新疆夏季極端高溫日數(shù)時空分布特征及其與大氣環(huán)流異常的關(guān)系

吾麥爾艾力·巴拉提，胡素琴，何娟娟，顧興鵬

1.麥蓋提縣氣象局，新疆麥蓋提 844600；2.喀什地區(qū)氣象局，新疆喀什 84000

極端高溫對社會各個行業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境及水資源有重大影響。極端高溫對人們的身體健康體傷害非常大，使人們不能適應(yīng)所在的高溫環(huán)境。當(dāng)溫度超過人類所能承受的程度時，導(dǎo)致人們生病或加重疾病，甚者死亡。受長期極端高溫天氣的影響，新疆天山山區(qū)的積冰積雪會以較高的速率融化，極易出現(xiàn)融雪型洪水和山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，因此，研究極端高溫具有極大的現(xiàn)實意義。

1 研究資料

使用新疆61個站的夏季地面逐日最高氣溫的觀測資料，數(shù)據(jù)來源于國家氣候中心，對所使用的地面氣溫資料進行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制，剔除個別資料不完整或者缺測的站點，數(shù)據(jù)質(zhì)量較好。同時進行NCEP/NCAR再分析，要素包括風(fēng)場、位勢高度、垂直速度的月平均和日平均，其水平分辨率為2.5°×2.5°經(jīng)緯度網(wǎng)格，分析地區(qū)6、7、8月份極端高溫日數(shù)的空間分布特征情況。

2 新疆夏季極端高溫的異常特征

使用EOF分析對新疆的6、7、8月份的極端高溫時空分布進行詳細的分析和研究；得到了第一模態(tài)檢驗的總解釋方差為59%、57%、58%，有助于我國新疆夏季極端高溫異常的分析。通過分析可知，新疆6、7、8月份極端高溫的年際變化模態(tài)。

圖1是新疆6月份極端高溫事件發(fā)生頻次標(biāo)準(zhǔn)化距平的閾值模態(tài)空間格局及其相應(yīng)的時間序列，其解釋方差為58%。結(jié)合時間序列分析空間格局，顏色越深的地方值最大，顏色由西南部向東北部遞減的趨勢，顏色最深的區(qū)域位于80°～84°E、36°～38°N。

圖1 1961—2016年新疆6月的極端高溫變化EOF分解的第一模態(tài)空間型和時間序列

整個新疆6月份極端高溫事件發(fā)生的頻次由西南部向東北部遞減，以天山山脈為分界線，新疆北部高溫發(fā)生頻次明顯小于南部極端，并且極端高溫頻次最大的區(qū)域在新疆南部和田地區(qū)。由于和田地區(qū)同時位于我國最大的塔克拉瑪干沙漠附近，周邊還有塔里木盆地，常年受沙漠和盆地影響，和田地區(qū)的值最大，極端高溫事件發(fā)生的次數(shù)遠大于其他周邊地區(qū)；新疆北部地區(qū)的值較小，發(fā)生極端高溫的頻次較少。從時間序列圖可以看出，時間序列有很明顯的年際變化特征，1960—1970年呈下降趨勢，1975—1980呈上升趨勢，并在1979到達最大值，1990年前后有明顯的下降趨勢，之后再呈上升趨勢。

圖2是新疆7月份極端高溫事件發(fā)生頻次標(biāo)準(zhǔn)化距平的閾值模態(tài)空間格局及其相應(yīng)的時間序列，其解釋方差為57%。結(jié)合時間序列分析空間格局，顏色越深的區(qū)域值最大，顏色由西南部向東北遞減，新疆極端高溫事件發(fā)生的頻次由南部向北部遞減，顏色最深的區(qū)域位于86°～88°E、36°～38°N。新疆南部地區(qū)值普遍高于新疆西部和北部，新疆夏季年極端高溫事件頻次最大值位于巴音郭楞蒙古自治州南部區(qū)，其中新疆北部有天山山脈，西部有喀喇昆侖山脈和帕米爾高原，相對南部極端高溫事件出現(xiàn)頻次略低。通過時間序列圖可以看出，從20世紀(jì)60年代開始，一直至21世紀(jì)初期，沒有明顯的上升趨勢，甚者20世紀(jì)60年代有下降的趨勢，直至2015年出現(xiàn)突變上升到最大值。

圖2 1961—2016年新疆7月的極端高溫變化EOF分解的第一模態(tài)空間型和時間序列

根據(jù)新疆8月極端高溫事件發(fā)生頻次標(biāo)準(zhǔn)化距平的閾值模態(tài)空間格局及其相應(yīng)的時間序列，其解釋方差為59%，結(jié)合時間序列分析空間格局，顏色最深的區(qū)域處于新疆中部地區(qū)，年極端高溫事件頻次最大值主要分布在新疆阿克蘇地區(qū)和巴音郭楞蒙古自治州地區(qū)，由中部向東北部和西南部遞減。受柴達木盆地和塔里木盆地的影響，這些地方常年處于高溫天氣，降水普遍少于周圍地區(qū)，常年太陽輻射強烈，導(dǎo)致年極端高溫頻次最高。結(jié)合時間序列分析空間格局，發(fā)現(xiàn)這個月沒有尤為明顯的年代際變化特征。1967—2000年有明顯的下降趨勢，直至2008年左右出現(xiàn)極度高溫頻次最大值。

綜合以上分析得出，新疆6、7、8月達到年極端高溫事件頻次最大值，隨著月份有明顯的移動，6月新疆夏季年極端高溫事件頻次最大值位于新疆阿克蘇地區(qū)和巴音郭楞蒙古自治州地區(qū)，7月新疆夏季極端高溫事件頻次最大值向新疆南部移動，位于塔里木盆地東南部地區(qū)，直到8月新疆夏季年極端高溫事件頻次最大值位于和田地區(qū)和部分新疆西南部地區(qū)。新疆夏季西南部年極端高溫事件頻次普遍高于新疆北部，由新疆東北部向西南遞增。

分析我國新疆6、7、8月極端高溫事件發(fā)生次數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化曲線圖（圖略）可知，新疆6、7、8月極端高溫事件發(fā)生的總次數(shù)在上升，在上升過程中存在一些小波動，有15年新疆極端高溫發(fā)生的頻次標(biāo)準(zhǔn)化距平至少1.0次，且3年大于2.0次，有顯著的年代際變化特征。1996年和2014年極端高溫事件次數(shù)由偏少上升為極端高溫事件偏多，1975年之前，新疆極端高溫事件發(fā)生次數(shù)增加較少甚至可能減少。1975—1980年，新疆極端高溫事件發(fā)生次數(shù)開始快速增加。20世紀(jì)70年代末期到90年代中期，新疆極端高溫事件發(fā)生頻次開始減少，其減少幅度比較小。20世紀(jì)90年代中期至21世紀(jì)10年代中期，新疆極端高溫事件發(fā)生頻次開始明顯增多，且1995年之后急速增加，6、7、8月極端高溫事件發(fā)生頻繁。

通過比較新疆6、7、8月的極端高溫事件發(fā)生頻次標(biāo)準(zhǔn)化距平可知，20世紀(jì)60年代中期，6月新疆極端高溫事件發(fā)生的頻次標(biāo)準(zhǔn)化距平最大接近2.0次，對6、7、8月極端高溫事件出現(xiàn)頻次作正貢獻。20世紀(jì)60年代末期，7月新疆夏季極端高溫事件發(fā)生的頻次標(biāo)準(zhǔn)化距平最小接近4.0次，對新疆6、7、8月份極端高溫事件出現(xiàn)頻次作負貢獻。20世紀(jì)80年代和90年代末期，8月份新疆極端高溫事件出現(xiàn)的頻次呈明顯增加的趨勢?？傮w來看，6月新疆發(fā)生極端高溫事件的頻次普遍比7、8月都少得多，而且8月份最多。

3 極端高溫頻次的年際和年代際變化

3.1 年際變化

根據(jù)上述時間段，對新疆6、7、8月極端高溫頻次的年際變化特征展開分析，由新疆6月極端高溫頻次主要分布特征可知，1961—2016年新疆6月極端高溫頻次呈增加的趨勢，但上升過程中伴隨著很多小的波動。其中，1976—1978和2007—2009年波動幅度最大。新疆6月出現(xiàn)極端高溫事件頻次最多的年份是2008年和2016年，極端高溫分別出現(xiàn)24.0次和22.0次；1976年最少，僅為0次。

由新疆7月極端高溫頻次主要分布特征可知，1961—2016年新疆7月極端高溫頻次呈增加的趨勢，但上升過程中伴隨著很多小的波動。其中，1971—1976和1991—1996年波動幅度最大。新疆7月出現(xiàn)極端高溫事件次數(shù)最多的年份是2014年和1994年，極端高溫分別出現(xiàn)24.0次和22.0次；1971年最少，僅為1.0次。

由新疆夏季極端高溫頻率變化可以看出，1961—2016年新疆8月極端高溫頻次呈增加的趨勢，但上升過程中伴隨著很多小的波動。其中，1980—1986年的波動幅度最大，呈明顯增加趨勢。新疆夏季出現(xiàn)極端高溫事件次數(shù)最多的年份是1984年和2001年，極端高溫事件分別出現(xiàn)26.0次和25.0次；最少年份是1981年和1993年，分別僅為0次和0.8次。

根據(jù)新疆夏季3個月總體極端高溫頻次主要分布特征可以看出，1961—2016年新疆夏季3個月極端高溫頻次呈增加的趨勢，3個月極端高溫事件頻次均表現(xiàn)出不同程度的上升趨勢，而且年代際變化特征有所不同。

1976—1978年和1993—1994年6—8月有明顯增加，其中，20世紀(jì)80年代到90年代有下降的趨勢，極端高溫事件次數(shù)明顯減少。其中，1978年和1994年極端高溫異常增多。由此可見，新疆極端高溫事件次數(shù)最少主要在20世紀(jì)60～70年代，最多在2000—2016年。

總之，新疆6、7、8月極端高溫事件發(fā)生的總天數(shù)由平緩至減少，再到上升的趨勢。

3.2 年代際變化

通過20世紀(jì)60年代至90年代與20世紀(jì)90年代中期之后進行比較，新疆6、7、8月極端高溫事件隨著年代的推移而出現(xiàn)得越來越頻繁。即自90年代中期起，新疆6、7、8月份極端高溫天氣發(fā)生的概率普遍很高。隨著全球變暖，很多地區(qū)頻繁地出現(xiàn)極端高溫天氣，全球各個地區(qū)變化程度有明顯差異。對比新疆各個年代發(fā)生的極端高溫事件概率增加的程度，20世紀(jì)70年代中期之前出現(xiàn)極端高溫事件的概率增加并不大。20世紀(jì)80年代末至21世紀(jì)初期比20世紀(jì)70年代中期，極端高溫事件大幅度增加。

4 結(jié)語

新疆1961—2016年期間，通過分析6、7、8月極端高溫事件出現(xiàn)的閾值分布發(fā)現(xiàn)，極端高溫表現(xiàn)為新疆南部地區(qū)和新疆北部有大差異。新疆6、7、8月極端高溫事件出現(xiàn)越來越頻繁，自20世紀(jì)90年代中期起，新疆6、7、8月極端高溫天氣發(fā)生的概率普遍很高。跟隨全球變暖，很多區(qū)域頻繁出現(xiàn)極端高溫天氣，各個區(qū)域變化程度有明顯的差異。對比新疆各個年代發(fā)生極端高溫事件的概率，20世紀(jì)70年代中期之前出現(xiàn)極端高溫事件的增加率相對小。20世紀(jì)80年代末期開始至21世紀(jì)初期，比20世紀(jì)70年代中期，極端高溫事件發(fā)生率大幅度增加。新疆6、7、8月發(fā)生極端高溫頻次有明顯的年際變化。