鄒錦明,劉敬收,龔丹紅

(湖南省益陽市氣象局,湖南 益陽 413000)

湘北近半個世紀高溫天氣的氣候變化特征

鄒錦明,劉敬收,龔丹紅

(湖南省益陽市氣象局,湖南 益陽 413000)

選取安化代表山區(qū)、桃江代表丘陵、南縣代表湖區(qū),來分析湘北地區(qū)高溫天氣的氣候變化特征,對這 3個代表站1959-2009年日極端最高氣溫≥35℃、≥37℃的高溫天氣進行統(tǒng)計分析。結(jié)果表明：湘北高溫天氣具有明顯的年際變化、月際變化、地域變化和年代際變化特征,高溫集中出現(xiàn)在 7-8月,高溫熱害過程 20世紀 60、70年代較多,80、90年代逐漸減少,本世紀以來明顯增加,呈現(xiàn)從山區(qū)向湖區(qū)減少的趨勢。對湘北高溫天氣特點的成因進行了初步分析,認為造成湘北高溫天氣的主要天氣系統(tǒng)是副熱帶高壓,地域變化則是由地形和下墊面差異引起的。

湘北;高溫天氣;氣候特征;成因

1 引言

近百年來,地球氣候正經(jīng)歷著以全球變暖為主要特征的顯著變化[1-2]。高溫天氣已經(jīng)成為一種主要的災(zāi)害性天氣。高溫影響人體的健康,對農(nóng)業(yè)、交通、建筑、旅游等行業(yè)都造成不利的影響。特別是持續(xù)高溫天氣,往往引發(fā)大面積干旱,致使河流斷流,山塘水庫干涸,造成農(nóng)業(yè)用水和城市供水供電緊張,給社會經(jīng)濟發(fā)展帶來重大的危害。我國學者任福民等分析了 1951-1990年中國極端氣溫變化特征[3],發(fā)現(xiàn)我國極端氣溫的變率和變化趨勢存在明顯的季節(jié)性和地域性差異。湘北地形復(fù)雜,西有雪峰山脈,東為洞庭湖盆地,中為丘陵地帶,氣候多樣,同緯度間氣溫差異大。本文選取安化代表山區(qū)、桃江代表丘陵、南縣代表湖區(qū),通過統(tǒng)計分析這三個站點近半個世紀的高溫天氣,來闡述湘北高溫天氣的氣候變化特征,并初步揭示湘北高溫天氣的成因,為今后湘北高溫天氣的預(yù)報預(yù)警提供依據(jù)。

2 高溫天氣的氣候變化特征

2.1 高溫天氣概況

據(jù)統(tǒng)計,51a來 (1959-2009)湘北每年都有高溫天氣出現(xiàn),極端最高氣溫分別為安化 41.2℃(1971年 7月 26日 )、桃江 40.0℃(1961年 7月 24日 )、南縣 39.5℃(1971年 7月 21日)?！?5℃的高溫天氣最早出現(xiàn)的時間為 4月 10日 (1969年安化),結(jié)束最晚的日期為 10月 12日 (1985年安化、桃江)?！?7℃的高溫天氣最早出現(xiàn)的時間為 6月8日 (1988年安化),結(jié)束最晚的日期為 9月 22日(2008年安化、桃江)。

2.2 高溫天氣年際變化

從圖 1可以看出,湘北≥35℃高溫日數(shù)的年際變化比較明顯,安化、桃江出現(xiàn)最多的年份均為1963年,分別為安化 51d,桃江 48d,南縣出現(xiàn)最多的年份為 1961年,為 31d;安化出現(xiàn)最少的年份為1973年,僅 14d,桃江出現(xiàn)最少的年份為 1993年,僅9d,南縣有 6個年份出現(xiàn)最少,僅 2d,主要出現(xiàn)在 20世紀 80年代初至 90年代中期。湘北高溫天氣大多是在 35-37℃之間,占高溫總數(shù)的 73.9%。安化51a間共出現(xiàn)≥35℃的高溫天氣 1 570d,平均每年31d,≥37℃的高溫天氣 523d,平均每年 10d,≥40℃的高溫天氣 24d。桃江 51a間共出現(xiàn)≥35℃的高溫天氣 1 187d,平均每年 23d,≥37℃的高溫天氣325d,平均每年 6d,≥40℃的高溫天氣 1d;南縣 51a間共出現(xiàn)≥35℃的高溫天氣 699d,平均每年 14d,≥37℃的高溫天氣 54d,平均每年 1d。

2.3 高溫天氣月際變化及空間分布

湘北的山區(qū)高溫日及異常高溫日數(shù)均最多,且出現(xiàn)最早、結(jié)束最晚,丘陵高溫日數(shù)較多,湖區(qū)相對較少,呈現(xiàn)從山區(qū)向湖區(qū)減少的趨勢。

圖 1 湘北各站 1959-2009年≥35℃的高溫日數(shù)分布圖

湘北≥35℃高溫天氣主要出現(xiàn)在 7-8月 (見圖 2a),年平均 19d,占全年總數(shù)的 83.8%,其中 7月出現(xiàn)高溫日數(shù)最多,年平均 11d,分別為安化 14d、桃江 12d、南縣 7d;其次為 8月,年平均 8d,分別為安化 11d、桃江 8d、南縣 5d;5月、6月和 9月也呈現(xiàn)從山區(qū)向湖區(qū)急劇減少的趨勢,10月和 4月的高溫天氣全市主要出現(xiàn)在安化,其次是桃江,南縣 10月和 4月沒有出現(xiàn)≥35℃的高溫天氣。

湘北各站 5-9月均出現(xiàn)過≥37℃高溫天氣,也主要出現(xiàn)在 7-8月 (見圖 2b),占全年總數(shù)的92.5%,其中安化最多、桃江較多、南縣較少;6月和9月高溫天氣明顯減少,也呈現(xiàn)從山區(qū)向湖區(qū)急劇減少的趨勢,南縣 9月沒有出現(xiàn)≥37℃的高溫天氣。

圖 2 1959-2009年湘北 3站高溫日數(shù)月際變化 a：≥35℃;b：≥37℃

現(xiàn)定義連續(xù) 3d或以上日最高氣溫≥35℃為一個高溫天氣過程,持續(xù) 3-4d為短過程,5-10d為輕度高溫熱害過程,11-15d為中度高溫熱害過程,16d以上為重度高溫熱害過程,兩個過程之間只間隔 1d的算是同一個過程。對于≥37℃高溫天氣過程,持續(xù) 2-3d為短過程,4-5d為中過程,6d或以上為長過程。

51a間,湘北≥35℃高溫天氣過程山區(qū)和丘陵區(qū)較多,湖區(qū)較少,而且以短過程和輕度高溫熱害過程為主;≥37℃的高溫天氣過程安化、桃江較多,以短過程為主,而南縣≥37℃高溫天氣過程出現(xiàn)最少,僅 12次,且只有一個長過程。經(jīng)統(tǒng)計分析,51a間,安化共出現(xiàn)≥35℃高溫天氣過程 198次 (見圖3a),其中短過程 81次,輕度高溫熱害過程 86次,中度高溫熱害過程 21次,重度高溫熱害過程 10次;桃江共出現(xiàn)≥35℃高溫天氣過程 147次,其中短過程61次,輕度高溫熱害過程 70次,中度高溫熱害過程7次,重度高溫熱害過程 9次;南縣共出現(xiàn)≥35℃高溫天氣過程 95次,其中短過程 54次,輕度高溫熱害過程 32次,中度高溫熱害過程 7次,重度高溫熱害過程 2次。安化共出現(xiàn)≥37℃高溫天氣過程 114次(見圖 3b),其中短過程 61次、中過程 30次、長過程23次;桃江共出現(xiàn)≥37℃高溫天氣過程 72次,其中短過程 50次、中過程 13次、長過程 9次;南縣共出現(xiàn)≥37℃高溫天氣過程 12次,其中短過程 11次、中過程 0次、長過程 1次。

圖 3 湘北 3站≥35℃(a)和 3站≥37℃(b)高溫過程空間分布情況

2.4 年代際變化

2.4.1 高溫日數(shù)的年代際變化 20世紀 70年代之前,湘北高溫日數(shù)基本偏多;70年代至 90年代,湘北進入高溫日數(shù)偏少期;21世紀以來,湖區(qū)率先轉(zhuǎn)入高溫日數(shù)偏多期,山區(qū)則為最遲,有從湖區(qū)向山區(qū)漸變的趨勢。

從 1959-2009年各站≥35℃高溫日數(shù) 10a滑動平均可以看出 (圖略),湘北 1959-1972年均為偏多期,丘陵區(qū) 1973-2008年為偏少期,山區(qū) 1973-1984年為偏少期、1985-1992年為偏多期、1993-2008年為偏少期;湖區(qū) 1973-1977年為偏少期、1978-1981年為偏多期、1982-2004年為偏少期、2005-2009年為偏多期,山區(qū)和丘陵區(qū)從 2009年開始顯出偏多的態(tài)勢。

1959-2009年各站≥35℃高溫日數(shù) 5a滑動平均 (圖略)的變化趨勢與 10a滑動平均大體相似,

1959-1972年前均為偏多期,山區(qū)從 2003年轉(zhuǎn)入偏多期,丘陵區(qū)從 2005年轉(zhuǎn)入偏多期,山區(qū)則在2009年才開始顯出偏多態(tài)勢。

2.4.2 高溫出現(xiàn)的初終日的年代際變化 湘北≥35℃的高溫初日在 20世紀 60年代最早,70年代最晚,21世紀有提早的趨勢;≥35℃的高溫終日湖區(qū)基本上出現(xiàn)在 9月,山區(qū)則推遲了近 20d。≥37℃的高溫初日基本上出現(xiàn)在 6月下旬至 7月上旬,山區(qū)略有提前,年代際變化不明顯。湘北≥37℃的高溫終日在 20世紀 60年代較晚,80年代有提早的趨勢,21世紀有推遲的趨勢 (表 1、表 2)。

表 1 1959—2009年湘北各站≥35℃、≥37℃高溫年代際出現(xiàn)初日、終日

2.4.3 高溫過程的年代際變化 湘北高溫熱害過程 20世紀 60、70年代較多,80年代至 90年代逐漸減少,21世紀以來明顯增加 (見圖 4)。

圖 4 a：湘北 3站≥35℃高溫過程年代際分布情況 b：湘北 3站≥37℃高溫過程年代際分布情況

安化 20世紀 60年代以來共出現(xiàn)≥35℃的高溫天氣過程 195次、≥37℃的高溫天氣過程 109次;≥35℃的高溫天氣過程,60年代出現(xiàn) 43次,70年代出現(xiàn) 37次,80年代出現(xiàn) 36次,90年代出現(xiàn) 35次,2000年以來出現(xiàn) 44次;≥37℃的高溫天氣過程,60年代出現(xiàn) 30次,70年代出現(xiàn) 20次,80年代出現(xiàn) 21次,90年代出現(xiàn) 16次,21世紀出現(xiàn) 22次;桃江 60年代以來共出現(xiàn)≥35℃的高溫天氣過程 149次、≥37℃的高溫天氣過程 70次;≥35℃的高溫天氣過程,60年代出現(xiàn) 39次,70年代出現(xiàn) 28次,80年代出現(xiàn) 23次,90年代出現(xiàn) 22次,2000年以來出現(xiàn) 37次;≥37℃的高溫天氣過程,60年代出現(xiàn) 18次,70年代出現(xiàn) 16次,80年代出現(xiàn) 13次,90年代出現(xiàn) 10次,21世紀出現(xiàn) 13次。南縣 20世紀 60年代以來共出現(xiàn)≥35℃的高溫天氣過程 95次、≥37℃的高溫天氣過程 12次;≥35℃的高溫天氣過程,60年代出現(xiàn) 24次,70年代出現(xiàn) 17次,80年代出現(xiàn) 13次,90年代出現(xiàn) 10次,2000年以來出現(xiàn) 31次;≥37℃的高溫天氣過程,60年代出現(xiàn) 4次,70年代出現(xiàn) 4次,80年代、90年代均未出現(xiàn),21世紀出現(xiàn) 4次。湘北1973年、1986年、1993年未出現(xiàn)≥37℃的高溫天氣過程,丘陵區(qū)有 7a未出現(xiàn)≥37℃的高溫天氣過程,湖區(qū)則只有 10a出現(xiàn)過≥37℃的高溫天氣過程。

3 高溫天氣的成因

3.1 天氣系統(tǒng)

高溫天氣都是在特定的大氣環(huán)流形勢背景下出現(xiàn)的,造成湘北高溫天氣的主要天氣系統(tǒng)是副熱帶高壓。副高是一個深厚的暖性高壓系統(tǒng),副高中強烈的下沉輻射作用使受其控制的地區(qū)維持晴朗天氣,強烈的太陽輻射使地表和周圍大氣氣溫迅速上升。每年 6月底到 7月初副高出現(xiàn)第一次北跳,脊線維持在 25°N附近,勢力強,范圍大,呈帶狀或塊狀,從低層到高層控制整個江南地區(qū)。一般來說 ,湘北出現(xiàn)高溫天氣 ,500hPa、700hPa、850hPa 3層高度場在 584、316和 148dagpm線所包圍的副高主體內(nèi),副高西脊點在 115°E以西。此類環(huán)流形勢造成的高溫天氣在 5-9月均有可能出現(xiàn),以 7-8月出現(xiàn)最多。異常炎夏均有副高異常偏強的特征,而且副高越強,氣溫相對越高,在沒有副高配合的高溫過程中,一般持續(xù)時間短,而且影響范圍小。

3.2 地形與下墊面

湘北西部為山地圍繞,海拔在 500-1 000m之間,雪峰山脈南起城步縣,至安化縣折向東,至益陽縣境而沒于洞庭湖平原;中部丘崗起伏,海拔大多在在 500m以下;東部為我國第二大淡水湖—洞庭湖,水面達 4 548Km2,洞庭湖沿岸是平坦的湖積、沖積平原,海拔在 50m以下。湘北地勢呈西高東低,湘江、資水、沅水由湘南向湘北或自湘西南向湘東北,澧水自西向東匯入洞庭湖,長江的荊江三口分流則自北向南注入洞庭湖,洞庭湖接納四水、三口水流,然后通過城陵磯歸于長江,形成以洞庭湖為中心的輻聚狀水系[4]。

湘北西高東低的地貌格局影響了水熱的地帶性分布,西部高、離海遠,東部低、離海近,高度和離海遠近對溫度梯度方向的影響是一致的;洞庭湖的水體效應(yīng)對湘北東部氣候的影響十分明顯,特別是夏季,導(dǎo)致湖區(qū)高溫明顯低于山區(qū)。

3.3 氣候變化

20世紀 90年代以來,“厄爾尼諾”現(xiàn)象的頻繁出現(xiàn),引起氣候變化,使我國南方出現(xiàn)了暖冬與涼夏的異常天氣現(xiàn)象[5],近 20a,湘北夏季平均氣溫下降了 0.2℃之多,7月平均氣溫下降達 0.3℃,在1999-2008年 10a里,湘北高溫日數(shù)均低于歷年平均。近幾年來,我國極端天氣氣候事件及其導(dǎo)致的嚴重災(zāi)害都呈增加趨勢。氣象專家認為,極端天氣與氣候變暖的背景密切相關(guān)。現(xiàn)在全球氣候總體是溫度升高、偏暖趨勢,引發(fā)復(fù)雜的大氣、海洋、陸面相互作用,大氣水分循環(huán)加劇,產(chǎn)生極端天氣的條件增多?？傮w上,全球變暖會導(dǎo)致暴雨等強對流天氣、高溫熱浪、暴風雪、寒流等極端天氣氣候事件發(fā)生的頻率增加,強度加大。

4 結(jié)語

①湘北高溫天氣具有明顯的年際變化、月際變化和地域變化特征。高溫日數(shù)出現(xiàn)最多年份為1961年,最少年份為 1993年;高溫集中出現(xiàn)在 7-8月,呈現(xiàn)從山區(qū)向湖區(qū)減少的趨勢。

②湘北高溫天氣過程具有明顯的年代際變化,高溫熱害過程 20世紀 60、70年代較多,80年代至90年代逐漸減少,本世紀以來明顯增加

③造成湘北高溫天氣的主要天氣系統(tǒng)是副熱帶高壓,異常炎夏均有副高異常偏強的特征,而且副高越強,氣溫也越高。

④湘北西高東低的地貌格局洞庭湖的水體效應(yīng)導(dǎo)致湖區(qū)夏季高溫明顯低于山區(qū)。

⑤近 20a來“厄爾尼諾”現(xiàn)象的頻繁出現(xiàn),加劇了湘北高溫天氣變化的復(fù)雜性。

[1] 任國玉,徐銘志 .近 54年中國氣溫的變化[J].氣候與環(huán)境研究,2005,10(4)：717-727.

[2] 林學椿 .近四十年我國氣候趨勢 [J].氣象,1990,16(10)：16-21.

[3] 任福民,翟盤茂 .1951-1990年中國極端氣溫變化分析[J].大氣科學,1998,12(2).

[4] 程庚福,曾申江,張伯熙,等 .湖南天氣及其預(yù)報[M].北京：氣象出版社,1987.

[5] 許瑞秋,曾成香,等 .暖冬與涼夏引起的農(nóng)業(yè)病蟲災(zāi)害及其防治預(yù)警[J].福建農(nóng)業(yè)科技,1999(S1)：33-35.

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1003-6598(2010)增刊-0121-04

2010-09-10

鄒錦明 (1972-),女,工程師,主要從事天氣預(yù)報工作。