2000～2017年西北地区区域性高温的时空特征

2023-03-13朱晗晖秦豪君

大众标准化 2023年4期

朱晗晖，秦豪君

（1.兰州资源环境职业技术大学，甘肃兰州 730021；2.兰州中心气象台，甘肃兰州 730020）

IPCC（International Panel on Climate Change）（2007）第四次评估报告指出，近百年来，全球气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变化。自2022年入夏以来，全国各地气象部门报告了多项高温事件，例如7月10日14：10分前后，上海出现史上最早的40 ℃，同时整个7月全国多地出现大范围高温现象，平均温度较往年均有所升高。世界范围内，北京时间2022年7月19日晚，伦敦希思罗机场的温度达40.2 ℃，这是从1841年英国有气象观测以来的最高纪录，也是英国全国首次温度超过40 ℃的记录。伦敦的地理位置基本和我国漠河地区的纬度相当，因此类比看待，相关天气系统是否会对我国接下来天气有所影响也是大家比较好奇的问题。

高温对人类生产生活造成直接的影响，给农作物和植被生长也带来其他灾害，同时因空调设备增多引起环境问题。研究近年来高温的时空特征是非常有必要的，只有掌握了高温分布的基本特征，才能对其预报预警有良好的指导作用。我国西北地区以灌溉农业为主，靠天吃饭的依赖性更强，且西部干旱区地处亚欧大陆腹地中高纬度地区，气候条件较为恶劣。因此高温现象对西北地区的影响不容小觑。

1 高温的研究现状

极端天气和气候变化对人类社会和经济构成的影响越发严重，特别是近些年以来，与高温相伴的冰川融化、海平面上升、物种灭绝等生态系统变化也随之发生。在温室效应的影响下，全球的高温状况关注逐年增多，全球变暖的趋势也越发明显。与全球气候变化背景相一致，我国近几十年的气候也趋于变暖，在1951～1990年期间，年平均温度升高了 0.3 ℃。其他学者利用不同的资料和方法也得出了相关结论。IPCC，1996以及IPCC，2001都表明一般气候增暖将导致极端高温事件增多。

每个国家受高温影响的程度不同，对区域化高温制定的标准也不尽相同，为了统一和规范我国区域性高温的定义，使区域性高温的预报、预警、研究及防范工作更规范化、标准化和科学化，笔者参照文献后选取如下定义。

2 资料与方法

中央气象台业务规定：单站日最高气温＞35.0 ℃为高温天气。通过资料质控，选取2000～2017年研究区域内有完整观测记录的381个国家级气象站的24 h最高气温地面日值观测数据进行研究，上述资料均来源于中国气象局国家气候中心数据库。

文章区域性高温天气的定义为：以出现高温天气的n个站为圆心，画n个半径为R的圆，若这n个圆中，只要有一个圆内能包含m（m≤n）个站，则认为本次高温天气为区域性高温天气过程，其中R为500 km，m为15站。为保证MATLAB程序计算精确度，区域性高温日定义为当日8时至次日8时为一日。

植株密度、植株高度等作物生长发育资料，由于2000～2010年缺测故选取2011～2017年数据进行研究，该数据来源于中国气象局气象大数据云平台-天擎的农气资料数据库。

3 区域性高温的时空特征

3.1 时间变化

3.1.1 年变化

分析2000～2017年西北区区域性高温发现，整体高温日数较多，年平均日数为46天，并呈波动上升趋势如图1。2011年区域性高温日数最多为68天，2006年最少为20天。对区域性高温日数的逐年变化进行5阶多项式拟合，可以看出区域性高温日数的时间序列变化大致呈现增加-减少-增加-减少的波动变化特征。2010年后和2000～2010年之间相比，高温日数增多。

图1 2000～2017年西北区区域性高温年总日数

3.1.2 月变化

西北区区域性高温天气出现在4～9月。其中7月为区域性高温出现的主要时间，日数最多，为353天，其次是8月、6月，分别为252天、204天，5月、9月、4月次之，出现区域性高温天气的日数较少。

分析2000～2017年6月、7月、8月的区域性高温逐年月总日数发现：6月如图2平均总日数为11天，且区域性高温日数最多的年份是2008年和2016年，都出现为20天；2006年没有区域性高温天气出现。6月总日数呈逐年缓慢上升趋势；7月平均总日数为18天，区域性高温日数最多的是2010年，为26天，最少是2003年，没有区域性高温天气出现，7月总日数呈逐年波动上升趋势，趋势系数为0.3，高于6月（0.1）；8月平均总日数为13天，区域性高温日数最多的是2002年和2011年，为25天，最少是2008年，没有区域性高温出现，8月总日数呈逐年波动上升趋势，趋势系数为0.6，上升趋势明显高于6月（0.1）和7月（0.3）。即高温易发的三个月出现高温的日数随年际变化逐渐增加，且8月上升趋势系数＞7月上升趋势系数＞6月上升趋势系数，符合全球变暖的整体背景。

图2 2000～2017年西北区区域性高温6月年总日数

综上所述，7月是区域性高温天气频发月份，其次是8月，但是近年来8月出现区域性高温天气的日数明显增多，逐年波动上升趋势明显高于6月和7月。未来应多注意每年八月对高温的监测和预报预警发布，及时提醒民众关注温度变化，及时采取相应的避暑措施。

3.2 空间变化

2000～2017年西北区区域性高温年总日数空间分布如图3，总体而言，呈现自西北向东南先递增后递减的分布特征。区域性高温年总日数最多的区域主要是新疆东部及甘肃、青海与新疆交界区域，总日数在315天以上，其中新疆吐鲁番盆地及塔里木盆地的总日数高达521天以上，与相关文献的研究结果吻合。新疆的极端高温现象在多位学者的研究中均有详细描述，例如2015年7月新疆出现了极为罕见的89个国家站出现高温的现象，其中55个站点的高温持续日数位居历史第1位，23站极端最高气温位居历史第1位，甚至海拔3 544 m的天山山区大西沟站7月的日最高气温连续突破历史极值。无论是副热带高压西伸型、伊朗副高东伸型、新疆脊型或叠加型这四种常见高温类型中的哪一种情况，新疆的高温都是需要重点关注的问题。新疆、甘肃、青海这部分地区多为灌溉农业，农作物生长受高温影响显著，特别要关注每年夏季针对该地区的高温预报和预警，同时还要在高温天气频发，在满足人工影响天气的条件时适当增加人工降水的频率，避免蒸发过多引起植被和农作物的水分失衡，进而造成经济损失。西北区东北部及东南部总日数较少，大部分地区出现区域性高温的平均日数在70天左右，相对而言体感舒适度为西北区域最高，但也需要持续关注。

图3 2000～2017年西北区区域性高温年总日数空间分布

挑选温度＞40 ℃的区域性极端高温天气。分析发现：其多年平均日数为33天，2011年温度＞40℃的区域性高温天气达52天。近年来，温度＞40 ℃的区域性高温天气日数呈波动上升趋势。逐年变化进行5阶多项式拟合显示2000～2017年呈先减后增再减的趋势，2000～2009年平均日数（28天）低于2010～2017年的平均日数（39天）。

2000～2017年西北区温度在40 ℃以上的区域性高温站点分布可以看出，温度在40 ℃以上的站点主要集中在新疆、甘肃河西、内蒙古西部、陕南等地区，其中吐鲁番站点40 ℃以上日数多达549天，甘肃40℃以上日数最多的是敦煌站（11天），内蒙古为拐子湖站（52天），陕西为天峻站（11天），宁夏仅一站出现过一天40 ℃以上的区域性高温天气。

4 作物生长与高温的关系

为观察作物实际生长情况与高温之间的关系，根据西北地区种植特点和作物生长特点，重点关注稻类、麦类、谷类、豆类这几类农作物。由于各地的植株密度和植株高度不是每天都定时在观测，且2010年之前的数据未录入数据系统，只能挑选2010年之后同一地方、同一种植株在不同年份的同一月或相邻月份观测中，有效数据的观测样本进行对比。

例如类比6月，根据上文分析：2011年区域性高温日数最多为68天，2006年最少为20天；6月份区域性高温日数最多的年份是2008年和2016年，最少是2006年，没有区域性高温天气出现。选取2011、2016年的6月任意地点作物生长情况做对比，发现甘肃省平凉市泾川县的总体作物生长情况为：2016年6月作物的植株密度是6.12，2011年6月植株的密度是10.22；甘肃省天水市麦积区常规籼稻生长情况为：2016年6月植株高度为79 cm，植株密度为540.5，但在2011年6月，其植株高度为80 cm，植株密度为885；甘肃省平凉市崆峒区常规籼稻生长情况为：2016年6月植株高度65 cm，平均植株密度为413.33，在2011年6月，其植株高度为78 cm，植株密度为568.59，其他观测点类比方法相同，在此不做赘述。明显发现高温多的年份植株的密度有所下降，植株高度似乎有增高，但在其他测站高温对植株高度的影响不明显。

7月为高温多发月，对比同一地区同一类作物的生长情况，例如选取2016年甘肃省金昌市永昌县的棉花生长情况，发现7月植株密度为1001.88，6月植株密度为1008.09。为剔除植物正常生长的干扰性，另选取其他地点其他作物类比，同样发现7月植株密度比6月植株密度低。

因此通过农作物的生长情况可发现，区域性高温对植株密度影响较大，高温体现明显的月份或年份，植株密度较小。