1953—2020 年安康市高溫特征指數的變化研究

任青青，張淑蘭，張海軍，劉全玉

（1.安康學院陜西省院士專家工作站，陜西 安康 725000；2.華中農業大學資源與環境學院，武漢 430070）

受氣候變化和人類活動的影響，近100 年來，全球氣溫顯著上升；IPCC 第五次評估報告指出，1880—2012 年全球平均溫度上升了0.85 ℃，預計到2016—2035 年全球平均溫度將會升高0.3～0.7 ℃，氣候變暖會使極端天氣出現的頻率增加，將會對人類社會發展和生態系統構成潛在威脅［1］。高溫作為極端氣候中的一種，給人類的健康和生產生活帶來較多危害［2］。如高溫被認為是人群死亡和相關疾病發生的重要危險因素［3］，且持續的高溫對人體產生不利的累積效應［4］；有研究表明，極端氣溫的變化帶來較多的次生災害，如干旱少雨、暴雨洪水、泥石流和滑坡等，同時也會對農作物生長、糧食生產、動植物生存等產生影響［5-7］。

近年來，中國較多地方夏季高溫連創新高，嚴重影響人們的正常生產生活。位于秦巴山區的安康市，雖然降水較為豐沛，但極端氣溫也會經常伴有干旱的發生，高溫日數的增多及持續高溫的極端天氣往往導致農業生產損失嚴重。趙景波等［8］利用極端氣溫指數研究發現安康市極端氣溫的變化會使得該區旱災、高溫災害、農業病蟲害增加；王朋等［9］對安康市60 多年來的氣溫變化特征進行了分析，發現極端最高氣溫存在31 年變化周期；喬麗等［10］分析了近30 年陜西省氣象干旱災害時空分布特征，表明陜南地區也會出現高溫干旱。本研究將從高溫發生的日數、持續高溫及酷熱日數著手，對安康市的高溫天氣變化特征與趨勢進行統計分析，對充分了解該市氣候特征、合理利用氣候資源、做好氣象與氣候災害預測預警工作、改善農業生產環境等方面具有重要的實際意義。

1 研究區概況

安康市位于陜西省東南部，地處秦嶺和巴山之間，屬于河谷盆地，總面積23 534.5 km2，素有“小火爐”之稱。該地氣候濕潤，雨水豐富，四季分明，夏季高溫多雨并多伴有伏旱，冬季寒冷少雨，屬北亞熱帶季風氣候；年平均降雨量930 mm，主要集中在6—9 月；年平均氣溫為15～17 ℃，高溫天氣主要集中在5—7 月；無霜期年平均長達253 d。境內水資源較為豐富，有漢江穿過安康市境內，流長340 km。植被類型多樣，有常綠闊葉林、常綠落葉混交林、落葉闊葉林、針葉林等；廣泛分布著柑橘、柚子、枇杷、桂花、梔子、夾竹桃、芭蕉等亞熱帶植物。安康市以農業資源為主，因土壤硒元素含量豐富，被譽為“中國硒谷”，包括魔芋、茶、糧油、家畜等富硒特色產業。

2 數據來源和方法

數據來源于中國氣象科學數據共享服務網（http：//cdc.cma.gov.cn）。研究利用安康市氣象站1953—2020 年逐日最高氣溫和1980—2020 年最小相對濕度進行統計分析，包括年極端氣溫、高溫日數、高溫過程和酷熱日等特征指數。依據氣象局規定，當日最高氣溫≥35 ℃時定義為一個高溫日［11］；同時，選取連續3 d 都出現≥35 ℃的高溫天氣作為一個持續高溫過程；通過計算悶熱指數（THI）界定酷熱日［12］，當THI≥29.5 作為一個酷熱日，其中THI=t-0.55×（1-RH）×（t-14.5），t為日最高氣溫，RH為日最小相對濕度。對高溫日、持續高溫過程和酷熱日進行累計匯總，建立安康市的高溫天數系列資料。

采用常規氣候統計方法［8］統計高溫日數、持續高溫過程和酷熱日數；通過線性回歸和滑動平均法［5］分析安康市高溫日數、持續高溫過程、酷熱日數和年極端氣溫變化趨勢特點；利用Mann-Kendall 檢驗法進行突變分析。

3 結果與分析

3.1 安康市高溫特征指數的月變化特征

3.1.1 極端高溫月統計特征 安康市的高溫天氣基本發生在4—9 月，月平均最高溫大小表現為8 月＞7月＞9 月＞6 月＞5 月＞4 月；多年月極端高溫大小表現為7 月＞8 月＞9 月＞6 月＞5 月＞4 月，分別出現在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。年極端高溫出現次數表現為7 月＞8 月＞6 月＞9月＞5 月，4 月未出現過年極端高溫（表1）。由此可見，極端高溫月出現頻率高，但不足以說明該月的平均最高溫就最高。

表1 安康市極端高溫月統計特征

3.1.2 高溫日月統計特征 對1953—2020 年安康市高溫日數進行統計，結果如表2 所示。4 月68 年來共有4 年出現高溫日，共6 d，分別是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，高溫出現的最早日期有延后的現象。高溫日主要集中在每年的6—8 月，其中，7月是全年高溫日數最多的月份，年平均為9.5 d，多年累積為639 d，累積天數占比為37.6%，只有2005 年未出現高溫天氣，1973 年僅有3 d 出現高溫；8 月的高溫天數次之，年平均為9.2 d，多年累積天數為618 d，累積天數占比為36.4%，但年份分布極不平衡，1974 年未出現高溫，1980、1989 年和2009 年均僅出現1 d 高溫，而1994 年和1999 年則分別出現21 d 和19 d 高溫；6 月的高溫天數排第三，年平均為5.1 d，多年累積天數為316 d，累積天數占比為18.6%，但有6 年未出現過高溫，分別是1976、1983、1985、1986、2001、2015年。9月高溫多年累積天數為64 d，年平均為2.9 d，68 年中只有22 年出現過高溫天氣，除個別年（1999、2010、2013 年）高溫發生在中旬外，其他出現高溫的年份均發生在上旬，而大部分年份沒有發生高溫；5 月的高溫多年累積天數為56 d，年平均為2.2 d，68 年中只有26 年出現過高溫，其中21 世紀以后的10 年高溫天數占多年累計天數的48.2%，說明5 月的高溫天數隨時間變化在增多。68 年來，最早出現高溫天氣是在1953 年4 月12 日，最晚是在2010 年9 月19 日；極端高溫最大值出現的年份為2017 年7 月27 日，達41.9 ℃。

表2 安康市高溫日月統計特征

3.1.3 高溫過程月統計特征 由表3 可以看出，68年間持續高溫過程基本發生在5—9 月，共計出現221 次，平均持續高溫過程時間為5.4 d；出現次數最多是7 月，其次是8 月，第三是6 月，第四是5 月和9月，但高溫平均持續時間表現為8 月＞7 月＞9 月＞6 月＞5 月；最早出現持續高溫過程是在1988 年5 月1—3日，最晚是在1999 年9 月5—11 日；持續高溫時間最長為16 d，分別是在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日出現。5—9 月均未出現持續高溫的年份有1954、1974 年和1998 年。

表3 安康市高溫過程月統計特征

3.1.4 酷熱天氣月統計特征 對41 年來安康市酷熱天氣進行了統計，由表4 可以看出，酷熱天氣發生在6—9 月。7 月酷熱天氣發生最多，年平均為6.6 d，累計占比達53.3%，大部分發生在7 月下旬，其中沒有出現酷熱天氣的年份包括1985、2004、2005、2007、2020 年，而在該月份累計超過10 d 的酷熱天氣 共 計8 年，包 括1988、1995、1999、2006、2009、2013、2017 年和2018 年，并且均屬于持續酷熱型；8月酷熱天數次之，年平均為4.9 d，累計占比為39.3%，其中沒有出現酷熱天氣的年份包括1980、1982、1983、1989、1991 年，而累計超過10 d 的酷熱天氣只有2020 年，且屬于持續酷熱型；9 月的酷熱天氣年平均為2.5 d，累計占比為3.4%，41 年來9 月只有1990、1995、1999、2002、2009 年和2010 年發生過酷熱天氣；6 月酷熱天數最少，年平均為1.6 d，累計占比僅為4.0%，但發生的年份數多于9 月；酷熱日出現最早是在1999 年6 月14 日，最晚是在2010 年9 月19 日。

表4 安康市酷熱天氣月統計特征

對比表1 可知，酷熱日數明顯少于高溫日數，且4、5 月無酷熱發生，但均有高溫天氣發生；酷熱日和高溫日均主要發生7、8 月，說明高溫日與酷熱日具有同期性，且酷熱日最晚結束時間與高溫日相同，均是2010 年9 月19 日。進一步分析酷熱日發生的最低溫度，發現1997 年8 月7 日溫度為32.9 ℃時就發生了酷熱，其悶熱指數為29.7，這說明酷熱日不一定就是高溫日，8.3%的酷熱日未伴隨高溫日出現。

3.2 安康市高溫特征指數的年際和年代變化特征

3.2.1 年際變化 68 年中，安康市年平均極端高溫為39 ℃，有16 年出現高溫≥40 ℃，共40 d，其中，2017 年高溫≥40 ℃的日數最多，達7 d，且該年出現了最大極值，達41.9 ℃。從圖1a 線性回歸趨勢線可以看出，安康市年極端高溫呈極弱下降趨勢，氣候傾向率為-0.029 ℃/10 年。從5 年滑動平均曲線可以看出，年極端高溫表現為4 個變化階段，1953—1973年5 年平均極端高溫處于平均值以上，1974—1993年其處于平均值以下，1994—2016 年其多與平均值接近或持平，2016—2020 年其又處于平均值以上，呈高-低-平-高的變化趨勢。

1953—2020 年安康市高溫總日數為1 699 d，年平均高溫日為25.0 d；高溫日出現最多的年份為2016年，達52 d，出現最少的年份為1987年，僅為4 d。從圖1b 可以看出，年高溫日數的變化幅度波動較大；從線性趨勢變化來看，高溫日數有不明顯的減少趨勢，且從5 年滑動平均來看，年高溫日數大致與年極端氣溫的年際變化相似，也分為4 個階段，即1953—1973、1974—1996、1997—2015、2016—2020 年，呈高-低-平-高的變化趨勢，特別是2016、2017 年和2018 年連續3 年持續高溫均在10 d 以上。

1953—2020 年安康市共發生221 次持續高溫過程，年平均發生持續高溫過程為3.3 次；持續高溫過程最多的年份是1953 年和2013 年，達8 次；未發生持續高溫的年份包括1954、1974、1987、1998 年和2005 年。持續高溫過程發生的年際變化趨勢如圖1c 所示，對比圖1a、圖1b 可以看出，其波動幅度和變化趨勢與極端氣溫、高溫日數的相似，基本也存在4個不同的階段。

1980—2020 年安康市共發生酷熱日數總計為448 d，年平均酷熱日數為10.9 d，平均悶熱指數為30.1；酷熱日出現最多的年份是1999、2013 年和2016 年，均為22 d，出現最少的年份為1982 年和2007 年，僅有1 d。41 年來安康市酷熱日數具有增加趨勢，且波動幅度較大；從5 年滑動平均來看，1980—1989 年的年酷熱日數大多在平均值以下，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-高的波動上升趨勢（圖1d）。

圖1 1953—2020 年安康市高溫特征指數的趨勢變化

3.2.2 年代變化 由表5 可以看出，安康市年極端高溫、高溫日數、持續高溫次數和酷熱日的年代變化趨勢具有一致性。20 世紀50 年代、60 年代、70—80年代，年極端高溫和年高溫日數均呈降低趨勢；20世紀90 年代以后二者又呈升高趨勢，雖然2000—2009 年出現略微降低的趨勢，但2010—2019 年二者又明顯升高，即呈高-低-高-略低-高的變化趨勢。從持續高溫的次數來看，20 世紀50—80 年代持續高溫次數有降低趨勢，20 世紀90 年代至21 世紀20 年代又不斷升高，即呈高-低-高的變化趨勢。從酷熱日的變化來看，自20 世紀80 年代至21 世紀20 年代呈低-高-略低-高的變化趨勢。

表5 安康市高溫特征指數的年代際變化

3.3 安康市高溫特征指數的突變特征

安康市高溫特征指數的突變指數特征如圖2 所示。可以看出，雖然年極端高溫的UF（k）和UB（k）曲線有交點，但2 條曲線均在顯著水平線之內，因此68 年來年極端高溫沒有發生突變（圖2a）；高溫日數的UF（k）曲線在1983 年處超過了顯著水平線以外，且UF（k）和UB（k）在2 條顯著水平線內有交點，為1962 年，因此1962 年為其開始突變時間（圖2b）；持續高溫過程次數的UF（k）在1983 年以后也超過了顯著水平線以外，但在顯著水平線之間不存在交點，因此，只能判斷其突變發生在1983 年之前（圖2c）；酷熱日數的UF（k）和UB（k）曲線變化較為復雜，存在多個交點，但UB（k）曲線在2003 年以后超過了顯著水平線之外，因此可以判斷酷熱日數發生過突變，且突變時間為2000 年，而其他時間雖然有交點，但未發生突變（圖2d）。

圖2 安康市年極端最高氣溫M-K 突變分析

4 討論

4.1 安康市的高溫特征變化與其特殊的地理特點的關系

安康市位于秦嶺以南，屬于北亞熱帶氣候，夏季盛行季風環流，與西安市明顯不同。雖然安康市的平均高溫日數（24.5 d）與西安市（22.95 d）差異不大，但其出現較多日數的月份是7、8 月，而西安市則是6、7 月，且安康市持續高溫過程時間最長在8 月，而西安市則出現在7 月［13］。這主要是由于受秦嶺山脈的阻擋，6 月控制西安市干熱型高溫天氣的西北氣流對安康市影響明顯減弱［12］，因此安康市6 月的高溫日數要比西安市少；而7、8 月安康市則受到濕潤型的西南氣流影響多，因此出現較多的高溫及酷熱天氣。然而，相對于秦嶺以北的西安市，安康市的氣候與西南重慶市、四川省更相似，這兩地的極端高溫與同區域性增暖有顯著正效應或有微弱的上升趨勢［14-16］；但是，安康市高溫特征指數的年際、年代變化并未體現出明顯的氣候變暖趨勢，僅酷熱日數41年來呈波動上升趨勢，而極端最高溫、高溫日數和持續高溫過程68 年來均呈波動下降趨勢；因此，從長時間系列來看，安康市氣候變暖趨勢反應較弱。同時，從5 年滑動平均和年代變化也可看出，安康市高溫特征指數應該存在明顯的周期變化。趙景波等［8］、王朋等［9］對安康市極端氣溫指數研究結果也表明其存在27 年或31 年左右的長周期。

4.2 安康市高溫特征指數的突變對人們的健康及生產生活的影響

68 年來安康市極端高溫存在波動和周期變化，但趨勢變化不明顯且不存在突變現象；而高溫日數、持續高溫過程次數及酷熱日數均出現了突變，特別是自1983 年以來突變區域比較明顯；氣候突變的發生往往伴隨著其他極端氣候事件的發生，如20 世紀80 年代到21 世紀初陜南發生干旱8 次［10］，且酷熱經常伴隨暴雨的發生，如1998、2000、2002、2003 年等都有特大暴雨的發生［17，18］。由極端高溫引起的干旱、洪澇等均會造成農作物損害、糧食產量銳減，嚴重影響該區人們的生產生活；同時，由于氣候極端事件的發生，也會帶來許多次生災害，如滑坡、泥石流、洪水、火災等。此外，近些年很多研究關注氣候變化對人類生存健康的影響，極端高溫、持續高溫、酷熱、熱浪等與人們中暑、死亡率、生理應激反應及較多疾病的發生有很大關系［2-4］。因此，隨著氣候變暖以及極端事件的多發，安康市在應對氣候變化及高溫等極端事件帶來的疾病方面還需要進一步深入研究。

5 小結

1）安康市極端高溫平均為39.0 ℃，最高達41.9 ℃；高溫日出現在4—9 月，年高溫日數為25 d，年持續高溫過程次數3.4 次，酷熱日數10.2 d，主要出現在7、8 月，高溫日出現的最早日期有延后的現象，持續高溫最長可達16 d，酷熱日數少于高溫日數，8.3%的酷熱日未伴隨高溫日出現；68 年來的高溫特征月份統計中出現了較多的特殊年份。

2）安康市極端高溫、高溫日數、年持續高溫及酷熱日數的年際和年代變化均表現出周期性；其中，極端高溫、高溫日數、持續高溫次數年代際變化均呈高-低-平-高的波動下降趨勢；而酷熱日數則呈低-高-略低-高的波動上升趨勢。

3）68 年間，安康市極端高溫未發生突變現象，而高溫日數、持續高溫和酷熱日數則有突變發生；其中，高溫日數自1962 年開始發生突變，持續高溫次數的突變在1983 年之前，酷熱日數在2000 年發生突變。