1971—2017年湖南省熱浪和寒潮的時(shí)空變化特征

鄧楚雄 彭艷啟 劉唱唱

摘要?基于1971—2017年湖南省29個(gè)氣象站點(diǎn)的逐日溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合線性趨勢(shì)分析方法和空間插值法，研究湖南省熱浪和寒潮的時(shí)空分布和變化趨勢(shì)。結(jié)果表明，1971—2017年湖南省一共經(jīng)歷了248個(gè)熱浪和114個(gè)寒潮。熱浪頻次和天數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，寒潮頻次和天數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。受氣候變暖的影響，在1986年以后熱浪天數(shù)以94.76 d/10 a的速度顯著增加。由于大氣環(huán)流和地形地勢(shì)的影響，熱浪的影響程度呈現(xiàn)以湘東湘南為高值中心向湘西和湘北逐漸擴(kuò)散減弱的空間格局，寒潮的影響程度呈現(xiàn)從西北向東南逐漸增強(qiáng)的空間格局。熱浪和寒潮的變化趨勢(shì)具有明顯的空間差異。熱浪在全省絕大部分地區(qū)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，尤以省會(huì)長(zhǎng)沙市附近臺(tái)站最為突出和顯著;寒潮的頻次和天數(shù)在包括湘北、湘西和湘中的大部分地區(qū)呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，在湘南地區(qū)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但是所有站點(diǎn)的寒潮頻次和天數(shù)變化趨勢(shì)都不顯著。

關(guān)鍵詞?熱浪;寒潮;時(shí)空特征;氣候變暖;湖南省

中圖分類(lèi)號(hào)?P429?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A?文章編號(hào)?0517-6611（2021）09-0200-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.09.055

Abstract?Based on the daily temperature data of 29 meteorological stations in Hunan Province from 1971 to 2017， combined with the linear trend analysis method and spatial interpolation method， the temporal and spatial distribution and change trend of heat waves and cold waves in Hunan Province were studied.The results showed that Hunan Province experienced a total of 248?heat waves and 114 cold waves from 1971 to 2017. The frequency and days of heat wave showed an upward trend， and the frequency and days of cold wave showed a downward trend.Affected by climate warming， the heat wave days after 1986 had increased significantly at a rate of 94.76 d/10 a.Due to the influence of atmospheric circulation and topography， the degree of influence of the heat wave presented a spatial pattern of gradually spreading and weakening from the high center of eastern Hunan to southern Hunan， and the influence of the cold wave presented a spatial pattern of gradually increasing from northwest to southeast.There were obvious spatial differences in the changing trends of heat waves and cold waves. Heat waves had shown an increasing trend in most areas of the province， especially the stations near the provincial capital Changsha City were the most prominent and significant.The frequency and number of cold waves showed a decreasing trend in most areas including northern Hunan， western Hunan and central Hunan， and an increasing trend in southern Hunan. However， the frequency and number of days of cold waves at all stations had not changed significantly.

Key words?Heat wave;Cold wave;Temporal and spatial characteristics;Climate warming;Hunan Province

在自然災(zāi)害的分類(lèi)中，熱浪和寒潮作為極端溫度事件被統(tǒng)計(jì)到氣候自然災(zāi)害中[1]。熱浪一般指連續(xù)多日的極端高溫，寒潮則是指在寒冷季節(jié)里一次冷空氣暴發(fā)導(dǎo)致的劇烈降溫過(guò)程。近年來(lái)，熱浪和寒潮的頻繁發(fā)生已經(jīng)成為影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境和人體健康的重要問(wèn)題[2-4]。熱浪和寒潮期間的極端溫度會(huì)導(dǎo)致區(qū)域的死亡率明顯上升，這引起了廣泛的公共衛(wèi)生問(wèn)題[5-7]，同時(shí)室內(nèi)供暖和制冷需求的增加會(huì)極大地增大電力系統(tǒng)的壓力和能源消耗，并引起二氧化碳排放量的增加[8-9]。IPCC（2014）指出1880—2012年全球平均溫度已升高0.85 ℃，氣候變暖的一個(gè)嚴(yán)重可能后果就是導(dǎo)致極端降水、干旱、熱浪和寒潮等極端事件更頻繁發(fā)生[10-11]。因此掌握和明確熱浪和寒潮的時(shí)空特點(diǎn)和規(guī)律，從而制定相應(yīng)的防災(zāi)減災(zāi)政策對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命安全具有重要意義。

在世界各地，針對(duì)極端溫度事件已進(jìn)行了很多研究。在西班牙[12]、土耳其[13]和美國(guó)[14]觀察到熱浪頻次和天數(shù)的增加以及寒潮頻次和天數(shù)的下降趨勢(shì)，這符合氣候變暖的一般認(rèn)知，即氣候變暖導(dǎo)致平均氣溫升高，熱浪事件因而增多增強(qiáng)，寒潮事件減少減弱。然而對(duì)喀爾巴阡山地區(qū)[15]的調(diào)查發(fā)現(xiàn)在熱浪增多的同時(shí)，喀爾巴阡山東北部寒潮的影響程度和強(qiáng)度也在增加。在南美洲[16]和波羅的海南岸地區(qū)[17]，寒潮事件則沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)。對(duì)于中國(guó)極端溫度事件的研究發(fā)現(xiàn)，1961—2007年在大部分地區(qū)的熱浪頻次顯著增加的情況下，黃河流域的一些站點(diǎn)的熱浪次數(shù)出現(xiàn)了明顯的下降[18]。寒潮的頻次和持續(xù)時(shí)間在中國(guó)北方[19]和位于亞熱帶地區(qū)的廣東省[20]呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。但是在山東省[21]，高等級(jí)的特強(qiáng)寒潮幾乎沒(méi)有變少的趨勢(shì)?？傮w而言，由于地理位置的不同以及大氣環(huán)流等其他因素的影響，極端溫度事件的空間分布和變化趨勢(shì)呈現(xiàn)具有明顯空間差異性的特點(diǎn)。為了增強(qiáng)關(guān)于氣候變化的全球和區(qū)域影響的理解，需要在不同的區(qū)域進(jìn)行極端溫度事件變化的調(diào)查。

湖南省位于中國(guó)南方的亞熱帶地區(qū)，炎熱而漫長(zhǎng)的夏季是亞熱帶季風(fēng)氣候帶來(lái)的主要特點(diǎn)，因此湖南常常經(jīng)歷嚴(yán)重的熱浪事件，嚴(yán)重影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康[22]。在中國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)中，湖南省是發(fā)生寒潮災(zāi)害最多的省份[23]。以往對(duì)湖南省極端溫度事件的研究多關(guān)注于一次熱浪或寒潮事件的過(guò)程機(jī)制，較少涉及熱浪或寒潮的長(zhǎng)期趨勢(shì)分析[24-25]。在最近的50年里湖南省發(fā)生了明顯的氣候變暖趨勢(shì)[26]。該研究以湖南省為研究區(qū)域，分析熱浪和寒潮的空間格局和長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，并探討氣候變暖對(duì)極端溫度事件的可能影響，該研究結(jié)果對(duì)于理解氣候變暖背景下亞熱帶地區(qū)熱浪和寒潮的變化趨勢(shì)具有重要意義，同時(shí)有助于湖南省針對(duì)極端溫度事件制定科學(xué)的防災(zāi)減災(zāi)政策。

1?資料與方法

1.1?研究區(qū)概況

湖南省位于中國(guó)中部、長(zhǎng)江中游（24°38′～30°08′N(xiāo)，108°47′～114°15′E），屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，面積達(dá)2.12×105 km2，全省常住人口6 918.38萬(wàn)人（2019年），地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）39 752.12億元。湖南省地處云貴高原向江南丘陵和南嶺山脈向江漢平原過(guò)渡的地帶，東面為幕阜、武功等山脈，西面為雪峰山、武陵山等山脈，南面為南嶺山脈，整體上呈現(xiàn)為東、西、南三面環(huán)山且朝北開(kāi)口的地形地貌。

1.2?數(shù)據(jù)來(lái)源

逐日氣溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http：//data.cma.cn/）提供的1971—2017年中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集（V3.0）。氣象站的位置和信息見(jiàn)圖1，個(gè)別站點(diǎn)如有缺失數(shù)據(jù)，采用鄰近站點(diǎn)插值方法進(jìn)行插補(bǔ)，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

1.3?熱浪和寒潮的定義

根據(jù)中央氣象局的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)日最高溫度高于35 ℃時(shí)為高溫天氣，當(dāng)連續(xù)3 d以上最高氣溫達(dá)到35 ℃及以上時(shí)為一次高溫?zé)崂耸录?當(dāng)冷空氣使某地在24 h內(nèi)氣溫下降8 ℃以上或48 h內(nèi)氣溫下降10 ℃以上，并且日最低氣溫在5 ℃及以下時(shí)則被認(rèn)定為寒潮。在該研究中，熱浪和寒潮的定義參考中央氣象局的標(biāo)準(zhǔn)。另外，由于寒潮指一次冷空氣的侵襲過(guò)程，因此為了排除個(gè)別站點(diǎn)微氣候的影響，只有當(dāng)3個(gè)或大于3個(gè)氣象站同時(shí)經(jīng)歷以上降溫過(guò)程時(shí)才被認(rèn)為發(fā)生了一次寒潮。

1.4?分析方法

該研究選取了頻次和天數(shù)2個(gè)指標(biāo)來(lái)表征熱浪和寒潮的空間格局和變化趨勢(shì)。根據(jù)熱浪和寒潮標(biāo)準(zhǔn)分別統(tǒng)計(jì)了29個(gè)站點(diǎn)在1971—2017年經(jīng)歷的熱浪次數(shù)、熱浪天數(shù)、寒潮頻次和寒潮天數(shù)，如此獲得29個(gè)站點(diǎn)熱浪和寒潮的頻次和天數(shù)的逐年時(shí)間序列。相鄰時(shí)間內(nèi)所有站點(diǎn)經(jīng)歷的熱浪和寒潮視為一次熱浪和寒潮，如此獲得全省層面上的熱浪和寒潮的逐年時(shí)間序列。普通最小二乘（ordinary least squares，OLS）回歸用于檢驗(yàn)熱浪和寒潮的線性趨勢(shì)，并結(jié)合t檢驗(yàn)檢查趨勢(shì)的統(tǒng)計(jì)顯著性。基于反距離權(quán)重法，根據(jù)各個(gè)站點(diǎn)的熱浪和寒潮的頻次和天數(shù)以及頻次和天數(shù)的趨勢(shì)系數(shù)進(jìn)行空間插值，獲得湖南省熱浪和寒潮的空間分布和變化趨勢(shì)的空間分布。

2?結(jié)果與分析

2.1?熱浪和寒潮的時(shí)間特征

根據(jù)熱浪和寒潮的定義，1971—2017年湖南省一共經(jīng)歷了248個(gè)熱浪事件和114個(gè)寒潮事件，熱浪和寒潮的年均頻次分別為5.28和2.43次/a。如圖2a、2c所示，熱浪頻次和寒潮頻次具有明顯的年際差異。2005年是熱浪活動(dòng)最頻繁的年份，一共發(fā)生了10次熱浪，在1979年則僅經(jīng)歷2次熱浪;1972、1979、2010和2011年是寒潮活動(dòng)最頻繁的年份，這些年份都經(jīng)歷了5次寒潮，在1975、1984、1995和1997年則沒(méi)有發(fā)生過(guò)寒潮事件。

如圖2b、2d所示，1971—2017年湖南省29個(gè)氣象站一共經(jīng)歷的熱浪和寒潮天數(shù)分別為22 452和1 793 d，年均天數(shù)分別為477.70和38.15 d/a?？梢?jiàn)寒潮天數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于熱浪天數(shù)，這可能是由于湖南省位于亞熱帶地區(qū)，熱浪事件的影響程度相對(duì)于寒潮事件更強(qiáng)。與頻次類(lèi)似，熱浪和寒潮的天數(shù)同樣具有較大的年際差異，在47年間，2013年經(jīng)歷的熱浪天數(shù)最多，29個(gè)地點(diǎn)一共經(jīng)歷1 065 d，經(jīng)歷熱浪天數(shù)最少的是1993年，29個(gè)站點(diǎn)一共僅經(jīng)歷了93 d;1988年是經(jīng)歷寒潮天數(shù)最多的年份，一共有98 d，除沒(méi)有發(fā)生寒潮的年份外，2015年是寒潮日數(shù)發(fā)生最少的一年，僅經(jīng)歷3 d。除此之外，如圖2d所示，寒潮天數(shù)的年際差異最為明顯，寒潮天數(shù)在40 d/a以上的年份平均每年會(huì)經(jīng)歷70.55 d寒潮，寒潮天數(shù)在40 d/a以下的年份平均每年僅經(jīng)歷16.61 d寒潮。這可能是由于湖南省位于低緯度地區(qū)，影響湖南省的寒潮一般由北極地區(qū)的冷空氣南下而來(lái)，因此在寒潮活動(dòng)弱的年份，較弱的冷空氣經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的移動(dòng)慢慢減弱，可能不會(huì)到達(dá)湖南或僅僅在幾個(gè)地點(diǎn)引起降溫;在寒潮活動(dòng)較強(qiáng)的年份，強(qiáng)烈的冷空氣則可能會(huì)引起大部分地點(diǎn)甚至全省發(fā)生低溫天氣。因此由于冷空氣強(qiáng)弱的不規(guī)律性，在中低緯度地區(qū)可能更缺乏規(guī)律性的準(zhǔn)備和應(yīng)對(duì)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)較強(qiáng)烈的寒潮發(fā)生時(shí)，往往產(chǎn)生更為嚴(yán)重的災(zāi)害事件。

分別統(tǒng)計(jì)了1971—2017年各個(gè)年代的熱浪頻次、熱浪天數(shù)、寒潮頻次和寒潮天數(shù)的年平均值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（表1），熱浪事件的次數(shù)和天數(shù)總體呈現(xiàn)在波動(dòng)中上升的趨勢(shì)，寒潮事件的次數(shù)和天數(shù)總體呈現(xiàn)在波動(dòng)中下降的趨勢(shì)。其中在2001—2010年，平均每年經(jīng)歷熱浪6.00次和603.40 d，寒潮則僅經(jīng)歷2.10次和30.80 d，這一時(shí)期是熱浪活動(dòng)最為強(qiáng)烈而寒潮活動(dòng)最為平靜的一個(gè)時(shí)期。

從圖2可以看出，1971—2017年熱浪頻次和熱浪天數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，寒潮頻次和寒潮天數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，隨時(shí)間變化的趨勢(shì)分別為1.41次/10 a、42.76 d/10 a和-0.15次/10 a、-1.08 d/10 a，且變化趨勢(shì)都沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)（P>0.05）。葉殿秀等[27-29]研究發(fā)現(xiàn)自20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始，中國(guó)大部分地區(qū)發(fā)生了明顯的氣候增暖，并且導(dǎo)致熱浪和寒潮事件的頻次和日數(shù)發(fā)生變化。因此，該研究分別計(jì)算了1986年前后2個(gè)時(shí)段湖南省平均氣溫的變化趨勢(shì)，結(jié)果表明（圖3），湖南省年平均氣溫在1986年以后以0.33 ℃/10 a的速度上升，并且在α=0.01顯著性水平上具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這說(shuō)明湖南省在1986年以后經(jīng)歷了明顯的氣候變暖。同時(shí)對(duì)熱浪頻次、天數(shù)和寒潮頻次、天數(shù)進(jìn)行了分段線性檢驗(yàn)，結(jié)果表明在1986—2017年熱浪天數(shù)以94.77 d/10 a的速度增加并且在α=0.05顯著性水平上具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（圖2b），熱浪頻次、寒潮頻次和天數(shù)的變化趨勢(shì)則不顯著（P>0.05）。同時(shí)相關(guān)分析表明，熱浪天數(shù)和平均氣溫具有顯著的正相關(guān)，兩者的皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.324（P<0.05），熱浪頻次、寒潮頻次和天數(shù)與平均氣溫沒(méi)有顯著的相關(guān)關(guān)系。這表明氣候變暖可能會(huì)導(dǎo)致熱浪天數(shù)增多，同時(shí)熱浪事件沒(méi)有顯著的增多，因此每次熱浪持續(xù)的時(shí)間可能會(huì)變得更長(zhǎng)。根據(jù)Anderson等[30]的研究，熱浪持續(xù)時(shí)間每增加1 d，熱浪死亡風(fēng)險(xiǎn)增加0.38%，因此湖南省熱浪天數(shù)的增加趨勢(shì)可能會(huì)顯著提高熱浪事件的危險(xiǎn)性。

2.2?熱浪與寒潮的空間特征

2.2.1?熱浪和寒潮的空間分布特征。

圖4為基于反距離權(quán)重插值法得出的湖南省熱浪和寒潮事件的空間分布圖，如圖4a、b所示，南岳站和桂東站是湖南省熱浪事件的低值中心，南岳站在47年內(nèi)沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)熱浪事件，桂東站僅在1987年7月經(jīng)歷一次熱浪，持續(xù)3 d。同時(shí)在圖4c、d中，可以發(fā)現(xiàn)南岳站和桂東站則是湖南省寒潮事件的高值中心，在29個(gè)站點(diǎn)中，南岳站和桂東站經(jīng)歷的寒潮次數(shù)和天數(shù)是最多的。1971—2017年南岳站一共經(jīng)歷了105個(gè)寒潮，一共186 d，桂東站經(jīng)歷了70個(gè)寒潮，一共103 d。南岳站海拔為1 265.9 m，桂東站海拔865.9 m，在所有氣象站點(diǎn)中，南岳站和桂東站是海拔較高的2個(gè)站，由于氣溫垂直遞減率的存在，氣溫會(huì)隨海拔升高而降低，平均氣溫較低，因而寒潮事件頻發(fā)而不易發(fā)生熱浪事件。因此南岳站附近和桂東站附近成為寒潮事件的高值中心和熱浪事件的低值中心可能是受氣象站海拔的影響，同時(shí)也說(shuō)明海拔越高的區(qū)域受寒潮的影響程度越大，受熱浪的影響程度越小。

如圖4a所示，湖南省所有地點(diǎn)的熱浪頻次均在5次/a以下，除去南岳站和桂東站的影響以外，熱浪頻次的高值中心在湖南的東部和南部地區(qū)，包括衡陽(yáng)市、株洲市和郴州市的主要地區(qū)，即衡陽(yáng)站、常寧站、株洲站、攸縣站和郴州站附近，這些地區(qū)平均每年經(jīng)歷熱浪4次以上;攸縣站附近是湖南省熱浪頻次最高的地區(qū)，47年內(nèi)一共經(jīng)歷熱浪219次，平均每年經(jīng)歷熱浪4.66次;次高值區(qū)域包括湖南中東部的大部分地區(qū)，包括長(zhǎng)沙市、岳陽(yáng)市南部、益陽(yáng)市南部、常德市南部、婁底市、懷化市東部、邵陽(yáng)市東部、永州市、郴州市等地區(qū)，即長(zhǎng)沙站、馬坡嶺站、平江站、常德站、沅陵站、溆浦站、新化站、雙峰站和嘉禾站附近，這些地區(qū)平均每年經(jīng)歷熱浪3～4次;湖南省北部和西部地區(qū)則為熱浪事件的低值區(qū)域，包括岳陽(yáng)市北部、益陽(yáng)市北部、常德市北部、張家界市、湘西自治州、懷化市西部和邵陽(yáng)市西南部等地區(qū)，即岳陽(yáng)站、湘陰站、沅江站、南縣站、石門(mén)站、桑植站、保靖站、吉首站、芷江站、通道站、永州站和道縣站附近，這些地區(qū)平均每年經(jīng)歷的熱浪次數(shù)在3次以下。熱浪天數(shù)的空間分布（圖4b）與熱浪頻次大致類(lèi)似，高值中心在湘東和湘南，這些地區(qū)平均每年經(jīng)歷的高溫?zé)崂颂鞖獬^(guò)20 d，其中攸縣站附近平均每年經(jīng)歷31.21 d，是湖南省受熱浪影響最嚴(yán)重的區(qū)域;次高值區(qū)域包括湘中的大部分地區(qū)，平均每年經(jīng)歷高溫?zé)崂颂鞖庠?5～20 d;湘北、湘西等低值區(qū)域每年經(jīng)歷的高溫?zé)崂颂鞖庠?5 d以下。總體而言，湖南省熱浪頻次和熱浪天數(shù)均呈現(xiàn)出以湖南東南部為高值中心向湘西和湘北逐漸擴(kuò)散減弱的空間格局。這與張曦等[31]研究的湖南省5 d以上的高溫?zé)崂颂鞖獾目臻g分布大致類(lèi)似，這可能與西太平洋副熱帶高壓這一影響湖南省夏季高溫天氣的重要系統(tǒng)有關(guān)，受西太平洋副熱帶高壓影響的區(qū)域盛行下沉氣流，容易導(dǎo)致高溫天氣發(fā)生，湘東和湘南相對(duì)湘西和湘北更靠近西太平洋副熱帶高壓，受其影響更大，因此導(dǎo)致高溫?zé)崂耸录喟l(fā)。

湖南省寒潮頻次和寒潮天數(shù)則呈現(xiàn)明顯地從西北向東南遞增的空間格局（圖4c、d），與我國(guó)寒潮事件呈現(xiàn)自北向南逐漸減少的格局有很大差異[32-33]。這可能與湖南省特殊的地形因素有關(guān)，首先影響湖南省的寒潮一般從北方而來(lái)，由于山地和高原對(duì)于冷空氣有阻擋作用，位于湘西北的石門(mén)站、常德站、桑植站、保靖站和吉首站附近受武陵山脈的影響，冷空氣難以進(jìn)入，很少經(jīng)歷寒潮事件，是湖南省寒潮事件的低值區(qū)域，這些地區(qū)寒潮頻次在0.55～0.77次/a，寒潮天數(shù)在0.72～1.05 d/a。同時(shí)湘北的洞庭湖平原由于地勢(shì)低平，有利于冷空氣快速通過(guò)，一部分冷空氣通過(guò)武陵山和雪峰山之間的沅江河谷進(jìn)入湖南西部，因此南縣站、岳陽(yáng)站、沅江站、安化站、沅陵站、溆浦站和芷江站附近的寒潮頻次在0.78～0.96次/a，除南縣站外寒潮天數(shù)都在1.06～1.30 d/a，這些地區(qū)是湖南省寒潮事件的次高值區(qū)域。另外從洞庭湖平原快速通過(guò)的冷空氣由于西側(cè)雪峰山和東側(cè)羅霄山、武功山等的阻擋向南前進(jìn)，到達(dá)湖南最南部時(shí)由于南嶺山脈阻擋，在湖南中東部停滯積聚，因此湘東湘南成為寒潮事件的高值區(qū)域，除攸縣站、衡陽(yáng)站、常寧站和道縣站附近，大部分地區(qū)寒潮頻次在0.97～1.18次/a，除馬坡嶺站、衡陽(yáng)站、常寧站、攸縣站和永州站附近，大部分地區(qū)寒潮天數(shù)在1.31～1.60 d/a。

2.2.2?熱浪和寒潮的空間變化特征。

基于反距離權(quán)重插值法獲得湖南省熱浪和寒潮事件的空間變化格局（圖5）。如圖5a所示，湖南省絕大部分區(qū)域熱浪頻次呈增加趨勢(shì)，除南岳站沒(méi)有發(fā)生過(guò)熱浪，其余28個(gè)站點(diǎn)中僅岳陽(yáng)站（-0.07次/10 a）和桂東站（-0.01次/10 a）呈減少趨勢(shì)且趨勢(shì)不顯著，其余26個(gè)站點(diǎn)的熱浪頻次均呈增加趨勢(shì)，其中桑植站、常德站、南縣站、岳陽(yáng)站、平江站、湘陰站和雙峰站的熱浪頻次呈顯著增加趨勢(shì)（P<0.05）;嘉禾站附近熱浪頻次增加趨勢(shì)最大（2.07次/10 a），其余站點(diǎn)的熱浪頻次增加速度在0.01～0.50次/10 a。熱浪天數(shù)的空間變化趨勢(shì)（圖5b）與熱浪頻次類(lèi)似，除岳陽(yáng)站（-0.55 d/10 a）和桂東站（-0.03 d/10 a）呈現(xiàn)減少趨勢(shì)外，其余26個(gè)站點(diǎn)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)（除南岳站），其中常德站、南縣站、湘陰站、平江站、長(zhǎng)沙站、馬坡嶺站和道縣站呈顯著增加趨勢(shì)（P<0.05）;全省大部分地區(qū)熱浪天數(shù)的增加速度在1.01～2.00 d/10 a，平江站的熱浪天數(shù)增加速度最大，為3.36 d/10 a。相較于其他地區(qū)，長(zhǎng)沙市附近是熱浪天數(shù)增加趨勢(shì)最突出的地區(qū)，包括長(zhǎng)沙站、馬坡嶺站以及鄰近的湘陰站和平江站周?chē)貐^(qū)，這些區(qū)域的熱浪天數(shù)增加速度在2.01～3.01 d/10 a，增加速度高于全省大部分區(qū)域。城市化引起的下墊面改變、人為熱增加會(huì)引起熱島效應(yīng)，從而加劇城市極端高溫發(fā)生的范圍和強(qiáng)度[34]，作為省會(huì)城市，近幾十年的快速城市化進(jìn)程可能是這一地區(qū)熱浪天數(shù)增加速度較高的原因。

湖南省寒潮活動(dòng)的空間變化呈現(xiàn)明顯的南北差異，如圖5c所示，寒潮頻次呈現(xiàn)減少趨勢(shì)的區(qū)域主要包括湖南省中部和北部的大部分地區(qū)，包括石門(mén)站、桑植站、保靖站、吉首站、沅陵站、安化站、芷江站、溆浦站、新化站、雙峰站、南岳站、株洲站、長(zhǎng)沙站、馬坡嶺站和湘陰站附近;除此之外，東南部的桂東站寒潮頻次也呈現(xiàn)減少趨勢(shì);29個(gè)站點(diǎn)中，一共16個(gè)站點(diǎn)寒潮頻次呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。寒潮頻次呈現(xiàn)增加趨勢(shì)的區(qū)域主要為湖南省南部地區(qū)，包括通道站、永州站、常寧站、衡陽(yáng)站、道縣站、嘉禾站、攸縣站和郴州站附近，除此之外，東北部的岳陽(yáng)站、平江站、南縣站、沅江站和常德站附近寒潮頻次也呈增加趨勢(shì);29個(gè)站點(diǎn)中，一共13個(gè)站點(diǎn)寒潮頻次呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。寒潮天數(shù)的變化趨勢(shì)格局（圖5d）與頻次類(lèi)似，但是寒潮天數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢(shì)的站點(diǎn)增加至21個(gè)，僅8個(gè)站點(diǎn)的寒潮天數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，主要包括南部的通道站、嘉禾站、道縣站、郴州站、常寧站和東北部的常德站、南縣站、平江站。總體而言，湖南省大部分地區(qū)的寒潮頻次和天數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，寒潮頻次和天數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)的區(qū)域主要位于湖南南部地區(qū)。湖南南部是重要的交通通道，連接了中國(guó)的珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)與長(zhǎng)江中游經(jīng)濟(jì)區(qū)，多條鐵路、公路從這里經(jīng)過(guò)，寒潮往往會(huì)在這一地區(qū)放大影響。在2008年春季寒潮期間，湖南南部郴州市的道路結(jié)冰，交通癱瘓，物資不能運(yùn)輸，導(dǎo)致災(zāi)害程度和災(zāi)害影響迅速加重[35]。湖南南部寒潮頻次和天數(shù)的增加趨勢(shì)對(duì)該地區(qū)預(yù)防和處理寒潮災(zāi)害提出更高的要求。

3?結(jié)論與討論

基于湖南省29個(gè)氣象站點(diǎn)的逐日溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法和反距離權(quán)重法，研究了1971—2017年湖南省熱浪和寒潮的時(shí)空格局和變化趨勢(shì)，主要結(jié)論如下：

（1）受緯度因素的影響，湖南省受熱浪事件的影響程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寒潮事件。近47年湖南省一共經(jīng)歷了248個(gè)熱浪事件和114個(gè)寒潮事件，熱浪天數(shù)和寒潮天數(shù)分別為22 452和1 793 d。熱浪事件年均頻次和天數(shù)分別為5.28次/a和477.70 d/a，寒潮事件年均頻次和天數(shù)則分別僅為2.43次/a和38.15 d/a，遠(yuǎn)小于熱浪的頻次和天數(shù)。1971—2017年熱浪頻次和熱浪天數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，寒潮頻次和寒潮天數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，隨時(shí)間變化的趨勢(shì)分別為1.41次/10 a、42.76 d/10 a和-0.15次/10 a、-1.08 d/10 a，但是變化趨勢(shì)都沒(méi)有通過(guò)信度為0.05的顯著性檢驗(yàn)。1986年以后，受氣候變暖的影響，熱浪天數(shù)呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)。

（2）受大氣環(huán)流和地形地勢(shì)的影響，熱浪事件和寒潮事件的影響程度具有明顯的空間差異。熱浪事件高值區(qū)域的年均頻次和天數(shù)分別在4.00～4.66次/a和20.00～31.21 d/a，次高值區(qū)域在2～4 次/a和15～20 d/a，低值區(qū)域則僅在0～2次/a和0～15 d/a;寒潮事件高值區(qū)域的年均頻次和天數(shù)分別在0.97～2.22次/a和1.31～3.95 d/a，次高值區(qū)域在0.78～0.96次/a和1.06～1.30 d/a，低值區(qū)域僅在0.55～0.77次/a和0.72～1.05 d/a?？傮w而言，熱浪事件影響程度呈現(xiàn)以湘東湘南為高值中心向湘西和湘北逐漸擴(kuò)散減弱的空間格局，寒潮事件影響程度呈現(xiàn)從西北向東南逐漸增強(qiáng)的空間格局。

（3）熱浪事件和寒潮事件的變化趨勢(shì)在省域尺度上具有較為明顯的空間差異。在氣候變暖的背景下，湖南省絕大部分地區(qū)的熱浪頻次和天數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，29個(gè)站點(diǎn)中有26個(gè)站點(diǎn)熱浪頻次和27個(gè)站點(diǎn)熱浪天數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，其中8個(gè)站點(diǎn)的變化趨勢(shì)顯著。在省會(huì)長(zhǎng)沙市附近的臺(tái)站，熱浪天數(shù)的增加速度最快、趨勢(shì)最為顯著;寒潮頻次和天數(shù)在包括湘北、湘西和湘中的大部分地區(qū)呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，在湘南地區(qū)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但是所有站點(diǎn)的寒潮頻次和天數(shù)變化趨勢(shì)都不顯著。

總體而言，該研究表明氣候變暖提高了湖南省熱浪事件的危險(xiǎn)性，但是寒潮的趨勢(shì)并不顯著。這與Piticar等[36-37]的研究結(jié)果大致相同，即氣候變暖可能更多地反映在熱浪而不是寒潮中，Ma等[38]研究表明，由于氣候變暖引起的北極變暖導(dǎo)致烏拉爾阻塞高壓（UBH）等大氣環(huán)流異常使中緯度發(fā)生寒潮事件的可能性更大，因此在氣候變暖的背景下仍要注意寒潮的威脅。另外，省域尺度上的熱浪和寒潮的變化趨勢(shì)具有空間差異性，針對(duì)不同的區(qū)域可以采取差異性的政策來(lái)減少熱浪或寒潮引起災(zāi)害的可能性。湖南省熱浪事件的增加趨勢(shì)在長(zhǎng)沙市周?chē)顬轱@著，這可能與省會(huì)城市的快速城市化引起的土地覆蓋變化有關(guān)，同時(shí)城市中積聚了大量的人口，隨土地城市化和人口城市化的進(jìn)一步進(jìn)行，熱浪造成的影響可能會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)，因此有必要在城市建設(shè)中采取措施如使用綠色屋頂、增加城市通風(fēng)走廊等來(lái)減少城市熱島的影響。雖然寒潮在所有站點(diǎn)的趨勢(shì)都不具有顯著性，但是空間差異性更加明顯。在湘南地區(qū)，寒潮頻次和天數(shù)都呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，由于該區(qū)域在交通方面的重要性，當(dāng)?shù)氐膽?yīng)急部門(mén)應(yīng)該吸取2008年寒潮期間的寶貴經(jīng)驗(yàn)，建立快速完善的災(zāi)害預(yù)防和災(zāi)害應(yīng)急的措施，以降低寒潮再次發(fā)生時(shí)可能導(dǎo)致的損失。

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