2023年华北、黄淮极端高温热浪事件气候特征及成因初探

孙林海 赵琳 李威 艾婉秀 邹旭恺 李莹 代潭龙

（国家气候中心，北京 100081）

0 引 言

联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第六次评估报告（the Sixth Assessment Report，AR6）指出，全球平均气温较工业化前（1850—1900 年）已上升约1 ℃，未来全球温升预计将达到或超过1.5 ℃[1]。近几十年来，在气候变化的背景下大部分陆地区域极端高温热浪事件的强度、频率、范围等都在不断增加[2-4]。2003 年夏季，一系列高温热浪事件几乎席卷全球[5]；2013 年夏季，北半球多国出现持续高温热浪天气，7 月上中旬英国至少760 人因酷热死亡，8 月初印度安得拉邦最高气温达到47 ℃，同年夏季我国南方地区也遭遇高温热浪袭击，多地日最高气温突破40 ℃[6]；2022年夏季，北半球大部分地区的平均气温明显偏高，法国巴黎7 月中旬日最高气温达40.5 ℃，葡萄牙气温高达47 ℃，我国也遭遇了1961 年有完整气象观测记录以来最强的高温热浪事件。高温热浪严重影响人体健康，可导致中暑、呼吸系统疾病等[7-8]，还可能导致心脑血管疾病患者的病情恶化，死亡率增加[9]；高温还会对生态环境、水资源等产生严重影响[10-12]。近年来，一些学者对华北等地（主要包括北京市、天津市、河北省、山东省、河南省）的高温热浪事件进行了研究，发现北京市、天津市、河北省高温天气一般出现在6—7 月，大于37 ℃的强高温天气和大于40 ℃的极端高温天气90%以上都出现在这一时段[13]；1960—2020 年，北京市、天津市、河北省高温热浪具有2～5 a 显著的短振荡周期，同时也具有“多—少—多—少”的年代际变化特征[14]；近年来，华北地区年高温日数整体呈增加趋势，自20世纪90 年代中期之后年均高温日数明显增多，大部分区域自20 世纪90 年代以来，高温日数及热浪事件明显增多，同时存在明显的空间差异[15]。

本文总结了2023 年6—7 月华北、黄淮地区区域性高温热浪事件的主要特征，诊断分析了本次事件的气候成因，以期为研究极端高温热浪事件对生态环境、人体健康及社会经济的影响提供参考。

1 数据和方法

1.1 数据来源

所用数据来自中国气象局国家气象信息中心提供的中国地面日值数据集，主要包括北京、天津、河北、山东、河南5 省（直辖市）437 个国家级气象观测站的单日平均气温、单日最高气温等，常年值采用1991—2020年平均值。此外，还采用1961—2022 年美国气象环境预报中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP）和美国国家大气研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR）制作的日平均再分析数据，空间分辨率为2.5°×2.5°，要素包括位势高度场和风场。

1.2 区域性高温过程监测和评价方法

我国气候监测中对区域性高温过程有明确的监测和评价方法，评价方法规定：在全国范围内，某日达到一定数量且相邻（两气象观测站间距离≤250 km）的气象观测站均出现日最高气温≥35 ℃的高温天气，且次日相邻的气象观测站与前一日在空间分布上至少有50%的重合率，以上情况至少持续5 d及以上时，判定为一次区域性高温过程。在整个区域性高温过程生命期内，其空间范围和强度可能随时发生变化，上述这种监测方法优点在于能够较好地识别这种高度动态的事件并给予描述[16-17]。

区域性高温过程的综合强度指数是综合考虑一次区域性高温过程的平均强度、持续时间和平均影响范围确定

式中：Ia为区域性高温过程平均强度；Aa为区域性高温过程平均影响范围；T为区域性高温过程持续天数，d。的，其计算公式如式（1）所示，平均综合强度为历年高温过程综合强度指数的和除以高温次数。

2 6—7月华北、黄淮极端高温热浪事件特点

2.1 平均气温和平均最高气温均为历史同期最高

2023 年6—7 月，我国华北、黄淮地区平均气温普遍在20～28 ℃，其中天津南部、河北东南部、山东西部、河南东北部等地达28～32 ℃（图1（a））；上述大部分地区平均气温普遍较常年同期偏高1～2 ℃，其中北京东南部、天津西部、河北中部部分地区较常年同期偏高2～4 ℃（图1（b））。

图1 2023年6—7月华北、黄淮地区平均气温和距平分布图

2023 年6—7 月，华北、黄淮地区平均气温（27.1 ℃，较常年同期偏高1.4 ℃）和平均最高气温（32.9 ℃，较常年同期偏高1.8 ℃）均为1961 年以来历史同期最高（图2）。北京、天津、河北、山东、河南5省（直辖市）的平均气温和平均最高气温均较常年同期偏高（图3），其中北京市、天津市和河北省的平均气温和平均最高气温均为1961 年以来历史同期最高。

图2 6—7月华北、黄淮地区平均气温和平均最高气温历年变化（1961—2023年）

图3 6—7月北京市、天津市、河北省、山东省、河南省平均气温距平和平均最高气温距平

2.2 高温日数为历史同期最多

2023 年6—7 月，华北、黄淮地区高温日数普遍在10～30 d，其中河北东南部高温日数超过30 d（图4（a））；上述大部分地区较常年同期普遍偏多5～15 d，其中北京东部、天津大部、河北东南部、山东西北部等地偏多15～20 d（图4（b））。

图4 2023年6—7月华北、黄淮地区高温日数和距平分布图

2023年6—7月，华北、黄淮地区平均高温日数为19.2 d，较常年同期偏多9.7 d，为1961年以来历史同期最多（图5）。北京、天津、河北、山东、河南5省（直辖市）的高温日数均较常年同期偏多，其中北京市偏多最多（18.5 d）（图6）；北京市、河北省和天津市的高温日数均为1961年以来历史同期最多。

图5 1961—2023年6—7月华北、黄淮地区平均高温日数历年变化

图6 6—7月北京市、天津市、河北省、山东省、河南省高温日数距平柱状图

2.3 高温极端性强，过程影响范围广

2023 年6—7 月，华北、黄淮地区有200 个国家级气象观测站日最高气温达到或超过40 ℃；有126 个国家级气象观测站日最高气温达极端事件监测标准，其中河北井陉（43.3 ℃）、河南林州（43.3 ℃）、北京汤河口（41.8 ℃）等26个国家级气象观测站达到或突破历史极值（图7（a））；有144个国家级气象观测站极端连续高温日数达极端事件监测标准，其中河北阜平（8 d）、山东高塘（7 d）等9 站达到或突破历史极值（图7（b））。

图7 6—7月华北、黄淮地区极端高温事件和极端连续高温事件分布图

2023 年6 月21 日至7 月9 日，华北、黄淮地区出现1991 年以来6—7 月综合强度最强的区域性高温过程，124 个国家级气象观测站超过40 ℃；35 ℃及以上高温影响国土面积达50.8 万km2，40 ℃以上达17.3 万km2，影响人口约2.7 亿人。

3 华北、黄淮高温热浪成因简析

3.1 全球变暖是高温事件发生的大背景

工业革命以来，人类活动排放的温室气体是全球极端高温天气增多、增强的主要驱动因子。研究表明，在全球变暖的大背景下，全世界大部分地区极端高温日数和高温热浪事件显著增加[18]，此外，城市热岛效应也使城市遭受了更多、更强的高温热浪威胁。1951—2021年中国地表年平均气温呈显著上升趋势，升温速率为0.26 ℃/10 a，高于同期全球平均升温速率（0.15 ℃/10 a），年平均最高和最低气温均有显著上升趋势[19]。通过分析1981—2021年中国平均气温与35 ℃以上高温日数的相关性，发现其相关系数高达0.83，表明我国高温天气增多与气候变暖有一定联系[20]，此外，伴随全球变暖，副热带高压向北扩张和哈德莱环流的增强有利于北半球高温日数的增加。根据统计分析，华北、黄淮地区综合强度排名前10的高温过程均发生在2000 年以后，其中有5次发生在最近5 a。

3.2 大气环流异常是高温事件发生的直接原因

大气环流异常是导致2023年华北、黄淮地区极端高温事件的最直接原因。从500 hPa 环流及其距平场（图8（a））看，500 hPa 欧亚中高纬呈两槽一脊空间型分布，贝加尔湖西侧的脊区与正距平中心几乎重叠，我国大部分地区受到正距平控制，导致气温偏高。在中低纬度，西太平洋副热带高压强度明显较常年偏高，西伸脊点偏西，其外围5 880线伸向大陆边缘，西端到达115°E附近。尤其是在高温明显的几次过程时段内，受中高纬度西风带大陆性高压系统的影响，华北、黄淮地区上空以晴好天气为主，太阳辐射增温和下沉增温效应明显。从850 hPa 风场距平图（图8（b））看，长江以北地区以北风距平为主，不利于水汽输送，导致北方大部分地区降水总体偏少、空气湿度小，容易出现干热型高温天气，同时最高气温的极端性通常也较强。

图8 2023年6—7月500 hPa环流及其距平场和850 hPa风场距平场

另外，由于太行山脉的存在，华北平原形成了“西高东低”的地形特征。在偏西风的影响下，大气团翻越太行山脉后在其东侧背风坡下沉升温，形成焚风效应，加重了京津冀地区的高温天气。

4 结 论

本文利用中国逐日气温数据和NCEP、NCAR 日平均再分析等数据，对2023年6—7月我国华北、黄淮地区高温热浪事件的气候特点及其成因进行分析，结论如下。

（1）2023 年6—7 月华北、黄淮地区平均气温（27.1 ℃）和平均最高气温（32.9 ℃）均为1961年以来历史同期最高。

（2）北京市、河北省和天津市的平均气温和平均最高气温均为1961年以来历史同期最高。同时，这3个省（直辖市）的高温日数也均为1961年以来历史同期最多。

（3）华北、黄淮地区有200个国家级气象观测站日最高气温达到或超过40 ℃；有126个国家级气象观测站日最高气温达极端事件监测标准，其中河北井陉（43.3 ℃）、河南林州（43.3 ℃）、北京汤河口（41.8 ℃）等26 个国家级气象观测站达到或突破历史极值。

（4）全球变暖是极端高温热浪事件发生的大背景，大气环流异常是高温发生且极端性突出的直接原因。

需要指出的是，持续的高温天气还可能与前期下垫面热力异常，如海表温度、青藏高原积雪及北极海冰等异常存在一定关系，有待今后进一步探讨。