近64年重慶地區(qū)夏季高溫分析

周雅琴　韓志剛

摘要利用重慶14個氣象觀測站1951—2014年夏季逐日氣溫觀測資料，運用二項式系數(shù)加權(quán)平均、EOF等方法，詳細探討了重慶夏季高溫日數(shù)和極端最高氣溫事件的時間、空間分布特征。結(jié)果表明，近64年來重慶地區(qū)的高溫日數(shù)具有顯著的年際變化和地域差異。重慶夏季高溫的異?？臻g分布有4個關(guān)鍵區(qū)，分別為重慶西部、重慶中部、重慶東北部以及重慶東南部。

關(guān)鍵詞夏季高溫；EOF分析；時空分布；重慶地區(qū)

中圖分類號S161.2文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）33-0189-03

Analysis of Summer High Temperature in Chongqing in Resent 64 Years

ZHOU Yaqin1，HAN Zhigang2

（1.College of Meteorology and Oceanography， PLA Univ. of Sci. & Tech National University of Defense Technology，Nanjing，Jiangsu 210000；2. Beijing Institute of Applied Meteorology，Beijing 100020）

AbstractAccording to the daily temperature observation data of 14 meteorological stations in Chongqing from 1951 to 2014， the temporal and spatial distribution characteristics of summer high temperature days and extreme maximum temperature events in Chongqing were discussed in detail by using binomial coefficient weighted average and EOF method.The results showed that the high temperature days in Chongqing had significant interannual and regional differences in the past 64 years.There were four key areas for the anomalous spatial distribution of summer high temperature in Chongqing， which were western， central， northeastern and southeastern of Chongqing.

Key wordsSummer high temperature；EOF analyses；Temporal and spatial distribution；Chongqing area

氣候變化是現(xiàn)階段全球都密切關(guān)注的問題，IPCC對全球的溫度變化非常關(guān)注，而且有相當多的研究是針對極端溫度的變化。高溫是指日最高氣溫≥35 ℃，可以此作為夏季炎熱程度的指標[1]。大范圍的極端高溫天氣影響人們正常的工作和生活，此外長時間的高溫可能帶來了嚴重的干旱災害，這種災害性天氣會對社會、經(jīng)濟造成巨大損失[2-3]。

重慶地區(qū)是兩大地形的過渡地帶，是青藏高原和長江中下游平原的結(jié)合區(qū)，地幅遼闊。重慶是典型的山多、河流多，崇山峻嶺、高低交錯，川流交貫、縱橫相交。夏季，青藏高原是一個巨大的熱源，隨著偏西風不斷向下游輸送熱量。由于特殊的地形和天氣形勢，重慶地區(qū)高溫及其衍生災害損失愈發(fā)嚴重，高溫導致的干旱災害也隨之而來，特別是20世紀以來，高溫所導致的濕度低，干旱災害頻發(fā)，2006、2008和2013年的夏天，重慶大部分地區(qū)因為高溫熱浪襲擊而導致特大伏旱，極端最高氣溫多次刷新，給重慶地區(qū)的農(nóng)業(yè)、生活、工作等帶來不便，損失更是不可估量[4]。以2013年為例，6—8月重慶西部、中部等地持續(xù)高溫、干旱天氣，使得重慶大部分地區(qū)發(fā)生了極端高溫天氣事件；據(jù)不完全統(tǒng)計，高溫干旱造成的直接經(jīng)濟損失高達97.4億元，其中農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失最大，達62.1億元。筆者利用持續(xù)更新的、更詳細的、時間跨度更大的氣象觀測資料，對重慶地區(qū)夏季高溫的時間和空間特征進行分析，研究其時空演變特征，為進一步預測該區(qū)域夏季高溫氣候預測提供參考，同時能夠為該地區(qū)的農(nóng)業(yè)提供氣象參考依據(jù)。

1資料與方法

1.1資料選取

采用重慶地區(qū)34個氣象站的日平均、最低和最高氣溫資料，根據(jù)氣溫變化的連續(xù)性、觀測資料的完整性以及對應的地區(qū)特征，選取奉節(jié)、梁平、萬州、大足、合川、沙坪壩、江津、長壽、涪陵、豐都、黔江、彭水、綦江、酉陽等14個氣象站1951—2014年6—8月逐日氣溫資料進行分析。

1.2分析方法

首先對14個站點夏季逐日最高氣溫的缺測、錯測資料進行處理。對于缺測和錯測的數(shù)據(jù)，采取該站點前后2 d的的實測資料平均值訂正，對于連續(xù)幾天缺測的臺站采取插值法進行訂正[5]，經(jīng)過訂正處理后的數(shù)據(jù)與當日平均氣溫進行對比，存在差距較大者，進行二次修正，從而使得數(shù)據(jù)具有較好的連續(xù)性，并對數(shù)據(jù)進行顯著性檢驗，確保數(shù)據(jù)的可靠性[6]。該研究以夏季日最高氣溫≥35 ℃作為高溫指標，定義為極端高溫事件，以超過標準的天數(shù)累加為高溫天數(shù)，以此標準建立各站的高溫天數(shù)系列的資料。對于一個地區(qū)不同測站的氣溫變量，一般使用所有測站點平均值來代表該地區(qū)的平均狀態(tài)。運用EOF等方法對該時間序列的時空特征進行分析[7]。運用二項式系數(shù)加權(quán)平均[8-9]研究夏季高溫天數(shù)的年代變化，通過時間系數(shù)序列選取異常年份，為后期研究異常年份環(huán)流形勢提供基礎(chǔ)，并利用各站點的數(shù)據(jù)來研究年際變化以及空間分布特征。

1.3數(shù)據(jù)檢驗

利用處理后的資料進行突變特征檢驗，確定該數(shù)據(jù)在時間和空間上具有較好的連續(xù)性，同時局部特征明顯[10]，確認該數(shù)據(jù)更具有代表性和可研究性。對數(shù)據(jù)進行顯著性水平檢驗[9]，得到1951—2014年重慶地區(qū)14個站點夏季高溫日數(shù)和夏季平均高溫日數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)（圖1）[9]。

利用t-檢驗法[6]檢驗相關(guān)系數(shù)的顯著性程度，對于給定的，通過查詢系數(shù)檢驗表，可得到臨界相關(guān)系數(shù)。由圖1可看出，所有站點的相關(guān)系數(shù)均明顯大于0.70。其中，8個臺站的相關(guān)系數(shù)超過0.80，占所研究站點數(shù)的57.1%，充分說明重慶地區(qū)的高溫日數(shù)變化趨勢一致，且這些站點能夠較好地反映重慶地區(qū)夏季高溫的時間變化規(guī)律。

2重慶夏季最高氣溫的EOF分析

2.1夏季最高氣溫特征值的方差貢獻

通過對標準資料的EOF分解得到重慶夏季最高氣溫EOF方差貢獻（表1），前2個累計方差貢獻率達87.718%，表明夏季6—8月的最高氣溫通過EOF分解的收斂速度比較快。North等[11]所得到的經(jīng)驗判據(jù)，可以截取前2個空間分量，大致能代表重慶近64年來夏季最高溫度的整體空間結(jié)構(gòu)，第二項以后的分量方差貢獻均較小，暫時不予考慮。

2.2夏季最高氣溫的時間變化

從圖2可以看出，64年中只有1971、2013年時間系數(shù)絕對值超過30，且為正值，將其定義為特殊高溫年份，是高溫干旱年，可作為個例單獨分析，尤其通過環(huán)流形勢分析，對該地區(qū)夏季高溫氣候預報有重要參考意義。時間系數(shù)絕對值超過20的年份中1959、1964、1972、2001、2006、2008年表現(xiàn)為重慶夏季最高氣溫一致偏高的典型年份，1976、1982、1983、1987、1993、2007年為重慶夏季最高氣溫一致偏低的典型年份。20世紀50年代偏少，1959年為突變年，由少變多；60年代基本較為平緩，基本沒有絕對值超過20的突變年份；70年代偏多，1979年為突變年，由多變少；80—90年代相對偏少，也沒有絕對值特別高出正常值的突變年份；2000年至今異常高溫年份較多，其中2007年異常低溫年，2001、2006、2008、2013年是絕對值均超過20的異常高溫年，相對于20世紀80、90年代而言，極端高溫事件頻發(fā)。2000年前，最高溫度發(fā)生的頻率相對較低，且沒有明顯的變化趨勢，但從圖2 可以看出，從2000年開始，最高氣溫一致偏高的年份明顯增多，且年際之間存在較大的突變。

以時間系數(shù)絕對值最大的2013年而言，該年是典型的最高氣溫一致偏高的年份，2013年夏季重慶出現(xiàn)歷史極值的異常高溫天氣，出現(xiàn)極端高溫的累積天數(shù)也為歷史同期中最多。8月6—22日出現(xiàn)了罕見的持續(xù)16 d高溫酷暑天氣。據(jù)查詢，2013年夏季局部地區(qū)超過40 ℃的站點有萬川、沙坪壩、江津、涪陵、豐都、綦江，其中豐都有11 d、江津有12 d、沙坪壩有10 d最高氣溫超過40 ℃，而江津8月7日最高氣溫達到當?shù)厝兆罡邭鉁貧v史極值，為43.5 ℃，豐都7月15日最高氣溫達42.2 ℃。重慶地區(qū)夏季高溫天氣使得重慶的農(nóng)業(yè)、旅游業(yè)深受影響，以豐都而言，仙女湖鎮(zhèn)的“致富果”——番茄因為2013年夏季高溫導致產(chǎn)量明顯下降，造成農(nóng)民收入大有損益，而同樣的情況發(fā)生在豐都興義鎮(zhèn)的龍眼種植業(yè)，高溫使得該鎮(zhèn)因龍眼采摘而帶動的旅游以及龍眼交易市場人煙稀少，產(chǎn)量相較2012年減少20%。初夏是雙季稻育苗、栽植和田間管理的重要時期，而江津中山鎮(zhèn)的有機富硒稻因為高溫干旱妨礙出苗，導致禾苗的成活率大幅降低，2013年中山鎮(zhèn)的糧食產(chǎn)量相比較2012年降低22.5%左右，使得該地區(qū)的有機稻幾乎遭受毀滅性打擊，農(nóng)民也因此受益受損。

2.3夏季最高氣溫的空間分布

EOF分解中前2個分量所代表的空間分布類型是溫度場的典型分布結(jié)構(gòu)。若某一特征向量中各分量均為正（或同為負），那么這一特征向量表明的是在重慶地區(qū)這個變量變化趨勢基本保持一致。若呈正負相間分布，那么有2種分布類型[12]。在空間分布上來看，載荷值是說明此點的高溫日數(shù)的距平值與其對應的主成分序列兩者的相關(guān)性。如果這個點的絕對值越大，則該點高溫日數(shù)越多（或越少）[13]。

從第1個模態(tài)分布（圖3a）可以看出，重慶市全部為正值，且這一類型的方差貢獻率達76%，顯而易見是遠大于第2模態(tài)，說明序列1是重慶地區(qū)夏季極端最高氣溫空間變化的主要分布類型。重慶地形多變，相對較復雜，自西向東地勢逐漸增加，與第1模態(tài)對應較好，說明第1模態(tài)能較好地反映重慶地區(qū)夏季最高氣溫的分布特征，基本呈一致性。從圖3a的等值線的凸起處可以看出，重慶東南部、長江流域的載荷值相對大，該區(qū)域站點為酉陽、豐都；在重慶東北部明顯偏大，該區(qū)域站點為奉節(jié)，說明在這些區(qū)域容易發(fā)生高溫天氣。

第2模態(tài)（圖3b）可以較好地反映出重慶最高氣溫變化東北、西南相反的異?？臻g分布，此項方差貢獻率11.706%，表明夏季最高氣溫可能以0線為界，存在相反的變化特征。負值大值區(qū)出現(xiàn)在東北部，對應站點有奉節(jié)；相對正值大值區(qū)在重慶西部，對應站點為江津、大足。

3夏季高溫日數(shù)的空間分布特征

從圖4可以看出，近64年重慶地區(qū)存在4個高溫日數(shù)明顯偏多的高值區(qū)，第1個高值區(qū)位于重慶西部，包括永川、璧山、沙坪壩、江津、綦江；第2個高值區(qū)位于重慶中部，是平均高溫日數(shù)最多的區(qū)域，以豐都為高值中心（平均高溫日數(shù)超過40 d），包括涪陵、石柱、忠縣；第3個高值區(qū)位于重慶東北部，包括奉節(jié)、巫山、巫溪；第4個高值區(qū)位于重慶東南部，包括酉陽和秀山，4個高值區(qū)平均高溫天數(shù)均超過36 d。此外，大足、銅梁、合川、長壽、墊江、梁平、萬州一帶的重慶北部沿線高溫日數(shù)相對偏少，彭水、武陵、黔江一帶存在低值區(qū)。從高溫日數(shù)的空間分布來看，與地形呈對應關(guān)系，第1、第2、第4高值區(qū)位于長江流域，沿南北方向遞減，其中重慶西部江津高溫日數(shù)達40.2 d，綦江高溫日數(shù)達43.6 d。第3高溫區(qū)域與武陵山脈相對應，山脈兩側(cè)溫度有明顯區(qū)別，山脈南側(cè)酉陽高溫日數(shù)達375 d，而山脈北側(cè)黔江17.8 d、彭水24.2 d。

4結(jié)論

（1）近64年來重慶地區(qū)高溫日數(shù)具有顯著的年代變化

和區(qū)域性差異，20世紀50年代偏少，1959年為由少變多的突變年；60年代基本較為平緩，較少有突變；70年代偏多，1979年為突變年，由多變少；80—90年代相對偏少；2000年至今，最高溫度頻發(fā)，且年際突變大，氣候極其不穩(wěn)定。重慶地區(qū)的高溫天氣尤其是夏季持續(xù)極端高溫對重慶的農(nóng)業(yè)、旅游業(yè)有重大影響。

（2）1951—2014年重慶地區(qū)夏季極端最高氣溫大致呈現(xiàn)一致型、東北-西南差異型2種主要模態(tài)。夏季極端高溫天氣主要有4個分布區(qū)域，分別為重慶西部、重慶中部、重慶東南部、重慶東北部。高值區(qū)與局地地形和下墊面有關(guān)，其中3個沿長江流域，一個位于武陵山脈南側(cè)。

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