芳草湖垦区高温天气气候特征及等级指标

（五家渠市气象局，新疆 五家渠 831300）

近几年，极端高温事件频发，高温强度和持续时间均突破历史极值，而以往的研究关于高温天气和高温天气过程的等级划分标准并不一致，张尚印[1]、辛渝[2]、刘宽晓[3]和王秀琴[4]选取高温天气和高温天气过程等级的指标就略有差别，而对于同一问题，指标不同，研究结果也会略有差别。

芳草湖垦区地处准噶尔盆地南缘，隶属于兵团第六师，原来是昌吉州呼图壁县的一部分，光热资源丰富，是兵团最大的农业团场，近几年高温天气日数增多，强度强、持续时间长，给当地的农业生产造成了一定的不利影响，为更好地做好高温天气服务，对高温天气的强度和高温天气过程等级的划分需要采取统一的标准就显得非常必要。

中国气象局2014年发布了气象行业标准 《区域性高温天气过程等级划分》，规定了确定高温天气过程等级的方法，且该标准自发布以来，在新疆范围内还未见应用，因此本文也是对该行业标准的一次尝试使用。

1 资料来源与研究方法

气象资料来源于芳草湖农场气象站1981—2017年的逐日极端最高气温，统计方法采用气候倾向率、M-K趋势检验法、累积距平和M-K突变检测法，利用SPSS17.0和WPS表格软件实现。

根据《区域性高温天气过程等级划分》的规定[5]，高温天气是指日最高气温≥35℃的天气，高温天气过程是指出现连续2 d或以上的高温天气；高温分为3 级，即（35 ℃，37 ℃）、（37 ℃，40 ℃）和（40 ℃，+∞）3个温度区间。高温天气过程等级的确定：

首先确定单站的高温天气综合强度指标SI：

式中，Ij为单站高温强度，即日最高气温的分级， 取值分别为 1、2、3， 对应 （35℃，37℃）、（37℃，40℃）和（40℃，+∞）3个温度区间。Tj为与Ij相应的高温日数。

统计所有高温天气过程的SI值，并统计每个SI值所出现的频次，然后对SI作升序排列，采用百分位数法将SI进行划分，确定每个等级的SI的取值区间，然后确定出高温天气综合强度等级值Gk，见表1。

表1 区域内单站高温天气综合强度等级值判别

最后根据区域性高温天气过程等级指标（RI）进行划分，划分方法见表2。

式中，Gk为区域内单站高温天气综合强度等级值，WK为区域内对应的站点数占总站点数的比例，本文取WK＝ 0.5。

表2 区域性高温天气过程等级划分方法

2 结果与分析

2.1 高温天气日数变化

对1981—2017年高温总日数的统计分析结果表明，37年间≥35℃高温日数共出现1048 d，占1981—2017年总高温日数的7.8%，年平均高温日28.3 d。其中：高温日在（35℃，37℃）的区间出现了636 d，占总高温日数60.7%；高温日在（37℃，40℃）的区间出现了360 d，占总高温日数34.4%；≥40℃高温日52 d，占总高温日数5.0%。

从1981—2017年高温日数年际变化曲线（见图1）可以看出，年高温总日数以5.2 d/10 a极显著水平增加，37年间增加了19.1 d。极小值11 d，出现在1993年；极大值51 d，出现在2017年。高温总日数20世纪80年代偏少，变化幅度也小，进入20世纪90年代变化幅度明显变大，20世纪90年代中后期开始呈明显增多趋势，M-K检验（见图2）和累积距平曲线（见图3）结果表明，从1996年开始≥35℃高温总日数发生突变性增多。

图1 1981—2017年高温总日数年际变化

图2 1981—2017年高温总日数M-K突变检验

图3 1981—2017年高温总日数累积距平曲线

从高温总日数的月变化上可以看出，夏季（6～8月）是高温天气的多发时段，37年间6～8月高温日数963 d，占高温总日数的91.9%；夏季高温日数以4.2 d/10 a的极显著水平增加，其中6、7、8月各月分别以1.6 d/10 a、1.7 d/10 a和0.9 d/10 a的显著水平增加（图略）。

2.2 高温天气过程变化

分析高温天气过程，首先要确定高温天气过程的等级。对1981—2010年30年高温天气过程利用公式（1）进行统计计算，得到所有高温天气综合强度指标SI值，从图4可以看出，SI值最小值是2，最大值18，呈现右偏分布。

图4 1981—2010年30年高温天气综合强度指标SI值出现频率及正态曲线分布

采用百分位数法将SI值进行划分后，根据表1给出的每个等级SI值的取值区间，得到高温天气综合强度等级值Gk；然后根据公式（2）得到高温天气过程等级指标RI，最后根据表2确定高温天气过程的等级。

利用上述分析方法，得到1981—2010年30年高温天气综合强度指标及对应的高温天气过程等级，其结果如下：高温天气综合强度指标SI对应的百分位数达95%以上的指标值是13，对应的高温天气过程等级是特强；SI值对应的百分位数达 （85%，95%）的指标值是8，对应的高温天气过程等级是强；SI值对应的百分位数达（60%，85%）的指标值是5，对应的高温天气过程等级是中等；SI值对应的百分位数在60%以下的指标值＜5，高温天气过程等级是弱。

根据上述指标值，统计1981—2017年37年高温天气过程共有249个，年平均高温过程约7个。其中：弱过程128个，占比51.4%；中等过程67个，占比26.9%；强过程39个，特强过程15个，强及以上占比21.7%。

从1981—2017年逐年弱高温过程变化情况（图略）可以看出，年弱高温过程以0.6个/10 a极显著水平增加，37年间增加了2.4个。中等高温过程以0.2个/10 a增加，37年间增加了0.6个 （未通过显著性检验）。强及以上高温过程以0.4个/10 a显著性增加，37年间增加了1.4个。

从各年代际的统计来看，弱高温过程20世纪80年代是25个，20世纪90年代是31个，2000年代是39个，呈逐年代际增加趋势；强及以上高温过程20世纪80年代是8个，20世纪90年代是13个，2000年代是20个，也是呈逐年代际增加趋势。

上述分析表明，弱高温过程和强及以上高温过程无论是逐年变化还是逐年代际变化均表现为增加趋势。

3 2015—2017年的高温天气特征

2015年、2016年和2017年芳草湖垦区的高温天气日数较该垦区30年平均值均偏多，本文利用上述指标值，对这3年的高温天气进行应用，分析这3年高温天气的不同特点。

2015年高温天气日数共45 d，位居1981年以来的第二位，其中夏季（6～8月）高温日数43 d，也是排名第二。高温天气过程9个，其中弱过程4个，中等过程3个，特强过程2个。特强过程一个是在7月14～28日出现的连续15 d的高温天气过程，SI值达到37，超过特强指标值24；第二个出现在8月2～8日，SI值达到17，超过特强指标值4，且2个特强过程间隔时间只有4 d。高温天气的特征表现为日数特多，过程多，特强过程特多、强度特强，且出现时间集中。

2016年高温天气日数共39 d，其中夏季（6～8月）高温日数37 d。高温过程9个，其中弱过程5个，中等过程3个，特强过程1个。特强过程出现在6月7～16日，SI值20，超过特强指标值7。高温天气的特征表现为日数多，过程多。

2017年高温天气日数共51 d，位居1981年以来的第一位，其中夏季（6～8月）高温日数44 d，也是排名第一。高温过程7个，其中弱过程1个，中等过程2个，强过程1个，特强过程3个。特强过程一个出现在6月14～22日，SI值15，超过特强指标值 2；第二个出现在 7月 5～14日，SI值 23，超过特强指标值10；第三个出现在7月25日至8月2日，SI值19，超过特强指标值6。3个特强过程时间间隔分别是12 d和10 d。高温天气的特征表现为日数特多，特强过程特多、强度较强，但出现时间相对分散。

通过上述分析可以看出，2015年和2017年高温日数和特强高温过程均较多，但特强高温过程的SI值大小差别很大，2015年出现的高温天气，其高温天气综合强度SI值达到37，是37年间的最大值，达到标准差的11.2倍，是一次极度异常的高温过程。

4 结论

（1）芳草湖垦区1981—2017年年平均高温日28.3 d，高温总日数以5.2 d/10 a极显著水平增加，37年间增加了19.1 d；高温总日数20世纪80年代偏少，20世纪90年代中后期开始呈明显增多趋势，1996年开始发生突变性增多；夏季是高温天气的多发时段，占高温总日数的91.9%，并以4.2 d/10 a的极显著水平增加，其中6、7、8月分别以1.6 d/10 a、1.7 d/10 a和 0.9 d/10 a的显著水平增加。（2）对1981—2017年37年的高温天气过程进行统计，结果表明，高温天气过程约7个/a，年弱高温过程以0.6个/10 a极显著水平增加，强及特强高温过程以0.4个/10 a显著性增加，弱高温过程、强及特强高温过程逐年代际为增加趋势。（3）对2015—2017年这3年的高温天气过程的分析结果表明：2015年和2017年的高温天气日数均为特多，分别位居37年来的第二位和第一位；高温天气综合强度指标SI值都出现了大于1981—2010年30年气候统计的最大值（18）的情况，其中2015年7月出现的特强高温天气过程，其SI值达到37，为异常极端值。