杭州市高温致灾因子危险性风险区划

杭州市高温致灾因子危险性风险区划
黄慧琳;缪启龙;潘文卓;宋健;葛小清
【摘要】利用杭州市各气象观测站和自动气象站多年气温资料,以及数理统计方法和Arc GIS空间分析技术,采用极端高温与高温日数作为高温致灾因子风险的主要评价指标,分析杭州市高温天气的气候特征,对杭州市高温灾害致灾因子危险性进行了区划.结果表明,杭州市高温天气灾害较为严重,常出现38.0℃以上的高温,40.0℃以上也不少见,最高达到42.9℃；高温日数较长,最长持续时间超过50 d.杭州市高温灾害危险性风险高值区大部分集中在杭州城区所在的东北部平原,包括上城区、下城区、拱墅区、江干区、滨江区、西湖区西南部、萧山区及余杭区大部.另外,富春江、分水江等沿江两岸,西南部的河谷、盆地以及中部地势较复杂的谷地、盆地等低海拔地区也处于高温危险性中高值区域；北部天目山、西北部昱岭及白际山、西南部千里岗山及龙门山脉高海拔地区均属于危险性风险低值区域.
【期刊名称】《气象与减灾研究》
【年(卷),期】2012(035)002
【总页数】6页(P51-56)
【关键词】杭州;高温;致灾因子;ArcGIS;风险区划
【作者】黄慧琳;缪启龙;潘文卓;宋健;葛小清
【作者单位】南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室,江苏南京210044;南京信息工程大学应用气象学院,江苏南京210044;南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室,江苏南京210044;南京信息工程大学应用气象学院,江苏南京
210044;杭州市气象局,浙江杭州310021;杭州市气象局,浙江杭州310021;杭州市气象局,浙江杭州310021
【正文语种】中文
【中图分类】X43
全球气候变化是21世界人类所面临的最主要的环境问题之一，气候变化对环境、生态、经济和社会产生不利影响，同时也威胁着人类的健康［1］。

全球变暖已经成为不争的事实，2007年IPCC第四次评估报告指出，在最新更新的过去100年（1906—2005年）里，全球变暖的趋势为0.74℃［2］。

近年来，随着全球气候变暖以及快速发展的城市化进程，热岛效应愈加显著，使得全球范围内的高温酷热天气出现日益频繁，高温灾害正逐渐成为一种严重气象灾害［3］。

高温灾害主要是气温太高而引起人员、动植物不能适应的现象，它不仅造成供水、供电紧张，影响工农业生产，同时加剧光化学污染，直接危害到广大人民的身体健康，严重威胁到广大人民的生活和生存质量。

20世纪90年代以来，全球极端高温事件频繁发生，并呈现出强度大、频次高、范围广等特点，全球极端高温以及高温日数屡创新高，部分地区甚至年年遭受高温灾害的袭击。

这种世界范围的高温天气已经引起科学界以及相关国际组织的关注。

已有的研究结果［4-6］表明，未来中国区域极端高温气候事件呈现增加趋势，高温灾害出现的可能性增大。

近年来，我国开展了关于城市高温天气的时空分布特征以及气候特征和灾害机理［7-8］等方面的研究。

对高温灾害性天气研究主要集中在产生高温天气的主要原因，即产生“城市热岛”效应的机制和减缓对策方面的研究，但从灾害风险的角度对高温灾害危险性进行分析的研究却不多，仅有如张书娟等［9］以≥35℃的年高温日数作为量化指标来对华东地区高温灾害危险性进行评价。

杭州市是我国受高温影响比较严重的省级城市之一，每年夏季的高温特别是出梅以后的连续高温酷暑对人民的正常生活生产活动带来很大影响。

文中通过对杭州市高温天气特征及致灾因子的分析，从灾害风险评估角度出发，运用数理统计方法结合ArcGIS空间分析技术，以年极端最高气温和年高温日数作为致灾因子，给出杭州
市高温致灾危险性区划，为高温灾害防灾减灾决策提供依据。

所用气温观测资料由杭州市气象局提供，包括1966—2010年杭州市7个国家基
本气象站以及2005—2010年157个自动气象站点观测资料。

利用ArcGIS空间分析技术，进行多源、海量栅格数据分析，以1 km×1 km栅格为基本评价单元，定量表达杭州市高温灾害致灾因子风险的空间分布，分析杭州市多年平均年极端最高气温以及多年平均年高温日数的时空分布，在此基础上，得到杭州市高温致灾因子风险空间分布。

根据中国气象局规定，日极端最高气温≥35℃的天气称为高温天气，连续3天以
上的高温天气称为高温热浪。

因此，选取35℃作为高温的标准，即日最高温度
≥35℃统计为一个高温日。

年极端最高气温指的是一年内逐日观测记录中出现的气温极端最高值，是一个能够直接反映对应年份高温灾害所达到程度的重要物理量。

据统计，杭州市年极端最高气温一般出现在7—8月，9月也会偶尔出现。

由年极端最高气温的年际变化图（图1）可以看出，杭州市各地极端最高气温均较高，各基本站的年极端最高气温总体上呈现显著变暖趋势。

20世纪70年代各基本站的极端最高气温均在36.0℃
以上，10年平均年极端最高气温范围为36.9—39.3℃；80年代各站10年平均年极端最高气温范围为37.1—38.8℃；90年代各站10年平均年极端最高气温范围
为38.0—40.4℃；2000年以后，各基本站年极端最高气温基本都在38.0℃以上，出现持续高温也愈加频繁，10年平均年极端最高气温范围为39.2—40.0℃。

从总体上看，各站增温率分别为：临安0.6℃/（10 a），富阳0.6℃/（10 a），杭州
0.5℃/（10 a），萧山1.0℃/（10 a），桐庐0.2℃/（10 a），淳安0.1℃/（10 a），建德0.2℃/（10 a），均通过了信度为0.05的显著性检验。

1966年和1967年为20世纪60年代后期较热的年份，多站出现极端最高气温在40℃以上的高温天气。

1966年建德年极端最高气温为42.4℃，淳安为41.8℃，桐庐为41.7℃，临安为41.2℃；1967年建德年极端最高气温为42.3℃，淳安为41.5℃，桐庐为40.5℃，这两年是杭州市高温特别严重的年份。

20世纪70年代，分别在1971年和1978年出现了2个极端最高气温的峰值。

1971年建德出现了高达42.9℃的年极端高温，为杭州市历史之最，淳安年极端最高气温为40.6℃，桐庐为41.0℃；1978年建德年极端最高气温为41.1℃，淳安为40.5℃，桐庐为40.6℃，临安为40.7℃，富阳、杭州以及萧山年极端最高气温分别为39.9、39.8、38.6℃。

20世纪80年代，各基本站出现高温强度较轻，仅有1983年和1988年出现过40.0℃以上高温。

90年代各站出现38.0℃以上年极端最高气温概率明显高于70—80年代。

临安90年代年极端最高气温明显高于其他各站，1992年临安出现42.5℃年极端最高气温，1994年为41.8℃，1995年为42.1℃，1998年为41.8℃，均居各站之首，2000年也达到了40.4℃。

90年代，其余各站的年极端最高气温范围为39.0—40.0℃。

21世纪以来，2003年杭州全市遭遇50年未遇的高温天气，全市各站年极端最高气温均在40.0℃以上。

其中，建德年极端最高气温为42.4℃，富阳、萧山均为42.2℃，桐庐为41.6℃，临安为41.0℃，淳安为40.7℃，杭州为40.3℃。

由于气候变暖，除2003年外，杭州市各地极端最高气温虽不及2003年，但仍处于较高值。

每年夏季日最高气温在35℃以上的高温天数能够反映当年夏季的炎热程度。

统计高温日数在各月的分布情况，结果表明杭州市的高温一般出现在7—8月（占总数
的85%以上），4—6月、9—10月一些站也时有高温天气出现。

杭州市各站多年平均高温日数分别为：临安27 d，富阳27 d，杭州24 d，萧山
23 d，桐庐33 d，淳安29 d，建德39 d。

从高温日数年际变化来看（图2），
除淳安外，其余6站高温日数随年际增加，增加率分别为：临安4 d/（10 a）、
富阳6 d/（10 a）、杭州5 d/（10 a）、萧山7 d/（10 a）、桐庐3 d/（10 a）、建德1 d/（10 a）。

可见，高温日数年际变率大，最多可达75 d（建德，1971年），最少仅为4 d（杭州，1982年）。

1967年建德高温日数多达68 d，高温最多持续多达58 d；淳安高温日数为64 d，高温最多持续59 d；桐庐高温日数为56 d，高温最多持续47 d；此外，临安以
及富阳也都出现了50 d以上的高温天气。

20世纪70年代，高温日数较多的年份为1971年和1978年。

1971年全市各站
高温日数均在45 d以上，建德出现多达75 d的高温日数，为杭州历史之最，最
多持续高温日数多达52 d；淳安、桐庐高温日数均在64 d以上；富阳、杭州高温日数均在50 d以上。

80年代各基本站高温日数相对较少，除建德外，其余各站
80年代高温日数都在40 d以下。

90年代以后，各站高温日数开始逐渐增多，1994临安出现了66个高温天气，建德、桐庐、富阳、淳安高温日数也分别为56、54、52、51 d。

21世纪以来，杭州全市各站出现50 d以上高温日数愈加频繁。

2003年除临安和淳安外，其余5站的高温日数均在50 d以上，其中建德为60 d，富阳、萧山为
55 d，桐庐为53 d，杭州为50 d。

2005年萧山与建德高温日数均为53 d，桐庐为52 d。

2007年桐庐高温日数为51 d。

通过已有数据计算发生概率和不同强度等级条件下气象灾害发生的重现期，可以在一定程度上反映灾害风险状况［10］。

根据杭州市7个国家基本气象站1966—2010年极端最高气温以及高温日数资料，运用Easy Fit 5.3软件对各基准站数据
进行单独分析并获取各站概率分布模型，最终依据各自的概率分布函数计算得到极端最高气温以及高温日数重现期（图3-4）。

从极端最高气温重现期来看，建德、临安在各概率下的年极端最高气温较高，杭州市区较低。

建德、临安、桐庐5年、10年、20年、30年、50年、100年一遇的年极端最高气温均超过40.0℃，富阳、萧山、淳安10年、20年、30年、50年、100年一遇的年极端最高气温均超过40.0℃。

20年一遇情景下，建德年极端最高气温达到42.2℃，杭州达到40.1℃，临安、桐庐、淳安年极端最高气温均超过41.0℃。

50年一遇情景下，建德年极端最高气温达到43.5℃，临安、富阳、萧山、淳安年极端最高气温均超过42.0℃。

100年一遇情景下，建德年极端最高气温达
到44.4℃，临安、萧山、淳安均超过43.0℃，富阳为42.9℃，桐庐为42.3℃，杭州为41.3℃。

从高温日数重现期来看，建德各个重现期的高温日数明显高于其余各站，杭州、萧山较低。

建德、桐庐10年、20年、30年、50年、100年一遇的高温日数均超过50 d，其中建德20年一遇的高温日数达到68 d；淳安、临安、富阳、萧山20年、30年、50年、100年一遇的高温日数均超过50 d。

30年一遇情景下，建德高温日数为75 d，临安、桐庐高温日数均超过60 d，杭州高温日数为53 d。

50年一
遇情景下，建德高温日数达到84 d，临安达到70 d，除杭州外，富阳、萧山、桐庐、淳安高温日数均超过60 d。

100年一遇情景下，建德高温日数达到93 d，临安达到82 d，杭州达到68 d，富阳、萧山、桐庐、淳安均超过70 d。

由灾害学观点可知，所谓致灾因子是指一切可能引起人员伤亡、财产损失及资源破坏的各种自然与人文异变因素，它是各种灾害、事故发生的危险源［11］。

基于
年极端最高气温和高温日数两个因子，对杭州市高温灾害致灾因子进行风险区划，这样考虑了极端高温的出现以及高温日数的持续共同构成的高温成灾方式。

通过2005—2010年杭州全市157个自动气象站点日最高气温以及高温日数资料的分
析。

叠加高程信息为协变量，应用ANUSPLIN气象插值模型，以1 km×1 km的栅格为基本评价单元，采用ArcGIS空间分析技术，对各致灾因子要素进行空间分析，最终获取杭州市精细化致灾因子空间分布。

由杭州市平均年极端最高气温的空间分布（图5）可以看出，极端高温的高值区一般分布在东北部平原区的杭州城区、余杭、萧山一带，富阳、桐庐沿富春江和分水江两岸分布的河谷区域以及西南部的建德寿昌盆地、两江平原。

杭州市中部和南部以丘陵山地为主，临安除了靠近余杭附近的城镇易出现极端高温灾害之外，其余山谷盆地地区也易出现高温天气。

淳安县除了沿千岛湖分布的主要城镇之外，大部分区的极端高温值较低。

而杭州市西北部、西南部以及南部部分地区等海拔相对较高的山区极端高温较低。

杭州市多年平均年高温日数空间分布（图6）与极端高温的分布趋势基本相一致，高值区一般分布在东北部平原，城镇，西南部的河谷和盆地，其中，建德市大洋镇三河站的平均年高温日数值最为突出的，达到65 d。

中西部山地丘陵地区一般为低值区，其中位于临安市北部海拔较高的山区是高温日数最低值区，个别山区年均高温日数仅有22 d。

综合考虑极端最高气温和高温日数二者的共同影响，叠加二者的空间分布来表征高温致灾因子风险。

通过层次分析法［12］得到多年平均年极端最高气温和年高温日数的权重，分别为0.58和0.42，并依据权重系数进行图层叠加，得到杭州市高温灾害危险性空间分布（图7）。

由图7可以看出，杭州市高温灾害危险性高风险区域主要集中在上城区、下城区和拱墅区这几个位于主城区中心的区域，江干区、滨江区、西湖区西南部、余杭区和萧山区大部均处于高风险区。

另外，富春江沿江平原、分水江、新安江、寿昌江及兰江两岸的河谷平原也是高温灾害危险性高风险区域。

北部天目山、西北部昱岭及白际山、西南部千里岗山及龙门山脉高海拔地区均属于危险性低风险区域。

杭州主城区由于存在城市热岛现象，对主城区的高温灾害起到了一定的加剧作用。

余杭区位于杭州东北部杭嘉湖平原和京杭大运河的南端，盛夏受热带高压控制，盛行下沉气流，常有高温晴热天气，再加上日照强、蒸发大，易出现伏夏。

富春江沿江平原两侧丘陵高地与低洼平原构成一道狭长的“深渠”或“走廊”，这里城镇密集，水汽较充沛，夏季容易出现湿热的高温天气。

因此，中西部地区的高温区域大多沿富春江两侧分布。

除富春江外，分水江、兰江等水系夏季水汽丰富，相对湿度大，夏季日最高气温和最低气温都相对较高，昼夜温差较小，易出现高温。

此外，由于中西部地区丘陵山地比较多，地势较低的盆地、谷地也是高温所在区域，尤其是建德市的寿昌盆地以及两江平原。

临安北、西、南三面环山，其腹地和东西部的低山丘陵和宽谷盆地相向排列，交错分布，腹地和盆地常出现高温天气。

其中，临安昌化镇是高温中心之一，2006年自动站曾出现过44.7℃的极端高温。

利用杭州市1966—2010年国家基本气象站以及2005—2010年气象自动站点观测资料，以年极端最高气温和年高温日数作为致灾因子，分析了杭州市高温天气时空分布特征和高温灾害致灾因子，得到以下结果：
（1）杭州市高温天气灾害较为严重，常出现38.0℃以上的高温，40.0℃以上也不少见，最高达到42.9℃；且高温日数较多，最长持续时间可超过50 d。

出现高温天气相对较多的年份集中在20世纪60年代末至70年代初、70年代末以及90
年代以后，80年代高温天气的日数相对较少。

1966、1967、1971、1979、1994、1995、1998、2003、2007年均为较炎热的高温年份。

（2）杭州市高温灾害危险性风险高值区主要集中在东北部平原，包括杭州主城区以及江干区、滨江区，余杭区、萧山区大部，这些地区人口密集，社会生产以及人类活动频繁，在一定程度上反映了城市热岛效应对高温的加剧作用；富春江、分水江、新安江、寿昌江以及兰江沿江两岸的河谷、平原，西南部的寿昌盆地以及中部
地势较复杂的谷地、盆地高温灾害危险性风险也相对较高，北部天目山、西北部昱岭及白际山、西南部千里岗山及龙门山脉高海拔地区均属于危险性低风险区域。

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