近50年河北省樂亭縣高溫日數(shù)統(tǒng)計(jì)及其環(huán)流特征分析

郭義濤，楚 甜

河北雄安新區(qū)氣象局，河北雄安 071700

0 引言

高溫天氣是夏季常見的災(zāi)害性天氣。持續(xù)高溫天氣過程會(huì)影響人體健康，更會(huì)引發(fā)農(nóng)業(yè)干旱，影響農(nóng)作物產(chǎn)量[1]。在全球變暖的氣候背景下，極端天氣發(fā)生的地域范圍更廣，頻次更高，極端性更強(qiáng)[2]，災(zāi)害性天氣事件的發(fā)生頻率與強(qiáng)度均具有較大的年際變化特征[3]。河北省樂亭縣地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較為發(fā)達(dá)，是內(nèi)陸地區(qū)重點(diǎn)發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，為冀東地區(qū)重要的果菜生產(chǎn)基地，夏季高溫天氣對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大。分析歷史高溫天氣發(fā)生發(fā)展趨勢(shì)可以更好地了解本地區(qū)氣候背景及與候變化趨勢(shì)，為農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)和氣候分析提供有價(jià)值的參考資料。

1 資料與方法

采用樂亭國(guó)家基本氣象站1966—2015年經(jīng)質(zhì)控后的逐日、逐月、逐年的地面氣象觀測(cè)資料和NCEP/NCAR 2.5°×2.5°再分析資料。臺(tái)站地面觀測(cè)資料用于高溫日數(shù)篩選和相關(guān)統(tǒng)計(jì)特征分析，NCEP再分析資料用于環(huán)流形勢(shì)分析。

根據(jù)中國(guó)氣象局觀測(cè)和預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)規(guī)定，將日最高氣溫≥35℃定義為一個(gè)高溫日。將35℃～37℃（不含）劃分為一般高溫日、37℃～39℃（不含）劃分為強(qiáng)高溫日、39℃及以上劃分為極端高溫日。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫日數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征

對(duì)1966—2015年的資料進(jìn)行篩選分析，1966—2015年共出現(xiàn)高溫日68 d，年均1.4 d。如圖1所示，其中，1968年高溫日數(shù)最多，達(dá)11 d，其中，6月3 d、7月7 d、8月1 d；2000年次之，出 現(xiàn)10 d，其 中，6月4 d、7月6 d。近50年中，共有26年未出現(xiàn)日最高氣溫≥35℃情況，占比52%，其中，1989—1996年連續(xù)8年未出現(xiàn)日最高氣溫≥35℃的高溫天氣[4]。

圖1 1966—2015年的逐年高溫日數(shù)及年最高氣溫

在68個(gè)高溫日中（表1），最高溫度平均為36℃，極端最高溫度為38.7℃，出現(xiàn)在2002和2010年的7月，共有3年年最高氣溫超過38℃，分別出現(xiàn)在2002、2010、2015年，均出現(xiàn)在7月，無(wú)39℃以上高溫日。可見極端高溫均出現(xiàn)在7月，且均在2000年以后。

表1 1966—2015高溫日及最高氣溫的相關(guān)統(tǒng)計(jì)特征

近50年中，最長(zhǎng)連續(xù)高溫日數(shù)為4 d，連續(xù)高溫過程集中在7月，分別出 現(xiàn) 在1968年7月23—26日、2010年7月3—6日，2010年連續(xù)高溫過程最高氣溫為1966—2015年的高溫極值。37℃（含）以上高溫日共出現(xiàn)14 d，占比20.6%,35.0℃～36.9℃之間高溫日共出現(xiàn)54 d，占比79.4%，無(wú)39℃以上高溫日，樂亭地區(qū)近8成高溫日最高氣溫低于37℃，為一般高溫日，樂亭地區(qū)整體高溫強(qiáng)度一般。高溫日最早出現(xiàn)日期為6月3日，分別出現(xiàn)在1982和2001年，最晚出現(xiàn)日期為2013年8月17日。

從高溫日的月份分布來(lái)看（圖2），高溫日全部出現(xiàn)在夏季，即6—8月，其中，7月出現(xiàn)最多，共41 d，占比60%，平均最高溫度36.1℃；6月出現(xiàn)22 d，占比32%，平均最高溫度36.0℃；8月份出現(xiàn)5 d，占比8%，平均最高溫度35.7℃。從月份分布上來(lái)看，高溫主要集中在7月，但各月份之間平均高溫值比較接近，無(wú)明顯差異。

圖2 1966—2015年高溫日數(shù)的月份分布

經(jīng)線性趨勢(shì)分析表明，近50年的高溫日數(shù)無(wú)明顯線性趨勢(shì)變化。對(duì)高溫日數(shù)的5年滑動(dòng)平均值進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合后發(fā)現(xiàn)（圖3），從1970—1986年期間高溫日數(shù)逐漸下降，1986—1998年間高溫日數(shù)達(dá)到谷底，1999—2015年高溫滑動(dòng)平均日數(shù)呈上升趨勢(shì)。

圖3 1966—2015高溫日數(shù)5年滑動(dòng)平均及其二次多項(xiàng)式擬合曲線

對(duì)近50年的高溫日數(shù)采用Morlet小波分析后，可看出高溫日數(shù)存在明顯的準(zhǔn)周期變化（圖4）。在1966—1975年間，存在特征時(shí)間尺度為5年的周期變化；1966—1995年間特征時(shí)間尺度為15年左右的周期變化規(guī)律也比較明顯，最為顯著的周期變化規(guī)律出現(xiàn)1995—2010年間，其特征時(shí)間尺度為10～15年。此外，在2005—2015年還存在一個(gè)5年周期變化規(guī)律。高溫日數(shù)的波動(dòng)周期主要為5年和10～15年。

圖4 1966—2015年的逐年高溫日數(shù)小波變換實(shí)部

2.2 高溫天氣的環(huán)流特征

逐個(gè)分析高溫日出現(xiàn)當(dāng)日08:00時(shí)500 hPa形勢(shì)場(chǎng)、850 hPa風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)特征后發(fā)現(xiàn)，高溫形勢(shì)主要由500 hPa形勢(shì)場(chǎng)決定（圖5）。根據(jù)500 hPa形勢(shì)場(chǎng)將68個(gè)高溫日形勢(shì)場(chǎng)歸納劃分為3個(gè)類型，分別為槽后下沉型、高壓脊型和副高型[5]。

槽后下沉型（圖5a）的主要特征為：中高緯500 hPa形勢(shì)場(chǎng)上，貝加爾湖地區(qū)有一高壓脊，低槽位于東北地區(qū)東部，總體形勢(shì)為“西高東低”，樂亭地區(qū)受脊前槽后的西北氣流控制，盛行下沉氣流。850 hPa高溫中心位于內(nèi)蒙古西部至河北西部地區(qū)，高溫中心溫度超過20℃，850 hPa風(fēng)場(chǎng)為偏西至西北氣流，在樂亭地區(qū)850 hPa高度上有弱的暖平流，在下沉氣流增溫效應(yīng)及暖平流共同作用下出現(xiàn)高溫天氣[6]。

高壓脊型（圖5b）主要特征為：中高緯500 hPa形勢(shì)場(chǎng)表現(xiàn)為“兩槽一脊”，阿爾泰山脈和日本海地區(qū)為低槽，我國(guó)華北至東北東部為高壓脊，樂亭地區(qū)受高壓脊控制。850 hPa高溫中心從內(nèi)蒙古西部延伸至東北南部地區(qū)，高溫中心溫度超過20℃。850 hPa風(fēng)場(chǎng)上對(duì)應(yīng)的風(fēng)速較弱，對(duì)流層中層風(fēng)場(chǎng)也較弱，溫度平流的作用不明顯。在輻射增溫和下沉氣流共同作用下樂亭地區(qū)出現(xiàn)高溫天氣[7]。

副高型（圖5c）與高壓脊型類似，中高緯500 hPa形勢(shì)場(chǎng)也表現(xiàn)為“兩槽一脊”，低槽分別位于新疆北部和日本海上空，副熱帶高壓脊線已越過30°N，在華北和東北西部地區(qū)形成大陸高壓脊，我國(guó)中東部大部分地區(qū)被副熱帶高壓控制。850 hPa高溫中心位于內(nèi)蒙古中部地區(qū)，高溫中心最高溫度超過24℃。850 hPa風(fēng)場(chǎng)上主要表現(xiàn)為西南風(fēng)，溫度平流作用不明顯。樂亭地區(qū)受副熱帶高壓控制產(chǎn)生的下沉氣流影響，產(chǎn)生高溫天氣。

圖5 高溫天氣500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)（等值線，單位：10gpm）、850 hPa風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)羽）及850 hPa溫度場(chǎng)（虛線，單位：℃）（黑色方框?yàn)闃吠さ貐^(qū)）

在68次高溫過程中，槽后下沉型共出現(xiàn)28次，占比41%，高壓脊型出現(xiàn)26次，占比38%，副高型出現(xiàn)14次，占比21%。分類型和月份來(lái)看，槽后下沉型僅出現(xiàn)在6、7月，7月最為集中，共出現(xiàn)20次，槽后下沉型最早出現(xiàn)在6月第一候，最晚出現(xiàn)在7月第6候。高壓脊型6、7、8月均有出現(xiàn)，6月最為集中，共出現(xiàn)14次，高壓脊型最早出現(xiàn)在6月第一候，最晚出現(xiàn)在8月第3候。副高型僅出現(xiàn)7月和8月，7月最為集中，共出現(xiàn)10次，副高型最早出現(xiàn)在7月第3候，最晚出現(xiàn)在8月第4候[8]。

3 結(jié)論

通過對(duì)1966—2015年氣象資料的篩選，樂亭地區(qū)共出現(xiàn)68個(gè)高溫日，平均出現(xiàn)頻次為1.4次/年，高溫日年份分布不均勻，最多出現(xiàn)11 d，1989—1996年連續(xù)8年未出現(xiàn)高溫天氣。樂亭地區(qū)高溫強(qiáng)度較弱，近8成高溫日數(shù)最高氣溫低于37℃，為一般高溫日。此外，高溫出現(xiàn)的月份較為集中，均出現(xiàn)在6～8月。超過38℃高溫過程均出現(xiàn)在2000年之后7月中。

近50年的高溫日數(shù)無(wú)明顯的線性變化趨勢(shì)，1986—1998年在高溫日數(shù)5年滑動(dòng)平均的二次擬合趨勢(shì)中表現(xiàn)為谷底，此后呈上升趨勢(shì)。此外，近50年的高溫日數(shù)存在著準(zhǔn)5年和10～15年的周期性變化。

對(duì)逐次高溫天氣過程500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、850 hPa風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行分析后，將產(chǎn)生高溫天氣過程的天氣形勢(shì)分為3個(gè)類型，分別槽后下沉型、高壓脊型和副高型，其中槽后下沉型出現(xiàn)頻次最多，為產(chǎn)生高溫天氣過程的主要環(huán)流類型。