1971－2010年河南省夏季高温日数的变化趋势分析*

姬兴杰，朱业玉，顾万龙，潘 攀，竹磊磊

(河南省气候中心，河南郑州450003)

1971－2010年河南省夏季高温日数的变化趋势分析*

姬兴杰，朱业玉，顾万龙，潘 攀，竹磊磊

(河南省气候中心，河南郑州450003)

基于河南省109个气象站1971－2010年夏季(6－8月)逐日最高气温和平均气温资料，采用气候统计学分析方法，分析了近40年河南省夏季≥35℃、≥38℃和≥40℃高温日数的时空特征及可能的变化趋势。结果表明:1971－2010年河南省夏季3个等级高温日数在空间上呈现出豫西北高海拔和豫东南低海拔地区较多，其它地区较少的分布特征，高值中心位于豫西地区的偃师附近，在时间上无显著的线性变化趋势，但是在年代间呈现出“多－少－多”的变化特征，最近10年夏季高温日数最多;从各台站趋势变化的空间分布看，豫西北海拔较高地区台站呈增加趋势的较多，豫东和豫西南台站呈减少趋势的较多。夏季平均气温和≥35℃(r=0.58，n=4 360)、≥38℃(r=0.39，n=4 360)以及≥40℃(r=0.27，n=4 360)高温日数均呈显著正相关。在全球气候变暖背景下，未来河南省高温日数将可能进一步增加，特别是≥35℃的高温日数。

高温日数;变化趋势;河南省

近100年来，全球气候正经历着一次以变暖为主要特征的显著变化［1］，而中国的升温幅度要略高于全球同期平均值［2］。在全球气候变暖背景下，与气温有关的极端天气事件发生频繁，并在未来呈现出增加的趋势［3－4］。极端最高气温作为极端气候事件的一种，近年来不少学者对高温日数的时间变化趋势和空间分布进行了分析研究。苗爱梅等［5］利用1958－2008年山西109站的最高气温资料，研究了山西省高温日的时空分布及变化趋势;常军等［6］利用经验正交函数分析了河南省夏季≥35℃高温日数的时空特征，并分析了典型高温下的环流型;张书娟等［7］借助ArcGIS地统计分析和栅格重分类工具开展华东地区高温灾害危险性评估与分区研究;对于趋势变化，Gruaz等［8］研究指出俄罗斯的极端高温天数随时间增加呈显著增加;马柱国等［9］认为在中国北方在1990年代之前，绝大多数地区年际间最高温度发生的频率没有显著变化趋势，但近10年来却有明显的增加趋势;从整体上看，中国≥35℃高温日数呈微弱的下降趋势，在华东高温日数呈下降，而华北地区趋于增多［10－11］; 高荣等［12］研究认为 1956 －2006 年我国高温日数呈现“增加－减少－增加”的特征，华北地区在1980年代末开始增加;龚道溢等［13］研究指出华北农牧交错带夏季异常高温事件的频次自1997年以来增加显著;施洪波等［14］研究认为1960－2008年京津冀夏季高温日数在时间上呈现出“多－少－多”的年代际变化特征;范碧航等［15］以长春市为例对城市高温灾害性天气进行了研究。以上研究多是针对≥35 ℃ 高温日数［6－7，10－15］，而涉及≥38℃和≥40℃的高温日数的研究相对较少［5］。河南省地处中国中东部内陆地区，受地理位置、地形和东亚季风的共同影响，有着大陆性气候的鲜明特色，具有四季气候明显各异、气候类型复杂多样、气象灾害频繁等特点。本文以河南省109个气象台站逐日最高气温资料为基础，对1971－2010年河南省不同夏季高温日数的时空特征及变化趋势进行分析，以期为河南省防灾减灾以及高温气象灾害风险区域划分提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究资料本文所用资料来源于河

南省气候中心，包括逐日平均气温和最高气温，时间序列为1971－2010年，站点数共109个，站点分布均匀，覆盖整个河南省。

1.2 研究方法

我国将日最高气温≥35℃、≥38℃和≥40℃的高温日分别定义为高温、危害性高温和强危害性高温日，本研究据此分别计算3个等级的各站逐年夏季高温日数，并采用统计分析方法，求取各站逐年夏季日最高气温的标准差。文中取1971－2010年平均作为气候值。

采用气候倾向率来表征各指标的趋势变化［16］，气候倾向率利用一元线性回归方程y=a+bt求得，其中，t为年份(t=1，2，…，n年，记1971年为1年)，a为回归常数，b为随时间的变化量，其正负分别表示增加和减少，以b的10倍作为各指标的气候倾向率。在分析河南省各指标的总体变化趋势时，把不同站点相同年份的各指标进行简单算术平均得到河南省在这一年的平均值，然后进行时间变化趋势的回归分析，并进行显著性检验，概率水平为P＜0.05和P＜0.01，分别表示达到显著水平和极显著水平。区域分布特征分析主要基于ArcGIS的空间分析功能进行。

2 结果与分析

2.1 河南省极端最高气温和夏季高温日数的空间分布

从1971－2010年河南省极端最高气温的空间分布可以看出(图1)，近40年河南省日最高气温极大值中心有2个，一个位于平顶山的郏县站，近40年日最高气温极大值为43.7℃，为1972年6月11日，一个位于焦作站，近40年气温最高达43.5℃，为2009年6月25日，从区域上看，极大值高于43℃的站点主要分布在焦作和平顶山地区。除河南省南部信阳地区日最高气温极大值多介于38.7－40.0℃外，其他大部分地区极端最高气温高于40℃，其中33°N以北地区达41℃以上。

近40年河南省夏季≥35℃、≥38℃和≥40℃高温日数呈现出豫西北高海拔地区和豫东南低海拔地区较多的分布特点(图1)，33°N以北地区多年平均的高温日数较多，分别在10.0 d、0.5 d和0.1 d以上，最高值分别为21.2 d、4.3 d和0.7 d，而南部信阳地区的高温日数较少，多在10.0 d、0.5 d和0.1 d以下，最低值分别为7.6 d、0.2 d和0 d。≥35℃、≥38℃和≥40℃高温日数多年平均高温日数的高值中心均位于豫西地区的偃师附近，高温日数最多，多年平均分别为21.2 d、4.3 d和0.7 d，其中，≥35℃高温日数其次为三门峡的灵宝站，有18.2 d，与偃师同属洛阳地区的伊川站有18.0 d;≥38℃高温日数其次为沁阳站，有3.3 d，与沁阳同属焦作地区的孟州站有3.2 d;≥40℃高温日数其次为孟州和济源站，均有0.6 d。

图1 河南省1971－2010年极端最高气温和夏季高温日数的空间分布(d)

2.2 河南省夏季高温日数的变化趋势

图2所示为1971－2010年河南省平均夏季≥35℃、≥38℃和≥40℃高温日数的逐年变化。可以看到，河南省夏季≥35℃高温日数在1978年最多，为23.6 d，2002年夏季高温日数也达到23.2 d，2008年夏季高温日数最少，仅4.5 d;河南省夏季≥38℃高温日数在1978年最多，为4.7 d，2005年夏季高温日数也达到4.1 d，1983年夏季高温日数最少为0 d;河南省夏季≥40℃高温日数在1978年最多，为1.2 d，2005年夏季高温日数也达到1.0 d，超过一半的年份夏季高温日数为0 d。从长期变化看，近40年河南省夏季3个等级高温日数均呈微弱的线性增加趋势，趋势值为0.07 d/10 a、0.03 d/10 a和0.02 d/10 a，但均没有通过显著性检验，这与近40年河南省夏季平均气温微弱的上升趋势比较一致(图3)。从高温日数的时间序列还可以看到，河南省夏季≥35℃、≥38℃和≥40℃高温日数均表现出“多－少－多”的年代际变化特征。河南省最近10年夏季高温日数最多，1980年代次之，其后为1990年代，2000年代夏季高温日数最少，最近10年比1980年代夏季高温日数略多(图2)。

从河南省各台站夏季≥35℃高温日数变化趋势的空间分布看(图4)，≥35℃高温日数呈增加趋势的台站主要分布在34°N以北地区以及信阳大部分地区，其中在洛阳伊川、焦作沁阳、安阳林州和信阳商城站增加的趋势显著，均超过1.9 d/10 a;在豫西南南阳盆地夏季高温日数主要呈减少趋势，但仅有内乡站的减少趋势显著，其趋势值为2.0 d/10 a。

从河南省各台站夏季≥38℃高温日数变化趋势的空间分布看(图4)，≥38℃高温日数呈增加趋势的台站主要分布在34°N以北地区，其中在洛阳伊川和安阳站增加的趋势显著，分别为1.1 d/10 a和0.5 d/10 a;在豫西南南阳盆地夏季高温日数主要呈减少趋势，但仅有唐河和邓州站的减少趋势明显，其趋势值均为1.8 d/10 a，另外在洛宁站夏季高温日数也呈显著减少，其趋势为1.5 d/10 a。

从河南省各台站夏季≥40℃高温日数变化趋势的空间分布看(图4)，≥40℃高温日数呈增加趋势的台站主要分布在豫北和豫西北海拔较高的地区，其中在安阳、林州、济源、洛阳伊川和宜阳站增加的趋势显著，均超过0.2 d/10 a;在豫西南南阳盆地、豫东和豫南大部分地区夏季高温日数主要呈减少趋势，但仅有杞县站和宁陵站的减少趋势较为明显，其趋势值为0.1 d/10 a。

图2 1971－2010年河南省夏季3个等级高温日数的变化趋势

图3 1971－2010年河南省夏季平均气温的变化趋势(虚线为趋势线(下同))

从总体上看，河南省109个台站中夏季≥35℃、≥38℃和≥40℃高温日数的线性变化趋势达到了P＜0.05的显著性水平的台站分别为5个、5个和9个。

图4 1971－2010年河南省各气象站夏季高温日数的变化趋势

为定量分析夏季平均温度对6－8月高温天气发生次数的影响，本研究分析了夏季平均气温和高温日数的相关关系(图5)。由图5可以明显看出，不断增加的夏季平均气温对于≥35℃(r=0.58，n=4 360)、≥38℃(r=0.39，n=4 360)和≥40℃(r=0.27，n=4 360)高温的发生次数有显著的影响作用，3个等级高温次数与夏季平均温度的回归系数分别为5.31、1.04和0.20。因此，夏季平均气温每增加1℃，对于≥35℃、≥38℃和≥40℃的高温天数将分别增加5.3 d、1.0 d和0.2 d，≥35℃高温日数增加最多(图5)。

图5 河南省夏季平均气温和高温日数的相关性分析

上述分析表明，夏季平均气温的升高将引起3个等级一定数量高温日数的显著增加，这与吴荣军等［17］的研究结果较为一致，然而，有研究认为气温的波动和极端气温的变化是由于气温平均值和方差变化间的交互作用造成的，当平均气温升高，而标准差未变化，新的高温纪录将会出现，相反地，将会出现极端高温的发生概率和极端气温值增加的情况;当平均值和标准差均呈现增加，将会使得高温事件频发和极端气温更高［17］。

本研究对河南省夏季日最高气温每年标准差的时间序列进行了分析(图6)，分析发现，日最高气温标准差随年份的线性回归系数为正，反映出了标准差随年份的变化有增加的趋势，尽管该值较小并且未通过显著性检验，但这与高温日数的时间变化趋势较为一致，另外，在年代间表现出最近10年夏季日最高气温标准差最大，1980年代次之，其后为1990年代，2000年代夏季高温日数最少，最近10年比1980年代略多，这与高温日数在不同年代间的分布较为一致。因此，由以上趋势分析的结果，本研究认为河南省高温发生的次数有增加的趋势，这和本研究中针对高温次数的年际变化趋势分析结果是一致的。

图6 1971－2010年河南省夏季逐日最高气温标准差的变化趋势

3 结论与讨论

近40年河南省极端最高气温存在两个中心，分别为位于郏县站和焦作站附近，在33°N以北地区极端最高气温达41℃以上。1971－2010年，河南省夏季≥35℃、≥38℃和≥40℃高温日数呈现出豫西北高海拔地区和豫东南低海拔地区较多的分布特征;33°N以北地区多年平均的高温日数较多，多分别在10.0 d、0.5 d和0.1 d以上，而南部信阳地区的高温日数较少，多分别在10.0 d、0.5 d和0.1 d以下;多年平均高温日数的高值中心位于豫西地区的偃师附近。近40年河南省夏季高温日数呈现出明显的“多－少－多”年代际变化特征，从长时间序列看，线性的变化趋势并不明显，各台站夏季高温日数的变化趋势呈现出明显的空间差异。夏季平均温度与6－8月间3个等级高温天气的发生次数均呈显著正相关，其中，高于35℃以上高温天气的发生次数与夏季平均气温的相关性最好。

基于IPCC第4次评估报告中多模式集合的预估产品，潘攀等［18］预估了 A1B情景下21世纪河南省未来90年(2010－2099年)的夏季平均气温变化趋势及时空分布，认为未来90年，河南省夏季平均气温明显增加，增温速率为0.384℃/10 a，在豫西南及其周围地区增温较为明显;从不同时段看，各时段气温增加均显著，但增温明显的区域具有一定的差异，21世纪初(2010－2039年)增温速率为0.478℃/10 a，豫北和中东部升温较为明显;至中叶(2040－2069年)，增温速率为0.431℃/10 a，在中部偏南以及驻马店和南阳的大部增温明显;21世纪末(2070－2099年)，增温速率为0.239℃/10 a，在豫西南和豫西山区增温明显。本研究发现河南省夏季高温日数与该时段的平均气温呈显著的正相关关系，因此，从上述分析可以看出，由于未来90年夏季平均气温的升高，河南省高温日数将进一步增加，特别是在目前高温日数较少的豫西南等地区，但不同时段其影响区域存在差异。

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Analysis on Variation Trends of Summer High Tem perature Days during 1971～2010 in Henan Province

Ji Xingjie，Zhu Yeyu，Gu Wanlong，Pan Pan and Zhu Leilei
(Henan Provincial Climate Centre，Zhengzhou 450003，China)

Based on the long-term climatic observational data including daily average temperature and maximum temperature from 109 meteorological stations in Henan province from 1971 to 2010，the temporal-spatial distribution characteristics of summer high temperature days(daily maximum temperature equal to or higher than 35℃，38℃ and 40℃)in Henan province are studied with a focus on the long-trends using the mathematical statistics．The results show that the summer high temperature days of≥35℃，≥38℃ and≥40℃ have distinct spatial patterns asmore high temperature days in the northwest and southeast regions and less in other parts．The high center is located near the Yanshi station in thewest．The summer high temperature days in Henan province do not have significant linear trends in the period from 1971 to 2010 and have an evolutional trend of increasingdecreasing-increasing during the four decades and the summer high temperature days are much more in recent 10 years．From the spatial distribution of trend in 109 stations，increasing trend occurred at more stations in northwest regions and decreasing trend existed at less stations in east and southwest parts．The significant positive correlations are indicated between averagemean temperature in summer and summer high temperature days of≥35℃(r=0.58，n=4 360)，≥38℃ (r=0.39，n=4 360)and≥40℃ (r=0.27，n=4 360)．Summer high temperature dayswould increase under the background ofworld climatewarming，especially for the high temperature days of≥35℃．

high temperature days;trend;Henan province

X4

A

1000－811X(2012)03－0059－06

2011－12－22

2012－02－06

河南省气象局科研项目“河南省气象灾害风险区划研究”(Z201105)

姬兴杰(1982－)，河南商丘人，博士，工程师，主要从事气候变化与气象灾害研究．E-mail:jixingjie2004@yahoo.com.cn