2000～2017年西北地区区域性高温的时空特征_朱晗晖.pdf

116学 术论坛/A cadem i c ForumIPCC（International Panel on Climate Change）（2007）第四次评估报告指出，近百年来，全球气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变化。自 2022 年入夏以来，全国各地气象部门报告了多项高温事件，例如 7 月 10 日 14：10 分前后，上海出现史上最早的 40，同时整个 7 月全国多地出现大范围高温现象，平均温度较往年均有所升高。世界范围内，北京时间 2022 年 7 月 19 日晚，伦敦希思罗机场的温度达 40.2，这是从 1841 年英国有气象观测以来的最高纪录，也是英国全国首次温度超过 40 的记录。伦敦的地理位置基本和我国漠河地区的纬度相当，因此类比看待，相关天气系统是否会对我国接下来天气有所影响也是大家比较好奇的问题。高温对人类生产生活造成直接的影响，给农作物和植被生长也带来其他灾害，同时因空调设备增多引起环境问题。研究近年来高温的时空特征是非常有必要的，只有掌握了高温分布的基本特征，才能对其预报预警有良好的指导作用。我国西北地区以灌溉农业为主，靠天吃饭的依赖性更强，且西部干旱区地处亚欧大陆腹地中高纬度地区，气候条件较为恶劣。因此高温现象对西北地区的影响不容小觑。1 高温的研究现状极端天气和气候变化对人类社会和经济构成的影响越发严重，特别是近些年以来，与高温相伴的冰川融化、海平面上升、物种灭绝等生态系统变化也随之发生。在温室效应的影响下，全球的高温状况关注逐年增多，全球变暖的趋势也越发明显。与全球气候变化背景相一致，我国近几十年的气候也趋于变暖，在 19511990 年期间，年平均温度升高了 0.3。其他学者利用不同的资料和方法也得出了相关结论。IPCC，1996 以及 IPCC，2001 都表明一般气候增暖将导致极端高温事件增多。每个国家受高温影响的程度不同，对区域化高温制定的标准也不尽相同，为了统一和规范我国区域性高温的定义，使区域性高温的预报、预警、研究及防范工作更规范化、标准化和科学化，笔者参照文献后选取如下定义。2 资料与方法中央气象台业务规定：单站日最高气温 35.0 为高温天气。通过资料质控，选取 20002017 年研究区域内有完整观测记录的 381 个国家级气象站的24 h 最高气温地面日值观测数据进行研究，上述资料均来源于中国气象局国家气候中心数据库。文章区域性高温天气的定义为：以出现高温天气的n个站为圆心，画n个半径为R的圆，若这n个圆中，只要有一个圆内能包含 m（m n）个站，则认为本次高温天气为区域性高温天气过程，其中 R 为 500 km，m 为 15 站。为保证 MATLAB 程序计算精确度，区域性高温日定义为当日 8 时至次日 8 时为一日。植株密度、植株高度等作物生长发育资料，由于20002010 年缺测故选取 20112017 年数据进行研究，该数据来源于中国气象局气象大数据云平台-天擎的农气资料数据库。3 区域性高温的时空特征3.1 时间变化3.1.1 年变化分析 20002017 年西北区区域性高温发现，整摘要：通过分析 20002017 年区域内有完整观测记录的 381 个国家级气象站的 24 h 最高气温地面日值观测数据，探究西北区域区域性高温的时空特征，同时探究高温对农作物生长的影响。发现近年来高温日数总体增多；每年 7 月是区域性高温最多发的季节，但 8 月区域性高温发生的频率波动上升的指数较大；高温对作物生长有抑制作用，主要影响作物的植株密度，区域性高温多发的年份和月份植株密度较往常偏低。关键词：西北地区；区域性高温；作物生长；时空特征朱晗晖1，秦豪君220002017 年西北地区区域性高温的时空特征（1.兰州资源环境职业技术大学，甘肃 兰州 730021；2.兰州中心气象台，甘肃 兰州 730020）117Ac a d e m ic F o r u m/学 术论坛体高温日数较多，年平均日数为 46 天，并呈波动上升趋势如图 1。2011 年区域性高温日数最多为 68 天，2006 年最少为 20 天。对区域性高温日数的逐年变化进行 5 阶多项式拟合，可以看出区域性高温日数的时间序列变化大致呈现增加-减少-增加-减少的波动变化特征。2010 年后和 20002010 年之间相比，高温日数增多。图 1 20002017 年西北区区域性高温年总日数3.1.2 月变化西北区区域性高温天气出现在 49 月。其中7 月为区域性高温出现的主要时间，日数最多，为353 天，其次是 8 月、6 月，分别为 252 天、204 天，5 月、9 月、4 月次之，出现区域性高温天气的日数较少。分 析 20002017 年 6 月、7 月、8 月 的 区 域性高温逐年月总日数发现：6 月如图 2 平均总日数为 11 天，且区域性高温日数最多的年份是 2008 年和 2016 年，都出现为 20 天；2006 年没有区域性高温天气出现。6 月总日数呈逐年缓慢上升趋势；7 月平均总日数为 18 天，区域性高温日数最多的是2010 年，为 26 天，最少是 2003 年，没有区域性高温天气出现，7 月总日数呈逐年波动上升趋势，趋势系数为 0.3，高于 6 月（0.1）；8 月平均总日数为 13 天，区域性高温日数最多的是 2002 年和2011 年，为 25 天，最少是 2008 年，没有区域性高温出现，8 月总日数呈逐年波动上升趋势，趋势系数为 0.6，上升趋势明显高于 6 月（0.1）和 7 月（0.3）。即高温易发的三个月出现高温的日数随年际变化逐渐增加，且 8 月上升趋势系数 7 月上升趋势系数 6 月上升趋势系数，符合全球变暖的整体背景。综上所述，7 月是区域性高温天气频发月份，其次是 8 月，但是近年来 8 月出现区域性高温天气的日数明显增多，逐年波动上升趋势明显高于 6 月和 7 月。未来应多注意每年八月对高温的监测和预报预警发布，及时提醒民众关注温度变化，及时采取相应的避暑措施。图 2 20002017 年西北区区域性高温 6 月年总日数3.2 空间变化20002017 年西北区区域性高温年总日数空间分布如图 3，总体而言，呈现自西北向东南先递增后递减的分布特征。区域性高温年总日数最多的区域主要是新疆东部及甘肃、青海与新疆交界区域，总日数在 315 天以上，其中新疆吐鲁番盆地及塔里木盆地的总日数高达 521 天以上，与相关文献的研究结果吻合。新疆的极端高温现象在多位学者的研究中均有详细描述，例如 2015 年 7 月新疆出现了极为罕见的 89 个国家站出现高温的现象，其中 55 个站点的高温持续日数位居历史第 1 位，23 站极端最高气温位居历史第 1位，甚至海拔 3 544 m 的天山山区大西沟站 7 月的日最高气温连续突破历史极值。无论是副热带高压西伸型、伊朗副高东伸型、新疆脊型或叠加型这四种常见高温类型中的哪一种情况，新疆的高温都是需要重点关注的问题。新疆、甘肃、青海这部分地区多为灌溉农业，农作物生长受高温影响显著，特别要关注每年夏季针对该地区的高温预报和预警，同时还要在高温天气频发，在满足人工影响天气的条件时适当增加人工降水的频率，避免蒸发过多引起植被和农作物的水分失衡，进而造成经济损失。西北区东北部及东南部总日数较少，大部分地区出现区域性高温的平均日数在 70 天左右，相对而言体感舒适度为西北区域最高，但也需要持续关注。图 3 20002017 年西北区区域性高温年总日数空间分布挑选温度 40 的区域性极端高温天气。分析118学 术论坛/A cadem i c Forum发现：其多年平均日数为 33 天，2011 年温度 40 的区域性高温天气达 52 天。近年来，温度 40 的区域性高温天气日数呈波动上升趋势。逐年变化进行 5 阶多项式拟合显示 20002017 年呈先减后增再减的趋势，20002009 年平均日数（28 天）低于20102017 年的平均日数（39 天）。20002017 年西北区温度在 40 以上的区域性高温站点分布可以看出，温度在 40 以上的站点主要集中在新疆、甘肃河西、内蒙古西部、陕南等地区，其中吐鲁番站点 40 以上日数多达 549 天，甘肃 40 以上日数最多的是敦煌站（11 天），内蒙古为拐子湖站（52 天），陕西为天峻站（11 天），宁夏仅一站出现过一天 40 以上的区域性高温天气。4 作物生长与高温的关系为观察作物实际生长情况与高温之间的关系，根据西北地区种植特点和作物生长特点，重点关注稻类、麦类、谷类、豆类这几类农作物。由于各地的植株密度和植株高度不是每天都定时在观测，且 2010 年之前的数据未录入数据系统，只能挑选 2010 年之后同一地方、同一种植株在不同年份的同一月或相邻月份观测中，有效数据的观测样本进行对比。例如类比 6 月，根据上文分析：2011 年区域性高温日数最多为 68 天，2006 年最少为 20 天；6 月份区域性高温日数最多的年份是 2008 年和 2016 年，最少是 2006 年，没有区域性高温天气出现。选取2011、2016 年的 6 月任意地点作物生长情况做对比，发现甘肃省平凉市泾川县的总体作物生长情况为：2016 年 6 月作物的植株密度是 6.12，2011 年 6 月植株的密度是 10.22；甘肃省天水市麦积区常规籼稻生长情况为：2016 年 6 月植株高度为 79 cm，植株密度为 540.5，但在 2011 年 6 月，其植株高度为 80 cm，植株密度为 885；甘肃省平凉市崆峒区常规籼稻生长情况为：2016 年 6 月植株高度 65 cm，平均植株密度为 413.33，在 2011 年 6 月，其植株高度为 78 cm，植株密度为 568.59，其他观测点类比方法相同，在此不做赘述。明显发现高温多的年份植株的密度有所下降，植株高度似乎有增高，但在其他测站高温对植株高度的影响不明显。7 月为高温多发月，对比同一地区同一类作物的生长情况，例如选取 2016 年甘肃省金昌市永昌县的棉花生长情况，发现 7 月植株密度为 1001.88，6 月植株密度为1008.09。为剔除植物正常生长的干扰性，另选取其他地点其他作物类比，同样发现 7 月植株密度比 6 月植株密度低。因此通过农作物的生长情况可发现，区域性高温对植株密度影响较大，高温体现明显的月份或年份，植株密度较小。5 总结分析 20002017 年西北地区区域性高温的时空分布情况，并结合各国家站的作物生长情况分析区域性高温对作物生长的影响，发现：（1）区 域 性 高 温 表 现 出 明 显 的 年 际 变 化，20002017 年，区域性高温日数的时间序列变化大致呈现增加-减少-增加-减少的波动变化特征。2010 年后和 20002010 年之间相比，高温日数增多。（2）7 月是区域性高温天气频发月份，其次是 8月，但是近年来 8 月出现区域性高温天气的日数明显增多，逐年波动上升趋势明显高于 6 月和 7 月。（3）西北区域高温总日数自西北向东南呈现先递增后递减的分布特征。（4）近年来，温度 40 的区域性高温天气日数呈波动上升趋势。（5）区域性高温对植株密度影响较大，高温体现明显的月份或年份，植株密度较小。高温的频繁发生与全球大范围变暖和人类活动都有关系，针对高温频发年份或频发月份，需要有意识地关注农作物生长情况，并多关注户外工作者和心脑血管疾病患者的安全和健康，避免天气对人类活动造成过大影响。作者简介：朱晗晖（1992-），女，籍贯：甘肃酒泉，学历：硕士研究生，职称：助教，研究方向：灾害性天气、陆面过程与陆气相互作用。参考文献：1 张佳华,侯英雨,李贵才,等.北京城市及周边热岛日变化及季节特征的卫星遥感研究与影响因子分析 J.中国科学(D 辑:地球科学),2005(S1):187-194.2 秦大河.全球气候变化对中国可持续发展的挑战 J.中国发展观察,2007(04):38-39.3 丁一汇,戴晓苏.中国近百年来的温度变化