江西高温天气时空变化特征分析

胡菊芳，李 芬，赵冠男，周晓香

(1.江西省气候中心，江西 南昌 330096;2.江西省气象信息中心，江西 南昌 330096)

在全球气候变暖的大背景下，极端天气气候事件频发，而高温天气作为极端天气中的一种，也是社会和公众广泛关注的天气之一[1]。高温、热浪等极端高温事件频繁发生，严重影响人们的健康、社会的经济发展，在全球范围内受到广泛关注[2-4]。气象学上将日最高气温≥35℃称为高温天气，江西省年均高温日数超过30 d，≥40 ℃的高温天气集中出现在盛夏的7，8月。盛夏高温是江西省的主要气象灾害之一，持续的高温天气给全省工农业、交通安全和人们的日常生活带来严重影响，对畜、禽水产等动物养殖业也造成了严重损害，还引发了大面积干旱，使江河断流、水库干涸，城市供电、供水和农业用水等造成极大影响[3]。20世纪90年代以来，随着城市建设的迅速发展，热岛效应明显增强，这不仅加剧了盛夏季节炎热程度，同时也进一步扩大了各地高温强度的差异[1]。近年来，国内对高温天气有较多研究，梁梅和吴立广[3]对中国东部地区夏季极端高温的特征进行了分析；尹东屏、严明良、裴海瑛等[5]分析副热带高压控制下的高温天气特征；项阳、王璐、王海东等分析了皖西北地区夏季高温热浪时空变化特征[6],韩雪云、赵丽、张倩等[7]分析了西北干旱区极端高温时空变化特征，目前就江西省近60年夏季高温天气时空变化特征分析研究尚鲜见相关报道，本文采用多项式回归、低通滤波等算法，开展了高温天气年代际变化、月变化、日变化、空间分布等时空变化特征分析，研究结果将有助于进一步认识气候变暖态势下江西高温的区域性特征，为江西高温灾害防御工作提供科学支撑，对防灾减灾、保障工农业生产、减少人体健康危害具有重要意义[10]。

1 数据和方法

1.1 研究区域概况

江西位于长江以南，属亚热带湿润季风气候，四季分明且天气复杂多变。年平均气温18.0 ℃，年平均降水量1677 mm。夏季受副热带高压控制，天气炎热，平均气温一般都在28.0 ℃～30.0 ℃之间，极端最高气温大都在40 ℃以上。南北跨越5个纬度，东西横贯4个经度，山地、丘陵约占总面积的78%，地形复杂多样、小气候特征明显。

图1 江西省气象站点分布图Fig.1 Distribution of meteorological observation stations in Jiangxi Province

1.2 数据来源

本研究所使用数据来源于江西省气象信息中心CIMISS(全称China Integrated Meteorol Infoemation Sharing System,全国综合气象信息共享系统)数据库提供的地面气温日值数据，该数据序列经过了严格的质量控制和均一性检验订正，完整性和准确性良好。本文选取江西省境内87个(图1)有完整气象观测资料的气象站点1961年1月～2018年12月日最高气温数据进行研究。利用江西省地面气象观测资料分析服务平台[12]，采用基于线性趋势分析、显著性检验、累积距平等常用统计方法[10-11]，针对高温日的时间和空间变化特征以及年代际和年变化趋势开展了可视化、图形化分析[13]。

1.3 研究方法

采用相关系数、标准差、百分位、频率、滑动平均、重现期分析、趋势分析以及显著性检验等定量分析指标，利用C++语言建立统计分析算法组件，实现各类分析指标实时计算。相关统计指标计算公式如下：

相关系数：

标准差：

显著性检验：

基于HighChart、Leaflet-Velocity、python-mat-

plotlib等系列开源可视化组件，采用JavaScript脚本语言，实现全部可视化图表的绘制处理[12-13]。

2 高温天气的时间变化特征

2.1 年代际变化特征

图2给出了江西省各级(35 ℃，37 ℃，40 ℃)逐年平均高温日数或累计高温站次的年际变化曲线。从图中可以发现，1961～2018年江西省≥35 ℃和≥37 ℃的年高温日数呈现上升趋势，不过变化都不明显，35 ℃的高温日数相关系数0.187，37 ℃的高温日数相关系数0.161，均没有通过<0.10的显著性检验；但均呈现出“多-少-多”的年代际变化特征，≥35 ℃和≥37 ℃的高温日数均在1960年代、2000年代和2010年代以来高温日数较30年平均值偏多，1970年代、1980年代和1990年代高温日数较30年平均值偏少。此外，江西省≥40 ℃的高温日数变化趋势也大体一致，2000年代日数最多，达到376站次，其中2003年的高温日数异常偏多，全省出现站次达299站次，2013年次之，为117站次。

图2 江西省各级高温日数年代际变化Fig.2 Interdecadal variation of high temperature days at different levels in Jiangxi Province

2.2 月变化特征

江西省年均高温日数超过30 d，高温出现早、结束晚，≥35 ℃的高温天气最早出现于3月中旬(1988年3月14日)，最晚出现在10月下旬(1996年10月31日)；≥37 ℃的高温天气最早出现于5月上旬，10月上旬基本结束；≥40 ℃的高温天气，集中出现在7，8月。因此，7，8月是江西省高温天气出现最多、强度最强的月份，也称之为盛夏。

表1给出了江西省1961～2018年各级高温日数的年内逐月变化。从表中可以看出，≥35 ℃的高温日数，绝大多数出现在6～9月，这4个月的高温日数之和占全年的97.8%，其中又以7，8两月最为集中，分别占全年的44.6%和35.8%，7月高温日数最多；≥37℃的高温日数主要出现在7月和8月，分别占全年的52.5%和37.8%，其中7月份的高温日数占全年的一半以上；≥40 ℃的高温站次也集中出现在7月和8月，分别占全年的50.9%和48.1%，从历史上高温强度前十位的逐日高温站次统计来看(2003，2013，1971，2010，1991，1988，1967，1966，1961和1992年)，日最高气温≥40℃的站次主要集中在7月中旬至8月中旬前期(图3)。

表1 江西省Tg≥35 ℃，37 ℃月均日数、40 ℃总站次以及百分比Table 1 The number of monthly average days and percentage that Tg above 35 ℃,and Tg above 37 ℃,and the number of stations that Tg above 40 ℃ in month and percentage

图3 江西省近58a中高温强度前10年逐日40℃以上高温站次Fig.3 The stations in Jiangxi province around 58 years that temperature above 40 ℃ in recent 10 years

2.3 日变化特征

从历史个例来看，江西盛夏高温日初始时间一般在每天的10～12时，结束时间在每天的19～21时，持续时间大约10 h左右，但是随着高温强度的不同，一天中高温的起止时间、持续时间会有所不同，高温强度越强，出现高温的初始时间越早，结束时间越晚，持续时间越长。以典型高温年2003年7～8月的赣北片区(南昌)和赣南片区(赣州)为例，南北片区分别选取35 ℃～37 ℃，37 ℃～39 ℃、39 ℃以上3个不同等级高温强度的高温日，可知：35 ℃～37 ℃的高温日，高温初始时间一般在每天的12～13时，结束时间在每天的18～19时，持续时间大约6 h左右；37 ℃～39 ℃的高温日，高温初始时间一般在每天的11～12时，结束时间在每天的19～20时，持续时间大约9 h左右；39 ℃以上的高温日，高温初始时间一般在每天的10～11时，结束时间在每天的20～21时，持续时间大约11 h左右。一天中的最高气温大多出现在下午的14～17时，最低气温出现在凌晨4～7时(见图4)。

图4 江西省赣北(南昌)和赣南(赣州)不同强度高温日的逐时最高气温Fig.4 Hourly maximum temperature in days of high temperature weather in Nanchang and Ganzhou

3 高温天气的空间分布特征

3.1 高温日数的空间分布

图5给出了江西省1961～2018年日最高气温≥35 ℃的高温日数和≥37 ℃的高温日数的年平均分布图，图6是近58年来日最高气温≥40 ℃的高温总日数的分布图。从图5～6可以看出，受地形及局地小气候影响，≥35 ℃的高温日数、≥37 ℃的高温日数和≥40 ℃的高温日数，空间分布特征基本相似，都具有明显的地区差异，其中平原、盆地、高山谷地等年高温日数较同纬度地区明显偏多，且极端气温高；如吉泰盆地、赣抚平原、赣东北以及地处九岭山与幕阜山之间的修水和武宁等地。丘陵山区及滨湖地区年高温日数较同纬度地区明显偏少，且极端气温低。同时赣东北所处的纬度区离副高脊线北跳的两个位置(25°N和30°N)都很近，下沉增温要强于其他地区，因而40 ℃的日数也明显偏多。

从图5～6可以看出，高温天气较多的地区≥35 ℃的年平均高温日数一般有30～40 d，其中赣东北的上饶市、上饶县、弋阳、横峰、铅山、贵溪、鹰潭，吉泰盆地的泰和、吉水和永丰，以及黎川和于都都超过40 d，以上饶县48 d为全省最多，全省平均高温日数30 d及以上的站数占全省总站数的65%；≥37 ℃的高温天气年平均日数10 d及以上站数占全省总站数的39%，其中上饶县、弋阳、横峰和鹰潭超过15 d，以上饶县20 d为全省最多；≥40 ℃的高温天气58年总日数10 d及以上的站数有37站，其中有11站超过20 d，40 ℃以上的高温日数最多的为吉水，达32 d，为全省最多，全省除庐山、井冈山高山站以外还有10个站没有出现40 ℃以上的高温天气，分别是石城、大余、会昌、安远、全南、龙南、定南、寻乌、鄱阳和靖安。长江南岸的九江、湖口、彭泽、星子、都昌和德安以及赣南南部山区高温日数较少，≥35 ℃的年平均高温日数一般只有10～20 d，≥37 ℃的年平均高温日数一般只有1～5 d；鄱阳湖区由于大范围水域的调剂作用，高温日数较同纬度地区明显偏少，≥35 ℃的年平均高温日数大多维持在20～30 d，≥37 ℃的年平均高温日数一般只有5～10 d。

图5 江西省1961-2018年日最高气温≥35 ℃、37 ℃的年平均分布图Fig.5 The annual average of days about daily maximum temperature above 35 ℃ and 37 ℃ in Jiangxi province from 1961 to 2018

图6 江西省1961-2018年日最高气温≥40 ℃的总日数分布图Fig.6 The sum of days about daily maximum temperature above 40 ℃ in Jiangxi province from 1961 to 2018

3.2 极端最高气温的空间分布

每年的极端最高气温是由该年夏季副热带高压在江西稳定维持的时间、强度以及地形地貌的状况所决定的。由于江西省每年夏季受副热带高压控制的时间长短不一致，强度也不同，因而年极端最高气温的分布较为不均，南北差异性较大。从建站以来至2018年极端最高气温值的空间分布图来看，北部高南部低，其中，赣北的东部和西部、赣抚平原、吉泰盆地极端最高气温高，一般都在41 ℃～42 ℃，修水、玉山、局部超过42 ℃；长江南岸的九江市东部、环鄱阳湖地区以及赣南北部极端最高气温40 ℃～41 ℃；赣南南部以及局部山区38 ℃～40 ℃。以修水县为全省最高，达44.9 ℃，寻乌最低38.3 ℃。

图7给出了江西省87个观测站自建站以来至2018年极端最高气温值的空间分布图，由图可知，除江西省南部山区和井冈山、庐山外，大部分地区共74站极端最高气温都达到或超过40 ℃，其中有37站达到或超过41 ℃，8站达到或超过42 ℃，最高为修水44.9 ℃，其次为玉山43.3 ℃。另由各站极端最高气温的出现时间可知，最早出现的年份是1953年，最晚是2013年，其中2003，2010，2013年出现站数较多，江西全省有38站极端最高气温都出现在异常高温年份2003年，其中又有15站极端最高气温都集中出现在2003年8月2日这一天。由此可见，随着全球气候变暖，极端高温事件也呈偏多偏强趋势。

图7 江西省各地建站以来至2018年极端最高气温分布图Fig.7 Extreme high temperature weather happened since the establishment of stations to 2018 in Jiangxi province

4 结论

(1)江西省高温日数的年际变化基本上都呈现出“多-少-多”的变化趋势。20世纪60年代和2000年以来高温日数较常年平均值偏多，20世纪70至90年代高温日数偏少。其中2003年的40 ℃以上的高温日数异常偏多，全省出现站次达299站次，2013年次之，为117站次。

(2)江西省高温天气主要出现在每年的6～9月份，4个月的高温日数之和占全年的98.1%，其中又以7、8两月最为集中，日最高气温≥40 ℃的站次主要集中在7月中旬至8月中旬前期。

(3)江西省盛夏高温日的初始时间一般在每天的10～12时，结束时间在每天的19～21时，持续时间大约10 h左右，但是随着高温强度的不同，一天中高温的起止时间、持续时间会有所不同，高温强度越强，出现高温的初始时间越早，结束时间越晚，持续时间越长。

(4)江西省高温天气的空间分布呈现明显的地域性差异，高温日数较多的地区主要分布在赣北的南部和东部、赣中和赣南的北部等地，而赣北的中北部、环鄱阳湖地区、赣南的南部以及山区高温日数相对较少。

(5)江西省大部分地区的极端最高气温都超过40 ℃，尤其是进入21世纪以来出现40 ℃以上的站数较多，江西有38站极端最高气温都出现在异常高温年份2003年。由此可见，随着全球气候变暖，极端高温事件也呈偏多偏强趋势。

总体来看，江西省自20世纪60年代以来，高温天气具有年际变化大、高温持续时间长、高温日集中、地域分布不均匀等特征，且随着全球气候变暖，极端高温事件也呈偏多偏强趋势。研究结果将有助于进一步认识江西高温的区域性特征。本文仅限于观测事实分析，并未涉及高温的区域性特征出现的机理研究。江西高温区域性特征的演变机理及其可能产生的社会经济、生态环境等影响，仍有待后续深入研究。