1979-2019年北半球高温事件的特征分析

本文确定35℃和30℃的高温绝对阈值以及95分位数和90分位数的高温相对阈值,并针对这两类指标分别统计高温日数及其分布,将北半球视作一个整体分析其高温事件过去41 a的变化特征。区域上看,北半球夏季35℃高温主要分布在10°N-48°N之间,18°N-28.5°N是高温最多的纬度带,年平均高温日数超过16 d,非洲北部和中东地区是高温最多的地区,其年平均高温日数超过65 d。气候态看,气温阈值从低纬度到高纬度呈现逐渐下降的趋势,非洲北部、中东地区、印度是北半球高温相对阈值最高的区域。     

全球增温1.5和2℃下中国东部极端高温风险预估

2013年中国中东部地区经历了一次破纪录的极端高温,给社会经济及人民财产造成了严重损失。利用高分辨率的观测格点数据集以及参与CMIP5的17个全球气候模式数据,通过分位数映射的偏差订正方法对模式模拟的逐日最高温度数据进行订正;在此基础上,研究了2013年的破纪录极端高温以及多年（20、50和100 a）一遇极端高温在未来全球增温1.5和2℃下的风险。结果表明,在未来增温1.5℃（2℃）下,2013年极端高温强度的发生风险将会增加为历史时期（1986-2005年）的3.0倍（6.1倍）,极端高温日数增加为历史时期的5.6倍（12.6倍）。从1.5℃到2℃,额外的0.5℃的增温将会使2013年极端高温强度和日数在未来的发生风险分别增加到2.0倍和2.3倍。对于不同重现期的极端高温来说,越极端的极端高温在未来发生的风险越大,并且极端高温日数增加的风险要大于极端高温强度增加的风险。历史时期平均每20、50、100 a发生一次的极端高温日数在未来增温1.5℃下将会变为平均每4、8、15 a发生一次,在增温2℃下变为平均每2、3、6 a发生一次。历史时期20、50、100 a一遇的极端高温强度在未来增温1.5℃下将会变为7、14、27 a一遇,在未来增温2℃下变为4、6、8 a一遇。     

河南夏季高温日数的时空分布特征及500hPa环流型

对河南省40个代表站1961-2005年夏季≥35℃高温日数进行经验正交函数(EOF)展开分析,结果显示,前3个典型场基本能反映河南夏季高温日数分布的主要特征,前3个模态的累积方差贡献率达85%。据此,得出河南夏季≥35℃高温日数的时空分布类型为全省一致型、西北至东南差异型和西南至东北差异型。第一模态对应的时间系数序列的变化幅度最大,第二模态对应的时间系数序列的变化幅度比前一个时间序列要小。第一模态的时间系数演变显示,河南夏季高温日数平均呈减少趋势,且存在2~4 a、8~14 a的周期变化,目前河南夏季高温日数正处于偏多状态中。应用逐日20时500 hPa ECMWF北半球格点资料,对1991-2005年河南典型的大面积持续高温下的环流形势进行普查、分类,分别求各种类型下的环流平均场,从而得到河南省高温的两种环流型,即贝加尔湖高压型和副热带高压型。     

河南夏季高温日数的时空分布特征及500 hPa环流型

对河南省40个代表站1961-2005年夏季≥35℃高温日数进行经验正交函数(EOF)展开分析,结果显示,前3个典型场基本能反映河南夏季高温日数分布的主要特征,前3个模态的累积方差贡献率达85%.据此,得出河南夏季≥35℃高温日数的时空分布类型为全省一致型、西北至东南差异型和西南至东北差异型.第一模态对应的时间系数序列的变化幅度最大,第二模态对应的时间系数序列的变化幅度比前一个时间序列要小.第一模态的时间系数演变显示,河南夏季高温日数平均呈减少趋势,且存在2～4 a、8～14 a的周期变化,目前河南夏季高温日数正处于偏多状态中.应用逐日20时500 hPa ECMWF北半球格点资料,对1991-2005年河南典型的大面积持续高温下的环流形势进行普查、分类,分别求各种类型下的环流平均场,从而得到河南省高温的两种环流型,即贝加尔湖高压型和副热带高压型.     

塔城地区1960-2005年高温天气演变特征

对塔城地区各站1960—2005年5—9月的高温天气过程进行普查,分析了塔城地区各站高温天气的演变特征,结果表明:①受北半球副热带高压强度指数及副热带高压脊线位置变化的影响,近46a塔城地区年高温总日数变化呈不显著增多的趋势,大体上以上世纪90年代以后为最高值或次高值,各站≥35℃高温过程时间分布基本一致,只是振幅有所不同。②塔城地区高温主要分布于7月,但对高温日数线性倾向率进行分析发现,近46a只有6月份塔城地区平均高温日数以1.275d/10a的速率增多,并通过了α=0.05的显著性检验,而7、8、9月均未通过显著性检验。③以塔城、乌苏两站为代表站提出适合本地区预报高温天气的经验公式,两站实测最高温度值与使用经验公式求算出的预报值序列之间的相关系数分别为0.6、0.65,并达到了α=0.0001、α=0.00001的极显著水平,表明经验公式对塔城地区高温天气有很强的预报能力。     

1960—2006年重庆高温日数时空变化特征

利用重庆市1960-2006年35个地面气象站逐日气温资料,分析了近47年来重庆市高温日数的时空变化特征.结果表明:重庆市有四个主要的高温多发区,分别在东北角的巫山、北部的万州、中部的涪陵和丰都一带以及西南角的万盛和綦江附近;较重高温、严重高温和特别严重高温的最大值分别为21d/a、14d/a和2d/a左右.重庆市高温日主要发生在7月和8月,其中8月的高温日数和高温强度都大于7月;近47年全市高温日数大体呈现出"增加-减少-增加"的变化趋势;尤其是大于40℃的高温日数变化最为明显.     

西安地区高温天气分月精细化预报指标

利用1987—2016年西安城区和6个区县的高温天气资料,运用天气学原理和统计学方法,分析≥35℃、≥37℃和≥40℃高温天气的时空分布特征。研究表明近30 a西安地区高温日数整体表现为增加趋势,≥35℃、≥37℃和≥40℃高温日线性倾向率分别为3.3、3.0和0.2 d·(10 a)-1;≥35℃和≥37℃高温日7月出现最多,≥40℃高温日6月出现最多。根据500 h Pa大气环流形势,将西安地区高温天气分为西北气流型、西太平洋副热带高压型(以下简称副高)(细分为副高影响型和副高控制型)以及大陆暖高型3种类型。通过分析高温发生前一天08:00的高低空暖空气温度范围和位置分布、地面气压场分布、24 h变压强度、气温和云量、ECWMF数值模式850 h Pa温度和海平面气压场预报结果以及5个指标站08:00 850 h Pa和地面温度等因子,细化总结出6—8月逐月≥35℃、≥37℃和≥40℃高温精细化预报指标。     

山西高温天气的环流特征及流型配置研究

利用1958年-2008年高低空气象观测资料以及山西省气象信息中心归档的109站1958年-2008年的原始气象记录月报表及其信息化产品资料,分别以最高气温≥35℃、≥37℃、≥40℃为指标,研究山西高温日的时空分布、变化趋势及环流特征。结果表明：a）山西高温日最早出现在4月中旬,最晚出现在9月中旬,≥35℃、≥37℃和≥40℃的高温日6月下旬最多;b）高温日数有随纬度、随海拔的升高而减少,有西部多于东部、南部多于北部、盆地多于山区的空间分布特征。≥40℃的高温区域主要集中在运城和临汾地区;C）1984年-2008年,35℃以上的高温日数整体呈上升趋势;1979年-2008年,30年间高温站次以153站次,10a的趋势增多。20世纪90年代以后,不仅高温日数增多,而且高温持续时间、强度、范围都有增强趋势;d）影响山西高温的500hPa环流形势主要有副高纬向性、副高经向型以及大陆高压（脊）控制型3类。在特定的流型配置下,T850≥25℃、T700≥13℃,T850≥26℃、T700≥14℃,T850≥28℃、T700≥15℃,T850≥32℃、T700≥16℃是山西省不同区域、不同风向影响时,≥35℃、≥37℃、≥40℃高温天气预报的临界值。     

近45年十堰市高温日数时空变化特征及其气候成因

利用十堰市所辖7个气候观测站1960-2004年极端最高气温资料,按照三种高温强度（≥35℃、≥37℃、≥40℃）,对该市近45年高温日数的时空分布特征进行了统计分析,并从环流形势上分析了其高温成因。结果表明：十堰市高温日随时间变化略呈减少趋势,20世纪60-80年代,高温日呈明显下降趋势,自80年代以后又呈现上升趋势,进入21世纪,其上升趋势有所加快;相对于南部,十堰市北部平均高温日数较多;十堰市高温天气的出现主要受100hPa、500hPa环流形势影响。     

河南夏季高温气候特征及500hPa环流型

对河南省40个代表站1961～2005年45年夏季大于等于35℃高温日数进行经验正交函数(EOF)展开分析。方差累积贡献率和空间分布特征显示,前3个典型场基本能反映河南夏季高温日数分布的主要特征,前3个模态的累积方差贡献率达85%,据此得出河南夏季大于等于35℃高温日数的时空分布类型:全省一致型、西北—东南差异型和西南—东北差异型。第1模态对应的时间系数序列的变化幅度最大,第2模态对应的时间系数序列的变化幅度比前一个时间序列要小,第1模态的时间系数演变显示,河南夏季高温日数平均呈减少的趋势,且存在2～4年、8～14年的周期变化,目前河南夏季高温日数正处于偏多的时段。应用逐日20:00500hPa ECMWF北半球格点资料,对1991～2005年15年河南典型的大面积持续高温下的环流形势进行普查、分类,分别求各种类型下的环流平均场,从而得到河南省高温的两种环流型,即贝加尔湖高压型和副热带高压型。     

1951—2011年临沂高温天气特征及高温预警

采用临沂1951—2011年逐日最高气温资料和1997—2011年实况天气图资料,研究了临沂高温天气特征及高温预警制作,结果表明：（1）临沂35ºC以上的高温天气最早出现在5月8日,最晚结束在9月2日;高温日数以7月最多,其次是6月和8月,分别占40%,34.5%和19%;高温日数50年代—80年代呈现由多到少的趋势,80年代至今又开始逐渐增多。（2）35℃以上的高温天气主要影响系统是副热带高压,37℃以上的高温天气多由大陆暖高压脊影响产生;临沂高温预警信号主要为黄色和橙色预警,红色高温天气仅出现过两次。（3）850hPa≧20ºC是高温黄色预警的主要指标;橙色以上级别高温天气的预报预警需根据影响系统区别对待,副热带高压影响时可以更多参考前一日的最高气温和副热带高压是否有进一步加强的趋势;大陆暖高压脊影响时需要综合考虑850hPa,925hPa的温度及湿度、高压脊是否加强、其它影响系统（如东北冷涡对气温的影响）影响、前一日的最高气温等多个要素。     

阿勒泰地区近47年夏季平均最高气温及高温日数变化特征

利用阿勒泰地区7个站1961-2007年共47 a的逐日最高气温资料,采用趋势分析、Mann-Kendall突变分析、小波变换、R/S分析等方法,分析了阿勒泰地区近47 a夏季平均最高气温的变化特征。结果表明：近47 a阿勒泰地区夏季平均最高气温在波动中整体呈上升趋势,20世纪80年代中后期开始上升,90年代中期后升温趋势明显;夏季平均最高气温未发生突变;存在着18、12、8、5 a的年际变化周期;其未来变化趋势同过去一致,仍呈上升趋势。≥30℃高温日数的变化趋势与夏季平均最高气温一致,且也未发生突变,而≥35℃高温日数的变化趋势与前两项则不同,在20世纪60年代中期前呈上升趋势,60年代中期至80年代中期呈下降趋势,80年代中期至21世纪初为上升趋势,进入21世纪后又呈下降趋势。≥35℃高温日数在1974前后发生了突变。     

1951—2016年武汉市极端气温指数变化特征

采用武汉、重庆、福州、杭州、南昌、长沙、南京和合肥8个城市1951-2016年最高和最低气温资料,运用多项式拟合、线性拟合、Morlet小波变换、Mann-Kendall检验和R/S分析方法,讨论了武汉市极端气温指数时间变化特征。结果表明：（1）武汉市年极端最高气温、高温日数、热夜日数表现出阶段性上升和下降趋势,整体呈上升趋势,增率分别为0.1℃/10a、0.53天/10a、2.1天/10a。近11年在全球变暖大环境下,反呈下降或减少趋势。（2）极端最高气温在1986年、高温日数在1957年和1997年、热夜日数在1990年出现了突变,由前期下降趋势突变为整体上升趋势。极端最高气温均值突变后上升了0.4℃,而高温日数两次突变后均值分别增多61%和54%,热夜日数突变后均值增多78%。（3）极端高温存在5a-6a、8a-9a和10a-11a周期变化。高温日数存在6a、8a-9a和15a-16a的周期变化。热夜日数存在11a、14a和23a-24a的周期变化。（4）武汉市年极端最高气温、高温日数、热夜日数虽然近11年为下降或递减趋势,R/S分析显示未来仍很可能出现上升或递增的趋势。(5) 武汉与重庆、福州、杭州、南昌、长沙、南京、合肥比较分析显示,极端最高气温、年高温日数、年热夜日数三类指数整体综合排名武汉为第7位,其炎热程度在8城市中居后,武汉退出了“四大火炉”城市。     

1961—2022年兰州夏季高温特征及其环流形势

基于1961—2022年6—8月兰州最高气温观测资料和同期NCEP/NCAR再分析资料,分析兰州夏季高温分布特征及其形成的环流形势。结果表明：近62 a兰州高温日(日最高气温≥35℃)数年平均值为4.3 d,高温日数以1.3 d/(10 a)的气候趋势显著增加;平均高温初日为7月13日,平均高温终日为8月2日,高温初日变化呈明显提前趋势,高温终日推迟趋势明显;将高温初日与高温终日之间作为高温影响期,平均高温影响期为20 d,呈增长趋势。兰州高温年,欧亚大陆上空500 hPa位势高度场呈“两脊一槽”形势,乌拉尔山和鄂霍次克海附近高压脊形成阻塞高压;西太平洋副热带高压发展较强,西太平洋副热带高压脊线的位置偏北;对应温度场36°N附近有一暖中心存在,恰好与高压中心相匹配,这种配置有利于高温天气发生和维持;100 hPa南亚高压中心位置偏北,强度偏强,与500 hPa闭合高压单体共同对兰州夏季高温起到重要作用。     

广西高温天气的时空分布特征及其影响

通过对广西８８个站点自建站至１９９４年日极端最高气温≥３５℃（下称≥３５℃高温）的平均日数、出现频率和累年高温极值等项目的统计分析，揭示其时空分布的基本特征，并初步分析其对工农业的影响。     

克拉玛依市高温日的气候特征及变化

整理了克拉玛依市1960—2009年高温日数资料,用线性趋势分析、最大熵谱等方法,分析克拉玛依市高温日数的气候变化特征。结果表明：克拉玛依市高温日90%以上集中在6—8月,强高温和极端高温日数仅出现在6—8月;持续高温日≥7 d的高温期,平均每年发生一次;年高温初日50a变化呈线性递减趋势,年高温终日50a变化呈线性递增趋势;高温日数的年代际和年际变化都比较大,特别是90年代中后期,克拉玛依市高温日数明显增多,且强度有所增强。     

克拉玛依市高温日的气候特征分析

根据克拉玛依市1960—2009年高温日数资料,用线性趋势分析、最大熵谱等方法,分析高温日数的气候变化特征。结果表明:克拉玛依市高温日90%以上集中在6—8月,强高温和极端高温日数仅出现在6—8月;持续高温日≥7 d的高温期,平均每年发生一次;年高温初日50 a变化呈线性提早趋势,年高温终日50 a变化呈线性推迟趋势;高温日数的年代际和年际变化都比较大,特别是20世纪90年代中后期,克拉玛依市高温日数明显增多,且强度有所增强。     

三峡库区气温变化高精度区域气候模式模拟与预估

基于三峡库区1961—2005年气温逐日格点数据,评估由BCC_CSM1.1模式驱动的RegCM4区域气候模式、MPI-ESM-LR模式驱动的CCLM区域气候模式对三峡库区平均气温、极端高温的模拟能力,选用与观测值更为接近的区域气候模式模拟结果,预估三峡库区在RCP4.5温室气体排放情景下2016—2035年气温变化。结果表明:RegCM4和CCLM模式均能模拟出三峡库区多年平均气温、高温日数和高温强度的季节变化和空间分布形态,但均在库区东北部模拟的年平均气温偏低、高温日数偏少、高温强度偏小。同时,模式均能较好地反映出三峡库区年平均气温、年高温日数的年际变化,但对高温强度的年际变化模拟较差。总体而言,CCLM模式对三峡库区气温的模拟效果好于RegCM4。RCP4.5情景下,三峡库区2016—2035年平均气温、高温日数比当代(1986—2005年)分别增加0.6℃和5d,高温强度变化不明显。     

茂名市1972—2017年高温日数的气候变化特征

基于茂名国家气象观测站1972—2017年逐日最高气温资料和NCEP/NCAR 2.5°×2.5°再分析资料,分析茂名市高温日数的变化特征及原因。结果表明:茂名市高温日数有明显的年际和年代际变化特征,20世纪80年代后期至今高温日数有明显增加的趋势,具有5 a、准13 a和23 a的周期变化;高温日数7月最多,5月最少;高温过程持续时间以1~2 d为主且强度偏弱;高温天气与副热带高压密切相关,当副热带高压西伸脊点偏西时,茂名高温日数将明显偏多,高温日数与当年副热带高压强度、面积指数均呈显著正相关,与当年西太平洋副热带高压西伸脊点指数呈显著负相关,从相关性来看,副热带高压面积指数对高温影响更为显著。     

广西盛夏高温天气特点与环流特征

对广西1959－2000年盛夏极端最高气温≥35℃及≥37℃总日数与平均气温≥30℃总日数进行气候分析，发现：各级别最高气温总日数7月份90年代比60－80各年代均明显偏少，而8月份90年代比60－80各年均明显偏多；7月份极端最高气温总日数具有减少趋势，而8月份各级别最高气温总日数具有增多趋势。7月与8月极端最高气温≥35℃与日平均气温≥30℃总日数，分别由1990年以前的多日数期向少日数期转变和由1989年以前的少日数期转多日数期。广西盛夏高温总日数偏多年龄与偏少年份500hPa环流场存在明显的差异，500hPa高度场有较明显的10a尺度变化，而这种10a尺度的环流异常变化是造成90年代广西盛夏8月份高温总日数偏多的重要原因。