湘北近半个世纪高温天气的气候变化特征

邹锦明,刘敬收,龚丹红

(湖南省益阳市气象局,湖南 益阳 413000)

湘北近半个世纪高温天气的气候变化特征

邹锦明,刘敬收,龚丹红

(湖南省益阳市气象局,湖南 益阳 413000)

选取安化代表山区、桃江代表丘陵、南县代表湖区,来分析湘北地区高温天气的气候变化特征,对这 3个代表站1959-2009年日极端最高气温≥35℃、≥37℃的高温天气进行统计分析。结果表明：湘北高温天气具有明显的年际变化、月际变化、地域变化和年代际变化特征,高温集中出现在 7-8月,高温热害过程 20世纪 60、70年代较多,80、90年代逐渐减少,本世纪以来明显增加,呈现从山区向湖区减少的趋势。对湘北高温天气特点的成因进行了初步分析,认为造成湘北高温天气的主要天气系统是副热带高压,地域变化则是由地形和下垫面差异引起的。

湘北;高温天气;气候特征;成因

1 引言

近百年来,地球气候正经历着以全球变暖为主要特征的显著变化[1-2]。高温天气已经成为一种主要的灾害性天气。高温影响人体的健康,对农业、交通、建筑、旅游等行业都造成不利的影响。特别是持续高温天气,往往引发大面积干旱,致使河流断流,山塘水库干涸,造成农业用水和城市供水供电紧张,给社会经济发展带来重大的危害。我国学者任福民等分析了 1951-1990年中国极端气温变化特征[3],发现我国极端气温的变率和变化趋势存在明显的季节性和地域性差异。湘北地形复杂,西有雪峰山脉,东为洞庭湖盆地,中为丘陵地带,气候多样,同纬度间气温差异大。本文选取安化代表山区、桃江代表丘陵、南县代表湖区,通过统计分析这三个站点近半个世纪的高温天气,来阐述湘北高温天气的气候变化特征,并初步揭示湘北高温天气的成因,为今后湘北高温天气的预报预警提供依据。

2 高温天气的气候变化特征

2.1 高温天气概况

据统计,51a来 (1959-2009)湘北每年都有高温天气出现,极端最高气温分别为安化 41.2℃(1971年 7月 26日 )、桃江 40.0℃(1961年 7月 24日 )、南县 39.5℃(1971年 7月 21日)。≥35℃的高温天气最早出现的时间为 4月 10日 (1969年安化),结束最晚的日期为 10月 12日 (1985年安化、桃江)。≥37℃的高温天气最早出现的时间为 6月8日 (1988年安化),结束最晚的日期为 9月 22日(2008年安化、桃江)。

2.2 高温天气年际变化

从图 1可以看出,湘北≥35℃高温日数的年际变化比较明显,安化、桃江出现最多的年份均为1963年,分别为安化 51d,桃江 48d,南县出现最多的年份为 1961年,为 31d;安化出现最少的年份为1973年,仅 14d,桃江出现最少的年份为 1993年,仅9d,南县有 6个年份出现最少,仅 2d,主要出现在 20世纪 80年代初至 90年代中期。湘北高温天气大多是在 35-37℃之间,占高温总数的 73.9%。安化51a间共出现≥35℃的高温天气 1 570d,平均每年31d,≥37℃的高温天气 523d,平均每年 10d,≥40℃的高温天气 24d。桃江 51a间共出现≥35℃的高温天气 1 187d,平均每年 23d,≥37℃的高温天气325d,平均每年 6d,≥40℃的高温天气 1d;南县 51a间共出现≥35℃的高温天气 699d,平均每年 14d,≥37℃的高温天气 54d,平均每年 1d。

2.3 高温天气月际变化及空间分布

湘北的山区高温日及异常高温日数均最多,且出现最早、结束最晚,丘陵高温日数较多,湖区相对较少,呈现从山区向湖区减少的趋势。

图 1 湘北各站 1959-2009年≥35℃的高温日数分布图

湘北≥35℃高温天气主要出现在 7-8月 (见图 2a),年平均 19d,占全年总数的 83.8%,其中 7月出现高温日数最多,年平均 11d,分别为安化 14d、桃江 12d、南县 7d;其次为 8月,年平均 8d,分别为安化 11d、桃江 8d、南县 5d;5月、6月和 9月也呈现从山区向湖区急剧减少的趋势,10月和 4月的高温天气全市主要出现在安化,其次是桃江,南县 10月和 4月没有出现≥35℃的高温天气。

湘北各站 5-9月均出现过≥37℃高温天气,也主要出现在 7-8月 (见图 2b),占全年总数的92.5%,其中安化最多、桃江较多、南县较少;6月和9月高温天气明显减少,也呈现从山区向湖区急剧减少的趋势,南县 9月没有出现≥37℃的高温天气。

图 2 1959-2009年湘北 3站高温日数月际变化 a：≥35℃;b：≥37℃

现定义连续 3d或以上日最高气温≥35℃为一个高温天气过程,持续 3-4d为短过程,5-10d为轻度高温热害过程,11-15d为中度高温热害过程,16d以上为重度高温热害过程,两个过程之间只间隔 1d的算是同一个过程。对于≥37℃高温天气过程,持续 2-3d为短过程,4-5d为中过程,6d或以上为长过程。

51a间,湘北≥35℃高温天气过程山区和丘陵区较多,湖区较少,而且以短过程和轻度高温热害过程为主;≥37℃的高温天气过程安化、桃江较多,以短过程为主,而南县≥37℃高温天气过程出现最少,仅 12次,且只有一个长过程。经统计分析,51a间,安化共出现≥35℃高温天气过程 198次 (见图3a),其中短过程 81次,轻度高温热害过程 86次,中度高温热害过程 21次,重度高温热害过程 10次;桃江共出现≥35℃高温天气过程 147次,其中短过程61次,轻度高温热害过程 70次,中度高温热害过程7次,重度高温热害过程 9次;南县共出现≥35℃高温天气过程 95次,其中短过程 54次,轻度高温热害过程 32次,中度高温热害过程 7次,重度高温热害过程 2次。安化共出现≥37℃高温天气过程 114次(见图 3b),其中短过程 61次、中过程 30次、长过程23次;桃江共出现≥37℃高温天气过程 72次,其中短过程 50次、中过程 13次、长过程 9次;南县共出现≥37℃高温天气过程 12次,其中短过程 11次、中过程 0次、长过程 1次。

图 3 湘北 3站≥35℃(a)和 3站≥37℃(b)高温过程空间分布情况

2.4 年代际变化

2.4.1 高温日数的年代际变化 20世纪 70年代之前,湘北高温日数基本偏多;70年代至 90年代,湘北进入高温日数偏少期;21世纪以来,湖区率先转入高温日数偏多期,山区则为最迟,有从湖区向山区渐变的趋势。

从 1959-2009年各站≥35℃高温日数 10a滑动平均可以看出 (图略),湘北 1959-1972年均为偏多期,丘陵区 1973-2008年为偏少期,山区 1973-1984年为偏少期、1985-1992年为偏多期、1993-2008年为偏少期;湖区 1973-1977年为偏少期、1978-1981年为偏多期、1982-2004年为偏少期、2005-2009年为偏多期,山区和丘陵区从 2009年开始显出偏多的态势。

1959-2009年各站≥35℃高温日数 5a滑动平均 (图略)的变化趋势与 10a滑动平均大体相似,

1959-1972年前均为偏多期,山区从 2003年转入偏多期,丘陵区从 2005年转入偏多期,山区则在2009年才开始显出偏多态势。

2.4.2 高温出现的初终日的年代际变化 湘北≥35℃的高温初日在 20世纪 60年代最早,70年代最晚,21世纪有提早的趋势;≥35℃的高温终日湖区基本上出现在 9月,山区则推迟了近 20d。≥37℃的高温初日基本上出现在 6月下旬至 7月上旬,山区略有提前,年代际变化不明显。湘北≥37℃的高温终日在 20世纪 60年代较晚,80年代有提早的趋势,21世纪有推迟的趋势 (表 1、表 2)。

表 1 1959—2009年湘北各站≥35℃、≥37℃高温年代际出现初日、终日

2.4.3 高温过程的年代际变化 湘北高温热害过程 20世纪 60、70年代较多,80年代至 90年代逐渐减少,21世纪以来明显增加 (见图 4)。

图 4 a：湘北 3站≥35℃高温过程年代际分布情况 b：湘北 3站≥37℃高温过程年代际分布情况

安化 20世纪 60年代以来共出现≥35℃的高温天气过程 195次、≥37℃的高温天气过程 109次;≥35℃的高温天气过程,60年代出现 43次,70年代出现 37次,80年代出现 36次,90年代出现 35次,2000年以来出现 44次;≥37℃的高温天气过程,60年代出现 30次,70年代出现 20次,80年代出现 21次,90年代出现 16次,21世纪出现 22次;桃江 60年代以来共出现≥35℃的高温天气过程 149次、≥37℃的高温天气过程 70次;≥35℃的高温天气过程,60年代出现 39次,70年代出现 28次,80年代出现 23次,90年代出现 22次,2000年以来出现 37次;≥37℃的高温天气过程,60年代出现 18次,70年代出现 16次,80年代出现 13次,90年代出现 10次,21世纪出现 13次。南县 20世纪 60年代以来共出现≥35℃的高温天气过程 95次、≥37℃的高温天气过程 12次;≥35℃的高温天气过程,60年代出现 24次,70年代出现 17次,80年代出现 13次,90年代出现 10次,2000年以来出现 31次;≥37℃的高温天气过程,60年代出现 4次,70年代出现 4次,80年代、90年代均未出现,21世纪出现 4次。湘北1973年、1986年、1993年未出现≥37℃的高温天气过程,丘陵区有 7a未出现≥37℃的高温天气过程,湖区则只有 10a出现过≥37℃的高温天气过程。

3 高温天气的成因

3.1 天气系统

高温天气都是在特定的大气环流形势背景下出现的,造成湘北高温天气的主要天气系统是副热带高压。副高是一个深厚的暖性高压系统,副高中强烈的下沉辐射作用使受其控制的地区维持晴朗天气,强烈的太阳辐射使地表和周围大气气温迅速上升。每年 6月底到 7月初副高出现第一次北跳,脊线维持在 25°N附近,势力强,范围大,呈带状或块状,从低层到高层控制整个江南地区。一般来说 ,湘北出现高温天气 ,500hPa、700hPa、850hPa 3层高度场在 584、316和 148dagpm线所包围的副高主体内,副高西脊点在 115°E以西。此类环流形势造成的高温天气在 5-9月均有可能出现,以 7-8月出现最多。异常炎夏均有副高异常偏强的特征,而且副高越强,气温相对越高,在没有副高配合的高温过程中,一般持续时间短,而且影响范围小。

3.2 地形与下垫面

湘北西部为山地围绕,海拔在 500-1 000m之间,雪峰山脉南起城步县,至安化县折向东,至益阳县境而没于洞庭湖平原;中部丘岗起伏,海拔大多在在 500m以下;东部为我国第二大淡水湖—洞庭湖,水面达 4 548Km2,洞庭湖沿岸是平坦的湖积、冲积平原,海拔在 50m以下。湘北地势呈西高东低,湘江、资水、沅水由湘南向湘北或自湘西南向湘东北,澧水自西向东汇入洞庭湖,长江的荆江三口分流则自北向南注入洞庭湖,洞庭湖接纳四水、三口水流,然后通过城陵矶归于长江,形成以洞庭湖为中心的辐聚状水系[4]。

湘北西高东低的地貌格局影响了水热的地带性分布,西部高、离海远,东部低、离海近,高度和离海远近对温度梯度方向的影响是一致的;洞庭湖的水体效应对湘北东部气候的影响十分明显,特别是夏季,导致湖区高温明显低于山区。

3.3 气候变化

20世纪 90年代以来,“厄尔尼诺”现象的频繁出现,引起气候变化,使我国南方出现了暖冬与凉夏的异常天气现象[5],近 20a,湘北夏季平均气温下降了 0.2℃之多,7月平均气温下降达 0.3℃,在1999-2008年 10a里,湘北高温日数均低于历年平均。近几年来,我国极端天气气候事件及其导致的严重灾害都呈增加趋势。气象专家认为,极端天气与气候变暖的背景密切相关。现在全球气候总体是温度升高、偏暖趋势,引发复杂的大气、海洋、陆面相互作用,大气水分循环加剧,产生极端天气的条件增多。总体上,全球变暖会导致暴雨等强对流天气、高温热浪、暴风雪、寒流等极端天气气候事件发生的频率增加,强度加大。

4 结语

①湘北高温天气具有明显的年际变化、月际变化和地域变化特征。高温日数出现最多年份为1961年,最少年份为 1993年;高温集中出现在 7-8月,呈现从山区向湖区减少的趋势。

②湘北高温天气过程具有明显的年代际变化,高温热害过程 20世纪 60、70年代较多,80年代至90年代逐渐减少,本世纪以来明显增加

③造成湘北高温天气的主要天气系统是副热带高压,异常炎夏均有副高异常偏强的特征,而且副高越强,气温也越高。

④湘北西高东低的地貌格局洞庭湖的水体效应导致湖区夏季高温明显低于山区。

⑤近 20a来“厄尔尼诺”现象的频繁出现,加剧了湘北高温天气变化的复杂性。

[1] 任国玉,徐铭志 .近 54年中国气温的变化[J].气候与环境研究,2005,10(4)：717-727.

[2] 林学椿 .近四十年我国气候趋势 [J].气象,1990,16(10)：16-21.

[3] 任福民,翟盘茂 .1951-1990年中国极端气温变化分析[J].大气科学,1998,12(2).

[4] 程庚福,曾申江,张伯熙,等 .湖南天气及其预报[M].北京：气象出版社,1987.

[5] 许瑞秋,曾成香,等 .暖冬与凉夏引起的农业病虫灾害及其防治预警[J].福建农业科技,1999(S1)：33-35.

P468

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1003-6598(2010)增刊-0121-04

2010-09-10

邹锦明 (1972-),女,工程师,主要从事天气预报工作。