近50年河北省樂亭縣高溫日數統計及其環流特征分析

郭義濤，楚 甜

河北雄安新區氣象局，河北雄安 071700

0 引言

高溫天氣是夏季常見的災害性天氣。持續高溫天氣過程會影響人體健康，更會引發農業干旱，影響農作物產量[1]。在全球變暖的氣候背景下，極端天氣發生的地域范圍更廣，頻次更高，極端性更強[2]，災害性天氣事件的發生頻率與強度均具有較大的年際變化特征[3]。河北省樂亭縣地區農業生產較為發達，是內陸地區重點發展設施農業，為冀東地區重要的果菜生產基地，夏季高溫天氣對設施農業生產影響較大。分析歷史高溫天氣發生發展趨勢可以更好地了解本地區氣候背景及與候變化趨勢，為農業氣象防災減災和氣候分析提供有價值的參考資料。

1 資料與方法

采用樂亭國家基本氣象站1966—2015年經質控后的逐日、逐月、逐年的地面氣象觀測資料和NCEP/NCAR 2.5°×2.5°再分析資料。臺站地面觀測資料用于高溫日數篩選和相關統計特征分析，NCEP再分析資料用于環流形勢分析。

根據中國氣象局觀測和預報業務規定，將日最高氣溫≥35℃定義為一個高溫日。將35℃～37℃（不含）劃分為一般高溫日、37℃～39℃（不含）劃分為強高溫日、39℃及以上劃分為極端高溫日。

2 結果與分析

2.1 高溫日數的統計特征

對1966—2015年的資料進行篩選分析，1966—2015年共出現高溫日68 d，年均1.4 d。如圖1所示，其中，1968年高溫日數最多，達11 d，其中，6月3 d、7月7 d、8月1 d；2000年次之，出 現10 d，其 中，6月4 d、7月6 d。近50年中，共有26年未出現日最高氣溫≥35℃情況，占比52%，其中，1989—1996年連續8年未出現日最高氣溫≥35℃的高溫天氣[4]。

圖1 1966—2015年的逐年高溫日數及年最高氣溫

在68個高溫日中（表1），最高溫度平均為36℃，極端最高溫度為38.7℃，出現在2002和2010年的7月，共有3年年最高氣溫超過38℃，分別出現在2002、2010、2015年，均出現在7月，無39℃以上高溫日。可見極端高溫均出現在7月，且均在2000年以后。

表1 1966—2015高溫日及最高氣溫的相關統計特征

近50年中，最長連續高溫日數為4 d，連續高溫過程集中在7月，分別出 現 在1968年7月23—26日、2010年7月3—6日，2010年連續高溫過程最高氣溫為1966—2015年的高溫極值。37℃（含）以上高溫日共出現14 d，占比20.6%,35.0℃～36.9℃之間高溫日共出現54 d，占比79.4%，無39℃以上高溫日，樂亭地區近8成高溫日最高氣溫低于37℃，為一般高溫日，樂亭地區整體高溫強度一般。高溫日最早出現日期為6月3日，分別出現在1982和2001年，最晚出現日期為2013年8月17日。

從高溫日的月份分布來看（圖2），高溫日全部出現在夏季，即6—8月，其中，7月出現最多，共41 d，占比60%，平均最高溫度36.1℃；6月出現22 d，占比32%，平均最高溫度36.0℃；8月份出現5 d，占比8%，平均最高溫度35.7℃。從月份分布上來看，高溫主要集中在7月，但各月份之間平均高溫值比較接近，無明顯差異。

圖2 1966—2015年高溫日數的月份分布

經線性趨勢分析表明，近50年的高溫日數無明顯線性趨勢變化。對高溫日數的5年滑動平均值進行二次多項式擬合后發現（圖3），從1970—1986年期間高溫日數逐漸下降，1986—1998年間高溫日數達到谷底，1999—2015年高溫滑動平均日數呈上升趨勢。

圖3 1966—2015高溫日數5年滑動平均及其二次多項式擬合曲線

對近50年的高溫日數采用Morlet小波分析后，可看出高溫日數存在明顯的準周期變化（圖4）。在1966—1975年間，存在特征時間尺度為5年的周期變化；1966—1995年間特征時間尺度為15年左右的周期變化規律也比較明顯，最為顯著的周期變化規律出現1995—2010年間，其特征時間尺度為10～15年。此外，在2005—2015年還存在一個5年周期變化規律。高溫日數的波動周期主要為5年和10～15年。

圖4 1966—2015年的逐年高溫日數小波變換實部

2.2 高溫天氣的環流特征

逐個分析高溫日出現當日08:00時500 hPa形勢場、850 hPa風場和溫度場特征后發現，高溫形勢主要由500 hPa形勢場決定（圖5）。根據500 hPa形勢場將68個高溫日形勢場歸納劃分為3個類型，分別為槽后下沉型、高壓脊型和副高型[5]。

槽后下沉型（圖5a）的主要特征為：中高緯500 hPa形勢場上，貝加爾湖地區有一高壓脊，低槽位于東北地區東部，總體形勢為“西高東低”，樂亭地區受脊前槽后的西北氣流控制，盛行下沉氣流。850 hPa高溫中心位于內蒙古西部至河北西部地區，高溫中心溫度超過20℃，850 hPa風場為偏西至西北氣流，在樂亭地區850 hPa高度上有弱的暖平流，在下沉氣流增溫效應及暖平流共同作用下出現高溫天氣[6]。

高壓脊型（圖5b）主要特征為：中高緯500 hPa形勢場表現為“兩槽一脊”，阿爾泰山脈和日本海地區為低槽，我國華北至東北東部為高壓脊，樂亭地區受高壓脊控制。850 hPa高溫中心從內蒙古西部延伸至東北南部地區，高溫中心溫度超過20℃。850 hPa風場上對應的風速較弱，對流層中層風場也較弱，溫度平流的作用不明顯。在輻射增溫和下沉氣流共同作用下樂亭地區出現高溫天氣[7]。

副高型（圖5c）與高壓脊型類似，中高緯500 hPa形勢場也表現為“兩槽一脊”，低槽分別位于新疆北部和日本海上空，副熱帶高壓脊線已越過30°N，在華北和東北西部地區形成大陸高壓脊，我國中東部大部分地區被副熱帶高壓控制。850 hPa高溫中心位于內蒙古中部地區，高溫中心最高溫度超過24℃。850 hPa風場上主要表現為西南風，溫度平流作用不明顯。樂亭地區受副熱帶高壓控制產生的下沉氣流影響，產生高溫天氣。

圖5 高溫天氣500 hPa位勢高度場（等值線，單位：10gpm）、850 hPa風場（風羽）及850 hPa溫度場（虛線，單位：℃）（黑色方框為樂亭地區）

在68次高溫過程中，槽后下沉型共出現28次，占比41%，高壓脊型出現26次，占比38%，副高型出現14次，占比21%。分類型和月份來看，槽后下沉型僅出現在6、7月，7月最為集中，共出現20次，槽后下沉型最早出現在6月第一候，最晚出現在7月第6候。高壓脊型6、7、8月均有出現，6月最為集中，共出現14次，高壓脊型最早出現在6月第一候，最晚出現在8月第3候。副高型僅出現7月和8月，7月最為集中，共出現10次，副高型最早出現在7月第3候，最晚出現在8月第4候[8]。

3 結論

通過對1966—2015年氣象資料的篩選，樂亭地區共出現68個高溫日，平均出現頻次為1.4次/年，高溫日年份分布不均勻，最多出現11 d，1989—1996年連續8年未出現高溫天氣。樂亭地區高溫強度較弱，近8成高溫日數最高氣溫低于37℃，為一般高溫日。此外，高溫出現的月份較為集中，均出現在6～8月。超過38℃高溫過程均出現在2000年之后7月中。

近50年的高溫日數無明顯的線性變化趨勢，1986—1998年在高溫日數5年滑動平均的二次擬合趨勢中表現為谷底，此后呈上升趨勢。此外，近50年的高溫日數存在著準5年和10～15年的周期性變化。

對逐次高溫天氣過程500 hPa位勢高度場、850 hPa風場和溫度場進行分析后，將產生高溫天氣過程的天氣形勢分為3個類型，分別槽后下沉型、高壓脊型和副高型，其中槽后下沉型出現頻次最多，為產生高溫天氣過程的主要環流類型。