任青青，張淑蘭，張海軍，劉全玉

（1.安康學(xué)院陜西省院士專家工作站，陜西 安康 725000；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，武漢 430070）

受氣候變化和人類活動(dòng)的影響，近100 年來(lái)，全球氣溫顯著上升；IPCC 第五次評(píng)估報(bào)告指出，1880—2012 年全球平均溫度上升了0.85 ℃，預(yù)計(jì)到2016—2035 年全球平均溫度將會(huì)升高0.3～0.7 ℃，氣候變暖會(huì)使極端天氣出現(xiàn)的頻率增加，將會(huì)對(duì)人類社會(huì)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成潛在威脅［1］。高溫作為極端氣候中的一種，給人類的健康和生產(chǎn)生活帶來(lái)較多危害［2］。如高溫被認(rèn)為是人群死亡和相關(guān)疾病發(fā)生的重要危險(xiǎn)因素［3］，且持續(xù)的高溫對(duì)人體產(chǎn)生不利的累積效應(yīng)［4］；有研究表明，極端氣溫的變化帶來(lái)較多的次生災(zāi)害，如干旱少雨、暴雨洪水、泥石流和滑坡等，同時(shí)也會(huì)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)、糧食生產(chǎn)、動(dòng)植物生存等產(chǎn)生影響［5-7］。

近年來(lái)，中國(guó)較多地方夏季高溫連創(chuàng)新高，嚴(yán)重影響人們的正常生產(chǎn)生活。位于秦巴山區(qū)的安康市，雖然降水較為豐沛，但極端氣溫也會(huì)經(jīng)常伴有干旱的發(fā)生，高溫日數(shù)的增多及持續(xù)高溫的極端天氣往往導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失嚴(yán)重。趙景波等［8］利用極端氣溫指數(shù)研究發(fā)現(xiàn)安康市極端氣溫的變化會(huì)使得該區(qū)旱災(zāi)、高溫災(zāi)害、農(nóng)業(yè)病蟲害增加；王朋等［9］對(duì)安康市60 多年來(lái)的氣溫變化特征進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)極端最高氣溫存在31 年變化周期；喬麗等［10］分析了近30 年陜西省氣象干旱災(zāi)害時(shí)空分布特征，表明陜南地區(qū)也會(huì)出現(xiàn)高溫干旱。本研究將從高溫發(fā)生的日數(shù)、持續(xù)高溫及酷熱日數(shù)著手，對(duì)安康市的高溫天氣變化特征與趨勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)充分了解該市氣候特征、合理利用氣候資源、做好氣象與氣候?yàn)?zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警工作、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境等方面具有重要的實(shí)際意義。

1 研究區(qū)概況

安康市位于陜西省東南部，地處秦嶺和巴山之間，屬于河谷盆地，總面積23 534.5 km2，素有“小火爐”之稱。該地氣候濕潤(rùn)，雨水豐富，四季分明，夏季高溫多雨并多伴有伏旱，冬季寒冷少雨，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候；年平均降雨量930 mm，主要集中在6—9 月；年平均氣溫為15～17 ℃，高溫天氣主要集中在5—7 月；無(wú)霜期年平均長(zhǎng)達(dá)253 d。境內(nèi)水資源較為豐富，有漢江穿過(guò)安康市境內(nèi)，流長(zhǎng)340 km。植被類型多樣，有常綠闊葉林、常綠落葉混交林、落葉闊葉林、針葉林等；廣泛分布著柑橘、柚子、枇杷、桂花、梔子、夾竹桃、芭蕉等亞熱帶植物。安康市以農(nóng)業(yè)資源為主，因土壤硒元素含量豐富，被譽(yù)為“中國(guó)硒谷”，包括魔芋、茶、糧油、家畜等富硒特色產(chǎn)業(yè)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源和方法

數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)（http：//cdc.cma.gov.cn）。研究利用安康市氣象站1953—2020 年逐日最高氣溫和1980—2020 年最小相對(duì)濕度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括年極端氣溫、高溫日數(shù)、高溫過(guò)程和酷熱日等特征指數(shù)。依據(jù)氣象局規(guī)定，當(dāng)日最高氣溫≥35 ℃時(shí)定義為一個(gè)高溫日［11］；同時(shí)，選取連續(xù)3 d 都出現(xiàn)≥35 ℃的高溫天氣作為一個(gè)持續(xù)高溫過(guò)程；通過(guò)計(jì)算悶熱指數(shù)（THI）界定酷熱日［12］，當(dāng)THI≥29.5 作為一個(gè)酷熱日，其中THI=t-0.55×（1-RH）×（t-14.5），t為日最高氣溫，RH為日最小相對(duì)濕度。對(duì)高溫日、持續(xù)高溫過(guò)程和酷熱日進(jìn)行累計(jì)匯總，建立安康市的高溫天數(shù)系列資料。

采用常規(guī)氣候統(tǒng)計(jì)方法［8］統(tǒng)計(jì)高溫日數(shù)、持續(xù)高溫過(guò)程和酷熱日數(shù)；通過(guò)線性回歸和滑動(dòng)平均法［5］分析安康市高溫日數(shù)、持續(xù)高溫過(guò)程、酷熱日數(shù)和年極端氣溫變化趨勢(shì)特點(diǎn)；利用Mann-Kendall 檢驗(yàn)法進(jìn)行突變分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 安康市高溫特征指數(shù)的月變化特征

3.1.1 極端高溫月統(tǒng)計(jì)特征 安康市的高溫天氣基本發(fā)生在4—9 月，月平均最高溫大小表現(xiàn)為8 月＞7月＞9 月＞6 月＞5 月＞4 月；多年月極端高溫大小表現(xiàn)為7 月＞8 月＞9 月＞6 月＞5 月＞4 月，分別出現(xiàn)在2017年7 月27 日、2017 年8 月5 日、1999 年9 月10 日、2006 年6 月19 日、1953 年5 月28 日和2011 年4 月29日。年極端高溫出現(xiàn)次數(shù)表現(xiàn)為7 月＞8 月＞6 月＞9月＞5 月，4 月未出現(xiàn)過(guò)年極端高溫（表1）。由此可見(jiàn)，極端高溫月出現(xiàn)頻率高，但不足以說(shuō)明該月的平均最高溫就最高。

表1 安康市極端高溫月統(tǒng)計(jì)特征

3.1.2 高溫日月統(tǒng)計(jì)特征 對(duì)1953—2020 年安康市高溫日數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2 所示。4 月68 年來(lái)共有4 年出現(xiàn)高溫日，共6 d，分別是1955 年4 月12 日、1972 年4 月18 日、2004 年4 月20 日和22 日、2011 年4 月26 日和29 日，高溫出現(xiàn)的最早日期有延后的現(xiàn)象。高溫日主要集中在每年的6—8 月，其中，7月是全年高溫日數(shù)最多的月份，年平均為9.5 d，多年累積為639 d，累積天數(shù)占比為37.6%，只有2005 年未出現(xiàn)高溫天氣，1973 年僅有3 d 出現(xiàn)高溫；8 月的高溫天數(shù)次之，年平均為9.2 d，多年累積天數(shù)為618 d，累積天數(shù)占比為36.4%，但年份分布極不平衡，1974 年未出現(xiàn)高溫，1980、1989 年和2009 年均僅出現(xiàn)1 d 高溫，而1994 年和1999 年則分別出現(xiàn)21 d 和19 d 高溫；6 月的高溫天數(shù)排第三，年平均為5.1 d，多年累積天數(shù)為316 d，累積天數(shù)占比為18.6%，但有6 年未出現(xiàn)過(guò)高溫，分別是1976、1983、1985、1986、2001、2015年。9月高溫多年累積天數(shù)為64 d，年平均為2.9 d，68 年中只有22 年出現(xiàn)過(guò)高溫天氣，除個(gè)別年（1999、2010、2013 年）高溫發(fā)生在中旬外，其他出現(xiàn)高溫的年份均發(fā)生在上旬，而大部分年份沒(méi)有發(fā)生高溫；5 月的高溫多年累積天數(shù)為56 d，年平均為2.2 d，68 年中只有26 年出現(xiàn)過(guò)高溫，其中21 世紀(jì)以后的10 年高溫天數(shù)占多年累計(jì)天數(shù)的48.2%，說(shuō)明5 月的高溫天數(shù)隨時(shí)間變化在增多。68 年來(lái)，最早出現(xiàn)高溫天氣是在1953 年4 月12 日，最晚是在2010 年9 月19 日；極端高溫最大值出現(xiàn)的年份為2017 年7 月27 日，達(dá)41.9 ℃。

表2 安康市高溫日月統(tǒng)計(jì)特征

3.1.3 高溫過(guò)程月統(tǒng)計(jì)特征 由表3 可以看出，68年間持續(xù)高溫過(guò)程基本發(fā)生在5—9 月，共計(jì)出現(xiàn)221 次，平均持續(xù)高溫過(guò)程時(shí)間為5.4 d；出現(xiàn)次數(shù)最多是7 月，其次是8 月，第三是6 月，第四是5 月和9月，但高溫平均持續(xù)時(shí)間表現(xiàn)為8 月＞7 月＞9 月＞6 月＞5 月；最早出現(xiàn)持續(xù)高溫過(guò)程是在1988 年5 月1—3日，最晚是在1999 年9 月5—11 日；持續(xù)高溫時(shí)間最長(zhǎng)為16 d，分別是在1966 年7 月26 日至8 月10 日、1969 年7 月25 日至8 月9 日以及2016 年8 月10—25日出現(xiàn)。5—9 月均未出現(xiàn)持續(xù)高溫的年份有1954、1974 年和1998 年。

表3 安康市高溫過(guò)程月統(tǒng)計(jì)特征

3.1.4 酷熱天氣月統(tǒng)計(jì)特征 對(duì)41 年來(lái)安康市酷熱天氣進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，由表4 可以看出，酷熱天氣發(fā)生在6—9 月。7 月酷熱天氣發(fā)生最多，年平均為6.6 d，累計(jì)占比達(dá)53.3%，大部分發(fā)生在7 月下旬，其中沒(méi)有出現(xiàn)酷熱天氣的年份包括1985、2004、2005、2007、2020 年，而在該月份累計(jì)超過(guò)10 d 的酷熱天氣 共 計(jì)8 年，包 括1988、1995、1999、2006、2009、2013、2017 年和2018 年，并且均屬于持續(xù)酷熱型；8月酷熱天數(shù)次之，年平均為4.9 d，累計(jì)占比為39.3%，其中沒(méi)有出現(xiàn)酷熱天氣的年份包括1980、1982、1983、1989、1991 年，而累計(jì)超過(guò)10 d 的酷熱天氣只有2020 年，且屬于持續(xù)酷熱型；9 月的酷熱天氣年平均為2.5 d，累計(jì)占比為3.4%，41 年來(lái)9 月只有1990、1995、1999、2002、2009 年和2010 年發(fā)生過(guò)酷熱天氣；6 月酷熱天數(shù)最少，年平均為1.6 d，累計(jì)占比僅為4.0%，但發(fā)生的年份數(shù)多于9 月；酷熱日出現(xiàn)最早是在1999 年6 月14 日，最晚是在2010 年9 月19 日。

表4 安康市酷熱天氣月統(tǒng)計(jì)特征

對(duì)比表1 可知，酷熱日數(shù)明顯少于高溫日數(shù)，且4、5 月無(wú)酷熱發(fā)生，但均有高溫天氣發(fā)生；酷熱日和高溫日均主要發(fā)生7、8 月，說(shuō)明高溫日與酷熱日具有同期性，且酷熱日最晚結(jié)束時(shí)間與高溫日相同，均是2010 年9 月19 日。進(jìn)一步分析酷熱日發(fā)生的最低溫度，發(fā)現(xiàn)1997 年8 月7 日溫度為32.9 ℃時(shí)就發(fā)生了酷熱，其悶熱指數(shù)為29.7，這說(shuō)明酷熱日不一定就是高溫日，8.3%的酷熱日未伴隨高溫日出現(xiàn)。

3.2 安康市高溫特征指數(shù)的年際和年代變化特征

3.2.1 年際變化 68 年中，安康市年平均極端高溫為39 ℃，有16 年出現(xiàn)高溫≥40 ℃，共40 d，其中，2017 年高溫≥40 ℃的日數(shù)最多，達(dá)7 d，且該年出現(xiàn)了最大極值，達(dá)41.9 ℃。從圖1a 線性回歸趨勢(shì)線可以看出，安康市年極端高溫呈極弱下降趨勢(shì)，氣候傾向率為-0.029 ℃/10 年。從5 年滑動(dòng)平均曲線可以看出，年極端高溫表現(xiàn)為4 個(gè)變化階段，1953—1973年5 年平均極端高溫處于平均值以上，1974—1993年其處于平均值以下，1994—2016 年其多與平均值接近或持平，2016—2020 年其又處于平均值以上，呈高-低-平-高的變化趨勢(shì)。

1953—2020 年安康市高溫總?cè)諗?shù)為1 699 d，年平均高溫日為25.0 d；高溫日出現(xiàn)最多的年份為2016年，達(dá)52 d，出現(xiàn)最少的年份為1987年，僅為4 d。從圖1b 可以看出，年高溫日數(shù)的變化幅度波動(dòng)較大；從線性趨勢(shì)變化來(lái)看，高溫日數(shù)有不明顯的減少趨勢(shì)，且從5 年滑動(dòng)平均來(lái)看，年高溫日數(shù)大致與年極端氣溫的年際變化相似，也分為4 個(gè)階段，即1953—1973、1974—1996、1997—2015、2016—2020 年，呈高-低-平-高的變化趨勢(shì)，特別是2016、2017 年和2018 年連續(xù)3 年持續(xù)高溫均在10 d 以上。

1953—2020 年安康市共發(fā)生221 次持續(xù)高溫過(guò)程，年平均發(fā)生持續(xù)高溫過(guò)程為3.3 次；持續(xù)高溫過(guò)程最多的年份是1953 年和2013 年，達(dá)8 次；未發(fā)生持續(xù)高溫的年份包括1954、1974、1987、1998 年和2005 年。持續(xù)高溫過(guò)程發(fā)生的年際變化趨勢(shì)如圖1c 所示，對(duì)比圖1a、圖1b 可以看出，其波動(dòng)幅度和變化趨勢(shì)與極端氣溫、高溫日數(shù)的相似，基本也存在4個(gè)不同的階段。

1980—2020 年安康市共發(fā)生酷熱日數(shù)總計(jì)為448 d，年平均酷熱日數(shù)為10.9 d，平均悶熱指數(shù)為30.1；酷熱日出現(xiàn)最多的年份是1999、2013 年和2016 年，均為22 d，出現(xiàn)最少的年份為1982 年和2007 年，僅有1 d。41 年來(lái)安康市酷熱日數(shù)具有增加趨勢(shì)，且波動(dòng)幅度較大；從5 年滑動(dòng)平均來(lái)看，1980—1989 年的年酷熱日數(shù)大多在平均值以下，1990—2003 年其大多在平均值以上，2004—2012 年其大多低于平均值，2013—2020 年其大多又高于平均值，即呈低-高-略低-高的波動(dòng)上升趨勢(shì)（圖1d）。

圖1 1953—2020 年安康市高溫特征指數(shù)的趨勢(shì)變化

3.2.2 年代變化 由表5 可以看出，安康市年極端高溫、高溫日數(shù)、持續(xù)高溫次數(shù)和酷熱日的年代變化趨勢(shì)具有一致性。20 世紀(jì)50 年代、60 年代、70—80年代，年極端高溫和年高溫日數(shù)均呈降低趨勢(shì)；20世紀(jì)90 年代以后二者又呈升高趨勢(shì)，雖然2000—2009 年出現(xiàn)略微降低的趨勢(shì)，但2010—2019 年二者又明顯升高，即呈高-低-高-略低-高的變化趨勢(shì)。從持續(xù)高溫的次數(shù)來(lái)看，20 世紀(jì)50—80 年代持續(xù)高溫次數(shù)有降低趨勢(shì)，20 世紀(jì)90 年代至21 世紀(jì)20 年代又不斷升高，即呈高-低-高的變化趨勢(shì)。從酷熱日的變化來(lái)看，自20 世紀(jì)80 年代至21 世紀(jì)20 年代呈低-高-略低-高的變化趨勢(shì)。

表5 安康市高溫特征指數(shù)的年代際變化

3.3 安康市高溫特征指數(shù)的突變特征

安康市高溫特征指數(shù)的突變指數(shù)特征如圖2 所示?？梢钥闯?，雖然年極端高溫的UF（k）和UB（k）曲線有交點(diǎn)，但2 條曲線均在顯著水平線之內(nèi)，因此68 年來(lái)年極端高溫沒(méi)有發(fā)生突變（圖2a）；高溫日數(shù)的UF（k）曲線在1983 年處超過(guò)了顯著水平線以外，且UF（k）和UB（k）在2 條顯著水平線內(nèi)有交點(diǎn)，為1962 年，因此1962 年為其開始突變時(shí)間（圖2b）；持續(xù)高溫過(guò)程次數(shù)的UF（k）在1983 年以后也超過(guò)了顯著水平線以外，但在顯著水平線之間不存在交點(diǎn)，因此，只能判斷其突變發(fā)生在1983 年之前（圖2c）；酷熱日數(shù)的UF（k）和UB（k）曲線變化較為復(fù)雜，存在多個(gè)交點(diǎn)，但UB（k）曲線在2003 年以后超過(guò)了顯著水平線之外，因此可以判斷酷熱日數(shù)發(fā)生過(guò)突變，且突變時(shí)間為2000 年，而其他時(shí)間雖然有交點(diǎn)，但未發(fā)生突變（圖2d）。

圖2 安康市年極端最高氣溫M-K 突變分析

4 討論

4.1 安康市的高溫特征變化與其特殊的地理特點(diǎn)的關(guān)系

安康市位于秦嶺以南，屬于北亞熱帶氣候，夏季盛行季風(fēng)環(huán)流，與西安市明顯不同。雖然安康市的平均高溫日數(shù)（24.5 d）與西安市（22.95 d）差異不大，但其出現(xiàn)較多日數(shù)的月份是7、8 月，而西安市則是6、7 月，且安康市持續(xù)高溫過(guò)程時(shí)間最長(zhǎng)在8 月，而西安市則出現(xiàn)在7 月［13］。這主要是由于受秦嶺山脈的阻擋，6 月控制西安市干熱型高溫天氣的西北氣流對(duì)安康市影響明顯減弱［12］，因此安康市6 月的高溫日數(shù)要比西安市少；而7、8 月安康市則受到濕潤(rùn)型的西南氣流影響多，因此出現(xiàn)較多的高溫及酷熱天氣。然而，相對(duì)于秦嶺以北的西安市，安康市的氣候與西南重慶市、四川省更相似，這兩地的極端高溫與同區(qū)域性增暖有顯著正效應(yīng)或有微弱的上升趨勢(shì)［14-16］；但是，安康市高溫特征指數(shù)的年際、年代變化并未體現(xiàn)出明顯的氣候變暖趨勢(shì)，僅酷熱日數(shù)41年來(lái)呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，而極端最高溫、高溫日數(shù)和持續(xù)高溫過(guò)程68 年來(lái)均呈波動(dòng)下降趨勢(shì)；因此，從長(zhǎng)時(shí)間系列來(lái)看，安康市氣候變暖趨勢(shì)反應(yīng)較弱。同時(shí)，從5 年滑動(dòng)平均和年代變化也可看出，安康市高溫特征指數(shù)應(yīng)該存在明顯的周期變化。趙景波等［8］、王朋等［9］對(duì)安康市極端氣溫指數(shù)研究結(jié)果也表明其存在27 年或31 年左右的長(zhǎng)周期。

4.2 安康市高溫特征指數(shù)的突變對(duì)人們的健康及生產(chǎn)生活的影響

68 年來(lái)安康市極端高溫存在波動(dòng)和周期變化，但趨勢(shì)變化不明顯且不存在突變現(xiàn)象；而高溫日數(shù)、持續(xù)高溫過(guò)程次數(shù)及酷熱日數(shù)均出現(xiàn)了突變，特別是自1983 年以來(lái)突變區(qū)域比較明顯；氣候突變的發(fā)生往往伴隨著其他極端氣候事件的發(fā)生，如20 世紀(jì)80 年代到21 世紀(jì)初陜南發(fā)生干旱8 次［10］，且酷熱經(jīng)常伴隨暴雨的發(fā)生，如1998、2000、2002、2003 年等都有特大暴雨的發(fā)生［17，18］。由極端高溫引起的干旱、洪澇等均會(huì)造成農(nóng)作物損害、糧食產(chǎn)量銳減，嚴(yán)重影響該區(qū)人們的生產(chǎn)生活；同時(shí)，由于氣候極端事件的發(fā)生，也會(huì)帶來(lái)許多次生災(zāi)害，如滑坡、泥石流、洪水、火災(zāi)等。此外，近些年很多研究關(guān)注氣候變化對(duì)人類生存健康的影響，極端高溫、持續(xù)高溫、酷熱、熱浪等與人們中暑、死亡率、生理應(yīng)激反應(yīng)及較多疾病的發(fā)生有很大關(guān)系［2-4］。因此，隨著氣候變暖以及極端事件的多發(fā)，安康市在應(yīng)對(duì)氣候變化及高溫等極端事件帶來(lái)的疾病方面還需要進(jìn)一步深入研究。

5 小結(jié)

1）安康市極端高溫平均為39.0 ℃，最高達(dá)41.9 ℃；高溫日出現(xiàn)在4—9 月，年高溫日數(shù)為25 d，年持續(xù)高溫過(guò)程次數(shù)3.4 次，酷熱日數(shù)10.2 d，主要出現(xiàn)在7、8 月，高溫日出現(xiàn)的最早日期有延后的現(xiàn)象，持續(xù)高溫最長(zhǎng)可達(dá)16 d，酷熱日數(shù)少于高溫日數(shù)，8.3%的酷熱日未伴隨高溫日出現(xiàn)；68 年來(lái)的高溫特征月份統(tǒng)計(jì)中出現(xiàn)了較多的特殊年份。

2）安康市極端高溫、高溫日數(shù)、年持續(xù)高溫及酷熱日數(shù)的年際和年代變化均表現(xiàn)出周期性；其中，極端高溫、高溫日數(shù)、持續(xù)高溫次數(shù)年代際變化均呈高-低-平-高的波動(dòng)下降趨勢(shì)；而酷熱日數(shù)則呈低-高-略低-高的波動(dòng)上升趨勢(shì)。

3）68 年間，安康市極端高溫未發(fā)生突變現(xiàn)象，而高溫日數(shù)、持續(xù)高溫和酷熱日數(shù)則有突變發(fā)生；其中，高溫日數(shù)自1962 年開始發(fā)生突變，持續(xù)高溫次數(shù)的突變?cè)?983 年之前，酷熱日數(shù)在2000 年發(fā)生突變。