随州地区不同类型高温热害分布特征和影响

2019-03-18周泽民周芙如

安徽农业科学 2019年5期

周泽民，周芙如

(湖北省随州市气象局，湖北随州 441300)

高温热害是指持续出现超过作物生长发育适宜温度上限的高温，一般指连续3 d最高气温≥35 ℃[1]。中国气象局规定，日最高气温≥35 ℃时称为高温日，连续3 d以上的高温天气过程称之为高温热浪[2]。有人把日最高气温≥37 ℃称之为酷暑[3]。高温出现时的过高气温和光照会造成作物的热害[4]，易对植物生长发育以及产量形成造成损害[1]，加剧土壤水分蒸发和作物蒸腾，加重干旱的发展，导致人畜饮水困难，水质恶化，农作物严重减产；高温热浪使人体不能适应环境，工作效率低下，从而导致疾病的发生或加重，甚至死亡；也会使人心情烦躁，甚至会出现神志错乱的现象；容易引发火灾，使用水量、用电量急剧上升，造成水电供应紧张，从而给人们生活、生产带来很大影响[5]。需要说明的是，高温并不完全是不利的。在灌溉条件较好、水资源有保障的情况下，或在高温酷暑天气出现的前期或后期有充沛降水发生，晴热高温天气对农作物的生长相反是十分有利的。因为高温发生的时期，正是喜温作物的旺盛生长期。晴热高温强照是促进农作物生长、增加农作物干物质积累、形成农作物优质高产必不可少的重要环境条件。笔者结合随州地区的气候特征，对高温热害的分布特征、类型和危害进行初步研究，以便掌握随州地区高温热害出现的规律，更好地服务指导当地的农业生产。

1 资料与方法

为了了解和掌握随州地区高温的发生规律，有针对性地进行防御和利用，统计整理了1957—2017年随州、广水两地国家气象站地面气象观测的5—9月的≥35 ℃、≥37 ℃、平均气温资料和相应的空气相对湿度，以及7—8月的降雨量和雨日等资料，并进行分析。

2 结果与分析

2.1高温日的地域分布特征随州地区高温日具有明显的地域性特点。从表1可看出，随州高温日历年平均比广水多1.3 d，时间分布也不尽同步。20世纪90年代以前，随州各年代的平均高温日都比广水多，其中50年代两地相差达6.1 d；90年代后，广水高温日比随州偏多，其中2001—2010年偏多2.6 d。

表1 1957—2017年随州地区各年代逐月平均高温日的分布

随州地区各月出现高温日有一定的差异，虽然随州7月、广水8月分别是两地出现高温日最多的月份，随州平均每年出现7.7 d，广水为6.8 d，但广水7、8月的历年平均高温日基本一致，而随州7、8月的高温日平均相差1.3 d。

各个年代高温日时空分布也相差明显。随州月最多高温日出现在1957—1960年的7月，平均每年11.8 d；广水月最多高温日出现在1957—1960年的8月，平均每年10.0 d。随州5月份的高温日以1981—1990年最多，广水的5、6月份高温日均在2001—2010年最多，广水的7月以2011—2017年为最多。随州、广水两地6月份均以2001—2010年最多，8月均以1957—1960年为最多，9月均以1991—2000年为最多。说明影响广水的高温日主要以21世纪以来的贡献为主，也相对集中。

进入21世纪后，随州地区高温日出现时间有提前的趋势，2001—2010年代6月份平均高温日分别为3.0 d(随州)和2.7 d(广水)，2011—2017年平均每年分别2.9和1.7 d，都比大部分年代明显偏多。随州在2005、2006年6月都出现了7 d高温日，其中，2005年6月上旬出现了3 d，这在此前是少见的；而9月份有减少的趋势。

从图1可以看出，随州的年高温日1957—1978年大部分时间维持正距平，其后，在20世纪80年代明显减少，虽然在21世纪高温日有所增加，但其总趋势是减少的；而广水高温日从20世纪90年代以来为增加趋势。

图1 1957—2017年随州(a)和广水(b)年高温日距平曲线及变化趋势Fig.1 Anomaly curve and trend of high temperature days in Suizhou(a)and Guangshui(b)from 1957 to 2017

2.2随州地区高温日的时间分布特征经统计，随州4月及以前，10月及以后没有出现高温日。5—9月为高温发生期，7—8月为高温集中发生期。随州高温日主要集中在7—8月，高温日占全年的83.0%，其中7月份占全年的45.6%；最少的月份出现在5月。广水7—8月的高温日占全年的85.5%，其中7、8月频率分别为43.2%和42.3%(表2)。

表21957—2017年随州地区各月高温日出现频率

Table2FrequencyofhightemperaturedayseverymonthintheSuizhouareafrom1957to2017

月份Month随州Suizhou频数Frequency number∥d频率Frequency%广水Guangshui频数Frequency number∥d频率Frequency%5161.7141.6610410.7748.0744345.639843.2836337.439042.39454.6454.9合计Total971100921100

从高温日的各旬分布看(表3)，5月上旬日最高气温≥35 ℃的高温日开始出现，最早为5月3日(1988年，36.0 ℃)，9月中旬是随州高温日最晚出现的时期，历年最晚为9月20 日(2005年，35.6 ℃)。7月下旬出现最多，达22.1%，8月上旬次之，为18.6%。这与随州历年高温出现的“七下八上”规律和人们的感觉相一致。

随州高温日出现最多的年份是1959年，全年达46 d，其中7—8月高温日达45 d，8月高温日更是达27 d，全月只有4 d不是高温日。2013和2012年是进入21世纪以来出现的高温日最多和次多年份，年高温日分别为37和35 d，2013年7—8月高温日达33 d，其中7月下旬—8月中旬高温日达25 d，2012年7月下旬也连续出现了10 d高温日。年高温日最少出现在1987年，全年只有1 d，而且出现在5月。

表31957—2017年随州地区高温日各旬分布频率

Table3Distributionfrequencyofhightemperaturedaysforeach10daysinSuizhouareafrom1957to2017

时间Time 频数Frequency numberd频率Frequency %5月May上旬30.3中旬30.3下旬101.06月June上旬262.7中旬424.3下旬363.77月July上旬929.5中旬13113.5下旬22022.78月August上旬18118.6中旬929.5下旬909.39月September上旬353.6中旬101.0

2.3不同类型高温日的分布特征在出现日最高气温≥35 ℃的高温时，空气相对湿度过高或过低都会对人体感官和农作物带来不同的影响。高温天气可分为干热型高温和闷热型高温，文献指出，干热型高温一般出现在我国的华北、东北和西北地区的夏季[2]。事实上，独特的地理位置，此种类型的高温也会出现在随州的夏季。

由于每天最高气温出现的时段基本上在14：00及以后，该研究将高温日14：00的空气相对湿度作为评价干热型高温和闷热型高温的指标。由于2 d以内的高温日对农作物和人们的身体影响较小，规定：当连续出现3 d及以上日最高气温≥35 ℃的高温天气过程，其中至少有一天14:00空气相对湿度>60%时看作一次闷热型高温天气；空气相对湿度至少有一天≤40%视为干热型高温天气。

2.3.1闷热型高温。闷热型高温由于气温高、空气湿度大、蒸发小，人体的热量和汗水不容易排放，且出现这种天气时人感觉像在桑拿浴室里蒸桑拿一样，所以又称“桑拿天”，对人们的身体影响是明显的，对农作物影响不明显，但会加剧干旱的发展。在随州闷热型高温出现的频率比干热型高温高(表4)。

2.3.2干热型高温。干热型高温由于气温高、空气相对湿度小、蒸发强，对农作物影响和危害明显，而对人类的影响较弱。在随州其出现频率较小，只有13.8%(表4)。

表41957—2017年随州地区高温类型分布频率

Table4DistributionfrequencyofhightemperaturetypesinSuizhouareafrom1957to2017

高温类型High temperature type频数Frequency numberd频率Frequency%闷热型Sultry type 3631.0干热型Dry heat type1613.8其他Other6455.2

干热风是干热型高温的一种，对农作物生长影响很大。它加强了植物蒸腾，使叶片含水量减少，根系的吸水能力降低，破坏了叶片的光合作用[6]。周泽民[7]通过对1957—1994年随州气象资料进行统计分析，发现随州市平均每年6—8月出现干热风天气过程1.8次。

2.3.3酷暑。酷暑是日最高气温≥37 ℃的高温天气。统计发现，1957—2017年随州共出现酷暑日210 d，占高温日的21.6%。酷暑日绝大部分出现在7、8月，占91.9%(表5)。

表51957—2017年随州地区酷暑日的月分布频率

Table5MonthlydistributionfrequencyofhotsummerdaysinSuizhoufrom1957to2017

月份Month 频数Frequency number∥d频率Frequency∥%6104.879947.189444.8973.3

随州历年极端最高气温为41.1 ℃(1959年8月21日)，21世纪极端最高气温为40.3 ℃(2013年8月17日)。酷暑日最多的月份是1959年8月，共有13 d；酷暑持续时间最长的出现在2013年的8月7—18日，长达12 d的日最高气温都在≥38 ℃以上。酷暑日最早出现在1979年6月8日(37.0 ℃)，最晚出现在1999年9月9日(39.5 ℃)。

2.3.4高温热浪。在61年中，随州连续3 d日最高气温≥35 ℃的高温热浪天气过程共出现了116次，平均每年1.9次，1961—1970年出现最多，平均每年2.5次。持续时间多在3～5 d，占71.6%；持续时间达9 d及以上的集中在20世纪70年代及以前和2011年以后(表6)。1959年7月17日—8月12日是持续时间最长的，共连续出现27 d；21世纪出现最长的是2013年8月6—18日，时间长达13 d。高温热浪还有一个特点，就是在同一年中会先后多次发生。1961年全年共出现了7次；1959、2013年的7—8月先后出现2次连续≥12 d的高温热浪天气，2次之间只间隔了2～3 d，说明当年大气环流异常是发生高温热浪的重要原因。随州、广水两地5月都没有出现过高温热浪过程，9和6月出现很少。

表61957—2017年随州地区高温热浪持续时间的年代分布

Table6DecadedistributionofhightemperatureheatwavedurationinSuizhoufrom1957to2017次

时段Period3～5 d6～8 d≥9 d1957—1960年 5131961—1970年18431971—1980年12411981—1990年10211991—2000年1442001—2010年14212011—2017年1043合计Total832112频率Frequency∥%71.618.110.3

2.4高温日与降水量、雨日的关系干旱少雨与高温关系密切，相互影响，相互促进，都是副热带高压影响所致。干旱容易诱发高温，高温加大了蒸发量，加剧干旱影响的范围、持续的时间，加重危害的程度[8-9]。而雨日和降雨量是反映干旱少雨的主要指标[10]。1959年随州7月—9月中旬总降雨量只有41.5 mm，80余天滴雨未下，是61年来未有的大旱年[11]。2013年7月下旬降雨量只有15.2 mm，雨日只有3 d，8月份降雨量只有83.2 mm，雨日仅9 d；2个月高温日达34 d，其中，7月下旬—8月上旬高温日达17 d，8月中旬≥37.0 ℃的酷暑天气连续出现了12 d。高温、少雨，使得干旱迅速发展，危害严重。据农业、民政部门统计，截至8月31日，全市农作物受旱面积3.113万hm2，占在田农作物总面积的18.6%。其中，中稻受旱1.845万hm2，旱作物受旱1.268万hm2。干旱造成直接经济损失 57 020万元；6.24万人存在饮水困难，1.21万头大牲畜存在饮水困难；河流断流130条，占总数(466条)的28%；接近死水位以及死水位以下的水库340座，占水库总数(699座)的48.6%；堰塘干涸5万口，占总数(16.78万口)的30%。

为了了解高温日与雨日之间的关系，选取高温日集中发生期的7—8月的月降雨量和雨日资料，研究探讨与月高温日的关系。图2是7—8月份随州雨日与高温日关系的点聚图。7—8月随州雨日历年平均为23.1 d，高温日历年平均为13.3 d。用这2个平均值将点聚图划分为不同雨日与高温日组合的4个区域。由图2可见，雨日多于平均值时，高温日相对少，雨日少，高温日较多，这2种组合相对集中。

图2 7—8月份随州地区雨日与高温日关系的点聚图Fig.2 Scatter diagram of the relationship between rainy days and high temperature days in Suizhou area from July to August

降雨与高温日也呈反相关关系。一般来说，月降雨量少，高温日数相对就多；月降雨量多，高温日数相对就少。在7—8月份出现高温日≥25 d的年份，同期月降雨量都不到100 mm，最少的只有1.2 mm(1959年)。

2.5高温日对平均气温的贡献由于时间跨度长，影响条件多，受到限制大，年高温日与年平均气温相关性不高。该研究利用历年出现高温日最多的7、8月的高温日数与同期月平均气温进行比较分析。由图3可知，随州7、8月的平均气温与同期高温日数关系密切，其相关系数分别为0.805和0.795，说明高温日数对月平均气温影响明显。方程式表明，平均每增加1 d高温日数，7、8月平均气温分别可增加0.16和0.17 ℃。