1953—2020 年安康市高温特征指数的变化研究

任青青，张淑兰，张海军，刘全玉

（1.安康学院陕西省院士专家工作站，陕西 安康 725000；2.华中农业大学资源与环境学院，武汉 430070）

受气候变化和人类活动的影响，近100 年来，全球气温显著上升；IPCC 第五次评估报告指出，1880—2012 年全球平均温度上升了0.85 ℃，预计到2016—2035 年全球平均温度将会升高0.3～0.7 ℃，气候变暖会使极端天气出现的频率增加，将会对人类社会发展和生态系统构成潜在威胁［1］。高温作为极端气候中的一种，给人类的健康和生产生活带来较多危害［2］。如高温被认为是人群死亡和相关疾病发生的重要危险因素［3］，且持续的高温对人体产生不利的累积效应［4］；有研究表明，极端气温的变化带来较多的次生灾害，如干旱少雨、暴雨洪水、泥石流和滑坡等，同时也会对农作物生长、粮食生产、动植物生存等产生影响［5-7］。

近年来，中国较多地方夏季高温连创新高，严重影响人们的正常生产生活。位于秦巴山区的安康市，虽然降水较为丰沛，但极端气温也会经常伴有干旱的发生，高温日数的增多及持续高温的极端天气往往导致农业生产损失严重。赵景波等［8］利用极端气温指数研究发现安康市极端气温的变化会使得该区旱灾、高温灾害、农业病虫害增加；王朋等［9］对安康市60 多年来的气温变化特征进行了分析，发现极端最高气温存在31 年变化周期；乔丽等［10］分析了近30 年陕西省气象干旱灾害时空分布特征，表明陕南地区也会出现高温干旱。本研究将从高温发生的日数、持续高温及酷热日数着手，对安康市的高温天气变化特征与趋势进行统计分析，对充分了解该市气候特征、合理利用气候资源、做好气象与气候灾害预测预警工作、改善农业生产环境等方面具有重要的实际意义。

1 研究区概况

安康市位于陕西省东南部，地处秦岭和巴山之间，属于河谷盆地，总面积23 534.5 km2，素有“小火炉”之称。该地气候湿润，雨水丰富，四季分明，夏季高温多雨并多伴有伏旱，冬季寒冷少雨，属北亚热带季风气候；年平均降雨量930 mm，主要集中在6—9 月；年平均气温为15～17 ℃，高温天气主要集中在5—7 月；无霜期年平均长达253 d。境内水资源较为丰富，有汉江穿过安康市境内，流长340 km。植被类型多样，有常绿阔叶林、常绿落叶混交林、落叶阔叶林、针叶林等；广泛分布着柑橘、柚子、枇杷、桂花、栀子、夹竹桃、芭蕉等亚热带植物。安康市以农业资源为主，因土壤硒元素含量丰富，被誉为“中国硒谷”，包括魔芋、茶、粮油、家畜等富硒特色产业。

2 数据来源和方法

数据来源于中国气象科学数据共享服务网（http：//cdc.cma.gov.cn）。研究利用安康市气象站1953—2020 年逐日最高气温和1980—2020 年最小相对湿度进行统计分析，包括年极端气温、高温日数、高温过程和酷热日等特征指数。依据气象局规定，当日最高气温≥35 ℃时定义为一个高温日［11］；同时，选取连续3 d 都出现≥35 ℃的高温天气作为一个持续高温过程；通过计算闷热指数（THI）界定酷热日［12］，当THI≥29.5 作为一个酷热日，其中THI=t-0.55×（1-RH）×（t-14.5），t为日最高气温，RH为日最小相对湿度。对高温日、持续高温过程和酷热日进行累计汇总，建立安康市的高温天数系列资料。

采用常规气候统计方法［8］统计高温日数、持续高温过程和酷热日数；通过线性回归和滑动平均法［5］分析安康市高温日数、持续高温过程、酷热日数和年极端气温变化趋势特点；利用Mann-Kendall 检验法进行突变分析。

3 结果与分析

3.1 安康市高温特征指数的月变化特征

3.1.1 极端高温月统计特征 安康市的高温天气基本发生在4—9 月，月平均最高温大小表现为8 月＞7月＞9 月＞6 月＞5 月＞4 月；多年月极端高温大小表现为7 月＞8 月＞9 月＞6 月＞5 月＞4 月，分别出现在2017年7 月27 日、2017 年8 月5 日、1999 年9 月10 日、2006 年6 月19 日、1953 年5 月28 日和2011 年4 月29日。年极端高温出现次数表现为7 月＞8 月＞6 月＞9月＞5 月，4 月未出现过年极端高温（表1）。由此可见，极端高温月出现频率高，但不足以说明该月的平均最高温就最高。

表1 安康市极端高温月统计特征

3.1.2 高温日月统计特征 对1953—2020 年安康市高温日数进行统计，结果如表2 所示。4 月68 年来共有4 年出现高温日，共6 d，分别是1955 年4 月12 日、1972 年4 月18 日、2004 年4 月20 日和22 日、2011 年4 月26 日和29 日，高温出现的最早日期有延后的现象。高温日主要集中在每年的6—8 月，其中，7月是全年高温日数最多的月份，年平均为9.5 d，多年累积为639 d，累积天数占比为37.6%，只有2005 年未出现高温天气，1973 年仅有3 d 出现高温；8 月的高温天数次之，年平均为9.2 d，多年累积天数为618 d，累积天数占比为36.4%，但年份分布极不平衡，1974 年未出现高温，1980、1989 年和2009 年均仅出现1 d 高温，而1994 年和1999 年则分别出现21 d 和19 d 高温；6 月的高温天数排第三，年平均为5.1 d，多年累积天数为316 d，累积天数占比为18.6%，但有6 年未出现过高温，分别是1976、1983、1985、1986、2001、2015年。9月高温多年累积天数为64 d，年平均为2.9 d，68 年中只有22 年出现过高温天气，除个别年（1999、2010、2013 年）高温发生在中旬外，其他出现高温的年份均发生在上旬，而大部分年份没有发生高温；5 月的高温多年累积天数为56 d，年平均为2.2 d，68 年中只有26 年出现过高温，其中21 世纪以后的10 年高温天数占多年累计天数的48.2%，说明5 月的高温天数随时间变化在增多。68 年来，最早出现高温天气是在1953 年4 月12 日，最晚是在2010 年9 月19 日；极端高温最大值出现的年份为2017 年7 月27 日，达41.9 ℃。

表2 安康市高温日月统计特征

3.1.3 高温过程月统计特征 由表3 可以看出，68年间持续高温过程基本发生在5—9 月，共计出现221 次，平均持续高温过程时间为5.4 d；出现次数最多是7 月，其次是8 月，第三是6 月，第四是5 月和9月，但高温平均持续时间表现为8 月＞7 月＞9 月＞6 月＞5 月；最早出现持续高温过程是在1988 年5 月1—3日，最晚是在1999 年9 月5—11 日；持续高温时间最长为16 d，分别是在1966 年7 月26 日至8 月10 日、1969 年7 月25 日至8 月9 日以及2016 年8 月10—25日出现。5—9 月均未出现持续高温的年份有1954、1974 年和1998 年。

表3 安康市高温过程月统计特征

3.1.4 酷热天气月统计特征 对41 年来安康市酷热天气进行了统计，由表4 可以看出，酷热天气发生在6—9 月。7 月酷热天气发生最多，年平均为6.6 d，累计占比达53.3%，大部分发生在7 月下旬，其中没有出现酷热天气的年份包括1985、2004、2005、2007、2020 年，而在该月份累计超过10 d 的酷热天气 共 计8 年，包 括1988、1995、1999、2006、2009、2013、2017 年和2018 年，并且均属于持续酷热型；8月酷热天数次之，年平均为4.9 d，累计占比为39.3%，其中没有出现酷热天气的年份包括1980、1982、1983、1989、1991 年，而累计超过10 d 的酷热天气只有2020 年，且属于持续酷热型；9 月的酷热天气年平均为2.5 d，累计占比为3.4%，41 年来9 月只有1990、1995、1999、2002、2009 年和2010 年发生过酷热天气；6 月酷热天数最少，年平均为1.6 d，累计占比仅为4.0%，但发生的年份数多于9 月；酷热日出现最早是在1999 年6 月14 日，最晚是在2010 年9 月19 日。

表4 安康市酷热天气月统计特征

对比表1 可知，酷热日数明显少于高温日数，且4、5 月无酷热发生，但均有高温天气发生；酷热日和高温日均主要发生7、8 月，说明高温日与酷热日具有同期性，且酷热日最晚结束时间与高温日相同，均是2010 年9 月19 日。进一步分析酷热日发生的最低温度，发现1997 年8 月7 日温度为32.9 ℃时就发生了酷热，其闷热指数为29.7，这说明酷热日不一定就是高温日，8.3%的酷热日未伴随高温日出现。

3.2 安康市高温特征指数的年际和年代变化特征

3.2.1 年际变化 68 年中，安康市年平均极端高温为39 ℃，有16 年出现高温≥40 ℃，共40 d，其中，2017 年高温≥40 ℃的日数最多，达7 d，且该年出现了最大极值，达41.9 ℃。从图1a 线性回归趋势线可以看出，安康市年极端高温呈极弱下降趋势，气候倾向率为-0.029 ℃/10 年。从5 年滑动平均曲线可以看出，年极端高温表现为4 个变化阶段，1953—1973年5 年平均极端高温处于平均值以上，1974—1993年其处于平均值以下，1994—2016 年其多与平均值接近或持平，2016—2020 年其又处于平均值以上，呈高-低-平-高的变化趋势。

1953—2020 年安康市高温总日数为1 699 d，年平均高温日为25.0 d；高温日出现最多的年份为2016年，达52 d，出现最少的年份为1987年，仅为4 d。从图1b 可以看出，年高温日数的变化幅度波动较大；从线性趋势变化来看，高温日数有不明显的减少趋势，且从5 年滑动平均来看，年高温日数大致与年极端气温的年际变化相似，也分为4 个阶段，即1953—1973、1974—1996、1997—2015、2016—2020 年，呈高-低-平-高的变化趋势，特别是2016、2017 年和2018 年连续3 年持续高温均在10 d 以上。

1953—2020 年安康市共发生221 次持续高温过程，年平均发生持续高温过程为3.3 次；持续高温过程最多的年份是1953 年和2013 年，达8 次；未发生持续高温的年份包括1954、1974、1987、1998 年和2005 年。持续高温过程发生的年际变化趋势如图1c 所示，对比图1a、图1b 可以看出，其波动幅度和变化趋势与极端气温、高温日数的相似，基本也存在4个不同的阶段。

1980—2020 年安康市共发生酷热日数总计为448 d，年平均酷热日数为10.9 d，平均闷热指数为30.1；酷热日出现最多的年份是1999、2013 年和2016 年，均为22 d，出现最少的年份为1982 年和2007 年，仅有1 d。41 年来安康市酷热日数具有增加趋势，且波动幅度较大；从5 年滑动平均来看，1980—1989 年的年酷热日数大多在平均值以下，1990—2003 年其大多在平均值以上，2004—2012 年其大多低于平均值，2013—2020 年其大多又高于平均值，即呈低-高-略低-高的波动上升趋势（图1d）。

图1 1953—2020 年安康市高温特征指数的趋势变化

3.2.2 年代变化 由表5 可以看出，安康市年极端高温、高温日数、持续高温次数和酷热日的年代变化趋势具有一致性。20 世纪50 年代、60 年代、70—80年代，年极端高温和年高温日数均呈降低趋势；20世纪90 年代以后二者又呈升高趋势，虽然2000—2009 年出现略微降低的趋势，但2010—2019 年二者又明显升高，即呈高-低-高-略低-高的变化趋势。从持续高温的次数来看，20 世纪50—80 年代持续高温次数有降低趋势，20 世纪90 年代至21 世纪20 年代又不断升高，即呈高-低-高的变化趋势。从酷热日的变化来看，自20 世纪80 年代至21 世纪20 年代呈低-高-略低-高的变化趋势。

表5 安康市高温特征指数的年代际变化

3.3 安康市高温特征指数的突变特征

安康市高温特征指数的突变指数特征如图2 所示。可以看出，虽然年极端高温的UF（k）和UB（k）曲线有交点，但2 条曲线均在显著水平线之内，因此68 年来年极端高温没有发生突变（图2a）；高温日数的UF（k）曲线在1983 年处超过了显著水平线以外，且UF（k）和UB（k）在2 条显著水平线内有交点，为1962 年，因此1962 年为其开始突变时间（图2b）；持续高温过程次数的UF（k）在1983 年以后也超过了显著水平线以外，但在显著水平线之间不存在交点，因此，只能判断其突变发生在1983 年之前（图2c）；酷热日数的UF（k）和UB（k）曲线变化较为复杂，存在多个交点，但UB（k）曲线在2003 年以后超过了显著水平线之外，因此可以判断酷热日数发生过突变，且突变时间为2000 年，而其他时间虽然有交点，但未发生突变（图2d）。

图2 安康市年极端最高气温M-K 突变分析

4 讨论

4.1 安康市的高温特征变化与其特殊的地理特点的关系

安康市位于秦岭以南，属于北亚热带气候，夏季盛行季风环流，与西安市明显不同。虽然安康市的平均高温日数（24.5 d）与西安市（22.95 d）差异不大，但其出现较多日数的月份是7、8 月，而西安市则是6、7 月，且安康市持续高温过程时间最长在8 月，而西安市则出现在7 月［13］。这主要是由于受秦岭山脉的阻挡，6 月控制西安市干热型高温天气的西北气流对安康市影响明显减弱［12］，因此安康市6 月的高温日数要比西安市少；而7、8 月安康市则受到湿润型的西南气流影响多，因此出现较多的高温及酷热天气。然而，相对于秦岭以北的西安市，安康市的气候与西南重庆市、四川省更相似，这两地的极端高温与同区域性增暖有显著正效应或有微弱的上升趋势［14-16］；但是，安康市高温特征指数的年际、年代变化并未体现出明显的气候变暖趋势，仅酷热日数41年来呈波动上升趋势，而极端最高温、高温日数和持续高温过程68 年来均呈波动下降趋势；因此，从长时间系列来看，安康市气候变暖趋势反应较弱。同时，从5 年滑动平均和年代变化也可看出，安康市高温特征指数应该存在明显的周期变化。赵景波等［8］、王朋等［9］对安康市极端气温指数研究结果也表明其存在27 年或31 年左右的长周期。

4.2 安康市高温特征指数的突变对人们的健康及生产生活的影响

68 年来安康市极端高温存在波动和周期变化，但趋势变化不明显且不存在突变现象；而高温日数、持续高温过程次数及酷热日数均出现了突变，特别是自1983 年以来突变区域比较明显；气候突变的发生往往伴随着其他极端气候事件的发生，如20 世纪80 年代到21 世纪初陕南发生干旱8 次［10］，且酷热经常伴随暴雨的发生，如1998、2000、2002、2003 年等都有特大暴雨的发生［17，18］。由极端高温引起的干旱、洪涝等均会造成农作物损害、粮食产量锐减，严重影响该区人们的生产生活；同时，由于气候极端事件的发生，也会带来许多次生灾害，如滑坡、泥石流、洪水、火灾等。此外，近些年很多研究关注气候变化对人类生存健康的影响，极端高温、持续高温、酷热、热浪等与人们中暑、死亡率、生理应激反应及较多疾病的发生有很大关系［2-4］。因此，随着气候变暖以及极端事件的多发，安康市在应对气候变化及高温等极端事件带来的疾病方面还需要进一步深入研究。

5 小结

1）安康市极端高温平均为39.0 ℃，最高达41.9 ℃；高温日出现在4—9 月，年高温日数为25 d，年持续高温过程次数3.4 次，酷热日数10.2 d，主要出现在7、8 月，高温日出现的最早日期有延后的现象，持续高温最长可达16 d，酷热日数少于高温日数，8.3%的酷热日未伴随高温日出现；68 年来的高温特征月份统计中出现了较多的特殊年份。

2）安康市极端高温、高温日数、年持续高温及酷热日数的年际和年代变化均表现出周期性；其中，极端高温、高温日数、持续高温次数年代际变化均呈高-低-平-高的波动下降趋势；而酷热日数则呈低-高-略低-高的波动上升趋势。

3）68 年间，安康市极端高温未发生突变现象，而高温日数、持续高温和酷热日数则有突变发生；其中，高温日数自1962 年开始发生突变，持续高温次数的突变在1983 年之前，酷热日数在2000 年发生突变。