1979-2019年北半球高温事件的特征分析

王天奇，王鹏凯，卫晓莉

(1.华风气象传媒集团有限责任公司,北京 100081;2.福山区气象局,山东 烟台 265500)

1 引言

政府间气候变化专门委员会第五次评估报告显示[1]，1880-2012年，全球地表平均气温上升0.85 ℃[1]，本世纪头10 a 是近100 a 来最暖的10 a。 近年来，气候变化影响人类生存环境已经成为国际热点问题之一， 其中极端高温的变化特征更是受到国内外学者的广泛关注，并取得大量成果。 而越来越多的分析结果显示， 包括高温在内的多种极端天气事件在未来将变得更加频繁和严重[2-5]。 从全球范围来看，包括中亚、 韩国、 澳大利亚等多个地区都有研究表明极端高温事件在不断增多[6-7]。 中国和世界其他地区一样也在最近几十年经历了一个显著的变暖趋势[8-12]。 并且表现出明显的区域特征[6-7]。 本文使用ERA5 再分析数据集资料中1979-2019年北半球2 m 温度数据和高度场数据[13]（空间分辨率1.5°×1.5°），分析1979-2019年北半球夏季高温事件的气候特征。

2 1979-2019年北半球夏季绝对阈值高温事件的气候特征

首先，确定两种不同类型的高温指标，包括根据绝对阈值定义的高温指标及根据百分位数定义的相对阈值指标， 并针对这两类指标分别统计高温日数及其分布。

整体看，35 ℃是国内外最为常见的高温绝对阈值，中央气象台业务规定也将35 ℃定为高温的绝对阈值， 此外还有很多学者在高温研究中将绝对阈值定为30 ℃[14-17]。 故将35 ℃和30 ℃定义为高温的两种绝对阈值。 将北半球陆地格点1979-2019年中每年6-8月的日最高气温数据提取出来， 当日最高气温大于高温绝对阈值时， 则记为该格点上的一个高温日，据此计算出每个格点每年出现的高温日数。

从35 ℃高温看， 北半球的14640 个格点中，有2531 个在1979-2019年夏季（6-8月）中曾出现过日最高气温超过35 ℃的高温， 占北半球总格点数的17.28%，这些格点的年平均高温日数最大值为92 d，平均值为35 d，主要分布在10-48°N 之间，在70.5°N以北没有高温出现。 将单个格点近41 a 的高温日数相加后除以年份数，得到该格点年平均高温日数，并将其绘制成空间分布图（图1）略。 北半球35 ℃高温主要集中在非洲北部和中东地区， 平均每年夏季高温日数可以超过65 d， 非洲西北部以及中东大部分地区高温日数超过90 d，为北半球高温最多的地方。另外，北美中南部、欧洲南部以及南亚地区，平均高温日数普遍在5-65 d 之间，其中印度、美国西南部、中国东南部、 西班牙等地高温日数在15-35 d 之间，其余地区在15 d 以下（图1）。

图1 1979-2019年（6-8月）年平均35 ℃高温日数分布（单位：d）

图2 为将北半球同纬度带上格点的年平均高温日数相加后，再以格点数进行平均，得到各个纬度高温日数的分布结果。 副热带地区是北半球高温最多的区域，当纬度超过48°N 或低于10°N 时，高温出现的次数很少。 13°N-32°N 是北半球高温日数最多的纬度带，该纬度带上平均高温日数超过10 d。 在这其中，又以18°N-28.5°N 的高温日数最多，高温日数超过16 d。 当纬度低于13°N 或者超过32°N 的时候，35 ℃高温日数出现减少的现象。

图2 1979-2019年(6-8月)各个纬度年平均35 ℃高温日数

上面根据35 ℃阈值分析高温的气候特征。 结果显示，北半球只有17.28%的格点出现过高温，其中年平均高温日数大多数都＜5 d，主要反映的是北半球极端高温的分布。 故取一个相对较低的标准，以30 ℃作为高温的绝对阈值作为补充， 以同样方法再次计算北半球平均高温日数的分布情况。

从30 ℃高温日数空间分布情况看（图3），北半球共有5181 个格点曾出现过高温， 占总格点数的35.38%，这些出现过高温的格点主要分布在55°N 以南，在76.5°N 以北没有高温出现。非洲北部和中东地区是北半球30 ℃高温日数最多的地方，每年夏季的高温日数在90 d 以上，北美南部、南亚、东亚、欧洲南部为北半球高温日数第二梯队， 平均高温日数达到55-85 d。 值得关注的是，在10°N-50°N 之间，平均高温日数普遍在25 d 以上， 青藏高原附近高温日数显示则在5 d 以下，此结果说明，除纬度影响之外，地形作用对于高温日数的影响也是非常明显。

图3 1979-2019年（6-8月）年平均30 ℃高温日数分布（单位：d）

从各个纬度带上高温日数的分布情况来看，16.5°N-33°N 的副热带地区是高温最多的地方，平均高温日数超过20 d，纬度更高和更低时，高温日数都呈现出逐渐减少趋势，10°N 以南的低纬度地区高温要多于50°N 以北的高纬度地区（图4）。

图4 1979-2019年（6-8月）各个纬度平均日最高气温超过30 ℃的高温日数

3 1979-2019年北半球夏季相对阈值高温事件的气候特征

以上分析35 ℃和30 ℃这两个绝对阈值标准的高温日数分布情况， 物理含义及产生的影响比较明确。 这样的高温分布情况依赖于特定的气候背景、地理环境等因素。 在全球气候变化的背景之下，也有很多的研究采用根据百分位数确定的高温相对阈值来确定高温日数的分布[18-19]。 以95 和90 百分位数对应的日最高气温作为相对阈值标准再次分析高温的气候特征。

将北半球每个陆地格点近41 a 夏季的日最高气温数据按升序排列， 找到该格点的95 和90 百分数对应的日最高气温气温， 这样就得到北半球陆地每个格点95 和90 百分位数对应的气温值（图略）。 可知高温相对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、印度是相对阈值最高的区域，阈值对应的气温在40 ℃以上，而在高纬度地区，如格陵兰岛是相对阈值最低的地方，阈值对应的气温在0 ℃以下， 这种分布情况反映太阳辐射对于不同区域，尤其是不同纬度的区域极端高温的影响。青藏高原是20°N-40°N 地区的高温阈值低值中心，说明地形作用对高温相对阈值也有较大影响。

4 小结

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。 在70.5°N 以北整个资料时段没有出现35 ℃高温。 区域上看，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。30 ℃高温基本特征显示， 北半球30 ℃高温主要分布在55°N 以 南，16.5°-33°N 是 高 温 最 多 的 纬 度 带，在76.5°N 以北没有出现。

气候态看，90 和95 百分位数对应的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，对应的气温在40 ℃以上，而在高纬度地区，如格陵兰岛是相对阈值最低的地方，对应的气温在0 ℃以下。