河北地区高温热浪时空特征及其对工业、交通的影响研究

张 可 慧，李 正 涛，刘 剑 锋，刘 芳 圆，白 洁

（1.河北省科学院地理科学研究所，河北 石家庄 050011;2.河北省科学院，河北 石家庄 050081;3.河北政法职业学院，河北 石家庄 050061）

河北地区高温热浪时空特征及其对工业、交通的影响研究

张 可 慧1，李 正 涛2，刘 剑 锋1，刘 芳 圆1，白 洁3

（1.河北省科学院地理科学研究所，河北 石家庄 050011;2.河北省科学院，河北 石家庄 050081;3.河北政法职业学院，河北 石家庄 050061）

高温热浪是我国大部分地方的灾害性天气，特别是近几年，高温强度有所增强，对人类生活和生产均有不同程度的影响。该文选取高温日数、高温热浪频次、极端高温等指标，对河北地区1956－2009年高温热浪的时空特征进行了分析。结果表明：河北地区高温热浪由北向南逐渐增强，形成以南宫为中心的高温热浪中南部中心;近20年高温热浪发展较快，重度热浪尤为活跃，且河北地区高温热浪多发生在6月、7月，8月较少。在此基础上讨论了高温热浪对城市供电供水、工业生产和交通的影响，并提出了该区工业、电力及社会综合应对高温热浪的对策。

高温热浪;时空特征;对策;工业;交通;供电供水

0 引言

自20世纪90年代以来，全球的极端高温事件频繁发生（IPCC，2007）［1］，呈现出强度大、频次高、范围广等特点;极端高温事件往往与特重干旱相伴而来，严重威胁人们的生命及能源、水资源和粮食安全等。高温引发的灾难甚至不亚于海啸、台风等突发性灾害。据统计，在美国所有因极端天气灾害引起的人员死亡中，极端高温位居首位。高温也是我国大部分地方的灾害性天气，特别是近几年，高温强度有所增强，对人类活动、健康和工农业生产均有不同程度的影响。随着全球气候变暖的进一步发展，河北地区的增温效应也很明显，近50年来，全区平均气温每10年上升0.36℃，而近10年升温幅度迅速加大，极端高温天气尤为突出［2］。

世界各地对高温热浪还没有统一的定义，如世界气象组织（WMO）建议日最高气温高于32℃，且持续3 d以上的天气过程为热浪;荷兰皇家气象研究所认为热浪为一段最高温度高于25℃持续5 d以上（其间至少有3 d高于30℃）的天气过程［3］;美国国家天气局、加拿大、以色列等国家气象部门都依据热指数（考虑了温度和相对湿度影响的综合指数）发布高温警报，具体标准是当白天热指数预计连续2 d有3 h超过40.5℃或者预计热指数在任一时间超过46.5℃，则发布高温警报［4］;德国科学家基于人体热量平衡模型制定了人体生理等效温度（PET），当PET超过41℃，热死亡率显著上升，这可用作热浪的监测预警指标［5，6］;中国气象局则规定日最高气温≥35℃为高温日，连续3 d以上的高温天气称为高温热浪。国内一些学者也据此对高温热浪的特征及影响进行了分析［7－11］，但主要集中于一些典型城市的特征研究或某一次过程的分析，对河北全区范围内高温热浪特征及其影响的研究鲜有报道。本研究采用中国气象局对高温热浪的定义展开相关研究。在河北地区均匀选取23个气象站，根据中国气象局国家气象信息中心提供的气象资料，分析1956－2009年高温热浪时空特征，了解其变化特点，以期更深入理解气候变化特征及规律。

1 河北地区高温热浪的时空分布特征

高温日数能较好地表征区域高温天气的发生情况，而热浪频次和极端高温又能很好的表征高温热浪天气的发生频次及强度，故本文选取上述指标对河北地区高温热浪的时空分布特征进行研究。

1.1 高温热浪的空间分布特征

1.1.1 高温日数的空间分布 根据各站1956—2009年日最高气温统计河北各地的高温日数（≥35℃），形成各站的高温日数序列，从而研究全区高温日数的时空变化规律。统计河北地区23个气象站1956—2009年平均高温日数，并采用ArcGIS软件进行空间分析，获得近50多年来河北地区年均高温日数的空间分布图（图1）。由图1可知，近50年河北地区年均高温日数由北向南逐渐增多，在蔚县、张家口、赤城、滦平、承德一线以北地区，年均高温日数均在3 d以下，东北部沿海的青龙、秦皇岛、乐亭和塘沽一带年均高温日数不到2 d;而石家庄、饶阳以南的中南部平原年均高温日数均超过15 d，其中南宫地区高达19.48 d，形成该区的高值中心。

河北地区地处暖温带半湿润半干旱大陆季风气候区，受西北部太行山对冷空气屏障的影响，冬寒夏热，高温天气出现较早，夏季季内高温的变化规律存在一定的差异。河北地区6月、7月和8月高温日数的空间分布形式基本相似，与年均高温日数的空间形态相似，均为从北向南逐渐增多，而高温日数主要集中在6月和7月，8月较少，且大多数地区6月高温日数较7月多：如南宫1956－2009年6月平均高温日数为8.85 d，7月为6.54 d，8月只有1.71 d;保定6月平均高温日数为6.56 d，7月为5.06 d，8月只有0.81 d;承德6月平均高温日数为1.72 d，7月为1.54 d，8月只有0.5 d等。

图1 1956—2009年河北地区年均高温日数的空间分布Fig.1 The spatial feature of average annual high temperature days from 1956 to 2009 in Hebei

根据高温热浪的持续时间长短，将其分为3个等级强度，即轻度热浪持续时间为3 d，中度热浪持续时间为4 d，重度热浪持续时间为5 d及5 d以上。综合而言，河北地区各等级高温热浪过程分布特征与总高温热浪空间分布类似，均为由北向南逐渐增多;各地区以轻度热浪居多，中南部平原的南宫、邢台均达1次/a以上，廊坊、饶阳、石家庄、保定也都在0.8～1.0次/a;中度热浪和重度热浪的发生频次相近，均在中南部平原南宫和石家庄附近形成高值中心，而重度热浪高值中心区域较中度热浪的年频次略高。

1.1.2 强高温日数的空间分布 将日最高温度≥40℃的高温日称为强高温日，河北地区的强高温主要出现在中南部平原，1956－2009年北京以南地区一般在10 d以上，如廊坊为14 d、沧州为11 d、保定为19 d、黄骅为13 d等;河北南部大部分地区强高温日数达20 d以上，如石家庄达32 d、饶阳达20 d、南宫达49 d、邢台达25 d;北京以北地区很少出现强高温天气。

1.1.3 热浪频次的空间分布 河北地区高温热浪过程有明显的地域性。1956－2009年河北地区高温热浪的年发生频次呈由北向南逐渐增多的趋势（图2），其分布规律性较强，沿黄骅、沧州、固安、满城、行唐一线以南平均高温热浪过程均超过1年1遇;在南宫附近形成高温热浪发生频次的高值中心，平均每年可达2.39次;中南部平原的其他地区高温热浪频次也超过了1.5次/a，如保定为1.65次/a、饶阳为1.74次/a、石家庄为1.59次/a、邢台为1.8次/a等。

图2 1956－2009年河北地区高温热浪年均发生频次Fig.2 The spatial feature of average annual frequency of high-temperature and heatwaves from 1956 to 2009 in Hebei

1.1.4 极端高温的空间分布 1）分析1956－2009年河北地区逐年夏季日最高气温的平均值，可进一步了解其夏季高温强度的时空变化规律。全区夏季日最高气温的平均值由北向南逐渐增高，沿石家庄、保定、廊坊、天津、沧州一线以南其值均大于31℃，南宫是高值中心，达31.87℃。2）统计分析1956－2009年河北地区的年均极端高温（图3）可知，其空间分布由北向南逐渐增高，中部地区较山区和沿海地区极端气温相对高，中南部平原大部分地区平均极端高温大于38℃，石家庄、饶阳以南地区平均极端高温大于39℃，如石家庄为39.27℃、南宫为39.69℃、邢台为39.34℃等，且年内极端高温多出现在6月。

图3 1956—2009年河北地区年极端高温平均值Fig.3 The spatial feature of average annual extreme high temperature from 1956 to 2009 in Hebei

1.2 高温热浪的时间变化特征

1.2.1 高温日数的时间变化规律 由全区23个站点的高温日数据求取全区的平均高温日数序列，并对全区高温日数的时间变化特征进行分析。由图4中全区年及夏季季内高温日数变化曲线可知，1956－2009年年和各月高温日数呈增多的趋势，其中年高温日数约以每10年0.3 d的速率增加;1965－1972年和1997年至今两个时段年高温日数较多，1956－1964年次之，而1973－1996年高温日数相对较少，且波动较平缓;1965年、1968年、1972年、1997年、1999－2002年、2005年和2009年均为高温日数的峰值年，而大部分低值年出现在1973－1991年。6月、7月与年高温日数的变化有部分差异，8月高温日数较少，其变化差异较大。

1.2.2 高温热浪的时间变化规律 统计河北地区23个站点的高温热浪过程，结果表明（图5），1956－2009年河北地区高温热浪呈波动上升的趋势，高温热浪过程出现较多的是20世纪60年代中后期至70年代初和90年代末至今，其中1965年、1968年、1972年、1997年以及1999－2002年高温热浪频次较高，高温热浪天气较突出;而70年代初到90年代中后期，高温热浪过程较少。重度热浪天气与总的热浪天气的时间演变特征相似，但在90年代后期至今表现得更为活跃。通过求近50年来河北地区不同年代的高温热浪发生频次的距平百分比分析该区高温热浪的年代际演变特征，由图6可知，河北地区高温热浪发生频次最多的是60年代、90年代和2000年代，而重度热浪在90年代和2000年代发生较多，最为活跃。

图4 河北地区年及夏季季内高温日数变化趋势Fig.4 The temporal features of high temperature days in Hebei

高温热浪过程的持续时间差别也很大，但多数地区持续时间最长的高温热浪均发生在20世纪末到21世纪初：如石家庄持续时间最长（15 d）的一次高温热浪发生在2009年;南宫持续时间最长（13 d）的一次高温热浪发生在1972年;黄骅、沧州、饶阳、唐山、遵化、怀来、张家口等持续时间最长的一次高温热浪过程均发生在1997年，持续时间分别为8 d、11 d、8 d、5 d、8 d、8 d、7 d;而保定、霸州持续时间最长的一次高温热浪均发生在1999年，持续时间分别为10 d、11 d等。由此从全区高温热浪持续时间上分析，近20年高温热浪在加强。

图5 河北地区高温热浪过程的时间变化趋势Fig.5 The temporal features of frequency of high-temperature and heatwaves in Hebei

1.2.3 极端高温的时间变化特征 1）分析1956—2009年全区夏季平均日最高气温的逐年变化（图7）可知，近50多年来，河北地区夏季平均日最高气温呈升高趋势，在20世纪60－70年代初以及90年代中后期到21世纪初是两个高温高值期，而80年代中后期到90年代初是高温的低值期。这与高温日数的变化特征基本相近。2）年极端高温的时间变化趋势分析可知，河北中北部、中南部平原西部年极端高温均呈升高趋势，只有东部沿海的部分地区和中南部平原东部地区呈现年极端高温降低的趋势;年极端高温升高区域中以东部地区升温较快，其中围场达0.59℃/10 a、丰宁达0.44℃/10 a等;而大部分增温地区温度增幅在0.1～0.3℃/10 a;年极端高温降低的区域以南宫地区降幅最大，达0.35℃/10 a。

图7 河北地区夏季平均日最高气温变化趋势Fig.7 The temporal features of extreme high temperature in summer in Hebei

图6 河北地区高温热浪过程的年代际变化特征Fig.6 The decadal temporal features of frequency of high-temperature and heatwaves in Hebei

2 高温热浪对工业及交通的影响

近20年来，河北地区高温热浪逐渐加强，特别是重度热浪尤其活跃;河北地区中南部城市高温热浪的极端值已不亚于传统的“火炉城市”［10］，其极端高温天气的发生势必会影响该区的城市用电用水、工业发展及交通，对该区可能的影响讨论如下。

2.1 对城市供电、供水的影响

气温是影响电力系统负荷的重要因素之一。赵德映等［12］研究了武汉气温与用电负荷的数学关系，得出了气温在30～35℃时用电负荷增长缓慢、气温在35～38℃时用电负荷有较大程度增幅的结论;王治华等［13，14］也证明夏季高温与城市用电量存在着很好的正相关关系。夏季高温期间，许多家庭、办公场所普遍开启空调、风扇、加湿器等设备，引起高温季节耗电量剧增;而电力负荷的增加又造成过多的人为热量向城市空气中释放，加剧了城市的热岛强度，反而需要更多的电力用来降温，导致电力供应紧张。

2010年由于夏季高温热浪的影响，河北地区南部6市7月27－29日连续3次限电，7月27日河北南部电网最大负荷创新高，达2 238.5万k W，比2009年最大负荷增加13.3%;29日河北南部电网最大负荷再创新高，达2 294.7万k W，比2009年最大负荷增加16.1%，创本年度第8次用电新高，已经超出了全网最大电力供应能力（2 220万k W左右）。石家庄7月2－6日连续5 d出现了37℃以上的高温，分 别 达 到 37℃、39.7℃、39.9℃、40.5℃ 和41.8℃，而且7月6日是石家庄自1955年有气象记录以来同日最热的一天;7月24—31日河北又出现大范围高温闷热天气，29日石家庄最高气温达38.2℃，最低温度达27.7℃。石家庄市的城市用电也屡屡创下历史新高，7月27日，石家庄用电负荷达573.5万k W，比2009年最大负荷增长15.39%;7月29日，石家庄用电负荷达582.1万k W，比2009年最大负荷增长17.12%;本年度第9次刷新纪录。在用电高峰期，电力故障频繁发生，据石家庄电业局统计，7月27日接到故障报修182起;28日接到咨询电话4 246个，故障报修264起;29日截至20时，接到故障报修172起。

夏季高温期间工农业生产、居民生活用水急剧增长，加之每天给道路洒水降温等，加大了供水负担。通过对石家庄市某一生活小区2010年6—8月逐日用水量的观测可知，日最高温度高于35℃的高温日比低于35℃的日平均用水量增加7%。

2.2 对工业的影响

在高温环境下，一些机电设备一旦超过极限安全温度将被迫停机冷却，造成停工停产;在持续高温的炎热日子，对水泥预制片、混凝土施工（易升温）的凝合和保养极为不利，会影响施工质量，增强施工劳动强度，从而延长施工时间。当气温≥38℃时，就需停止室外施工作业，影响正常的施工进度，造成很大损失。夏季高温对化工行业带来的损失也很大。化肥、盐碱等化工生产的适宜温度为25℃左右，当气温≥35℃时对脱硫、碳化、合成、压缩等生产工序有严重影响。此外，高温对食品加工业也非常不利。当气温高于30℃时，易挥发性食品既难于生产又难于保存，其保存期随着气温的升高而缩短。高温热浪影响工业生产还表现在高温影响劳动生产率。在温度高、气压低的湿热天气，人的情绪会有强烈波动，劳动效率降低。美国伊利诺斯大学调查显示，当气温在20℃时劳动效率最高，随着气温升高劳动效率急剧下降，35℃时劳动效率只有最高效率的75%，41℃时只有最高效率的50%。

2.3 对交通的影响

高温热浪对交通运输有着明显的影响。连日遭高温热浪侵袭，能源需求量暴增可能造成空中和路面交通陷入混乱，容易发生汽车自燃事件，高温天气时交通事故会增加4.1%～43.3%［15］;高温对飞行安全和航空运输均有很大的影响，气温的变化对飞机发动机运作、实际空速、最大起飞重量、升限及最大平飞速度等许多性能指标有影响;会使商业与民用电需求升高，可能导致供应机场电力的主要电缆线出现问题，机场因电力中断关闭，旅客受困;使地铁也因电力中断，主要路线停止运行。

3 工业、电力及社会综合应对高温热浪的对策

（1）建立高温热浪应急体系。1）加强高温热浪的预测和预警发布，特别是河北中南部地区应作为重点防御区，6月、7月应作为重点防御时段。2）建立高温热浪监测、评估和报告制度。3）建立统一指挥系统和相关部门的协同应急预案;加强高温热浪的立法工作;搞好城市规划与建设布局，增加城市绿化，减缓城市热岛效应;减少人为散热，开发利用清洁新能源。

（2）城市居民从己做起，人人节约一度电、一滴水。石家庄市2010年入夏以来，空调制冷负荷不断增大，进入6月下旬以后，河北南网每天供电量中有15%被单位、居民的空调消耗。所以，应提高公众对节电、健康用电的认识，空调温度最好不低于26℃。

（3）采取有效的经济杠杆，改变“限电令”不起作用的现状。面对高温导致的用电量激增，河北省电力公司的限电数量不断攀升，限电方案也从三级递升至一级，致使2010年7月29日、30日河北南部6市限电达100万k W，达到近两年最高限电值。但石家庄近200家限电企业中，除一些县域小企业外，一些大企业未真正执行“限电令”。究其原因，目前河北没有季节性电价政策，价格杠杆的作用微乎其微，且对不执行限电的企业无法强行拉闸限电。根据上述情况，针对河北高温热浪较重的城市应采取行之有效的经济手段压缩高耗能、高排放、产能过剩行业的电力需要;企业应提升行业能源管理水平，积极加快产业结构调整，改变过分消耗能源和资源生产初级产品、低端产品的格局，积极发展新能源、高效节能产业等。

（4）高温作业部门，合理调节作业时间，避开用电高峰期。电力部门应制定电网薄弱环节的联动处置调度方案，组织相关供电公司重点编制该地区薄弱断面事故拉闸限电序位表，并增加拉闸容量，下发相关地调、集控中心、变电站学习理解并做好各自事故处理预案，组织调度机构联合反事故演练。同时加强重载线路特巡工作;指导地区完善电网运行方式，供电公司做好保护整定计算，优化运行方式。

（5）发挥政府职能，建立多部门协调的应对机制。针对高温热浪的特征与发生高温热浪后的社会需求，各级政府部门要建立协同机制，形成相关部门协调配合的应对机制。如高温天气与高温热浪的预测预报是应对高温热浪的基础，气象部门要加强预测预报，广播、电视、报纸、网络等媒体要及时发布消息，让群众提前做好防范;医院、社区服务做好充足准备，应对因高温热浪致病和病情加重的情况;劳动保障部门要对户外作业和高温作业的场所进行检查，调整作业时间，采取保护措施;供电、供水部门要提前维护设施，保证用电用水高峰的供应安全等。

（6）建设宜居城市、改善居住环境。减少高温热浪与高温天气的发生是应对高温热浪的最有效措施，因此，除制定必要的应对高温热浪的措施外，缓解高温热浪的影响要从城市建设、改善生态环境方面建立长效机制，要在建设宜居城市、改善居住环境方面制定具体措施。在城市建设、城市环境改善的同时，要加强城市生态屏障的建设，改善整个区域的生态环境，才有可能减缓高温热浪的发生。

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Temporal-Spatial Feature Analysis on the High-Temperature and Heatwaves in Hebei and Its Influence on Industry and Transportation

ZHANG Ke－hui1，LI Zheng－tao2，LIU Jian－feng1，LIU Fang－yuan1，BAI Jie3
（1.HebeiInstituteofGeographicalSciences，HebeiAcademyofSciences，Shijiazhuang050011;2.HebeiAcademyofSciences，Shijiazhuang050081;3.HebeiPolytechnicCollegeofPoliticalScienceandLaw，Shijiazhuang050061，China）

The high-temperature and heatwaves is one kind of the main disastrous weather in many regions in China，especially in recent years，the high-temperature and heatwaves is increasing，which influence the industry，agriculture and daily life in different degree.In this paper，the indexes of high temperature days，frequency of high-temperature and heatwaves，extreme high temperature were chose to analyze the temporal-spatial features of high-temperature and heatwaves in Hebei from 1956 to 2009.The results showed that the high-temperature and heatwaves was strengthening from North Hebei to South Hebei;in terms of the variation trend of number of days with high temperature and the extremely maximum high temperature and frequency of hightemperature and heatwaves each year，the development of high-temperature and heatwaves was severe during the past 54 years;in terms of the distribution within the season，the phenomenon of high-temperature heatwaves happened most frequently in June and July.And the influence of the high-temperature and heatwaves on water and power supply，industry and transportation in cities was discussed and the corresponding countermeasures were put forward.

high-temperature and heatwaves;temporal-spatial features;countermeasures;industry;transportation;water and power supply

P463

A

1672－0504（2011）06－0090－06

2011－08- 18;

2011－10－20

河北省科学院科技计划项目（10115、09927、07108）;河北省科技厅计划项目（09276722）

张可慧（1973－），女，高级工程师，主要研究方向为国土遥感与气候环境。E－mail：zhkhui2002＠yahoo.com.cn