1976-2016年烏魯木齊地區(qū)極端高溫事件的變化特征

馮靜潔，賈 健，蔣慧敏

烏魯木齊市氣象局，烏魯木齊 830001

2007年聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)公布的評估報告表明[1]，過去50年中，極端天氣事件特別是強降雨、高溫?zé)崂说葮O端事件呈現(xiàn)不斷增多增強的趨勢，預(yù)計今后這種極端事件的出現(xiàn)將更加頻繁。許多研究也表明，隨著全球氣候的變暖，極端天氣氣候事件頻繁發(fā)生，呈現(xiàn)出增多增強的趨勢。國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者對不同區(qū)域的極端天氣氣候事件做了許多研究，如黃小燕[2]指出近54a 我國沿海地區(qū)極端高溫、極端低溫呈上升趨勢，并與緯度、經(jīng)度、拔海高度相關(guān)性較好；趙培培[3]等研究表明天山山區(qū)近53a 來極端氣溫存在不同的周期性變化。但對新疆首府烏魯木齊地區(qū)極端高溫天氣的研究不多，僅賈健從傳統(tǒng)的極端氣溫、夏季暖晝暖夜、冬季冷晝冷夜等方面做了研究，為了更好地了解本地的極端高溫天氣，本文重新分析了本市城區(qū)和城北兩個站點的極端高溫閾值及變化趨勢，為當(dāng)?shù)氐母邷靥鞖夥?wù)提供更準確依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

烏魯木齊是典型的溫帶大陸性氣候，冬冷夏熱，四季分明，南高北低、地形起伏懸殊，導(dǎo)致各區(qū)氣溫差異較大，不能簡單地用統(tǒng)一的標準來描述不同區(qū)域的極端氣候事件的閾值，如以35℃作為烏魯木齊地區(qū)極端高溫事件，那么對于城北地區(qū)，由于海拔更低，周圍戈壁地貌較多，夏季日最高氣溫達到35℃則近乎是一種常態(tài)，近10年來，城北夏季近30%的日數(shù)會出現(xiàn)35℃以上的高溫天氣，對城北來說35℃就稱之為極端高溫事件顯然就并不合適了。在辛渝[4]等人的研究中沿天山一帶以及西北部地區(qū)都出現(xiàn)過強危害性高溫天氣。在全球氣候變暖的背景下，了解本地的極端高溫天氣毫無疑問具有一定的積極意義。

2 數(shù)據(jù)和方法

選取城區(qū)（51463 站）和城北（51369 站）兩個國家氣象站為目標站點，其中城區(qū)為平原地區(qū)、海拔935 m，城北多戈壁、海拔600 m，本文取1976～2016年共41年的夏季常規(guī)探測資料中的逐日最高氣溫為樣本，采用目前國際最流行的百分位法來定義兩地的極端高溫事件的閾值，將以上兩個國家基本站的高溫閾值進行分析和對比，經(jīng)過分析得到本市城區(qū)和城北的極端高溫閾值及其相關(guān)性。因各地的地勢地形不同，氣候差異較大，用這種相對閾值方法定義的閾值比用絕對閾值更有實際意義。

采用線性趨勢系數(shù)以及小波分析方法, 分析城區(qū)和城北兩個國家基本站年極端高溫日數(shù)隨時間序列的年際變化以及長期的趨勢變化特征。

3 結(jié)果和分析

3.1 極端高溫閾值

在對高溫閾值的計算中存在不同的計算方法，但是據(jù)李嬌【4】等人研究，不同的計算方法富裕極端事件長期趨勢的研究結(jié)果幾乎沒有影響。在翟盤茂王勇【5-6】等人對極端高溫的研究下，采用第95百分位值作為極端閾值、當(dāng)日最高氣溫超過極端閾值則認為出現(xiàn)了極端高溫事件。通過百分位法分析，分別將近41年城區(qū)和城北的夏季逐日最高氣溫按從低到高和從高到低的順序排列，選取第95%個樣本數(shù)值定義為極端高溫事件閾值，即TX95p。

結(jié)果證明，兩地的極端高溫事件閾值相差較大。新疆氣象臺在發(fā)布高溫預(yù)警時，定義若日最高氣溫≥35℃，當(dāng)日為高溫日，其中城區(qū)為35℃，完全符合新疆氣象臺在發(fā)布高溫預(yù)警時對高溫日的定義；城北極端高溫閾值為37.5℃，甚至超過了新疆氣象臺高溫橙色預(yù)警的發(fā)布標準，即24小時內(nèi)最高氣溫將上升至37℃以上。和辛渝[7]等人的研究結(jié)果表明，北疆年高溫日數(shù)以及極端最高氣溫主要受垂直地帶性和緯度地帶性控制，海拔越低的地方高溫日數(shù)越多，高溫強度也越強，與我地極端高溫閾值結(jié)果較為吻合。

3.2 極端高溫事件變化趨勢

極端天氣氣候事件的定義為一定地區(qū)在一定時間內(nèi)出現(xiàn)的歷史上罕見的氣象事件，一般發(fā)生概率較小、偏離其平均值較大。從變化趨勢來看（見圖1），年極端高溫事件次數(shù)相差很大，其中1993年和2003年最少，均未發(fā)生極端高溫事件，2015年次數(shù)最多，城區(qū)發(fā)生16 次米東發(fā)生18 次；近41年城區(qū)和城北平均極端高溫事件發(fā)生次數(shù)相差不大，分別為4.49次/a和4.66次/a。

同時兩地的極端高溫事件發(fā)生次數(shù)波動的周期粗略來看較為一致，存在“增多-減少-增多”的波動，與高榮[8]等人的研究結(jié)果，新疆存在的波動周期為準3年較吻合。且隨著時間總體呈現(xiàn)線性增多的趨勢，分別為城區(qū)0.046 次/10a和城北0.069 次/10a（公式如1、2）。且以1996年為界，城區(qū)和城北兩個站的年代際變化，近21年的平均極端高溫事件發(fā)生次數(shù)為5～6 次，較（1996年）前20年均增多1 至2 次。同時，城區(qū)和城北兩站同年的極端高溫日數(shù)的差值，在2 d以內(nèi)的有33年、超過80%，1 d 以內(nèi)的有27年、接近66%。

城區(qū)：y=0.046x+3.522；——①

城北：y=0.0693x+3.2024——②

圖1 近41年城區(qū)和米東極端高溫事件變化及對比

雖然從年變化來看，兩地極端高溫事件發(fā)生次數(shù)在一天以內(nèi)的比率尚未接近70%，但是如果分別對比6、7、8月同年兩站的極端高溫事件次數(shù)（如表1），可以看到兩站近41年的平均月極端高溫事件次數(shù)相差在0.2次以內(nèi)，其中6月平均次數(shù)最少，7月次數(shù)最多，月平均發(fā)生次數(shù)相差2 d 以內(nèi)的接近96%，1 d 以內(nèi)的接近85%，遠高于年較差比率。

表1 近41年城區(qū)和城北月極端高溫事件次數(shù)對比

從夏季月趨勢來看，烏魯木齊城北夏季每個月的上升趨勢系數(shù)均大于城區(qū)。按月計，兩地均是7月增加趨勢系數(shù)趨勢最大、6月次之、8月最平緩，這表明烏魯木的極端高溫事件的發(fā)生有顯著增多并提前的趨勢。預(yù)計未來幾年我市仍然會處于高溫的多發(fā)期，且城北的高溫事件發(fā)生的次數(shù)會比城區(qū)更多、比城區(qū)更早，相關(guān)部門需要繼續(xù)對高溫災(zāi)害進行研究和制定預(yù)防。

3 預(yù)測結(jié)果檢驗

在樣本數(shù)據(jù)中1977年出現(xiàn)第一個極端高溫事件峰值，出現(xiàn)周期為準3a，按照周期預(yù)測2017（±1）年為下一個峰值，通過2017年和2018年夏季常規(guī)探測資料中的逐日最高氣溫驗證，2017年極端高溫事件城區(qū)出現(xiàn)7次、米東10次，為近三年的極端高溫事件峰值，和預(yù)測結(jié)果存在一定符合。但是小波分析中卻沒有得到一個明顯的周期，后續(xù)研究還要再尋找其他的方法。

4 總結(jié)和討論

（1）本文通過百分位值確定了城區(qū)和城北的夏季相對閾值，其中城區(qū)為35℃、城北為37.5℃；得到極端高溫事件的閾值與兩地地理特點分析結(jié)果統(tǒng)一，對本地極端高溫事件的研究提供了指標。

（2）通過線性分析，將來烏魯木齊極端高溫事件會出現(xiàn)增多的趨勢，且城北的極端高溫事件變化趨勢的系數(shù)略大于城區(qū)，即城北極端高溫日數(shù)開始增加的時間會大于城區(qū)，從月分析來看夏季極端高溫事件的發(fā)生時間會有所增多并提前。

（3）通過前人分析和本地研究得出兩地存在準3a 震蕩周期，經(jīng)過2017年和2018年兩年的預(yù)測結(jié)果的檢驗證明本文所得到的極端閾值和極端高溫事件周期均能夠吻合，預(yù)計未來10年烏魯木齊市極端高溫事件發(fā)生的峰值可能出現(xiàn)在2020（±1）、2023（±1）以及2027（±1）年。但是檢驗?zāi)晗掭^短、且小波分析結(jié)果并不能較好的體現(xiàn)，后續(xù)仍需繼續(xù)驗證。

（4）從極端高溫事件發(fā)生次數(shù)的夏季月趨勢來看，烏魯木齊城區(qū)和城北均是7月增加趨勢系數(shù)趨勢最大、6月次之、8月最平緩，表明烏魯木齊市的極端高溫事件的發(fā)生有顯著增多并提前的趨勢。

未來幾年烏魯木齊市尤其是城北地區(qū)的極端高溫事件將會更多，我們要根據(jù)極端高溫指標進一步制定極端高溫事件防御預(yù)案，做到趨利避害，把風(fēng)險因子的防控做到最優(yōu)，降低極端高溫事件給本地帶來的各種影響。