huán)流系統(tǒng)影響，不同區(qū)域的氣溫變化機(jī)理也不盡相同，因此需要分區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和研究?；谝陨峡紤]，本文持續(xù)高溫過(guò)程指標(biāo)建立的總體思路是在確定關(guān)鍵區(qū)的基礎(chǔ)上查找判斷高溫過(guò)程。為了合理劃分區(qū)域，本文參照文獻(xiàn)[23]的方法，計(jì)算夏季日最高氣溫平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，選取標(biāo)準(zhǔn)差和平均值均較大的站點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)；對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算空間相關(guān)，將相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.05顯著性水平且正相關(guān)系數(shù)較高的連續(xù)區(qū)域劃為一個(gè)區(qū)域。如江西弋陽(yáng)站是長(zhǎng)江區(qū)域夏季日最高氣溫平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的大值中心，以該站為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行空間相關(guān)分析(圖1a)得到相關(guān)系數(shù)較高區(qū)域(26°～32°N，105°～122°E)作為同一高溫區(qū)。類(lèi)似地可以將中國(guó)東部劃分為4個(gè)區(qū)域：華南區(qū)域、長(zhǎng)江中下游及江南區(qū)域(簡(jiǎn)稱(chēng)長(zhǎng)江區(qū)域)、黃河和淮河區(qū)域(簡(jiǎn)稱(chēng)黃淮區(qū)域)和華北區(qū)域，各區(qū)域基準(zhǔn)點(diǎn)及經(jīng)緯度范圍見(jiàn)圖1b和表1。

圖1 夏季以江西弋陽(yáng)站為基準(zhǔn)點(diǎn)(紅色圓點(diǎn))得到的空間相關(guān)(等值線)

表1 中國(guó)東部4個(gè)高溫區(qū)的基準(zhǔn)點(diǎn)、范圍以及區(qū)域平均最高氣溫的第80百分位值

目前業(yè)務(wù)服務(wù)通常以行政單元為基礎(chǔ)，如省級(jí)業(yè)務(wù)單位按省界劃區(qū)，但以上分區(qū)與行政區(qū)域不一致。本文依據(jù)氣溫空間相關(guān)性進(jìn)行區(qū)域劃分，主要基于如下考慮：首先同一行政單元各站點(diǎn)的氣溫次季節(jié)尺度變化趨勢(shì)未必一致，將不同變化趨勢(shì)的站點(diǎn)劃分為同一研究區(qū)域，可預(yù)報(bào)性較低；其次，目前延伸期預(yù)報(bào)只能針對(duì)較大范圍區(qū)域的過(guò)程，因此將次季節(jié)尺度變化趨勢(shì)一致的站點(diǎn)劃入同一個(gè)區(qū)域，以期提高過(guò)程的可預(yù)報(bào)性，而且本文劃分的4個(gè)區(qū)域可為國(guó)家級(jí)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)單位的指導(dǎo)性預(yù)報(bào)提供參考。

2.2 區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程定義指標(biāo)

在2.1節(jié)確定的關(guān)鍵區(qū)內(nèi)查找區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程。經(jīng)多次試驗(yàn)，形成如下區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程定義指標(biāo)：

①區(qū)域內(nèi)某日最高氣溫不低于35℃的相鄰站點(diǎn)(距離不超過(guò)250 km)數(shù)占當(dāng)日全區(qū)域有效監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)的比例不小于某一百分比P0(P0=20%)，同時(shí)區(qū)域平均最高氣溫不小于某閾值(閾值采用本區(qū)域第80百分位值)，則判定為區(qū)域高溫日。

②區(qū)域內(nèi)某日滿(mǎn)足條件①，同時(shí)最高氣溫不低于35℃的站點(diǎn)與前一日日最高氣溫大于35℃的站點(diǎn)的重合度不少于50%，且前一日滿(mǎn)足條件①，則把當(dāng)日判定為區(qū)域高溫持續(xù)日。

若區(qū)域內(nèi)高溫日之后發(fā)生持續(xù)2 d或2 d以上高溫日，高溫日和高溫持續(xù)日總數(shù)不小于3 d，則定義為1次區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程。

以上指標(biāo)中條件①的閾值，根據(jù)歷史資料統(tǒng)計(jì)獲取，華南、長(zhǎng)江、黃淮、華北4個(gè)區(qū)域夏季日最高氣溫第80百分位值見(jiàn)表1，條件②重合度(coincidence degree，Dc)的計(jì)算公式[33]為

Dc=N12/min(N1,N2)。

(1)

式(1)中，N12為相鄰兩日氣溫均不低于35℃的站點(diǎn)數(shù)，N1和N2分別為相鄰兩日中第1日和第2日氣溫不低于35℃的站點(diǎn)數(shù)。

本文提出的指標(biāo)既參考了目前國(guó)家氣候中心的業(yè)務(wù)指標(biāo)[21]，也根據(jù)延伸期預(yù)報(bào)的特點(diǎn)和區(qū)域氣候特色進(jìn)行了改進(jìn)。首先，在目前業(yè)務(wù)上使用的國(guó)家級(jí)和省級(jí)區(qū)域性高溫過(guò)程監(jiān)測(cè)指標(biāo)中，P0分別為3%和30%?？紤]到本文選定的區(qū)域基本包含多個(gè)省份，多次試驗(yàn)表明P0采用20%較合適。其次，本指標(biāo)增加區(qū)域平均最高氣溫大于等于某閾值這一條件，目的是體現(xiàn)較高氣溫的空間范圍較大，即過(guò)程的大尺度特征。如果未考慮區(qū)域平均值，那么很可能將局部高溫也選擇進(jìn)來(lái)，無(wú)法體現(xiàn)大尺度特征。本文指標(biāo)同時(shí)考慮高溫站點(diǎn)百分比和區(qū)域最高氣溫平均值，兼顧高溫強(qiáng)度和空間范圍。另外，區(qū)域平均最高氣溫閾值采用本區(qū)域第80百分位值,可見(jiàn)本文指標(biāo)既有普適性也兼顧區(qū)域氣候特色，適合不同區(qū)域的持續(xù)高溫過(guò)程的判定，一定程度上可避免因統(tǒng)一絕對(duì)閾值導(dǎo)致某些區(qū)域過(guò)程出現(xiàn)頻次稀少的現(xiàn)象，有利于日常業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)服務(wù)。

3 過(guò)程統(tǒng)計(jì)及2020年監(jiān)測(cè)

在以上區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程指標(biāo)以及相關(guān)閾值參數(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)1961—2019年各區(qū)域的高溫過(guò)程進(jìn)行判斷。表2是中國(guó)東部各區(qū)域的持續(xù)高溫過(guò)程次數(shù)及過(guò)程持續(xù)日數(shù)等統(tǒng)計(jì)，華南區(qū)域、長(zhǎng)江區(qū)域、黃淮區(qū)域和華北區(qū)域持續(xù)高溫過(guò)程次數(shù)分別為193，163，131和45，平均每年持續(xù)高溫過(guò)程次數(shù)分別為3.3，2.8，2.2和0.8。4個(gè)區(qū)域59年期間共有532次區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程，平均每年9.0次。從過(guò)程次數(shù)看，呈現(xiàn)由南向北遞減趨勢(shì)，華南比長(zhǎng)江略多，但長(zhǎng)江的過(guò)程持續(xù)性更強(qiáng)，每次過(guò)程平均為6.4 d，因此長(zhǎng)江平均年累積日數(shù)最多，達(dá)到17.8 d，比華南(16.8 d)多1 d?？梢?jiàn)我國(guó)東部高溫總體以長(zhǎng)江區(qū)域最為嚴(yán)重。

表2 中國(guó)東部4個(gè)區(qū)域1961—2019年的持續(xù)高溫過(guò)程次數(shù)及過(guò)程持續(xù)日數(shù)

各區(qū)域持續(xù)高溫過(guò)程最長(zhǎng)持續(xù)日數(shù)不同，華南達(dá)到32 d，發(fā)生于2007年7月8日—8月8日；長(zhǎng)江為27 d，發(fā)生于2013年7月23日—8月18日；黃淮為15 d，發(fā)生于1961年7月15—29日；華北為8 d，出現(xiàn)2次，分別發(fā)生于1997年7月8—15日和1999年7月23—30日。以上統(tǒng)計(jì)表明：除了黃淮之外，各區(qū)域最長(zhǎng)的極端持續(xù)高溫過(guò)程均發(fā)生在20世紀(jì)90年代后期至21世紀(jì)初。

將本指標(biāo)應(yīng)用于2020年中國(guó)東部4個(gè)區(qū)域的高溫過(guò)程監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)應(yīng)用結(jié)果表明：2020年華北區(qū)域未出現(xiàn)持續(xù)高溫過(guò)程，其他3個(gè)區(qū)域均有持續(xù)高溫過(guò)程出現(xiàn)。圖2是2020年6—8月華南區(qū)域、長(zhǎng)江區(qū)域和黃淮區(qū)域的平均日最高氣溫演變和持續(xù)高溫過(guò)程。由圖2可以看到，華北區(qū)域、黃淮區(qū)域和長(zhǎng)江區(qū)域2020年持續(xù)高溫較輕，其中華北區(qū)域沒(méi)有持續(xù)高溫過(guò)程；長(zhǎng)江區(qū)域出現(xiàn)2次持續(xù)高溫過(guò)程，發(fā)生于8月，持續(xù)高溫過(guò)程累積日數(shù)為13 d，比氣候平均偏少4 d；黃淮區(qū)域有1次持續(xù)5 d的過(guò)程，與氣候平均相比，累積日數(shù)偏少6 d。華南區(qū)域有7次持續(xù)高溫過(guò)程，持續(xù)高溫過(guò)程累積日數(shù)達(dá)到 35 d，比夏季氣候平均偏多1.2倍，其中7月中下旬的持續(xù)高溫過(guò)程最嚴(yán)重。國(guó)家氣候中心《2020年8月全國(guó)氣候影響評(píng)價(jià)》(http:∥cmdp.ncc-cma.net/influ/moni_china.php)指出：華南持續(xù)高溫導(dǎo)致部分早稻結(jié)實(shí)率和千粒重降低，晚稻、蔬菜、水果及旱地作物等生長(zhǎng)發(fā)育也受到一定影響。2020年持續(xù)高溫的異常與持續(xù)性強(qiáng)降水的異常密切相關(guān)，長(zhǎng)江、淮河梅雨異常偏強(qiáng)，而華南強(qiáng)降水過(guò)程明顯偏少。

圖2 2020年6—8月華南區(qū)域、長(zhǎng)江區(qū)域和黃淮區(qū)域的平均日最高氣溫

4 區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程多年變化特征

圖3是各區(qū)域持續(xù)高溫過(guò)程次數(shù)隨持續(xù)日數(shù)的變化?？紤]到持續(xù)18～32 d的高溫過(guò)程稀少，僅有6次(華南區(qū)域1次，長(zhǎng)江區(qū)域5次)，圖內(nèi)僅顯示18 d 以下的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由圖3可以看到，各區(qū)域的持續(xù)高溫過(guò)程次數(shù)總體隨持續(xù)日數(shù)的增加而減少。4個(gè)區(qū)域中6 d及6 d以下的持續(xù)高溫過(guò)程次數(shù)，華南區(qū)域最多，超過(guò)6 d的過(guò)程，長(zhǎng)江區(qū)域最多。雖然華南區(qū)域發(fā)生1次長(zhǎng)達(dá)32 d的過(guò)程，但沒(méi)有持續(xù)時(shí)間為17～31 d的過(guò)程，持續(xù)時(shí)間超過(guò)6 d的過(guò)程華南區(qū)域?yàn)?5次，長(zhǎng)江區(qū)域最多，為51次，黃淮區(qū)域?yàn)?2次，華北區(qū)域最少，僅為4次?？梢?jiàn)，無(wú)論從持續(xù)高溫過(guò)程累積日數(shù)，還是從持續(xù)時(shí)間超過(guò)6 d的長(zhǎng)過(guò)程次數(shù)，都體現(xiàn)為長(zhǎng)江區(qū)域最嚴(yán)重、華南區(qū)域次之、華北區(qū)域較輕。

圖3 華南區(qū)域、長(zhǎng)江區(qū)域、黃淮區(qū)域和華北區(qū)域持續(xù)高溫過(guò)程次數(shù)與持續(xù)日數(shù)

從1961—2019年各區(qū)域持續(xù)高溫過(guò)程的發(fā)生時(shí)間(圖4)看，華南區(qū)域從5月中旬至10月初均可能出現(xiàn)，長(zhǎng)江區(qū)域出現(xiàn)于6月中旬至9月中旬，黃淮區(qū)域出現(xiàn)于5月下旬至9月上旬，華北區(qū)域出現(xiàn)于5月下旬至8月中旬。從開(kāi)始時(shí)間看，長(zhǎng)江區(qū)域最遲，6月中下旬才可能出現(xiàn)，其他3個(gè)區(qū)域開(kāi)始時(shí)間接近，均為5月下旬甚至中旬。從結(jié)束時(shí)間看，華南區(qū)域最遲，為10月初，華北區(qū)域最早，為8月中旬，華北僅出現(xiàn)1次結(jié)束時(shí)間為8月中旬(2009年8月12—14日)的持續(xù)高溫過(guò)程。因此，長(zhǎng)江區(qū)域和華北區(qū)域的高溫過(guò)程發(fā)生時(shí)間較集中，主要出現(xiàn)在兩個(gè)月內(nèi)，長(zhǎng)江區(qū)域?yàn)?月、8月，華北區(qū)域?yàn)?月、7月。作為中國(guó)東部氣候平均高溫過(guò)程最嚴(yán)重的區(qū)域，長(zhǎng)江區(qū)域氣候平均持續(xù)高溫過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，累積日數(shù)多，月份集中，但持續(xù)高溫過(guò)程出現(xiàn)最遲。

由圖4還可以看到，華南區(qū)域在20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)前20年，持續(xù)高溫過(guò)程開(kāi)始偏早、結(jié)束偏遲，出現(xiàn)在5月和6月上旬的6次過(guò)程都發(fā)生于該時(shí)期，同時(shí)9月發(fā)生持續(xù)高溫過(guò)程的頻次也明顯升高(圖4a)，2018年出現(xiàn)歷史最早的持續(xù)高溫過(guò)程(5月18—22日)，2019年出現(xiàn)了歷史最遲的持續(xù)高溫過(guò)程(9月30日—10月2日)。黃淮區(qū)域高溫過(guò)程基本出現(xiàn)在6—8月(占97%)，僅有2次過(guò)程出現(xiàn)于5月和2次過(guò)程出現(xiàn)于9月，這4次過(guò)程均發(fā)生在20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)前20年。對(duì)華北區(qū)域，僅有1次過(guò)程出現(xiàn)于8月中旬，發(fā)生在2009年8月12—14日，且20世紀(jì)90年代后期至21世紀(jì)前20年，持續(xù)高溫過(guò)程的出現(xiàn)頻次明顯升高，1961—1996年發(fā)生13次持續(xù)性高溫過(guò)程，年平均為0.36次，1997—2019年發(fā)生32次持續(xù)高溫過(guò)程，年平均為1.39次。因此，從持續(xù)高溫過(guò)程的最早和最遲發(fā)生月份或高溫過(guò)程出現(xiàn)頻次看，20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)，華南、黃淮和華北3個(gè)區(qū)域的持續(xù)高溫過(guò)程都存在明顯變化。

圖4 1961—2019年華南區(qū)域、長(zhǎng)江區(qū)域、黃淮區(qū)域和華北區(qū)域的持續(xù)高溫過(guò)程發(fā)生時(shí)間

為量化區(qū)域持續(xù)高溫過(guò)程，本文定義持續(xù)高溫過(guò)程年累積日數(shù)為區(qū)域性持續(xù)高溫指數(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)高溫指數(shù))。圖5是各區(qū)域持續(xù)高溫指數(shù)的變化曲線，由圖5可見(jiàn)，高溫指數(shù)年際變化明顯，華南區(qū)域、長(zhǎng)江區(qū)域、黃淮區(qū)域和華北區(qū)域的年際標(biāo)準(zhǔn)差分別為9.6 d，10.6 d，8.6 d和4.2 d。各區(qū)高溫指數(shù)變化曲線的線性趨勢(shì)均為升高，顯著性檢驗(yàn)表明：除黃淮外，其他3個(gè)區(qū)域均達(dá)到0.05顯著性水平，華南、長(zhǎng)江和華北3個(gè)區(qū)域的線性增長(zhǎng)趨勢(shì)相關(guān)系數(shù)分別為0.5738，0.2581和0.3488，華南增長(zhǎng)趨勢(shì)最顯著，線性增長(zhǎng)率最高，達(dá)到3.3 d·(10 a)-1。

圖5 1961—2019年華南區(qū)域、長(zhǎng)江區(qū)域、黃淮區(qū)域和華北區(qū)域的持續(xù)高溫指數(shù)

盡管由于區(qū)域性高溫的量化表征方法不同使高溫事件的年際變化存在差異，但本文揭示的變化趨勢(shì)與文獻(xiàn)[4,26,34]較一致，如葉殿秀等[4]基于高溫對(duì)人體產(chǎn)生危害程度制定的高溫?zé)崂藰?biāo)準(zhǔn)，顯示中國(guó)東部的高溫?zé)崂顺试龆?、增?qiáng)趨勢(shì)顯著。本文采用更長(zhǎng)的資料序列，從區(qū)域性持續(xù)過(guò)程的角度，證明中國(guó)東部大部分地區(qū)(包括華南、長(zhǎng)江和華北)高溫過(guò)程存在增長(zhǎng)趨勢(shì)，由于黃淮部分站點(diǎn)存在減弱趨勢(shì)[4]，因此線性趨勢(shì)不顯著。張嘉儀等[26]揭示了大華南區(qū)域(包含本文的華南區(qū)域和長(zhǎng)江區(qū)域)的高溫日數(shù)和熱浪次數(shù)顯著增多。當(dāng)然，線性趨勢(shì)與區(qū)域范圍以及序列長(zhǎng)度密切有關(guān)，如文獻(xiàn)[26]的華北區(qū)域包含部分黃淮區(qū)域，則趨勢(shì)不明顯。早期工作[12,24,28]因受序列長(zhǎng)度限制未能揭示華南、長(zhǎng)江或華北區(qū)域的顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，只顯示區(qū)域高溫的年際和年代際變化，這是因?yàn)閰^(qū)域高溫的明顯加劇主要出現(xiàn)在近10 a或20 a。

第3章分析得到氣候平均上華南區(qū)域持續(xù)高溫過(guò)程年平均累積日數(shù)比長(zhǎng)江區(qū)域略少，即華南持續(xù)高溫指數(shù)比長(zhǎng)江弱，但由圖5變化趨勢(shì)看，華南線性增長(zhǎng)趨勢(shì)最顯著，增長(zhǎng)率最高。為了解兩區(qū)域的持續(xù)高溫指數(shù)的對(duì)比變化，圖6給出長(zhǎng)江區(qū)域與華南區(qū)域持續(xù)高溫指數(shù)差值的年際變化曲線。由圖6可見(jiàn)，兩者差值在20世紀(jì)70年代末前后(1978/1979年)發(fā)生明顯變化，70年代末之前，絕大多數(shù)年份為正值，70年代末之后，大多數(shù)年份為負(fù)值，1961—1978年與1979—2019年兩個(gè)時(shí)段的平均值分別為7.4 d和-1.9 d，二者差異為9.3 d，達(dá)到0.01顯著性水平。從線性趨勢(shì)看，1961—2019年的線性減弱趨勢(shì)達(dá)到0.05顯著性水平(相關(guān)系數(shù)為-0.2645)。說(shuō)明前一階段(1961—1978年)長(zhǎng)江區(qū)域明顯強(qiáng)于華南區(qū)域，后一階段(1979—2019年)華南區(qū)域略強(qiáng)于長(zhǎng)江區(qū)域。

長(zhǎng)江區(qū)域的持續(xù)高溫過(guò)程平均持續(xù)日數(shù)為6.4 d，達(dá)到和超過(guò)7 d過(guò)程的累積日數(shù)占持續(xù)高溫過(guò)程總累積日數(shù)的56.4%，本文將持續(xù)時(shí)間達(dá)到和超過(guò)7 d(3～6 d)的持續(xù)高溫過(guò)程稱(chēng)為長(zhǎng)持續(xù)高溫過(guò)程(普通持續(xù)高溫過(guò)程)。分別對(duì)長(zhǎng)持續(xù)高溫過(guò)程和普通持續(xù)高溫過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖7和圖8)。由圖7可以看到，華南區(qū)域和長(zhǎng)江區(qū)域的長(zhǎng)持續(xù)高溫過(guò)程在20世紀(jì)90年代末至21世紀(jì)初均存在年代際增長(zhǎng)，華南(長(zhǎng)江)區(qū)域在1961—1997年與1998—2019年兩個(gè)階段長(zhǎng)持續(xù)高溫過(guò)程年累積日數(shù)的平均值相差6.1 d(8.3 d)，達(dá)到0.01顯著性水平。兩個(gè)區(qū)域歷史上長(zhǎng)持續(xù)高溫過(guò)程累積日數(shù)排名前3位的年份都發(fā)生在后一階段，華南區(qū)域出現(xiàn)在1998，2007年和2010年，長(zhǎng)江區(qū)域出現(xiàn)于2003，2013年和2018年。另外，1961—2019年長(zhǎng)江區(qū)域線性增長(zhǎng)趨勢(shì)也達(dá)到0.01顯著性水平(相關(guān)系數(shù)為0.3455)。圖8是普通持續(xù)高溫過(guò)程年累積日數(shù)變化，華南區(qū)域的線性增長(zhǎng)趨勢(shì)顯著(相關(guān)系數(shù)為0.5789，達(dá)到0.001顯著性水平)，長(zhǎng)江區(qū)域的線性減弱趨勢(shì)不顯著。以上說(shuō)明，華南區(qū)域無(wú)論長(zhǎng)持續(xù)高溫過(guò)程還是普通持續(xù)高溫過(guò)程，年累積日數(shù)近20年明顯增多(圖7和圖8)，導(dǎo)致持續(xù)高溫過(guò)程總累積日數(shù)也明顯增多(圖5a)；長(zhǎng)江區(qū)域的長(zhǎng)持續(xù)高溫過(guò)程增多，普通持續(xù)高溫過(guò)程減少(圖7b和圖8b)，使得持續(xù)高溫過(guò)程總累積日數(shù)較華南區(qū)域低。因此，兩個(gè)區(qū)域持續(xù)高溫指數(shù)相對(duì)強(qiáng)弱發(fā)生年代際變化，前一階段(1961—1978年)的長(zhǎng)江區(qū)域明顯比華南區(qū)域強(qiáng)，后一階段(1979—2019年)華南區(qū)域比長(zhǎng)江區(qū)域略強(qiáng)(圖6)。

圖6 1961—2019年長(zhǎng)江區(qū)域與華南區(qū)域的持續(xù)高溫指數(shù)差值

圖7 1961—2019年華南區(qū)域和長(zhǎng)江區(qū)域的長(zhǎng)持續(xù)高溫過(guò)程年累積日數(shù)

圖8 1961—2019年華南區(qū)域和長(zhǎng)江區(qū)域的普通持續(xù)高溫過(guò)程年累積日數(shù)

5 結(jié)論與討論

本文基于體現(xiàn)大尺度特征的區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程定義指標(biāo)，對(duì)比1961—2019年中國(guó)東部4個(gè)區(qū)域(華南、長(zhǎng)江、黃淮和華北)的持續(xù)高溫過(guò)程，主要結(jié)論如下：

1)在劃分區(qū)域的基礎(chǔ)上，綜合考慮高溫站點(diǎn)相鄰性、空間范圍、前后兩日重合度、區(qū)域氣候特點(diǎn)以及方法的普適性等，建立區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程定義指標(biāo)。統(tǒng)計(jì)表明：華南區(qū)域、長(zhǎng)江區(qū)域、黃淮區(qū)域和華北區(qū)域的持續(xù)高溫過(guò)程次數(shù)平均每年為3.3，2.8，2.2和0.8，過(guò)程平均持續(xù)日數(shù)為5.1，6.4，5.0 d 和3.9 d，平均年累積日數(shù)為16.8，17.8，11.0 d和3.1 d。

2)華南區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程跨越季節(jié)最長(zhǎng)；長(zhǎng)江區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程持續(xù)性最強(qiáng),氣候平均年累積日數(shù)最多；華北區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程氣候平均年累積日數(shù)最少，末次過(guò)程的結(jié)束日期最早，基本上結(jié)束于7月底或之前。

3)華南、長(zhǎng)江、華北3個(gè)區(qū)域持續(xù)高溫指數(shù)都存在顯著的線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中華南區(qū)域線性增長(zhǎng)相關(guān)系數(shù)最高，增長(zhǎng)率也最高，達(dá)到3.3 d·(10 a)-1；華北區(qū)域線性增長(zhǎng)相關(guān)系數(shù)僅次于華南。黃淮區(qū)域歷史上僅有的4次非夏季持續(xù)過(guò)程，均發(fā)生于20世紀(jì)90年代末至21世紀(jì)前20年。

4)長(zhǎng)江和華南兩區(qū)域的持續(xù)高溫指數(shù)的差值存在顯著年代際變化，1961—1978年長(zhǎng)江區(qū)域的持續(xù)高溫指數(shù)明顯比華南區(qū)域強(qiáng)，1979—2019年轉(zhuǎn)為華南區(qū)域比長(zhǎng)江區(qū)域略強(qiáng)，長(zhǎng)江和華南兩區(qū)域的指數(shù)差值在兩個(gè)階段相差近10 d。

本文研究表明：在全球變暖背景下，我國(guó)東部大部分區(qū)域的持續(xù)高溫過(guò)程線性增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，但各區(qū)域之間存在一定差異。一般情況下，高溫事件較少發(fā)生在雨日，降水與極端高溫事件有很強(qiáng)關(guān)聯(lián)[35]。文獻(xiàn)[34]線性趨勢(shì)分析表明：夏季華北地區(qū)降水日數(shù)和降水量均存在顯著減少趨勢(shì)，華南地區(qū)則降水日數(shù)明顯減少，但降水量減少不顯著，而長(zhǎng)江和淮河流域降水量明顯增多。這說(shuō)明華北的高溫加劇與干旱有關(guān)，長(zhǎng)江和淮河流域由于降水量明顯增多，部分抵消高溫，使黃淮區(qū)域持續(xù)高溫過(guò)程線性增長(zhǎng)趨勢(shì)不明顯，長(zhǎng)江區(qū)域持續(xù)高溫過(guò)程顯著增強(qiáng)主要出現(xiàn)在近10年，線性增長(zhǎng)趨勢(shì)比華南區(qū)域弱。華南區(qū)域的降水日數(shù)明顯減少與全球變暖背景相疊加，導(dǎo)致區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程線性增長(zhǎng)最顯著、增長(zhǎng)幅度最大。由此可見(jiàn)，在全球變暖背景下，由于各區(qū)域的環(huán)流和降水等氣象要素的異常表現(xiàn)不同，導(dǎo)致區(qū)域性持續(xù)高溫變化趨勢(shì)的顯著性或變化幅度存在差異，這也是長(zhǎng)江和華南兩區(qū)域的持續(xù)高溫指數(shù)差值存在顯著年代際變化的原因。

區(qū)域性持續(xù)高溫變化趨勢(shì)的影響因素復(fù)雜，既有大氣環(huán)流、海溫異常變化[12,24]和土壤濕度[36]的影響，也與溫室氣體、城市化和熱島效應(yīng)、氣溶膠的濃度、云量覆蓋[37-38]甚至城市景觀[39]等有關(guān)。本文基于對(duì)區(qū)域性持續(xù)高溫過(guò)程判斷，揭示中國(guó)東部4個(gè)區(qū)域持續(xù)高溫過(guò)程變化特征，但各區(qū)域持續(xù)高溫過(guò)程的年際、年代際變化以及不同趨勢(shì)的機(jī)理仍需要深入研究。