1971－2010年河南省夏季高溫日數(shù)的變化趨勢分析*

姬興杰，朱業(yè)玉，顧萬龍，潘 攀，竹磊磊

(河南省氣候中心，河南鄭州450003)

1971－2010年河南省夏季高溫日數(shù)的變化趨勢分析*

姬興杰，朱業(yè)玉，顧萬龍，潘 攀，竹磊磊

(河南省氣候中心，河南鄭州450003)

基于河南省109個氣象站1971－2010年夏季(6－8月)逐日最高氣溫和平均氣溫資料，采用氣候統(tǒng)計學(xué)分析方法，分析了近40年河南省夏季≥35℃、≥38℃和≥40℃高溫日數(shù)的時空特征及可能的變化趨勢。結(jié)果表明:1971－2010年河南省夏季3個等級高溫日數(shù)在空間上呈現(xiàn)出豫西北高海拔和豫東南低海拔地區(qū)較多，其它地區(qū)較少的分布特征，高值中心位于豫西地區(qū)的偃師附近，在時間上無顯著的線性變化趨勢，但是在年代間呈現(xiàn)出“多－少－多”的變化特征，最近10年夏季高溫日數(shù)最多;從各臺站趨勢變化的空間分布看，豫西北海拔較高地區(qū)臺站呈增加趨勢的較多，豫東和豫西南臺站呈減少趨勢的較多。夏季平均氣溫和≥35℃(r=0.58，n=4 360)、≥38℃(r=0.39，n=4 360)以及≥40℃(r=0.27，n=4 360)高溫日數(shù)均呈顯著正相關(guān)。在全球氣候變暖背景下，未來河南省高溫日數(shù)將可能進一步增加，特別是≥35℃的高溫日數(shù)。

高溫日數(shù);變化趨勢;河南省

近100年來，全球氣候正經(jīng)歷著一次以變暖為主要特征的顯著變化［1］，而中國的升溫幅度要略高于全球同期平均值［2］。在全球氣候變暖背景下，與氣溫有關(guān)的極端天氣事件發(fā)生頻繁，并在未來呈現(xiàn)出增加的趨勢［3－4］。極端最高氣溫作為極端氣候事件的一種，近年來不少學(xué)者對高溫日數(shù)的時間變化趨勢和空間分布進行了分析研究。苗愛梅等［5］利用1958－2008年山西109站的最高氣溫資料，研究了山西省高溫日的時空分布及變化趨勢;常軍等［6］利用經(jīng)驗正交函數(shù)分析了河南省夏季≥35℃高溫日數(shù)的時空特征，并分析了典型高溫下的環(huán)流型;張書娟等［7］借助ArcGIS地統(tǒng)計分析和柵格重分類工具開展華東地區(qū)高溫災(zāi)害危險性評估與分區(qū)研究;對于趨勢變化，Gruaz等［8］研究指出俄羅斯的極端高溫天數(shù)隨時間增加呈顯著增加;馬柱國等［9］認為在中國北方在1990年代之前，絕大多數(shù)地區(qū)年際間最高溫度發(fā)生的頻率沒有顯著變化趨勢，但近10年來卻有明顯的增加趨勢;從整體上看，中國≥35℃高溫日數(shù)呈微弱的下降趨勢，在華東高溫日數(shù)呈下降，而華北地區(qū)趨于增多［10－11］; 高榮等［12］研究認為 1956 －2006 年我國高溫日數(shù)呈現(xiàn)“增加－減少－增加”的特征，華北地區(qū)在1980年代末開始增加;龔道溢等［13］研究指出華北農(nóng)牧交錯帶夏季異常高溫事件的頻次自1997年以來增加顯著;施洪波等［14］研究認為1960－2008年京津冀夏季高溫日數(shù)在時間上呈現(xiàn)出“多－少－多”的年代際變化特征;范碧航等［15］以長春市為例對城市高溫災(zāi)害性天氣進行了研究。以上研究多是針對≥35 ℃ 高溫日數(shù)［6－7，10－15］，而涉及≥38℃和≥40℃的高溫日數(shù)的研究相對較少［5］。河南省地處中國中東部內(nèi)陸地區(qū)，受地理位置、地形和東亞季風(fēng)的共同影響，有著大陸性氣候的鮮明特色，具有四季氣候明顯各異、氣候類型復(fù)雜多樣、氣象災(zāi)害頻繁等特點。本文以河南省109個氣象臺站逐日最高氣溫資料為基礎(chǔ)，對1971－2010年河南省不同夏季高溫日數(shù)的時空特征及變化趨勢進行分析，以期為河南省防災(zāi)減災(zāi)以及高溫氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)域劃分提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究資料本文所用資料來源于河

南省氣候中心，包括逐日平均氣溫和最高氣溫，時間序列為1971－2010年，站點數(shù)共109個，站點分布均勻，覆蓋整個河南省。

1.2 研究方法

我國將日最高氣溫≥35℃、≥38℃和≥40℃的高溫日分別定義為高溫、危害性高溫和強危害性高溫日，本研究據(jù)此分別計算3個等級的各站逐年夏季高溫日數(shù)，并采用統(tǒng)計分析方法，求取各站逐年夏季日最高氣溫的標準差。文中取1971－2010年平均作為氣候值。

采用氣候傾向率來表征各指標的趨勢變化［16］，氣候傾向率利用一元線性回歸方程y=a+bt求得，其中，t為年份(t=1，2，…，n年，記1971年為1年)，a為回歸常數(shù)，b為隨時間的變化量，其正負分別表示增加和減少，以b的10倍作為各指標的氣候傾向率。在分析河南省各指標的總體變化趨勢時，把不同站點相同年份的各指標進行簡單算術(shù)平均得到河南省在這一年的平均值，然后進行時間變化趨勢的回歸分析，并進行顯著性檢驗，概率水平為P＜0.05和P＜0.01，分別表示達到顯著水平和極顯著水平。區(qū)域分布特征分析主要基于ArcGIS的空間分析功能進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省極端最高氣溫和夏季高溫日數(shù)的空間分布

從1971－2010年河南省極端最高氣溫的空間分布可以看出(圖1)，近40年河南省日最高氣溫極大值中心有2個，一個位于平頂山的郟縣站，近40年日最高氣溫極大值為43.7℃，為1972年6月11日，一個位于焦作站，近40年氣溫最高達43.5℃，為2009年6月25日，從區(qū)域上看，極大值高于43℃的站點主要分布在焦作和平頂山地區(qū)。除河南省南部信陽地區(qū)日最高氣溫極大值多介于38.7－40.0℃外，其他大部分地區(qū)極端最高氣溫高于40℃，其中33°N以北地區(qū)達41℃以上。

近40年河南省夏季≥35℃、≥38℃和≥40℃高溫日數(shù)呈現(xiàn)出豫西北高海拔地區(qū)和豫東南低海拔地區(qū)較多的分布特點(圖1)，33°N以北地區(qū)多年平均的高溫日數(shù)較多，分別在10.0 d、0.5 d和0.1 d以上，最高值分別為21.2 d、4.3 d和0.7 d，而南部信陽地區(qū)的高溫日數(shù)較少，多在10.0 d、0.5 d和0.1 d以下，最低值分別為7.6 d、0.2 d和0 d?！?5℃、≥38℃和≥40℃高溫日數(shù)多年平均高溫日數(shù)的高值中心均位于豫西地區(qū)的偃師附近，高溫日數(shù)最多，多年平均分別為21.2 d、4.3 d和0.7 d，其中，≥35℃高溫日數(shù)其次為三門峽的靈寶站，有18.2 d，與偃師同屬洛陽地區(qū)的伊川站有18.0 d;≥38℃高溫日數(shù)其次為沁陽站，有3.3 d，與沁陽同屬焦作地區(qū)的孟州站有3.2 d;≥40℃高溫日數(shù)其次為孟州和濟源站，均有0.6 d。

圖1 河南省1971－2010年極端最高氣溫和夏季高溫日數(shù)的空間分布(d)

2.2 河南省夏季高溫日數(shù)的變化趨勢

圖2所示為1971－2010年河南省平均夏季≥35℃、≥38℃和≥40℃高溫日數(shù)的逐年變化。可以看到，河南省夏季≥35℃高溫日數(shù)在1978年最多，為23.6 d，2002年夏季高溫日數(shù)也達到23.2 d，2008年夏季高溫日數(shù)最少，僅4.5 d;河南省夏季≥38℃高溫日數(shù)在1978年最多，為4.7 d，2005年夏季高溫日數(shù)也達到4.1 d，1983年夏季高溫日數(shù)最少為0 d;河南省夏季≥40℃高溫日數(shù)在1978年最多，為1.2 d，2005年夏季高溫日數(shù)也達到1.0 d，超過一半的年份夏季高溫日數(shù)為0 d。從長期變化看，近40年河南省夏季3個等級高溫日數(shù)均呈微弱的線性增加趨勢，趨勢值為0.07 d/10 a、0.03 d/10 a和0.02 d/10 a，但均沒有通過顯著性檢驗，這與近40年河南省夏季平均氣溫微弱的上升趨勢比較一致(圖3)。從高溫日數(shù)的時間序列還可以看到，河南省夏季≥35℃、≥38℃和≥40℃高溫日數(shù)均表現(xiàn)出“多－少－多”的年代際變化特征。河南省最近10年夏季高溫日數(shù)最多，1980年代次之，其后為1990年代，2000年代夏季高溫日數(shù)最少，最近10年比1980年代夏季高溫日數(shù)略多(圖2)。

從河南省各臺站夏季≥35℃高溫日數(shù)變化趨勢的空間分布看(圖4)，≥35℃高溫日數(shù)呈增加趨勢的臺站主要分布在34°N以北地區(qū)以及信陽大部分地區(qū)，其中在洛陽伊川、焦作沁陽、安陽林州和信陽商城站增加的趨勢顯著，均超過1.9 d/10 a;在豫西南南陽盆地夏季高溫日數(shù)主要呈減少趨勢，但僅有內(nèi)鄉(xiāng)站的減少趨勢顯著，其趨勢值為2.0 d/10 a。

從河南省各臺站夏季≥38℃高溫日數(shù)變化趨勢的空間分布看(圖4)，≥38℃高溫日數(shù)呈增加趨勢的臺站主要分布在34°N以北地區(qū)，其中在洛陽伊川和安陽站增加的趨勢顯著，分別為1.1 d/10 a和0.5 d/10 a;在豫西南南陽盆地夏季高溫日數(shù)主要呈減少趨勢，但僅有唐河和鄧州站的減少趨勢明顯，其趨勢值均為1.8 d/10 a，另外在洛寧站夏季高溫日數(shù)也呈顯著減少，其趨勢為1.5 d/10 a。

從河南省各臺站夏季≥40℃高溫日數(shù)變化趨勢的空間分布看(圖4)，≥40℃高溫日數(shù)呈增加趨勢的臺站主要分布在豫北和豫西北海拔較高的地區(qū)，其中在安陽、林州、濟源、洛陽伊川和宜陽站增加的趨勢顯著，均超過0.2 d/10 a;在豫西南南陽盆地、豫東和豫南大部分地區(qū)夏季高溫日數(shù)主要呈減少趨勢，但僅有杞縣站和寧陵站的減少趨勢較為明顯，其趨勢值為0.1 d/10 a。

圖2 1971－2010年河南省夏季3個等級高溫日數(shù)的變化趨勢

圖3 1971－2010年河南省夏季平均氣溫的變化趨勢(虛線為趨勢線(下同))

從總體上看，河南省109個臺站中夏季≥35℃、≥38℃和≥40℃高溫日數(shù)的線性變化趨勢達到了P＜0.05的顯著性水平的臺站分別為5個、5個和9個。

圖4 1971－2010年河南省各氣象站夏季高溫日數(shù)的變化趨勢

為定量分析夏季平均溫度對6－8月高溫天氣發(fā)生次數(shù)的影響，本研究分析了夏季平均氣溫和高溫日數(shù)的相關(guān)關(guān)系(圖5)。由圖5可以明顯看出，不斷增加的夏季平均氣溫對于≥35℃(r=0.58，n=4 360)、≥38℃(r=0.39，n=4 360)和≥40℃(r=0.27，n=4 360)高溫的發(fā)生次數(shù)有顯著的影響作用，3個等級高溫次數(shù)與夏季平均溫度的回歸系數(shù)分別為5.31、1.04和0.20。因此，夏季平均氣溫每增加1℃，對于≥35℃、≥38℃和≥40℃的高溫天數(shù)將分別增加5.3 d、1.0 d和0.2 d，≥35℃高溫日數(shù)增加最多(圖5)。

圖5 河南省夏季平均氣溫和高溫日數(shù)的相關(guān)性分析

上述分析表明，夏季平均氣溫的升高將引起3個等級一定數(shù)量高溫日數(shù)的顯著增加，這與吳榮軍等［17］的研究結(jié)果較為一致，然而，有研究認為氣溫的波動和極端氣溫的變化是由于氣溫平均值和方差變化間的交互作用造成的，當平均氣溫升高，而標準差未變化，新的高溫紀錄將會出現(xiàn)，相反地，將會出現(xiàn)極端高溫的發(fā)生概率和極端氣溫值增加的情況;當平均值和標準差均呈現(xiàn)增加，將會使得高溫事件頻發(fā)和極端氣溫更高［17］。

本研究對河南省夏季日最高氣溫每年標準差的時間序列進行了分析(圖6)，分析發(fā)現(xiàn)，日最高氣溫標準差隨年份的線性回歸系數(shù)為正，反映出了標準差隨年份的變化有增加的趨勢，盡管該值較小并且未通過顯著性檢驗，但這與高溫日數(shù)的時間變化趨勢較為一致，另外，在年代間表現(xiàn)出最近10年夏季日最高氣溫標準差最大，1980年代次之，其后為1990年代，2000年代夏季高溫日數(shù)最少，最近10年比1980年代略多，這與高溫日數(shù)在不同年代間的分布較為一致。因此，由以上趨勢分析的結(jié)果，本研究認為河南省高溫發(fā)生的次數(shù)有增加的趨勢，這和本研究中針對高溫次數(shù)的年際變化趨勢分析結(jié)果是一致的。

圖6 1971－2010年河南省夏季逐日最高氣溫標準差的變化趨勢

3 結(jié)論與討論

近40年河南省極端最高氣溫存在兩個中心，分別為位于郟縣站和焦作站附近，在33°N以北地區(qū)極端最高氣溫達41℃以上。1971－2010年，河南省夏季≥35℃、≥38℃和≥40℃高溫日數(shù)呈現(xiàn)出豫西北高海拔地區(qū)和豫東南低海拔地區(qū)較多的分布特征;33°N以北地區(qū)多年平均的高溫日數(shù)較多，多分別在10.0 d、0.5 d和0.1 d以上，而南部信陽地區(qū)的高溫日數(shù)較少，多分別在10.0 d、0.5 d和0.1 d以下;多年平均高溫日數(shù)的高值中心位于豫西地區(qū)的偃師附近。近40年河南省夏季高溫日數(shù)呈現(xiàn)出明顯的“多－少－多”年代際變化特征，從長時間序列看，線性的變化趨勢并不明顯，各臺站夏季高溫日數(shù)的變化趨勢呈現(xiàn)出明顯的空間差異。夏季平均溫度與6－8月間3個等級高溫天氣的發(fā)生次數(shù)均呈顯著正相關(guān)，其中，高于35℃以上高溫天氣的發(fā)生次數(shù)與夏季平均氣溫的相關(guān)性最好。

基于IPCC第4次評估報告中多模式集合的預(yù)估產(chǎn)品，潘攀等［18］預(yù)估了 A1B情景下21世紀河南省未來90年(2010－2099年)的夏季平均氣溫變化趨勢及時空分布，認為未來90年，河南省夏季平均氣溫明顯增加，增溫速率為0.384℃/10 a，在豫西南及其周圍地區(qū)增溫較為明顯;從不同時段看，各時段氣溫增加均顯著，但增溫明顯的區(qū)域具有一定的差異，21世紀初(2010－2039年)增溫速率為0.478℃/10 a，豫北和中東部升溫較為明顯;至中葉(2040－2069年)，增溫速率為0.431℃/10 a，在中部偏南以及駐馬店和南陽的大部增溫明顯;21世紀末(2070－2099年)，增溫速率為0.239℃/10 a，在豫西南和豫西山區(qū)增溫明顯。本研究發(fā)現(xiàn)河南省夏季高溫日數(shù)與該時段的平均氣溫呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，因此，從上述分析可以看出，由于未來90年夏季平均氣溫的升高，河南省高溫日數(shù)將進一步增加，特別是在目前高溫日數(shù)較少的豫西南等地區(qū)，但不同時段其影響區(qū)域存在差異。

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Analysis on Variation Trends of Summer High Tem perature Days during 1971～2010 in Henan Province

Ji Xingjie，Zhu Yeyu，Gu Wanlong，Pan Pan and Zhu Leilei
(Henan Provincial Climate Centre，Zhengzhou 450003，China)

Based on the long-term climatic observational data including daily average temperature and maximum temperature from 109 meteorological stations in Henan province from 1971 to 2010，the temporal-spatial distribution characteristics of summer high temperature days(daily maximum temperature equal to or higher than 35℃，38℃ and 40℃)in Henan province are studied with a focus on the long-trends using the mathematical statistics．The results show that the summer high temperature days of≥35℃，≥38℃ and≥40℃ have distinct spatial patterns asmore high temperature days in the northwest and southeast regions and less in other parts．The high center is located near the Yanshi station in thewest．The summer high temperature days in Henan province do not have significant linear trends in the period from 1971 to 2010 and have an evolutional trend of increasingdecreasing-increasing during the four decades and the summer high temperature days are much more in recent 10 years．From the spatial distribution of trend in 109 stations，increasing trend occurred at more stations in northwest regions and decreasing trend existed at less stations in east and southwest parts．The significant positive correlations are indicated between averagemean temperature in summer and summer high temperature days of≥35℃(r=0.58，n=4 360)，≥38℃ (r=0.39，n=4 360)and≥40℃ (r=0.27，n=4 360)．Summer high temperature dayswould increase under the background ofworld climatewarming，especially for the high temperature days of≥35℃．

high temperature days;trend;Henan province

X4

A

1000－811X(2012)03－0059－06

2011－12－22

2012－02－06

河南省氣象局科研項目“河南省氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃研究”(Z201105)

姬興杰(1982－)，河南商丘人，博士，工程師，主要從事氣候變化與氣象災(zāi)害研究．E-mail:jixingjie2004@yahoo.com.cn