1979-2019年北半球高溫事件的特征分析

王天奇，王鵬凱，衛(wèi)曉莉

(1.華風氣象傳媒集團有限責任公司,北京 100081;2.福山區(qū)氣象局,山東 煙臺 265500)

1 引言

政府間氣候變化專門委員會第五次評估報告顯示[1]，1880-2012年，全球地表平均氣溫上升0.85 ℃[1]，本世紀頭10 a 是近100 a 來最暖的10 a。 近年來，氣候變化影響人類生存環(huán)境已經(jīng)成為國際熱點問題之一， 其中極端高溫的變化特征更是受到國內外學者的廣泛關注，并取得大量成果。 而越來越多的分析結果顯示， 包括高溫在內的多種極端天氣事件在未來將變得更加頻繁和嚴重[2-5]。 從全球范圍來看，包括中亞、 韓國、 澳大利亞等多個地區(qū)都有研究表明極端高溫事件在不斷增多[6-7]。 中國和世界其他地區(qū)一樣也在最近幾十年經(jīng)歷了一個顯著的變暖趨勢[8-12]。 并且表現(xiàn)出明顯的區(qū)域特征[6-7]。 本文使用ERA5 再分析數(shù)據(jù)集資料中1979-2019年北半球2 m 溫度數(shù)據(jù)和高度場數(shù)據(jù)[13]（空間分辨率1.5°×1.5°），分析1979-2019年北半球夏季高溫事件的氣候特征。

2 1979-2019年北半球夏季絕對閾值高溫事件的氣候特征

首先，確定兩種不同類型的高溫指標，包括根據(jù)絕對閾值定義的高溫指標及根據(jù)百分位數(shù)定義的相對閾值指標， 并針對這兩類指標分別統(tǒng)計高溫日數(shù)及其分布。

整體看，35 ℃是國內外最為常見的高溫絕對閾值，中央氣象臺業(yè)務規(guī)定也將35 ℃定為高溫的絕對閾值， 此外還有很多學者在高溫研究中將絕對閾值定為30 ℃[14-17]。 故將35 ℃和30 ℃定義為高溫的兩種絕對閾值。 將北半球陸地格點1979-2019年中每年6-8月的日最高氣溫數(shù)據(jù)提取出來， 當日最高氣溫大于高溫絕對閾值時， 則記為該格點上的一個高溫日，據(jù)此計算出每個格點每年出現(xiàn)的高溫日數(shù)。

從35 ℃高溫看， 北半球的14640 個格點中，有2531 個在1979-2019年夏季（6-8月）中曾出現(xiàn)過日最高氣溫超過35 ℃的高溫， 占北半球總格點數(shù)的17.28%，這些格點的年平均高溫日數(shù)最大值為92 d，平均值為35 d，主要分布在10-48°N 之間，在70.5°N以北沒有高溫出現(xiàn)。 將單個格點近41 a 的高溫日數(shù)相加后除以年份數(shù)，得到該格點年平均高溫日數(shù)，并將其繪制成空間分布圖（圖1）略。 北半球35 ℃高溫主要集中在非洲北部和中東地區(qū)， 平均每年夏季高溫日數(shù)可以超過65 d， 非洲西北部以及中東大部分地區(qū)高溫日數(shù)超過90 d，為北半球高溫最多的地方。另外，北美中南部、歐洲南部以及南亞地區(qū)，平均高溫日數(shù)普遍在5-65 d 之間，其中印度、美國西南部、中國東南部、 西班牙等地高溫日數(shù)在15-35 d 之間，其余地區(qū)在15 d 以下（圖1）。

圖1 1979-2019年（6-8月）年平均35 ℃高溫日數(shù)分布（單位：d）

圖2 為將北半球同緯度帶上格點的年平均高溫日數(shù)相加后，再以格點數(shù)進行平均，得到各個緯度高溫日數(shù)的分布結果。 副熱帶地區(qū)是北半球高溫最多的區(qū)域，當緯度超過48°N 或低于10°N 時，高溫出現(xiàn)的次數(shù)很少。 13°N-32°N 是北半球高溫日數(shù)最多的緯度帶，該緯度帶上平均高溫日數(shù)超過10 d。 在這其中，又以18°N-28.5°N 的高溫日數(shù)最多，高溫日數(shù)超過16 d。 當緯度低于13°N 或者超過32°N 的時候，35 ℃高溫日數(shù)出現(xiàn)減少的現(xiàn)象。

圖2 1979-2019年(6-8月)各個緯度年平均35 ℃高溫日數(shù)

上面根據(jù)35 ℃閾值分析高溫的氣候特征。 結果顯示，北半球只有17.28%的格點出現(xiàn)過高溫，其中年平均高溫日數(shù)大多數(shù)都＜5 d，主要反映的是北半球極端高溫的分布。 故取一個相對較低的標準，以30 ℃作為高溫的絕對閾值作為補充， 以同樣方法再次計算北半球平均高溫日數(shù)的分布情況。

從30 ℃高溫日數(shù)空間分布情況看（圖3），北半球共有5181 個格點曾出現(xiàn)過高溫， 占總格點數(shù)的35.38%，這些出現(xiàn)過高溫的格點主要分布在55°N 以南，在76.5°N 以北沒有高溫出現(xiàn)。非洲北部和中東地區(qū)是北半球30 ℃高溫日數(shù)最多的地方，每年夏季的高溫日數(shù)在90 d 以上，北美南部、南亞、東亞、歐洲南部為北半球高溫日數(shù)第二梯隊， 平均高溫日數(shù)達到55-85 d。 值得關注的是，在10°N-50°N 之間，平均高溫日數(shù)普遍在25 d 以上， 青藏高原附近高溫日數(shù)顯示則在5 d 以下，此結果說明，除緯度影響之外，地形作用對于高溫日數(shù)的影響也是非常明顯。

圖3 1979-2019年（6-8月）年平均30 ℃高溫日數(shù)分布（單位：d）

從各個緯度帶上高溫日數(shù)的分布情況來看，16.5°N-33°N 的副熱帶地區(qū)是高溫最多的地方，平均高溫日數(shù)超過20 d，緯度更高和更低時，高溫日數(shù)都呈現(xiàn)出逐漸減少趨勢，10°N 以南的低緯度地區(qū)高溫要多于50°N 以北的高緯度地區(qū)（圖4）。

圖4 1979-2019年（6-8月）各個緯度平均日最高氣溫超過30 ℃的高溫日數(shù)

3 1979-2019年北半球夏季相對閾值高溫事件的氣候特征

以上分析35 ℃和30 ℃這兩個絕對閾值標準的高溫日數(shù)分布情況， 物理含義及產(chǎn)生的影響比較明確。 這樣的高溫分布情況依賴于特定的氣候背景、地理環(huán)境等因素。 在全球氣候變化的背景之下，也有很多的研究采用根據(jù)百分位數(shù)確定的高溫相對閾值來確定高溫日數(shù)的分布[18-19]。 以95 和90 百分位數(shù)對應的日最高氣溫作為相對閾值標準再次分析高溫的氣候特征。

將北半球每個陸地格點近41 a 夏季的日最高氣溫數(shù)據(jù)按升序排列， 找到該格點的95 和90 百分數(shù)對應的日最高氣溫氣溫， 這樣就得到北半球陸地每個格點95 和90 百分位數(shù)對應的氣溫值（圖略）。 可知高溫相對閾值從低緯度到高緯度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，非洲北部、中東地區(qū)、印度是相對閾值最高的區(qū)域，閾值對應的氣溫在40 ℃以上，而在高緯度地區(qū)，如格陵蘭島是相對閾值最低的地方，閾值對應的氣溫在0 ℃以下， 這種分布情況反映太陽輻射對于不同區(qū)域，尤其是不同緯度的區(qū)域極端高溫的影響。青藏高原是20°N-40°N 地區(qū)的高溫閾值低值中心，說明地形作用對高溫相對閾值也有較大影響。

4 小結

北半球夏季35 ℃高溫主要分布在10°N -48°N之間，18°N -28.5°N 是高溫最多的緯度帶，年平均高溫日數(shù)超過16 d。 在70.5°N 以北整個資料時段沒有出現(xiàn)35 ℃高溫。 區(qū)域上看，非洲北部和中東地區(qū)是高溫最多的地區(qū)，其年平均高溫日數(shù)超過65 d。30 ℃高溫基本特征顯示， 北半球30 ℃高溫主要分布在55°N 以 南，16.5°-33°N 是 高 溫 最 多 的 緯 度 帶，在76.5°N 以北沒有出現(xiàn)。

氣候態(tài)看，90 和95 百分位數(shù)對應的氣溫閾值從低緯度到高緯度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，非洲北部、中東地區(qū)、印度是北半球高溫相對閾值最高的區(qū)域，對應的氣溫在40 ℃以上，而在高緯度地區(qū)，如格陵蘭島是相對閾值最低的地方，對應的氣溫在0 ℃以下。