李雙雙 楊賽霓 張東海 劉憲鋒

1)(北京師范大學地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室,北京100875) 2)(北京師范大學減災與應(yīng)急管理研究院,北京100875) 3)(北京師范大學資源學院,北京100875)

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近54年京津冀地區(qū)熱浪時空變化特征及影響因素

李雙雙1)2)楊賽霓1)2)張東海1)3)劉憲鋒1)3)

1)(北京師范大學地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室,北京100875)2)(北京師范大學減災與應(yīng)急管理研究院,北京100875)3)(北京師范大學資源學院,北京100875)

基于1960—2013年京津冀及周邊地區(qū)34個氣象站逐日最高氣溫和相對濕度資料，利用高溫熱浪模型，輔以趨勢分析、突變檢驗及相關(guān)分析等方法，研究近54年京津冀地區(qū)熱浪時空變化特征，探討城市化對熱浪變化的影響，并嘗試尋找對熱浪異常具有穩(wěn)定指示意義的環(huán)流因子。結(jié)果表明：1960—2013年京津冀地區(qū)熱浪變化具有明顯的階段性，以20世紀70年代中期為轉(zhuǎn)折，熱浪呈先減少后增加趨勢；京津冀地區(qū)熱浪空間格局變化整體呈南減北增，東南平原區(qū)熱浪呈下降趨勢，北部生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)呈現(xiàn)增加趨勢；在區(qū)域尺度上，城市化或遷站影響并未改變北京極端熱浪變化趨勢，主要影響以輕度和中度熱浪變化為主；西太平洋副熱帶高壓和青藏高原反氣旋環(huán)流與京津冀地區(qū)熱浪異常關(guān)系最為顯著，對熱浪異常是一種穩(wěn)定且強烈的指示信號。當青藏高原高空反氣旋環(huán)流異常偏強，西太平洋副熱帶高壓明顯偏北，京津冀地區(qū)發(fā)生超級熱浪可能性較大。

京津冀地區(qū)； 高溫熱浪； 時空格局

引 言

IPCC第5次評估報告指出，氣候系統(tǒng)變暖是毋容置疑的事實。1980—2012年全球海陸表面氣溫上升0.85℃，為工業(yè)革命以來最暖的30年[1]。第2次氣候變化國家評估報告指出，1960—2009年中國年平均地面氣溫上升了1.38℃，比全球或北半球同期平均增溫速率明顯偏高[2]。BCC_CSM1.1模式對我國氣溫變化未來趨勢模擬顯示：2011—2030年中國平均氣溫變化速率達到0.48 ℃/10 a，遠高于1960—2010年0.27 ℃/10 a的增溫速率[3]。20世紀60年代夏季極端氣溫典型覆蓋區(qū)占全球陸地面積不到1%，當前已快速上升為10%[4]，極端氣溫事件亦在增多[5]。2003年和2010年歐洲和俄羅斯超級熱浪導致大規(guī)模農(nóng)作物枯萎、森林大火和數(shù)萬人死亡[6-7]，Barriopedro等[6]研究發(fā)現(xiàn)，未來40年歐洲發(fā)生嚴重熱浪的可能性增加5～10倍。隨著北極海冰融化及北半球高緯度雪覆蓋減少，北美及亞歐大陸中緯度地區(qū)極端高溫和干旱等天氣事件愈加頻繁[8]。極端高溫作為全球變暖最直接體現(xiàn)，已成為全球氣候變化研究中的熱點問題[9-13]。

在全球變暖背景下，城市在現(xiàn)代社會中的中心地位和主導作用更加凸顯，既是環(huán)境資源問題的高發(fā)地和社會矛盾的集結(jié)場，又是引領(lǐng)和帶動全社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的引擎和支點[14]，更是氣候變化響應(yīng)的敏感區(qū)和脆弱區(qū)。近幾十年，京津冀一體化進程不斷加快，城鎮(zhèn)化率由1998年的32.0%上升為2012年的62.5%，人口密度亦由1998年364人/km2迅速增加到460人/km2，城市化過程舉世矚目。2014年5月新一輪高溫熱浪，使北京地區(qū)自來水供應(yīng)量連續(xù)5 d 增加，城區(qū)日供水量達291.9×104m3，接近百年北京自來水供水記錄極值，水量相當于1.5個昆明湖[15]。因此，關(guān)注京津冀地區(qū)熱浪時空變化特征，探討高溫熱浪影響因素，對區(qū)域經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展具有重要的實踐意義。

在已有的研究中，Wang等[16]就近20年京津冀地區(qū)城市擴張對夏季近地表氣溫影響分析發(fā)現(xiàn)，城市土地利用變化對區(qū)域熱浪發(fā)生具有顯著影響；張國華等[17]通過城市與郊區(qū)高溫特征對比，分析了城市化對京津冀高溫天氣變化的影響，發(fā)現(xiàn)北京、天津城市化對高溫天氣效應(yīng)在20世紀60年代已有體現(xiàn)，但小城鎮(zhèn)城市化效應(yīng)有所滯后；施洪波[18]分析了1960—2008年京津冀地區(qū)夏季高溫日數(shù)時空變化特征，發(fā)現(xiàn)京津冀地區(qū)夏季高溫日數(shù)在空間上呈南多北少，在時間上并無顯著的線性變化趨勢；胡姝婧等[19]利用MODIS地表溫度產(chǎn)品，分析了京津冀都市圈熱環(huán)境空間格局特征；史印山等[20]對京津冀高溫天氣時空分布和環(huán)流特征進行分析，指出京津冀地區(qū)高溫天氣與區(qū)域干旱具有高耦合性，北半球500 hPa環(huán)流異?？勺鳛楦邷靥鞖忸A測依據(jù)。上述結(jié)果推動了京津冀高溫熱浪變化的研究，為認識我國北方城市群極端氣候的響應(yīng)特征提供了方法和理論借鑒。然而，在京津冀地區(qū)氣候變化過程和高溫天氣事件認識取得長足進步的同時，高溫熱浪的濕度效應(yīng)和持續(xù)性特征在許多研究中較少考慮，多數(shù)研究主要關(guān)注高溫日數(shù)變化；與此同時，在區(qū)域尺度上，城市化和環(huán)流異常對熱浪影響規(guī)律仍需進一步解讀。因此，選取京津冀地區(qū)作為研究對象，本文分析1960—2013年京津冀熱浪時空變化特征，探討遷站背景下城市化對熱浪趨勢變化影響，并嘗試尋找熱浪異常穩(wěn)定的環(huán)流指示信號，以期為科學適應(yīng)和應(yīng)對氣候變化提供參考。

1 研究區(qū)概況

京津冀地區(qū)位于華北平原北部，范圍為36°05′～42°37′N，113°27′～119°50′E，包括北京、天津和河北省石家莊、唐山、保定、秦皇島、廊坊、滄州、承德、張家口8個地市及所屬通州新城、順義新城、濱海新區(qū)和唐山曹妃甸工業(yè)新區(qū)(圖1)。地勢西北高、東南低，西部和北部為太行山、燕山山脈，東南為華北平原北端，東臨渤海[21]。氣候為典型的溫帶半濕潤半干旱大陸性氣候，降水量自東南向西北遞減。按照氣候區(qū)劃，京津冀地區(qū)可分為壩上中溫帶氣候區(qū)(Ⅰ)、北部山地氣候區(qū)(Ⅱ)、西部太行山山地氣候區(qū)(Ⅲ)、平原暖溫帶氣候區(qū)(Ⅳ)和沿海氣候區(qū)(Ⅴ)[22]。

圖1 研究區(qū)氣候區(qū)劃及氣象站分布Fig.1 Climate regionalization and the distribution of meteorological stations in the study area

2 資料與方法

2.1 資 料

京津冀及周邊地區(qū)共有34個氣象站覆蓋，1960—2013年逐日最高溫和相對濕度資料來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.gov.cn)。為了尋找對京津冀熱浪異常具有穩(wěn)定指示意義的環(huán)流因子，選取一系列與該區(qū)域氣溫變化密切相關(guān)的環(huán)流因素，作為熱浪頻次變化的相關(guān)因素。其中，印度洋偶極子(IOD)、南方濤動(SOI)、西太平洋副熱帶高壓(WPSH)和青藏高原高空反氣旋環(huán)流異常(TPAI)逐月指數(shù)來源于國家氣候中心發(fā)布的74項環(huán)流指數(shù)數(shù)據(jù)集。青藏高原夏季反氣旋環(huán)流異常由青藏高原500 hPa(30°～40° N，75°～105° E)氣壓平均值變化衡量；東亞夏季風指數(shù)(EASMI)來源于中國科學院大氣物理研究所(http:∥lip.lasg.ac.cn)；北極濤動(AO)和北大西洋濤動指數(shù)(NAO)來源于美國國家航空航天局(http:∥www.swpc.noaa.gov)；北太平洋10年濤動指數(shù)(PDO)來源于華盛頓環(huán)境學院(http://jisao.washington.edu)。

2.2 方 法

熱浪指數(shù)構(gòu)建綜合考慮熱浪的炎熱程度和累積效應(yīng)。炎熱程度以當日炎熱指數(shù)與炎熱臨界之差衡量；炎熱天氣過程累積效應(yīng)分為炎熱強度累積效應(yīng)和持續(xù)時間累積效應(yīng)[23]。熱浪指數(shù)為

(1)

炎熱指數(shù)(ET)是描述熱應(yīng)力的舒適指標[24]，該指標主要考慮氣溫和相對濕度對人體舒適度的綜合影響。傳統(tǒng)炎熱指數(shù)為

ET=1.8Ta0-0.55×(1.8Ta0-26)×

(1-R0)+32。

(2)

式(2)中，Ta0為環(huán)境溫度(單位：℃)，R0為空氣相對濕度(單位：%)。

由于我國北方地區(qū)高溫熱浪天氣多為干熱型，相對濕度多在50.0%以下，傳統(tǒng)炎熱指數(shù)計算值往往較低，不能準確反映區(qū)域熱浪天氣特征。黃卓等[23]綜合考慮高溫干熱和高溫悶熱兩種情景，對傳統(tǒng)炎熱指數(shù)進行修正，得到判別熱浪的新炎熱指數(shù)模型：

ET=1.8×Ta-0.55×(1.8×Ta-26)×

(1-0.6)+32,

R≤60.0%;

(3)

ET=1.8×Ta-0.55×(1.8×Ta-26)×

(1-R)+32,

R>60.0%。

(4)

其中，Ta為日最高氣溫(單位：℃)，R為日平均相對濕度(單位：%)。

3 結(jié)果分析

3.1 京津冀地區(qū)熱浪時空變化特征

1960—2013年京津冀地區(qū)不同等級熱浪變化具有明顯的年代際變化特征，其變化過程可以分為4個階段：20世紀60年代熱浪偏多期，以中度和重度熱浪增加為主；20世紀70—90年代初熱浪偏少期，以輕度和中度熱浪增加為主，重度熱浪持續(xù)偏低；20世紀90年代中期至21世紀初為熱浪大幅增加期，以重度熱浪增加最為明顯，輕度熱浪則多為負距平；2003年之后熱浪增幅減緩期，該時段中度熱浪增加最為明顯，輕度和重度熱浪整體為正距平，但正距平幅度逐漸減小(圖2)。為了增加已有研究可比性，參考IPCC AR5氣候均值期，圖2中距平為相對于1961—1990年平均值[1]。與葉殿秀等[25]研究1961—2010年我國夏季高溫熱浪變化特征對比，京津冀地區(qū)與全國熱浪變化趨勢具有一致性。

圖3為1960—2013年京津冀地區(qū)各站逐月Mann-Kendall趨勢分析，圖中橫坐標以京津冀三大地理單元排列(東部平原區(qū)、沿海地區(qū)、北部山地區(qū))，Mann-Kendall值越大，變化趨勢越顯著，正值為增多(紅色)，負值為減少(綠色)。由圖3可以看出，1960—2013年京津冀高溫地區(qū)熱浪主要集中于4—9月，以6—8月居多；在空間變化上，京津冀地區(qū)東南部熱浪呈顯著下降趨勢，尤其是春末夏初下降趨勢更為明顯；東部平原區(qū)北部和燕山山地區(qū)熱浪則呈增加趨勢，整體呈現(xiàn)南減北增的格局，這與施洪波[18]以最高氣溫分析京津冀地區(qū)夏季高溫日數(shù)空間變化格局的結(jié)論具有一致性；以北京、天津和石家莊為例，1990—2010年北京城市擴張速度為46.0 km2/a，天津為26.1 km2/a，石家莊為5.2 km2/a， 3個城市均經(jīng)歷了快速空間城市化過程[26]。但3個城市熱浪變化趨勢并不一致，石家莊呈下降趨勢，北京變化不明顯，天津呈上升趨勢。同時，京津冀地區(qū)北部生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)和城市化相對較慢的地區(qū)，熱浪趨勢則呈顯著增加趨勢。由此可見，在區(qū)域尺度上京津冀地區(qū)熱浪時空格局變化主導因素具有復雜性。

3.2 快速城市化對京津冀地區(qū)熱浪變化的影響

近幾十年，北京城市化進程不斷加快，城市化率由1995年的43.0%上升為2013年的86.2%，受快速城市化影響北京城區(qū)和下風向近郊區(qū)氣溫顯著升高，增幅可達0.5～2.0℃[27]，在夏季北京城區(qū)表現(xiàn)為干島，城區(qū)濕度和風速與郊區(qū)相比明顯偏低，城市熱島效應(yīng)對北京城市氣候影響顯著[28]。1981—1996年北京氣象觀測站位于西三環(huán)，快速城市化使臺站周圍觀測環(huán)境發(fā)生改變[29]，北京氣象觀測站于1996年遷往大興觀象臺，這個遷站過程為驗證城市化對熱浪變化影響提供一個新的視角。與此同時，大興觀象臺雖位于遠郊，但其氣候資料對北京城區(qū)和南部山區(qū)依然具有代表性[30]。選取北京氣象觀測站作為研究對象，通過城區(qū)與近郊的橫向(空間)對比，遷站前后熱浪變化的縱向(時間)對比，可以更加細致地反映城市化對京津冀地區(qū)熱浪變化影響。

圖2 1960—2013年京津冀地區(qū)輕度熱浪、中度熱浪、重度熱浪和熱浪總頻次變化曲線Fig.2 Variations of slight heat waves, moderate heat waves, severe heat waves and total frequency of heat waves in Beijing-Tianjin-Hebei Region during 1960-2013

圖3 1960—2013年京津冀地區(qū)高溫熱浪月變化趨勢Fig.3 Trend of monthly heat waves in Beijing-Tianjin-Hebei Region during 1960-2013

為了尋找參照站點，對近54年北京熱浪頻次與周邊站點進行逐點相關(guān)性分析，篩選出相關(guān)系數(shù)大于0.80的站點(豐寧、懷來、廊坊、青龍、遵化)。綜合考慮地理環(huán)境和空間距離等因素，以空間距離較近、相關(guān)系數(shù)較高、城市化速度較慢的豐寧作為參照站點，構(gòu)建非城市區(qū)熱浪序列，以檢測城市化對熱浪的影響。對比北京與豐寧不同等級熱浪相關(guān)性，結(jié)果顯示：除輕度熱浪外，兩站熱浪變化趨勢具有一致性，且熱浪等級越高，兩者相似性越強，相關(guān)系數(shù)由小到大排序為輕度熱浪(0.395)、中度熱浪(0.568)、重度熱浪(0.804)、熱浪總頻次(0.876)，重度熱浪和熱浪總頻次相關(guān)性達到0.01顯著性水平，說明城區(qū)和非城區(qū)極端熱浪變化具有一致性，城市熱島等局地小氣候?qū)O端熱浪事件影響較小；通過繪制1960—2013年北京和豐寧熱浪變化21年滑動相關(guān)曲線，比較遷站前后熱浪相關(guān)性變化(圖4)。

由圖4可知，1981年北京氣象觀測站由大興舊宮站遷往西三環(huán)后，中度熱浪相關(guān)性明顯下降并維持穩(wěn)定，輕度、重度和熱浪總頻次相關(guān)性則呈線性增長，全球變暖使北京和豐寧熱浪變化趨于一致；1996年后北京氣象觀測站遷往大興觀象臺，兩者相關(guān)曲線發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，臺站環(huán)境改變對熱浪變化影響。整個時段內(nèi)豐寧和北京熱浪變化相關(guān)系數(shù)均較高，尤其是重度熱浪和熱浪總頻次相關(guān)系數(shù)基本維持在0.90以上，兩者在宏觀變化趨勢上仍具有一致性，說明遷站對極端熱浪頻次影響較小。綜上所述，城市化或遷站影響并未改變北京極端熱浪變化趨勢，主要以影響輕度和中度熱浪變化為主。

為了更加清楚地反映城市化對北京熱浪變化影響，將北京和豐寧兩站熱浪頻次相減發(fā)現(xiàn)：1981—1996年北京氣象觀測站位于西三環(huán)(現(xiàn)為城區(qū))，該時段既是北京快速城市化發(fā)展期，也是全球變暖顯著增長期。在這個時間段內(nèi)，北京中度熱浪20世紀80年代前期由偏多轉(zhuǎn)為偏少，重度熱浪由偏少轉(zhuǎn)為偏多，輕度和熱浪總頻次則呈現(xiàn)增加趨勢；2003年后全球變暖停滯，北京與豐寧輕度熱浪差以偏多為主且維持穩(wěn)定，中度熱浪則由前期偏多轉(zhuǎn)為偏少，重度熱浪整體偏少，熱浪總頻次則呈波動下降趨勢(圖5)。綜上所述，在全球增溫和快速城市化期，北京熱浪頻次明顯高于豐寧；在全球變暖停滯期，北京重度熱浪遠低于豐寧，而且熱浪頻次負偏差逐年加大，其具體原因有待進一步分析。

圖5 1960—2013年北京與豐寧輕度熱浪、中度熱浪、重度熱浪和熱浪總頻次差值變化Fig.5 The change trend of slight heat waves, moderate heat waves, severe heat waves and total frequency of heat waves difference between Beijing and Fengning during 1960-2013

3.3 環(huán)流異常對京津冀地區(qū)熱浪變化的影響

本文利用相關(guān)分析方法，分析大氣環(huán)流異常對京津冀地區(qū)熱浪變化的影響，嘗試尋找對熱浪異常具有穩(wěn)定指示意義的環(huán)流因子。由于不同氣候因子具有不同振蕩周期，短時間尺度信號有時會成為長時間尺度分析的噪音。因此，本文利用3年、5年和10年低通濾波器依次剔除短期、中期信息干擾，分析不同時間尺度熱浪與主要氣候因子相關(guān)關(guān)系(圖6)。結(jié)果表明：西太平洋副熱帶高壓北界(WPSH-N)和青藏高原高空反氣旋環(huán)流(TPAI)對京津冀地區(qū)熱浪變化影響顯著，無論原始序列，還是中長期時間序列均呈明顯正相關(guān)(達到0.05顯著性水平)；北大西洋濤動(NAO)濾除1～3年信息后，與京津冀地區(qū)熱浪變化呈顯著負相關(guān)(達到0.05顯著性水平)；在長時間尺度上，西太平洋副熱帶高壓西伸點(WPSH-W)與熱浪顯著負相關(guān)(達到0.05顯著性水平)；西太平洋副熱帶高壓強度、面積與熱浪變化具有顯著正相關(guān)(達到0.05顯著性水平)。也就是說，青藏高原高空反氣旋環(huán)流異常偏強，太平洋副熱帶高壓明顯偏北，京津冀地區(qū)易發(fā)生超級熱浪。全球變暖背景下北半球地面溫度的增暖速率隨緯度遞增，春季青藏高原表面感熱自20世紀80年代以來持續(xù)減弱，這會減弱亞洲夏季風環(huán)流和西太平洋副熱帶高壓，從而進一步加劇我國夏季南澇北旱的趨勢[31]。熱浪和干旱往往相伴而生，青藏高原高空反氣旋環(huán)流異常和東亞夏季風相互作用，可以進一步解釋京津冀地區(qū)熱浪異常氣候動力機制。

圖6 不同時間尺度京津冀地區(qū)熱浪與環(huán)流因子相關(guān)分析Fig.6 Correlation analysis of atmospheric oscillation and heat waves on different time scales in Beijing-Tianjin-Hebei Region

為了對比不同環(huán)流因子對京津冀地區(qū)熱浪變化影響，對主要環(huán)流因子進行多元回歸分析：

y=0.183xEASMI-0.241xNAO+

0.270xIOD+0.333xTPAI+

0.200xWPSH-N+0.185。

(5)

由表1可以看出，各環(huán)流因子膨脹系數(shù)均小于1.5，變量之間共線性較弱，回歸方程擬合優(yōu)度為0.333，多元回歸效果較好；可以看出，青藏高原高空反氣旋環(huán)流(TPAI)、太平洋副熱帶高壓北界(WPSH-N)和印度洋偶極子(IOD)影響最為明顯，三者均與京津冀地區(qū)熱浪呈正相關(guān)，青藏高原高空反氣旋環(huán)流和西太平洋副熱帶高壓北界影響顯著(達到0.05顯著性水平)，印度洋偶極子顯著性相對較低,未達到0.05顯著性水平；北大西洋濤動(NAO)與熱浪呈負相關(guān)、東亞夏季風呈正相關(guān)，但兩者相關(guān)性均較弱且不顯著。從統(tǒng)計相關(guān)角度看，青藏高原高空反氣旋環(huán)流(TPAI)、西太平洋副熱帶高壓北界與京津冀地區(qū)熱浪變化具有密切關(guān)系，可以作為一種指示熱浪異常的預警信號。

表1 京津冀地區(qū)熱浪與環(huán)流因子多元回歸分析Table 1 Heat waves regressed against atmospheric oscillation in Beijing-Tianjin-Hebei Region

注：b為多元線性回歸系數(shù)，T為t檢驗值。

4 結(jié)論與討論

基于熱浪指數(shù)模型，輔以趨勢分析、Mann-Kendall突變檢驗及相關(guān)分析等氣候診斷方法，分析近54年京津冀地區(qū)熱浪時空變化趨勢，探討了城市化對熱浪變化趨勢影響，并嘗試尋找對熱浪異常具有穩(wěn)定指示意義的環(huán)流因子，得到以下初步結(jié)論：

1) 1960—2013年京津冀地區(qū)熱浪變化具有階段性。20世紀60年代為熱浪偏多期，以中度和重度熱浪增加為主；20世紀70—90年代初為熱浪偏少期，以輕度和中度熱浪增加為主；20世紀90年代中期至21世紀初為熱浪大幅增長期，以重度熱浪增加最為明顯；2003年之后全球變暖速率減緩，重度和輕度熱浪呈下降趨勢，中度熱浪呈上升趨勢。

2) 1960—2013年京津冀熱浪空間整體呈南減北增的變化格局。其中，東南平原區(qū)熱浪呈下降趨勢，北部生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)呈增加趨勢。在區(qū)域尺度上，豐寧和北京重度熱浪和熱浪總頻次相關(guān)系數(shù)基本維持在0.90以上，兩者在宏觀變化趨勢上仍具有一致性，說明遷站對極端熱浪頻次影響較小，城市化主要影響以輕度和中度熱浪變化為主。

3) 從環(huán)流因子看，西太平洋副熱帶高壓北界、青藏高原高空反氣旋環(huán)流對京津冀熱浪異常影響最為顯著，無論原始序列，還是中長期時間序列均呈顯著正相關(guān)(達到0.05顯著性水平)。當青藏高原高空反氣旋環(huán)流異常偏強，西太平洋副熱帶高壓明顯偏北時，京津冀地區(qū)發(fā)生超級熱浪可能性較大。

關(guān)于京津冀熱浪時空變化和影響因素研究，未來尚有許多工作需要探索：定量城市化影響，不同氣候背景城市熱島效應(yīng)存在差異[32]，對比城區(qū)、近郊、遠郊城市熱浪變化空間差異，分析快速城市化背景下人類活動在城市尺度驅(qū)動作用，嘗試定量化自然因素和人類活動對京津冀地區(qū)熱浪變化的影響，評估京津冀地區(qū)社會脆弱性。2014年5月熱浪事件的強度和持續(xù)時間遠低于2003夏季，但北京城市供水量卻持續(xù)高位運行，甚至出現(xiàn)單日用水量接近百年極值。大規(guī)模人口流動和快速經(jīng)濟發(fā)展，使京津冀地區(qū)災害承載力變得極其脆弱，易形成小災大害，如何有效評估京津冀地區(qū)社會脆弱性變化，是未來災害管理研究的重要課題。

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Spatiotemporal Variability of Heat Waves in Beijing-Tianjin-Hebei Region and Influencing Factors in Recent 54 Years

Li Shuangshuang1)2)Yang Saini1)2)Zhang Donghai1)3)Liu Xianfeng1)3)

1)(StateKeyLaboratoryofEarthSurfaceProcessesandResourceEcology,BeijingNormalUniversity,Beijing100875)2)(AcademyofDisasterReductionandEmergencyManagement,BeijingNormalUniversity,Beijing100875)3)(CollegeofResourceScienceandTechnology,BeijingNormalUniversity,Beijing100875)

It indicates that hot summers will become more frequent in eastern China in the future. The region will face a great risk in the absence of any adaptation measures taken towards reducing its vulnerability to effects of extreme heat. Beijing-Tianjin-Hebei Region is identified as the biggest metropolitan in northern China. Rapid urbanization and the recent frequent occurrence of hot summers in the region raises questions about influencing factors at the regional scale and the spatiotemporal variability of heat waves. Using the newly developed Heatwave Index (HI), a statistical analysis is conducted on the temporal and spatial distribution characteristics of heat waves in Beijing-Tianjin-Hebei Region over a period from 1960 to 2013. More specifically, based on the history of relocations, the heat wave trends between Beijing and Fengning is compared to investigate the influence of urbanization, and also analyse the relationship between atmospheric circulation anomalies and observed heat wave trends. It shows that based on variations in heat wave trends, two distinct phases are identified in Beijing-Tianjin-Hebei Region. Owing to some abrupt changes in the mid-1970s, the frequency of heat waves decrease from 1960 to 1973, and then increase from 1974 to 2013. Heat waves show a decreasing trend in the southern part and an increasing trend in the northern part of Beijing-Tianjin-Hebei Region. A significant increasing trend is found in the northern and western biological conservation area, and decreasing trend in south-eastern plains. At the regional scale, urbanization and relocations affect the occurrence of slight to moderate rather than extreme heat waves. In the period of global warming and rapid urbanization, the frequency of heat waves in Beijing is higher than that of Fengning. In recent global warming hiatus, the frequency of heat waves in Beijing is lower than Fengning. Driving factors behind temporal and spatial patterns are deemed complicated. The inter-decadal variations are significantly and closely related to the offsetting of western Pacific subtropical high (WPSH) ridge and the anomalous anticyclone over the Tibetan Plateau (TPAI) in summer. In other words, there is a positive correlation between the number of heat wave days and WPSH and TPAI. Furthermore, the probability of a summer with a mega-heat wave would increase with the anomalies in WPSH and TPAI.

Beijing-Tianjin-Hebei Region; heat waves; spatiotemporal patterns

10.11898/1001-7313.20150504

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(2012CB955402)，北京師范大學地表過程模型與模擬創(chuàng)新研究群體科學基金項目(41321001)

李雙雙,楊賽霓,張東海,等. 近54年京津冀地區(qū)熱浪時空變化特征及影響因素. 應(yīng)用氣象學報，2015，26(5)：545-554.

2015-01-05收到， 2015-05-04收到再改稿。

* 通信作者， email: yangsaini@bnu.edu.cn