珠海市高溫天氣變化趨勢(shì)及其與臺(tái)風(fēng)的關(guān)系

黃照亮，王世強(qiáng)，謝霞，李韻婕

（1.珠海市公共氣象服務(wù)中心，廣東珠海 519000；2.珠海市氣象局，廣東珠海 519000）

《中國極端天氣氣候事件和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理與適應(yīng)國家評(píng)估報(bào)告》［1］指出，21世紀(jì)中國的高溫事件將呈增多趨勢(shì)。高溫天氣不僅對(duì)農(nóng)業(yè)、電力供應(yīng)、重大體育賽事活動(dòng)等造成巨大影響，還能引發(fā)中暑等疾病影響人體健康［2-6］。而關(guān)于高溫天氣的變化趨勢(shì)、產(chǎn)生的天氣形勢(shì)等方面［7-10］一直是研究的重點(diǎn)。高榮等［11］分析了全國自動(dòng)站的最高氣溫資料，認(rèn)為高溫天氣日數(shù)呈現(xiàn)“增加-減少-增加”的趨勢(shì)，同時(shí)中國東部區(qū)域的高溫天氣日數(shù)存在3～6年的周期；勞漢瓊［12］分析了湛江市夏季高溫天氣年變化特征，結(jié)果顯示多高溫年臺(tái)風(fēng)活動(dòng)較少、西南季風(fēng)偏弱；杜小松等［13］分析了惠州市高溫天氣的天氣形勢(shì)，表明臺(tái)風(fēng)影響下更容易出現(xiàn)極端異常的高溫天氣；李海鷹等［14］研究表明在離珠江三角洲500～2 000 km東北偏東方至東南方有臺(tái)風(fēng)活動(dòng)時(shí)，珠江三角洲高溫天氣出現(xiàn)的機(jī)率較大。

珠海市瀕臨海洋，氣溫適宜，但近年氣溫也呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)［15］，2019年平均氣溫達(dá)到24.1℃，創(chuàng)歷史新高。本研究用M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)和小波分析方法對(duì)珠海市高溫天氣的變化特征進(jìn)行分析，并探討了高溫天氣與臺(tái)風(fēng)位置和強(qiáng)度的關(guān)系，為高溫天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考。

1 資料和方法

1.1 站點(diǎn)資料和高溫定義

本研究采用珠海國家基本氣象站1962—2018年逐日最高氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)，依照高溫預(yù)警信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)，定義日最高氣溫≥35℃為高溫日。臺(tái)風(fēng)位置和強(qiáng)度資料來自中國氣象局（CMA）熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集［16］，其資料在臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度等級(jí)方面，除了《熱帶氣旋等級(jí)》國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 19201—2006）的6個(gè)級(jí)別外，還包含了弱于熱帶低壓（BTD）或等級(jí)未知和變性的臺(tái)風(fēng)這兩個(gè)特殊強(qiáng)度等級(jí)。

1.2 研究方法

1）Mann—Kendall檢驗(yàn)法。

Mann—Kendall是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法［17］，其不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，可以明確突變開始的時(shí)間和突變區(qū)域，計(jì)算也簡便，廣泛應(yīng)用在氣候突變檢驗(yàn)中。

2）小波分析。

本研究所采用的小波分析方法是Morlet小波分析法［18］，它是由正弦和余弦波的振幅經(jīng)高斯函數(shù)平滑得到的連續(xù)單頻復(fù)小波，能夠把信號(hào)在時(shí)間和頻率域上同時(shí)展開，分析出短波分量，得到各個(gè)頻率隨時(shí)間的變化及不同頻率之間的關(guān)系。

2 高溫日數(shù)月變化和年變化特征

1962—2018年珠海市出現(xiàn)高溫天氣共246 d（圖1a），年平均高溫日僅有4.3 d。高溫天氣日數(shù)最多的年份出現(xiàn)在2014年，達(dá)到15 d，而在部分年如1976、1978和2002年并未出現(xiàn)高溫天氣，可見高溫天氣日數(shù)年差異很大。從圖1a中還可看出高溫天氣日數(shù)呈增多趨勢(shì)，尤其是近年來增多趨勢(shì)顯著。

從逐月分布（圖1b）來看，高溫天氣在5—9月均會(huì)出現(xiàn)，但主要集中在7和8月。其中5月份極少出現(xiàn)，僅有4 d；6和9月份分別出現(xiàn)33和27 d，共占 23.4%；7月份最多，出現(xiàn) 111 d，占43.3%；8月份出現(xiàn) 71 d，占27.7%。

珠海市高溫天氣較少與瀕臨海洋、海陸風(fēng)顯著有著密切關(guān)系：白天當(dāng)珠海市氣溫較高時(shí)，海陸風(fēng)作用明顯，從海洋來的海風(fēng)加強(qiáng)，使氣溫上升的速率變慢，最高氣溫不會(huì)太高。在月分布方面，7—8月份副高平均脊線位于25°N—30°N，同時(shí)也是西太平洋臺(tái)風(fēng)活躍的季節(jié)，珠海市容易受到下沉氣流影響，從而出現(xiàn)高溫天氣。

圖1 珠海市高溫天氣日數(shù)年變化（a）和月變化（b）

3 高溫日數(shù)年際變化趨勢(shì)

對(duì)高溫天氣日數(shù)進(jìn)行M-K檢驗(yàn)（圖2a），從UF值的正負(fù)可判斷高溫天氣的增多或減少趨勢(shì)。從圖2a中可見，1962—1985年UF值在0附近徘徊，高溫天氣日數(shù)呈波動(dòng)趨勢(shì)；1986年開始UF值大于0且不斷升高，高溫天氣日數(shù)呈增多的趨勢(shì)，這種增多趨勢(shì)在1994年達(dá)到了顯著性水平0.05臨界線（μ0.05=1.96），并且非常迅速地增大，說明高溫天氣日數(shù)增多的趨勢(shì)非常顯著。根據(jù)UF和UB曲線交點(diǎn)的位置，可以確定高溫天氣日數(shù)增多趨勢(shì)是從1989年出現(xiàn)的突變現(xiàn)象，在1962—1988年年平均高溫天氣日數(shù)為2.2 d，而在1989—2018年為6.3 d，增加近2倍。

從高溫天氣日數(shù)的周期變化（圖2b）來看，在1985年之前存在8～12年的周期，但并不顯著；1985—1998年7～10年的周期較為顯著，但未通過顯著性水平檢驗(yàn)；1998年之后顯著周期變短為3～7年，且大多數(shù)年份通過紅噪音0.05顯著性水平檢驗(yàn)。由此可見，高溫天氣日數(shù)的變化周期也存在變短的趨勢(shì)。

圖2 珠海市高溫天氣日數(shù)M-K統(tǒng)計(jì)量曲線（a）和小波分析功率譜（b）

4 伴隨臺(tái)風(fēng)的高溫天氣變化趨勢(shì)

為研究珠海市高溫天氣與臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的關(guān)系，定義有臺(tái)風(fēng)在珠海市1 000 km范圍內(nèi)活動(dòng)出現(xiàn)的高溫天氣為：伴隨臺(tái)風(fēng)的高溫天氣。在1962—2018年間出現(xiàn)的246 d高溫天氣中，伴隨臺(tái)風(fēng)的高溫天氣日數(shù)有106 d（占43.1%），而在日最高氣溫≥37℃的17 d中，有臺(tái)風(fēng)活動(dòng)的天數(shù)為15 d（占88.2%）。可見，臺(tái)風(fēng)活動(dòng)與珠海市的高溫天氣尤其是極端高溫天氣有著密切的關(guān)系。

從伴隨臺(tái)風(fēng)的高溫天氣日數(shù)年變化（圖3）來看，在1990年之前大部分都為1 d，最多的年份出現(xiàn)5 d，平均值為1.4 d；在1990年之后（含1990年）大部分為2 d，最多的年份也是5 d，但出現(xiàn)的年份明顯增多，平均值為2.3 d。

圖3 珠海市伴隨臺(tái)風(fēng)的高溫天氣日數(shù)年變化

對(duì)比珠海市高溫天氣日數(shù)變化可以發(fā)現(xiàn)，在1990年之后伴隨臺(tái)風(fēng)的高溫天氣日數(shù)平均值所占比例由63.6%下降至36.5%。說明盡管伴隨臺(tái)風(fēng)的高溫天氣的日數(shù)在增加，但是其所占比例卻在顯著減少，這也與李海鷹等［14］的研究結(jié)論“從20世紀(jì)90年代前期開始與珠三角一定距離有熱帶氣旋同時(shí)出現(xiàn)的高溫天氣在所有高溫天氣中所占的比例有逐漸減少的趨勢(shì)”這一結(jié)論相符合。

5 臺(tái)風(fēng)位置和強(qiáng)度與高溫天氣關(guān)系

由于日最高氣溫一般出現(xiàn)在下午，選取伴隨臺(tái)風(fēng)的高溫天氣出現(xiàn)日期14 h的臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度和位置作為樣本，以此來研究臺(tái)風(fēng)位置和強(qiáng)度與珠海市高溫天氣的關(guān)系。從其分布（圖4）可以看到，珠海市出現(xiàn)高溫天氣期間，臺(tái)風(fēng)與珠海市的距離幾乎都在300 km以上，主要位于珠海市的東北方福建省至東南方巴士海峽一帶。從區(qū)域和強(qiáng)度來看，區(qū)域分布最多的是福建省占19.1%，強(qiáng)度幾乎都在強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)別以下；其次為臺(tái)灣海峽和東沙海域，均占16.5%，其中東沙海域的分布主要集中在其東北區(qū)域，臺(tái)灣海峽臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度主要在熱帶風(fēng)暴至臺(tái)風(fēng)級(jí)別，東沙海域臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度在熱帶風(fēng)暴至強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別；再次為巴士海峽，占11.3%，強(qiáng)度主要在強(qiáng)熱帶風(fēng)暴至超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別；之后是臺(tái)灣省、中沙海域和廣東東部海域，占6%～7%，臺(tái)灣省臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度主要在臺(tái)風(fēng)級(jí)別，中沙海域臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度在熱帶低壓至強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)別，且多為與其他區(qū)域臺(tái)風(fēng)共同影響；廣東東部海域臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度主要在強(qiáng)熱帶風(fēng)暴至臺(tái)風(fēng)級(jí)別；最少是江西省，占4.3%，強(qiáng)度在熱帶風(fēng)暴以下，其中一部分也是與其他區(qū)域臺(tái)風(fēng)共同影響。

圖4 珠海市出現(xiàn)高溫天氣期間臺(tái)風(fēng)位置分布

通過1962—2018年6—9月在珠海市300～1 000 km范圍內(nèi)所有臺(tái)風(fēng)14 h的位置和強(qiáng)度數(shù)量，與發(fā)生高溫天氣的臺(tái)風(fēng)數(shù)目比較，就可得出不同強(qiáng)度臺(tái)風(fēng)在各個(gè)區(qū)域活動(dòng)時(shí)珠海出現(xiàn)高溫天氣的概率（表略）。從其區(qū)域分布來看，概率最高的是福建省，總體達(dá)到33.8%，各級(jí)別概率都在25%以上；其次是臺(tái)灣省和臺(tái)灣海峽，總體概率分別為26.7%和23.5%，其中臺(tái)灣省在臺(tái)風(fēng)級(jí)別時(shí)概率較高（50%），臺(tái)灣海峽在強(qiáng)熱帶風(fēng)暴至強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別時(shí)概率較高（40%以上）；再次為廣東東部海域和巴士海峽，概率分別為13.2%和12.3%，其中廣東東部海域在強(qiáng)熱帶風(fēng)暴至強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別時(shí)概率較高（20%～25%），巴士海峽在臺(tái)風(fēng)至超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)概率較高（20%～40%）；之后是江西省和東沙海域，分別為8.1%和6.8%，其中江西省在熱帶風(fēng)暴級(jí)別時(shí)概率較高（33.3%），東沙海域在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)至超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)概率較高（30% ～50%）；最低為中沙海域，概率為2.8%，僅在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別時(shí)概率較高（25%）。

臺(tái)風(fēng)對(duì)珠海市高溫天氣的影響與臺(tái)風(fēng)的環(huán)流結(jié)構(gòu)和位置有著密切的關(guān)系：當(dāng)臺(tái)風(fēng)位于福建省至臺(tái)灣省一帶時(shí)，珠海低層吹偏北風(fēng)，空氣干燥，風(fēng)速較小，有利白天氣溫升高；當(dāng)臺(tái)風(fēng)位于廣東東部海面時(shí)，較弱的臺(tái)風(fēng)下沉氣流較弱，較強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)其直接環(huán)流范圍較大會(huì)造成珠海風(fēng)力較大，這兩種情況都不利于氣溫升高；當(dāng)臺(tái)風(fēng)位于東沙、巴士海峽時(shí)，珠海低層吹東北風(fēng)或偏東風(fēng)，升溫條件較吹偏北風(fēng)時(shí)偏差，同時(shí)距離較遠(yuǎn)，只有較強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)其下沉氣流才會(huì)顯著影響珠海；當(dāng)臺(tái)風(fēng)位于中沙海域時(shí)，距離較遠(yuǎn)，需要強(qiáng)臺(tái)風(fēng)或與其他區(qū)域臺(tái)風(fēng)共同影響才能造成珠海的高溫天氣。

另外，通過對(duì)比20世紀(jì)90年代前后各個(gè)區(qū)域不同級(jí)別的臺(tái)風(fēng)活動(dòng)數(shù)量發(fā)現(xiàn)，在20世紀(jì)90年代后臺(tái)風(fēng)活動(dòng)總數(shù)量在減少，尤其是在強(qiáng)熱帶風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)級(jí)別，但是福建省和江西省熱帶低壓至熱帶風(fēng)暴級(jí)別的臺(tái)風(fēng)數(shù)量顯著增多，臺(tái)灣海峽至臺(tái)灣省一帶臺(tái)風(fēng)級(jí)別的臺(tái)風(fēng)數(shù)量也顯著增多。結(jié)合不同強(qiáng)度臺(tái)風(fēng)在各個(gè)區(qū)域活動(dòng)時(shí)珠海出現(xiàn)高溫天氣的概率分布，可以看出這些區(qū)域有相應(yīng)級(jí)別臺(tái)風(fēng)活動(dòng)時(shí)珠海市出現(xiàn)高溫天氣概率較高，這可能是導(dǎo)致珠海在20世紀(jì)90年代之后伴隨臺(tái)風(fēng)的高溫天氣數(shù)量增多的原因。

6 結(jié)論

1）珠海市高溫天氣主要集中在7和8月，并且高溫日數(shù)呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。

2）珠海市高溫天氣日數(shù)增多的突變現(xiàn)象是從1989年之后開始的，周期變短至3～7年。

3）珠海市高溫天氣與臺(tái)風(fēng)活動(dòng)有著密切的關(guān)系，其中伴隨臺(tái)風(fēng)的高溫天氣占43.1%，而在日最高氣溫≥37℃的高溫天氣中占比更是達(dá)到88.2%。

4）伴隨臺(tái)風(fēng)高溫天氣的日數(shù)在增加，但是其所占比例卻在顯著減少。

5）當(dāng)臺(tái)風(fēng)在偏東方的福建省至臺(tái)灣省一帶活動(dòng)時(shí)，珠海市出現(xiàn)高溫天氣概率較高，部分級(jí)別的臺(tái)風(fēng)如福建省臺(tái)風(fēng)級(jí)別以下、臺(tái)灣海峽強(qiáng)熱帶風(fēng)暴至強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別、臺(tái)灣省臺(tái)風(fēng)至強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別產(chǎn)生高溫天氣的概率都在25%以上。

6）20世紀(jì)90年代之后伴隨臺(tái)風(fēng)的高溫天氣數(shù)量增多主要是由于福建省和江西省熱帶低壓至熱帶風(fēng)暴級(jí)別的臺(tái)風(fēng)數(shù)量、臺(tái)灣海峽至臺(tái)灣省一帶臺(tái)風(fēng)級(jí)別的臺(tái)風(fēng)數(shù)量增多造成的。

本研究的結(jié)論表明珠海市的高溫天氣在顯著增多，但伴隨臺(tái)風(fēng)的高溫天氣增多并不是其主要因素。李揚(yáng)等［19］的研究結(jié)論表明，副熱帶高壓存在面積增強(qiáng)、強(qiáng)度增強(qiáng)、西伸脊點(diǎn)西伸的演變特征，但是與去除全球變暖影響后變化趨勢(shì)相反?？梢娙蜃兣统鞘袩釐u效應(yīng)可能是造成珠海市高溫天氣顯著增多的主要因素，但這還需要在下一步的研究工作中深入研究。