福州夏季氣溫演變及對人體影響分析

袁 翔，姚素香，文明章，施宗強

（1.南京信息工程大學(xué)，南京 210044；2.福建省氣象信息中心，福州 350001；3.福建省氣候中心，福州 350001；4.福建省漳州市南靖縣氣象局，南靖 363600）

現(xiàn)在全球氣候變暖已是毋庸置疑的事實，全球變暖的持續(xù)發(fā)展，增加了夏季高溫發(fā)生的概率［1］，尤其近20年明顯的升溫，引起了科學(xué)界、國際社會、各國政府及全球公眾的廣泛關(guān)注.世界氣象組織（WMO）將氣象高于32℃為高溫日，在我國則由中國氣象局規(guī)定氣象高于35℃為高溫日，我國較多學(xué)者與專家利用氣象站逐日溫度資料，采用最大熵譜、墨西哥帽小波、九點二項式平滑濾波法、Mann－Kendall檢測法、年際變化斜率分析等方法分析全國不同地區(qū)高溫日及其持續(xù)時空分布，取得了大量成果［2－3］.溫室氣體排放的快速增長，導(dǎo)致全球的平均溫度與最高溫度均在上升.研究表明自20世紀(jì)90年代以來全球平均地表溫度上升明顯［4－5］，最暖的年份基本都出現(xiàn)在近期，過去50年升溫率幾乎是過去100年的2倍［4，6］.由于氣候變暖導(dǎo)致氣溫上升，氣溫的上升直接影響人體舒適度感受［6－8］.IPCC 第五次評估報告指出，人類活動對氣候系統(tǒng)的影響是明確的，而且這種影響還在不斷增強，各大洲都能觀測到因氣候變暖造成的種種影響，比如地表已連續(xù)偏暖、海洋上層已經(jīng)變暖、全球范圍內(nèi)的冰川都在退縮、海平面的上升速度快、溫室氣體的濃度增加、極端災(zāi)害天氣的頻發(fā)造成各國不可估量的損失與人員傷亡.氣候變暖導(dǎo)致的首發(fā)風(fēng)險與次生風(fēng)險都上升，直接影響人類的可持續(xù)發(fā)展，引起了各國政府的高度重視與思考［6］.

我國是全球氣候變暖特征最顯著的國家之一，在全球變暖背景下，近百年來中國年平均氣溫升高了0.5～0.8℃［5－6］，近50年，我國年平均地表氣溫線性增溫速率明顯高于全球同期線性增溫速率［5］.福州位于我國東南沿海，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)［9］，全球變暖對區(qū)域極端氣溫出現(xiàn)的概率產(chǎn)生了影響［10］，自20世紀(jì)90年代以來，福建省氣候環(huán)境正加速變暖［9］，特別是省會城市福州，近年來夏季極端高溫頻發(fā)，已成為中國名副其實的“火爐”城市之一［11］.為了提升對高溫天氣過程的監(jiān)測與預(yù)警能力，目前福建省氣候中心針對福州夏季高溫過程強度判定以及高溫天氣的客觀定量化評估方法正在進行認(rèn)真研究，該研究將有利于高溫防災(zāi)部署與趨利避害.本文在前人研究的基礎(chǔ)上，利用福州近52年來氣溫變化資料，根據(jù)氣候?qū)W方法統(tǒng)計夏季日數(shù)變化，分析夏季氣溫變化，統(tǒng)計福州最熱30，15，7d高溫指數(shù)變化年際變化，研究近52年來夏季氣溫變化特征及其對人體舒適度的影響.

1 資料來源

本文資料選取福州烏山氣象觀測測站1961月1日1日—2012年12月12日的逐日平均氣溫、最高氣溫、極端高溫等氣象觀測資料，該觀測站海拔高度81m 為福州市區(qū)的最高點，自建站60余年來從未移動或遷移過，該站資料也參加全球數(shù)據(jù)交換.利用該站資料來研究近52年來福州地區(qū)的夏季氣溫變化特征及影響，資料準(zhǔn)確可靠.

2 夏季日數(shù)、高溫日數(shù)年際變化

2.1 夏季日數(shù)變化

氣候?qū)W家張寶坤先生提出了用當(dāng)?shù)睾钇骄鶜鉁貋韯澐帧八募尽钡姆椒?，?dāng)侯平均氣溫穩(wěn)定＞22℃時當(dāng)?shù)剡M入夏季，侯平均氣溫≤22℃時為夏季結(jié)束［12］.本文在張寶坤先生方法的基礎(chǔ)上，采用打破年月界限的5日滑動平均氣溫代替原來的侯平均氣溫，即5日滑動平均氣溫穩(wěn)定＞22℃時當(dāng)?shù)剡M入夏季，5日滑動平均氣溫≤22℃時為夏季結(jié)束.

線性分析表明，近52年福州夏季日數(shù)呈增加趨勢，其線性增長速率為6.6d／10a.此外，夏季日數(shù)5年滑動平均值也表明，夏季日數(shù)呈現(xiàn)一定的周期性變化，但整體為增加趨勢，除20世紀(jì)80年代末到90年代初夏季日數(shù)有所減少外，其余年份夏季日數(shù)均呈現(xiàn)明顯增加趨勢（圖1）.

圖1 1961—2012福州夏季日數(shù)變化Fig.1 Day change in summer from 1961to 2012in Fuzhou

2.2 夏季高溫日數(shù)變化

為更好的研究福州夏季高溫日數(shù)年際變化特點，本文統(tǒng)計的高溫日數(shù)有兩種：日最高氣溫≥35℃的高溫日數(shù)、日最高氣溫≥37℃的高溫日數(shù).圖2表明，福州近52年≥35℃的高溫日數(shù)增加趨勢明顯，由20世紀(jì)60年代的年均17.5d增加為21世紀(jì)初的年均37.8d，線性增長率為4.5d／10a；福州近52年≥37℃的高溫日數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢，由60年代的年均2.6d增加為21世紀(jì)初的年均13.1d，線性增長率為2.6d／10a，增加幅度小于≥35℃的高溫日數(shù).

3 夏季氣溫變化

7、8月是福州夏季最熱的2個月份，為研究福州夏季氣溫升高的年際變化特點，對1961—2012年福州7、8月日最高氣溫、夏季最熱時段平均氣溫進行統(tǒng)計分析.

3.1 夏季7、8月份日最高氣溫變化

1961—2012年福州7、8月日最高氣溫統(tǒng)計結(jié)果表明（圖3），福州近52年7～8月日最高氣溫呈現(xiàn)明顯增加趨勢.7月日最高氣溫均值由60年代的年均33.7℃增加為21世紀(jì)初的年均35.0℃，線性分析表明，呈現(xiàn)0.28℃／10a的線性增加趨勢；8月日最高氣溫均值由60年代的年均33.2℃增加為21世紀(jì)初的年均34.1℃，線性分析表明，呈現(xiàn)0.21℃／10a的線性增加趨勢，增加幅度小于7月.

圖2 福州夏季高溫日數(shù)年際變化Fig.2 Changes of high temperature days in summer from 1961to 2012in Fuzhou

圖3 福州夏季極端高溫年際變化Fig.3 Changes of the highest temperature days in summer from 1961to 2012in Fuzhou

3.2 夏季最熱時段氣溫變化

為更好的對福州夏季氣溫酷暑的變化特點進行研究，分析統(tǒng)計福州近52年夏季最熱30，15，7d分別進行統(tǒng)計與分析.

近52年福州最熱30，15，7d的氣溫均值為30℃左右，最熱時段越短氣溫越高，最熱7d氣溫均值達(dá)30.6℃（表1）.由表1、圖4可以看出，福州近52年最熱30，15，7d氣溫呈現(xiàn)明顯增加趨勢，最熱30 d 由60 年代的29.3℃增加到21世紀(jì)初的30.0℃，呈現(xiàn)0.17℃／10a的線性增加趨勢；最熱15d由60年代的29.9℃增加到21世紀(jì)初的30.6℃，呈現(xiàn)0.19℃／10a的線性增加趨勢；最熱7d由60年代的30.3℃增加到21世紀(jì)初的31.1℃，呈現(xiàn)0.22℃／10a的線性增加趨勢；時間越短平均氣溫線性增長速率越大.

表1 福州夏季不同最熱時段氣溫均值Tab.1 The average temperature of different hottest days in summer in Fuzhou

由福州近52年7、8月份日最高氣溫和最熱時段氣溫變化可以看出，21世紀(jì)初期是高溫炎熱暴發(fā)最為明顯的一個時段，其中2003年是高溫炎熱最嚴(yán)重的一年，7、8月日最高氣溫極值分別達(dá)38.2℃、35.4℃.

圖4 福州夏季不同時段平均氣溫年際變化Fig.4 Changes of average temperature of different time scale in summer from 1961to 2012in Fuzhou

4 夏季日數(shù)及氣溫變化成因分析

近52年以來福州夏季的特點是高溫與熱浪頻現(xiàn)，且熱期來的更早，后半期高溫概率大于前半期.分析計算2年福州7—8月平均氣溫與降水量、日照時數(shù)的關(guān)系，結(jié)果表明福州7、8月平均氣溫與日照時數(shù)呈正相相關(guān)、與降水量呈負(fù)相相關(guān).

福州夏季日數(shù)增加、氣溫升高與全球氣候變化背景密切相關(guān)，是氣候變暖的一種局地響應(yīng).其主要原因夏季風(fēng)的實力比以往要強，活動季節(jié)也在提早，最直接的背景是1970年代以來西太平洋副熱帶高壓盛行偏強［15］.根據(jù)IPCC第五次報告中指出，從1983年到2012年的這三十年比之前幾十年都熱，報告中估算出全球地表平均溫度的上升幅度，亞洲南部地區(qū)及南亞地區(qū)成為氣溫上升最快的區(qū)域，最高升溫部門分布在尼泊爾、不丹、印度北部、巴基斯坦、中國南部地區(qū).在此大環(huán)境下，福州的溫度也在這幾年內(nèi)大幅升高，高溫?zé)崂颂鞌?shù)也變得更加頻繁，而且持續(xù)時間更長［6］.

5 夏季氣溫變化對人體的影響

5.1 福州夏季酷暑年際分布

太平洋副熱帶高壓直接控制著福州地區(qū)，極易出現(xiàn)高溫少雨的天氣，如出現(xiàn)頻率較高則易形成酷暑.反之，若夏季降水較多，則易造成盛夏日氣溫偏低、高溫日數(shù)偏少的情況，出現(xiàn)涼夏.根據(jù)文獻［11－12］，本文采用的確定酷暑和涼夏的標(biāo)準(zhǔn)為：7、8月平均溫度＞29℃，≥35℃的高溫日數(shù)＞20d為酷暑；7、8月平均溫度＜27，≤35℃的高溫日數(shù)＜10d為涼夏.結(jié)果表明，福州1951～2012年7、8月平均氣溫28.8℃、平均高溫日數(shù)23d；近52年無涼夏，共17個酷暑年份.圖4表明，近52年福州夏季酷暑主要分布于兩個時期，20世紀(jì)70年代末至80年代末為第一個酷暑頻發(fā)期，13年中共有5個酷暑年份；21世紀(jì)初期至今為第二個酷暑頻發(fā)期，也是第一個高度集中頻發(fā)期，12年中共有11個酷暑年份，占近52年所有酷暑年份的65%，這與前文中提到21世紀(jì)初期是高溫炎熱暴發(fā)最為明顯的一個時段相符合.正是21世紀(jì)初的高溫酷暑天氣把福州推向了中國的“火爐”城市.

5.2 福州夏季人體舒適度指數(shù)年際分布

嚴(yán)明良、余庚康等采用人體舒適度指數(shù)（Comfort Index of Human Body，CIHB）研究氣象環(huán)境對人體的影響［13］，該方法準(zhǔn)確度高、應(yīng)用廣泛，計算模型如公式（1）：

式（1）中，t為氣溫（℃），hu為濕度（%），v為風(fēng)速（m／s）.

1961—2012年福州市夏季人體舒適度指數(shù)變化（圖5、表2）表明，1961—2011年福州最熱30，15，7d人體舒適度指數(shù)變化范圍是73～78，但2012年人體舒適度指數(shù)突破炎熱上限閾值，高達(dá)82.9；就年際變化來看，近52年人體舒適度指數(shù)呈線性增長趨勢，人體舒適感區(qū)域下降.由圖3、表3可知，1961—2011年福州夏季最熱30，15，7d人體感覺處于偏熱～悶熱狀態(tài)；時段越短人體的悶熱感越強；2012年人體舒適度指數(shù)突破炎熱上限閾值，人體感覺處于炎熱狀態(tài)；近12年最熱7d人體舒適度指數(shù)平均為77.7，人體感覺處于非常悶熱狀態(tài).

圖5 福州夏季人體舒適度指數(shù)年際變化Fig.5 Change of CIHB in summer from 1961to 2012in Fuzhou

表2 福州夏季不同最熱時段人體舒適度指數(shù)Tab.2 Human comfort index of different hottest days in summer from 1961to 2012in Fuzhou

表3 夏季人體舒適度指數(shù)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Classification level of CIHB in summer

（1）1961—2012年福州福州夏季日數(shù)線性增長速率為6.6d／10a，≥35℃的高溫日數(shù)呈4.5d／10a的線性增加趨勢，≥37℃的高溫日數(shù)呈2.6d／10a的線性增加趨勢；

（2）福州近52 年7，8 月日最高氣溫呈現(xiàn)明顯增加趨勢，7 月日最高氣溫均值線性增長速率為0.28℃／10a，8月日最高氣溫均值線性增長速率為0.21℃／10a；

（3）福州近52年最熱30d，15d，7d氣溫呈現(xiàn)明顯增加趨勢，線性增長速率分別是0.17 ℃／10a、0.19℃／10a、0.22℃／10a，時間越短平均氣溫線性增長速率越大；

（4）21世紀(jì)初期的12年份中共有11個酷暑年份，占近52年所有酷暑年份的65%，正是21世紀(jì)初的高溫酷暑天氣把福州推向了中國的“火爐”城市；

（5）福州近52年最熱30d，15d，7d人體舒適度呈下降趨勢［13］，近12年最熱7d人體舒適度指數(shù)平均為77.7，人體感覺處于非常悶熱狀態(tài)，2012年人體舒適度指數(shù)突破炎熱上限閾值，人體感覺處于炎熱狀態(tài).

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