肖 嗣 榮,張 可 慧,劉 芳 圓,穆 仲 義
(河北省科學(xué)院地理科學(xué)研究所,河北石家莊 050011)
石家莊市高溫?zé)崂伺c“三大火爐”城市的對比研究
肖 嗣 榮,張 可 慧,劉 芳 圓,穆 仲 義
(河北省科學(xué)院地理科學(xué)研究所,河北石家莊 050011)
利用1956-2009年逐日氣溫資料,分析了石家莊和“三大火爐”城市的高溫?zé)崂藲夂蛱卣髋c變化趨勢。結(jié)果表明,石家莊比“三大火爐”城市極端氣溫高、強(qiáng)高溫(日最高氣溫≥40℃)日數(shù)多,但悶熱天氣相對少,熱浪持續(xù)時間短。在季節(jié)內(nèi)分布上,石家莊高溫?zé)崂?月最多,而“三大火爐”城市集中在7-8月。從年高溫日數(shù)和年極端最高溫度變化趨勢看,近54年來石家莊高溫?zé)崂税l(fā)展態(tài)勢比“三大火爐”城市更為嚴(yán)峻;近20年來4市高溫?zé)崂硕汲曙@著增加趨勢。石家莊和“三大火爐”城市的高溫?zé)崂颂卣鞑町愔饕怯捎诘乩淼匦螚l件以及東亞季風(fēng)系統(tǒng)的季節(jié)變化規(guī)律所致,而全球變暖和快速城市化加劇了高溫?zé)崂说某潭取?/p>
高溫?zé)崂?石家莊;氣候特征;變化趨勢
近年來,以石家莊為代表的京津冀地區(qū)高溫天氣頻繁出現(xiàn),初夏期間往往成為我國高溫中心。2010年入夏以來,石家莊高溫?zé)崂颂鞖忸l繁,6月份出現(xiàn)了3次高溫天氣過程,其中6月21日最高氣溫達(dá)到40.5℃、28日為40.1℃。進(jìn)入7月份氣溫進(jìn)一步飆升,2-6日連續(xù)5 d出現(xiàn)了37℃以上的高溫,分別達(dá)到 37℃、39.7℃、39.9℃、40.5℃和 41.8℃,其中7月6日是石家莊自1955年有氣象記錄以來同日最熱的一天;7月24—31日河北又出現(xiàn)大范圍高溫悶熱天氣,29日石家莊最高氣溫達(dá)到38.2℃。避暑降溫成為夏季人們?nèi)粘I钪幸豁椫匾獌?nèi)容。一些媒體宣稱石家莊已成為我國新的“火爐”。那么,石家莊與我國傳統(tǒng)的“三大火爐”城市重慶、南京、武漢市相比,高溫?zé)崂藶?zāi)害是否更為嚴(yán)重?本文從高溫強(qiáng)度和發(fā)生頻率進(jìn)行對比分析。
本文所用地面氣象資料為石家莊、南宮(隸屬河北邢臺)、南京和重慶沙坪壩觀測站1956—2009年逐日實測值,這些資料由中國氣象局國家氣象信息中心提供。趨勢分析的方法較多,本文參考文獻(xiàn)[1],采用氣候傾向率研究高溫強(qiáng)度和高溫日數(shù)的氣候變化特征。
世界各國對高溫?zé)崂搜芯亢芏?但至今國際上對高溫、悶熱和熱浪都沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。本文高溫?zé)崂瞬捎弥袊鴼庀缶忠?guī)定的標(biāo)準(zhǔn):日最高氣溫(Tmax)達(dá)到或超過35℃時稱為高溫,連續(xù)3 d及以上的高溫天氣過程為高溫?zé)崂恕=缍◥灍崽鞖庥卸喾N方法,參照文獻(xiàn)[2]的方法,本文將日最高氣溫Tmax≥35℃并且最低氣溫Tmin≥25℃時定義為悶熱型高溫日。
2.1.1 歷史極端最高氣溫比較 研究中常用極端最高氣溫表征某地的炎熱程度。1956—2009年石家莊極端最高氣溫為42.9℃,重慶為43℃,南京和武漢分別為40.7℃和39.6℃??梢?石家莊極端最高氣溫比南京和武漢高得多,與重慶基本持平。
2.1.2 逐年極端最高氣溫比較 從各站年極端高溫的時間變化曲線(圖1)可見,石家莊大多數(shù)年份處在高值區(qū)。1956—2009年武漢和南京分別僅有9年(1959、1967、1971、1977、1983、1990、1991、1995 和2003年) 和 10 年 (1959、1966、1967、1971、1977、1978、1983、1995、2003 和 2004 年)極端最高氣溫高于石家莊,重慶的年份雖然多些,但石家莊年極端最高氣溫仍有30年高于重慶。1956—2009年石家莊年極端最高氣溫平均值為39.27℃,武漢為37℃,南京為37.25℃,重慶為39.14℃。可見石家莊的年極端最高氣溫平均值仍最高。
2.1.3 最長高溫?zé)崂说谋容^ 石家莊熱浪持續(xù)時間最長為15 d(表1),而“三大火爐”城市持續(xù)時間最長達(dá)27~28 d。其次,石家莊持續(xù)時間長的高溫?zé)崂艘话愠霈F(xiàn)在初夏,并且極值溫度高;而“三大火爐”城市長時間的高溫?zé)崂顺霈F(xiàn)在盛夏,且極端最高溫度往往沒有石家莊高。
圖1 四站年極端最高氣溫變化曲線Fig.1 The change of annual extrememaximum air temperature for Shijiazhuang,Nanjing,Wuhan and Chongqing
2.2.1 高溫日數(shù)的比較 南宮站位于石家莊東南100 km,它能反映石家莊東南部平原的氣候狀況。本文統(tǒng)計分析了1956—2009年石家莊、南宮、武漢、南京和重慶高溫(35℃以上)和強(qiáng)高溫(40℃以上)日數(shù)(表2)??梢?石家莊和南宮的高溫日數(shù)比南京多,但比重慶和武漢少;而“三大火爐”城市強(qiáng)高溫日數(shù)比石家莊和南宮少得多,期間武漢未曾出現(xiàn)強(qiáng)高溫天氣。
表1 最長高溫?zé)崂说谋容^Table 1 Comparison of the longest high-temperature and heatwaves
表2 1956-2009年石家莊與“三大火爐”城市高溫日數(shù)比較Table 2 The high temperature days comparison of Shijiazhuang and Nanjing,Wuhan,Chongqing during 1956-2009
2.2.2 悶熱日數(shù)的比較 由表3可見,1956-2009年石家莊年均悶熱高溫日數(shù)為2.87 d,而“三大火爐”城市年均悶熱高溫日數(shù)為12~24 d,其中重慶高達(dá)24.31 d,可見,石家莊悶熱程度比“三大火爐”城市差得多。
表3 1956-2009年石家莊與“三大火爐”城市的悶熱高溫日數(shù)比較Table 3 Themuggy weather high temperature days comparison of Shijiazhuang and Nan jing,Wuhan,Chongqing during 1956-2009
2.2.3 高溫?zé)崂祟l數(shù)的比較 石家莊出現(xiàn)高溫?zé)崂说念l數(shù)比“三大火爐”城市要少(表4),1956—2009年石家莊高溫?zé)崂四觐l數(shù)為1.59次,而重慶達(dá)到3.61次。同時,石家莊熱浪持續(xù)時間相對較短,5 d以上熱浪次數(shù)只占總熱浪次數(shù)的17.6%,而重慶5 d以上熱浪次數(shù)所占比例高達(dá)62%。
表4 1956-2009年熱浪發(fā)生頻數(shù)的氣候平均值Table 4 The climatic average of high-temperature and heatwaves frequency during 1956-2009
2.3.1 高溫日數(shù)季節(jié)分布差異 本文統(tǒng)計分析了1956—2009年石家莊和“三大火爐”城市5-9月平均高溫日數(shù)及高溫起始和終止平均日期(表5),發(fā)現(xiàn)石家莊與“三大火爐”城市高溫出現(xiàn)的早晚有明顯差別:石家莊自5月上旬高溫逐漸增多,6月達(dá)到最大值,8月高溫天氣迅速減少;位于長江流域的“三大火爐”城市自6月高溫天氣逐漸增多,高峰期在7-8月,9月明顯減少。
表5 1956-2009石家莊和“三大火爐”城市高溫日數(shù)及其平均始終日期Table 5 The comparison of high temperature daysand itsaverage starting and ending date for Shijiazhuang and Nan jing,Wuhan,Chongqing during 1956-2009
2.3.2 強(qiáng)高溫日數(shù)季節(jié)分布的差異 由表6可知,石家莊與“三大火爐”城市強(qiáng)高溫日數(shù)季節(jié)分布差異更為顯著,石家莊強(qiáng)高溫主要出現(xiàn)在初夏6月,而8月和9月沒有出現(xiàn)過;“三大火爐”城市強(qiáng)高溫主要出現(xiàn)在盛夏8月,而5月和6月沒有強(qiáng)高溫天氣。
2.3.3 高溫悶熱日數(shù)季節(jié)分布的差異 由表3可見,石家莊高溫悶熱天氣主要出現(xiàn)在7月份,“三大火爐”城市悶熱天氣高發(fā)期是7-8月,而且重慶8月才達(dá)到高峰值。
表6 石家莊、南宮和“三大火爐”城市各月強(qiáng)高溫總?cè)諗?shù)Table 6 Themonthly severe high temperature days of Shijiazhuang,Nangong,Nanjing,Wuhan and Chongqing
2.4.1 高溫日數(shù)變化趨勢的比較 由1956—2009年石家莊、武漢、南京、重慶年高溫日數(shù)的年際變化曲線(圖2)可知,石家莊年高溫天氣發(fā)生頻數(shù)呈波浪式增加趨勢,其氣候傾向率為0.58 d/10 a。20世紀(jì)60年代夏季高溫日數(shù)偏多(表7),70年代中期至90年代初高溫日數(shù)偏少,1997-2009年高溫日數(shù)偏多,其年平均值達(dá)到27.6 d,比1956—2009年平均值高74.1%。南京和重慶高溫日數(shù)卻呈下降趨勢,氣候傾向率分別為-0.17 d/10 a和-0.69 d/10 a;武漢市高溫日數(shù)呈增加趨勢,氣候傾向率為0.79 d/10 a,但90年代與南京、重慶同為高溫日數(shù)負(fù)距平。
圖2 石家莊與“三大火爐”城市年高溫日數(shù)變化趨勢Fig.2 The change of high temperature days of Shijiazhuang,Nanjing,Wuhan and Chongqing
表7 石家莊與“三大火爐”城市高溫日數(shù)年代距平Table 7 The decade departure of high temperature days of Shijiazhuang,Nanjing,Wuhan and Chongqing
石家莊和重慶強(qiáng)高溫日數(shù)年代際變化趨勢大致相似,20世紀(jì)60和70年代強(qiáng)高溫天氣出現(xiàn)較多(表8),80年代強(qiáng)高溫較少,90年代以來強(qiáng)高溫天氣明顯增多。石家莊市在2002年、2005年和2009年各出現(xiàn)3個強(qiáng)高溫日,2010年6月21日至7月6日出現(xiàn)了4個強(qiáng)高溫日。新世紀(jì)以來重慶強(qiáng)高溫日數(shù)也很多,2006年出現(xiàn)了14 d強(qiáng)高溫日;如果扣除這一特殊年份,重慶的增加趨勢則不明顯。武漢和南京沒有趨勢性變化。因此,總體上石家莊強(qiáng)高溫日數(shù)增加趨勢同樣比“三大火爐”城市顯著。2.4.2 年極端最高氣溫變化趨勢比較 1956—2009年石家莊和“三大火爐”城市年極端最高氣溫氣候傾向率為0.07~0.17℃/10 a(表9),年極端最高氣溫的變化趨勢都呈現(xiàn)增強(qiáng)的態(tài)勢。各年代的變化特征大致相似,20世紀(jì)50年代年極端最高氣溫強(qiáng)度偏弱(南京偏強(qiáng)),60年代石家莊和南京偏強(qiáng),而重慶和武漢偏弱,70-80年代強(qiáng)度變?nèi)?90年代起年極端最高氣溫又變強(qiáng),新世紀(jì)以來升幅更為顯著。
表8 石家莊與“三大火爐”城市各年代強(qiáng)高溫日數(shù)Table 8 The severe high temperature days of Shijiazhuang,Nanjing,Wuhan and Chongqing in decades
表9 年極端最高氣溫氣候傾向率及年代距平Table 9 The climatic trend rate and decade departure of annual extrememaximum air temperature
宏觀地理條件(所處經(jīng)、緯度和宏觀的氣候背景條件等)以及地形條件是影響氣溫空間分布的重要因素,也是造成高溫?zé)崂朔植紖^(qū)域差異的重要原因之一。石家莊所在緯度是38°02′N,屬于溫帶半濕潤半干旱大陸性季風(fēng)氣候;而南京、武漢和重慶所在緯度是29°~32°N,屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)。很顯然,“三大火爐”城市總體上比石家莊氣溫高、濕度大,這也是其高溫日數(shù)、尤其是悶熱日數(shù)比石家莊多得多的重要原因。
石家莊市西倚巍巍太行山中段,海拔在1 000 m左右,東部為滹沱河沖積平原,海拔在30~100 m,地形落差約1 000 m左右。一方面由于西部太行山對冷空氣屏障作用,春季升溫早而且快;另一方面當(dāng)受大陸高空暖高壓控制時,石家莊位于高壓東緣,地面吹偏西風(fēng),氣流越山后受地形強(qiáng)迫作用迅速下沉,造成空氣絕熱升溫,濕度下降,天氣晴朗,在太陽輻射增溫和下沉氣流增溫共同作用下,近地面溫度迅速升高,使得高溫天氣出現(xiàn)早。因此,太行山東麓特有的焚風(fēng)效應(yīng)加劇了石家莊高溫出現(xiàn)的強(qiáng)度[3]。在盛夏當(dāng)受西太平洋副熱帶高壓暖氣團(tuán)控制時,石家莊地區(qū)處于地面高壓后部,而高壓后部的東南風(fēng)將南方暖濕空氣向沿山一帶輸送,并在山前積聚,使本地增濕,悶熱程度加劇[4]。由此看出,石家莊的特殊地形對兩類高溫都有加強(qiáng)作用,使石家莊成為高溫中心,容易出現(xiàn)極端高溫天氣。
“三大火爐”城市都位于長江沿岸,具有山多水多河谷平原(盆地)的復(fù)雜地貌地形特征。氣溫的區(qū)域分布受海拔引起的氣溫垂直差異的控制,在河谷平原(盆地)上往往形成高溫中心。但與石家莊相比,武漢和南京的海拔落差小得多,其地貌的增溫效應(yīng)也弱得多。因此,南京和武漢的極端最高氣溫一般沒有石家莊高。
石家莊和“三大火爐”城市都處在東亞季風(fēng)區(qū)內(nèi),受到東亞季風(fēng)的強(qiáng)烈影響。每年4—5月,受副熱帶季風(fēng)的影響長江沿岸進(jìn)入雨季,但降水不大[5]。隨著熱帶夏季風(fēng)爆發(fā)后副熱帶高壓季節(jié)性北進(jìn),東亞夏季風(fēng)雨帶在6月中旬移到江淮流域,這時江淮流域常會出現(xiàn)連陰雨,雨量很大,這種梅雨天氣可持續(xù)到7月上中旬。因此,位于長江流域的“三大火爐”城市在這期間升溫相對緩慢,很少出現(xiàn)高溫天氣。而石家莊所處的河北平原常受大陸性暖高壓控制,天氣晴朗干燥,升溫迅速,往往出現(xiàn)晴熱高溫天氣。東亞夏季風(fēng)雨帶在7月中下旬又一次北跳到華北地區(qū),這時副高脊線在28~32°N,強(qiáng)度中心在長江口附近,且穩(wěn)定少動,則長江中下游地區(qū)出現(xiàn)高溫天氣[6]。江淮流域梅雨和日本的梅雨先后結(jié)束,華北雨季開始,期間石家莊高溫天氣明顯減少,8月中下旬中國北方地區(qū)夏季風(fēng)開始撤退。這期間(7月中旬-8月)當(dāng)副高西伸至100°E、脊線北抬至34°N附近且穩(wěn)定少動時,則華北地區(qū)也會出現(xiàn)高溫天氣[6]。
通過以上分析可知,東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)的季節(jié)內(nèi)階段變化是造成石家莊與“三大火爐”城市高溫?zé)崂思竟?jié)內(nèi)分布差異的主要原因。
IPCC第4次評估報告指出,全球平均表面溫度在1906—2005年增加了(0.74±0.18)℃[7]。中國同期升溫幅度約為(0.78±0.27)℃[8],比全球平均值略高。近50年(1954—2006年)中國氣溫增暖趨勢為(0.26±0.032)℃/10 a,夏季為(0.16±0.037)℃/10 a;近 30年(1979—2006年)氣溫增暖趨勢為(0.45±0.126)℃/10 a,夏季為(0.37±0.095)℃/10 a[9],可見近30年中國處于升溫加速期。研究表明,各地氣候?qū)θ蜃兣捻憫?yīng)不同,其中東北和華北的增溫幅度最大,而西南地區(qū)在變冷[10]。地處華北平原的石家莊1956—2009年平均氣溫增速為0.38℃/10 a,夏季為0.24℃/10 a,均大于同期全國升溫幅度;近30年(1979—2009年)年氣溫和夏季氣溫增速分別達(dá)到0.65℃/10 a和0.46℃/10 a,明顯高于全國平均水平(表10)
表10 石家莊和“三大火爐”城市兩時段氣溫氣候傾向率Table 10 The climatic trend rate of air temperature in two periods of Shijiazhuang,Nan jing,Wuhan and Chongqing
區(qū)域氣候變暖與極端天氣事件之間存在某種聯(lián)系,如溫度平均值的變化會直接影響極端高溫事件出現(xiàn)的頻率和強(qiáng)度[11]。石家莊夏季最高溫度、年高溫日數(shù)和年極端最高溫度均呈增大趨勢(表7-表9)。由此可見,在全球氣候變暖的背景下石家莊夏季氣溫明顯上升,使得夏季最高溫度升高,從而高溫?zé)崂税l(fā)生的頻次增多、趨勢變強(qiáng)、范圍擴(kuò)大、危害加重。近54年來“三大火爐”城市年氣溫和夏季氣溫的增速沒有石家莊快,尤其夏季日最高氣溫同期呈現(xiàn)下降趨勢(表10)。由此可見,“三大火爐”城市所在的長江流域?qū)τ谌蜃兣捻憫?yīng)沒有石家莊顯著。但近20年來“三大火爐”城市夏季氣溫和日最高氣溫也出現(xiàn)了顯著的上升趨勢。
城市化對城市臺站氣溫變化趨勢的影響非常明顯[12]。因此,城市化因素對城市高溫?zé)崂耸录?qiáng)度和頻率變化也具有重要影響。石家莊、武漢、南京和重慶都是快速發(fā)展的大城市。例如,1964年石家莊市區(qū)人口不足44萬人,2009年達(dá)到253萬人,市區(qū)人口的快速增長導(dǎo)致城市建城區(qū)面積的擴(kuò)大,致使熱島效應(yīng)增強(qiáng)。1981—2003年石家莊年均熱島增溫率為0.414℃/10 a,比1961—2003年增溫率高[13]。武漢市近20年熱島增溫速率也明顯增大,1961—2000年和1981—2000年武漢年均溫?zé)釐u增溫速率分別為0.20℃/10 a和0.26℃/10 a;夏季熱島效應(yīng)增溫也相當(dāng)顯著,1961—2000年夏季最高氣溫?zé)釐u增溫速率為零,而 1981—2000年升到 0.22℃/10 a[14]。由此可見,城市化造成的熱島效應(yīng)加劇了高溫?zé)崂说某潭取?/p>
(1)1956—2009年,石家莊極端最高氣溫為42.9℃,比南京和武漢高得多,與重慶基本持平;大多數(shù)年份石家莊年極端最高氣溫高于“三大火爐”城市。石家莊高溫(≥35℃)日數(shù)比南京多,但比重慶和武漢少,強(qiáng)高溫(≥40℃)日數(shù)比“三大火爐”城市多,而悶熱高溫日數(shù)比“三大火爐“城市少得多,熱浪持續(xù)時間也比“三大火爐”城市短。石家莊高溫日數(shù)是6月最多,屬于干熱型高溫,悶熱型高溫天氣主要發(fā)生在7月;“三大火爐”城市的高溫高發(fā)期是7月和8月。石家莊強(qiáng)高溫主要出現(xiàn)在初夏6月,而重慶和南京主要出現(xiàn)在盛夏8月。
(2)石家莊和“三大火爐”城市的年極端最高氣溫都呈現(xiàn)升高趨勢,其升速在0.07~0.17℃/10 a,各年代的變化特征也大致相似。石家莊年高溫日數(shù)呈增加趨勢,其氣候傾向率為0.58 d/10 a,南京和重慶高溫日數(shù)卻呈減少趨勢。因此,從年高溫日數(shù)和年極端最高溫度變化趨勢看,近54年來石家莊高溫?zé)崂税l(fā)展態(tài)勢比“三大火爐”城市嚴(yán)重。
(3)在全球氣候變暖和城市熱島效應(yīng)的共同作用下,近20年來石家莊和“三大火爐”城市高溫?zé)崂硕汲始又刳厔荨N魈窖蟾睙釒Ц邏汉痛箨懶耘邏菏怯绊懭A北和長江流域高溫?zé)崂说膬蓚€主要天氣系統(tǒng),東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)的季節(jié)內(nèi)階段變化及宏觀地理條件的差異是造成石家莊與“三大火爐”城市高溫?zé)崂颂卣鞑町惖闹饕?。另一方?在特殊地形的增溫效應(yīng)以及對全球變暖的顯著正響應(yīng)的作用下,石家莊高溫?zé)崂税l(fā)展態(tài)勢更為嚴(yán)峻。
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Study of the High-Temperature and Heatwaves in Shijiazhuang Compared to the"Three-Furnace Cities"in China
XIAO Si-rong,ZHANG Ke-hui,L IU Fang-yuan,MU Zhong-yi
(HebeiInstituteofGeographicalSciences,HebeiAcademyofSciences,Shijiazhuang050011,China)
Based on the daily temperature data from 1956 to 2009,in this paper,the climate characteristics and trends of the high-temperature and heatwaves in Shijiazhuang as well as the"Three-Furnace cities"in China(i.e.,Chongqing,Wuhan and Nanjing)are analyzed.The results show that Shijiazhuang has a high value of extremely high temperature,and more days w ith severe high temperature(i.e.,greater than or equal to 40℃),compared to the"Three-Furnace cities".On theother hand,there are fewer muggy days in Shijiazhuang,and its duration of heatwaves is sho rter.In terms of the distribution w ithin the season,the phenomenon of high-temperature heatwaves happensmost frequently in June in Shijiazhuang,w hile the phenomenon mostly happens in the period between July and August in the other three cities.In termsof the variation trend of number of days w ith high temperature and the extremely maxim um high temperature each year,the development of high-temperature heatwaves in Shijiazhuang ismore severe than the"Three-Furnace cities"during the past 54 years;all the four citiesw itness a significant increase of high heat in the past 20 years.The difference of the characteristics of high-temperature heatwaves between Shijiazhuang and the other three cities ismostly due to the geographical terrain and the seasonal variation of East Asian monsoon system.Moreover,the intensity of the high-temperature and heatwave is increased by the global warming and rapid urbanization.
high-temperature and heatwave;Shijiazhuang;climate characteristics;development trend
P461
A
1672-0504(2010)05-0087-06
2010-08- 01;
2010-08-31
河北省科學(xué)院科技計劃項目(2010055508、09927、07108);河北省科技廳計劃項目(09276722)
肖嗣榮(1942-),男,研究員,主要研究方向為氣候與生態(tài)環(huán)境。E-mail:xiaosirong888@yahoo.com