近138年上海地区高温热浪事件分析_陈敏

陈敏，耿福海，马雷鸣，等．近１３８年上海地区高温热浪事件分析［Ｊ］．高原气象，２０１３，３２（２）：５９７－６０７，ｄｏｉ：１０．７５２２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－０５３４．２０１２．０００５８． 收稿日期：２０１１－０７－０１；定稿日期：２０１１－１０－１２ 基金项目：公益性行业专项（ＧＹＨＹ２０１２０６０２７）；上海市科学技术委员会科研计划项目（１１ＤＺ２２６０９００）共同资助 作者简介：陈敏（１９６７－），女，浙江人，高工，主要从事天气预报及城市环境气象研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｃｙｆｍｚ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ近１３８年上海地区高温热浪事件分析陈　敏１，　耿福海１，　马雷鸣２，　周伟东１，　施　红１，　马井会１（１．上海市城市环境气象中心，上海　２００１３５；２．中国气象局上海台风研究所，上海　２０００３０）摘要：深入了解特大城市高温热浪的变化特征和发生条件对于科学防御其引发的灾害具有重要的实际意义。

根据中国气象局高温日和高温预警信号阈值定义了上海地区高温热浪三级标准，并引入高温有效积温，基于１８７３－２０１０年上海市徐家汇站日最高气温资料分析了上海地区高温热浪的多尺度时频特征；基于环流指数和ＮＣＥＰ再分析资料，探讨了上海地区高温热浪异常偏强年的大气环流异常特征。

结果表明：（１）将高温有效积温与高温热浪发生频次结合，可更合理地表征高温热浪的炎热程度。

（２）近１３８年来上海共发生２１４次高温热浪事件，其平均高温有效积温为８．３℃，７月高温热浪发生频次和高温有效积温均多于８月。

（３）近１３８年来上海地区高温热浪有三段持续偏多与偏强期：１９世纪９０年代初至１９世纪末、２０世纪２０年代末至５０年代初、８０年代末尤其是２１世纪初以来；最强的高温热浪事件出现在１９３４年；而２１世纪初的１０年，其炎热程度正呈明显上升趋势。

（４）上海地区高温热浪异常偏强年的主要环流特征是夏季北半球副热带高压异常偏强、西太平洋副热带高压异常偏西和印缅槽异常偏弱，如高温热浪异常偏强年夏季平均的西太平洋副热带高压西伸脊点伸展至我国东南沿海约１２２°Ｅ附近，而低纬地区印度半岛至孟加拉湾的低槽区基本消失。

关键词：高温热浪；高温有效积温；多尺度时频特征；大气环流异常文章编号：１０００－０５３４（２０１３）０２－０５９７－１１ 中图分类号：Ｐ４２３．３文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．７５２２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－０５３４．２０１２．０００５８１　引言 ＩＰＣＣ评估报告［１］指出，１９０６—２００５年的１００年间全球地表平均气温升高了０．７４℃。

在全球气候变暖的背景下，极端高温、热浪等事件愈发频繁［２－３］；极端气候事件的变化可能对经济、社会和自然生态系统等造成重大影响，因而得到了国内外学者的广泛关注［４－８］。

上海地处亚热带季风性湿润气候区，是我国重要的经济发达城市，也是世界上人口超千万的超大城市之一，在我国国民经济和社会发展中占有非常重要的地位，极端气候事件对城市安全、社会经济可持续发展的影响和威胁日趋严重［９］。

如２０１０年８月中旬持续多日３７℃以上的高温热浪天气，使全市日用电负荷屡创新高；当日高温热浪所导致的上海中心城区日供水量也达到极值；８月１２、１３日，上海市各大医院的急诊人次达到每日７００～８００人次、市医疗救护中心每日的出车量均超过８５０次，其中“中风”、“中暑”和“腹泻”人数激增［１０］。

极端高温热浪天气严重考验着整个城市生命线的安全运转。

针对上海的极端高温天气，谈建国等［１１－１２］利用１９７５—２００４年上海１１个气象站气温资料揭示了夏季城市热岛和高温热浪的特征。

丁金才等［１３］根据１９９７—１９９８年７－８月上海地区高温加密观测资料，应用ＥＯＦ分析了高温分布。

孙娟等［１４］利用２０００年上海市区及城郊６个自动气象观测仪观测的逐时气温记录进行小波变换，分析了城市热岛强度时间—频率的多时间尺度演变规律；朱家其等［１５］对比分析了上海市城乡气温变化及城市热岛特征；史军等［１６］基于１８７３—２００７年徐家汇站的日最高、最低气温及１９６０—２００７年其他１０个气象站资料和西太平洋副热带高压（下称西太副高）环流指数，分析了上海夏季高温气候变化特征及其影响因第３２卷　第２期２０１３年４月 高　原　气　象ＰＬＡＴＥＡＵ　ＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ Ｖｏｌ．３２　Ｎｏ．２Ａｐｒｉｌ，２０１３素。

侯依玲等［１７］指出上海地区年平均热岛中心有向南转移的趋势。

上述研究对了解上海的高温热浪基本气候特征打下了一定的基础。

尽管如此，已有研究仍缺乏对上海有气温观测记录以来的高温热浪事件的系统性分析。

如史军等［１６］参照张尚印等［１８］方法定义了上海的不同等级高低温过程，并研究了其年代际变化。

然而上海地区高温热浪事件的逐月分布特征、历史上的年际极端分布以及如何有效地表征高温热浪事件的炎热程度仍不明确，尤其是在全球气候变暖的大背景下，进入２１世纪以来，上海地区高温热浪极端气候事件频发。

如２００１—２０１０年的１０年间，徐家汇的年平均气温都在１７．５～１８．５℃之间，较常年平均值（１９７１—２０００年）偏高１．３℃以上，尤其是２００７年的１８．５℃更是上海１８７３年有气温资料以来的历史最高值；１０年间，极端最高气温也多次刷新历史极值，尤其是２０１０年夏季上海经历了罕见的持续高温热浪天气，多个测站的极端最高气温都接近或超过了当地有气象记录以来的历史最高值。

更加深入、细致地研究上海地区有观测记录以来城市高温热浪气候事件的分布、演变特征，并进一步探讨导致高温热浪异常偏强的大气环流异常特征，对于科学防御高温热浪和维护超大城市生命线系统的安全运转具有重要的实际意义。

２　资料选取和方法介绍２．１　资料选取 所用气温资料为上海徐家汇（代表市中心区）气象站１８７３年１月１日—２０１０年１２月３１日共１３８年５０　４０３个样本日的日最高气温资料。

周雅清等［１９］利用滑动ｔ检验法检验气温资料中由于台站迁移造成的非均一性现象时发现，最高气温相对来说没有很大变化；同时在研究城市化影响对气温序列的作用时发现，最高气温序列中的城市化影响不明显，城市化影响贡献率也比较低。

因此，虽然徐家汇站因迁站、城市化以及１９５０年前后观测时间不同等原因可能造成气温资料的非均一性，但是相对而言最高气温受影响最小，基于最高气温统计的高温热浪事件也能更好地反映近１３８年上海地区的炎热程度。

大气环流资料包括大气环流指数和环流场资料，其中大气环流指数包括西太副高面积指数、强度指数、西伸脊点、脊线位置、北界位置和印缅槽指数，均取自国家气候中心的月气候监测数据；环流场资料取自ＮＣＥＰ再分析资料的２．５°×２．５°月平均场。

２．２　方法介绍 在我国，一般当日最高气温达到或超过３５℃时称为一个高温日。

高温热浪的定义则比较模糊，一般指连续的高温天气，其标准主要依据高温对人体产生影响或危害的程度而制定。

世界各国和地区研究高温热浪采取的方法不同，高温热浪的标准也有很大差异。

到目前为止，国际上还没有统一且明确的高温热浪标准。

例如，世界气象组织［２０］建议日最高气温＞３２℃且持续３天以上的天气过程为一次热浪；荷兰皇家气象研究所［２１］认为最高温度２５℃且持续５天以上（其间至少有３天温度＞３０℃）的天气过程为一次热浪；美国、加拿大等国家气象部门［２２］当预计白天热指数（综合考虑了温度和相对湿度）连续２天有３ｈ超过４０．５℃或者预计在任一时间超过４６．５℃时发布高温警报；德国科学家［２３－２４］基于人体热量平衡模型制定了人体生理等效温度（ＰＥＴ），并将ＰＥＴ＞４１℃做为高温热浪检测预警标准。

根据我国气候和环境特点，张尚印等［１８］将日最高气温分为三个等级：高温≥３５℃、危害性高温≥３８℃、强危害性高温≥４０℃，每个站连续出现３天高温≥３５℃或连续２天出现≥３５℃且１天≥３８℃定义为一次高温过程，连续出现８表１　高温热浪事件的等级判别标准Ｔａｂｌｅ　１　Ｔｈｅ　ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒａｎｋ　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎｓ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ｗａｖｅ　ｅｖｅｎｔｓ等级统计标准一般日最高气温在３５℃以上（含３５℃）样本日持续３天或以上但不足５天、且３７℃以上（含３７℃）样本日不超过２天、且没有１天在４０℃以上（含４０℃），判定为一次一般高温热浪事件强日最高气温在３５℃以上（含３５℃）样本日持续５天或以上但不足８天、或者在３７℃以上（含３７℃）样本日持续３天或以上但不足５天、且没有１天在４０℃以上（含４０℃），判定为一次强高温热浪事件特强日最高气温在３５℃以上（含３５℃）样本日持续８天或以上、或者在３７℃以上（含３７℃）样本日持续５天或以上、或者在４０℃以上（含４０℃）的样本日出现１天或以上，判定为一次特强高温热浪事件８９５ 高 原 气 象 ３２卷　天高温≥３５℃或连续３天≥３８℃定义为强高温过程；中国气象局规定［２５］日最高气温≥３５℃为高温日，连续３天以上的高温天气为高温热浪，同时还规定，各省市区可根据本地天气气候特征规定界限温度值。

本文以中国气象局规定的“日最高气温≥３５℃且连续３天以上”作为一次高温热浪事件的基本判别标准，同时为了给一线预报员提供更直观的参考，结合中国气象局发布的高温预警信号（２００７版）中黄、橙和红三色预警标准的气温阈值，定义了上海地区高温热浪事件三个等级的统计判别标准（表１）。

高温热浪事件总数为统计时段内一般、强和特强高温热浪事件次数之和。

高温热浪可直接威胁人体健康，其炎热强度及持续时间比瞬时最高气温对死亡率有更大影响［２０，２６］。

有效积温（ＥＡＴ）概念常被用在生态与农业上，为某一作物生长期内高于其生物学下限温度的有效温度总和，以表征该地区可被充分利用的热量资源；例如，李军等［２７］用有效积温≥１０℃表征华东地区的热量资源状况，研究作物耕作制度和积温变化的关系。

为有效表征一次高温热浪事件的炎热程度，本文提出了高温的有效积温概念，取高温有效积温（ＥＡＨＴ）为一次高温热浪事件中每日最高气温与３５℃的差值之和，其值越大，表示该次高温热浪事件的炎热程度越重，对人体健康的危害也越重；反之亦然。

在此基础上，可计算年、月高温热浪事件的累积高温有效积温，以表征相应的统计时段的炎热程度。

基于表１的判别标准以及高温有效积温的相关概念，统计分析了近１３８年上海地区高温热浪事件及事件各等级发生频次的多尺度时频特征、单次事件的高温有效积温和相应的月和年累积高温有效积温的分布演变特征。

同时，通过大气环流指数和上海地区高温热浪特征参数的相关分析，以及上海地区异常炎热年份环流场的异常分布特征分析，初探了造成上海地区严重高温热浪的大气环流场的异常分布特征。