河北地區高溫熱浪時空特征及其對工業、交通的影響研究

張 可 慧，李 正 濤，劉 劍 鋒，劉 芳 圓，白 潔

（1.河北省科學院地理科學研究所，河北 石家莊 050011;2.河北省科學院，河北 石家莊 050081;3.河北政法職業學院，河北 石家莊 050061）

河北地區高溫熱浪時空特征及其對工業、交通的影響研究

張 可 慧1，李 正 濤2，劉 劍 鋒1，劉 芳 圓1，白 潔3

（1.河北省科學院地理科學研究所，河北 石家莊 050011;2.河北省科學院，河北 石家莊 050081;3.河北政法職業學院，河北 石家莊 050061）

高溫熱浪是我國大部分地方的災害性天氣，特別是近幾年，高溫強度有所增強，對人類生活和生產均有不同程度的影響。該文選取高溫日數、高溫熱浪頻次、極端高溫等指標，對河北地區1956－2009年高溫熱浪的時空特征進行了分析。結果表明：河北地區高溫熱浪由北向南逐漸增強，形成以南宮為中心的高溫熱浪中南部中心;近20年高溫熱浪發展較快，重度熱浪尤為活躍，且河北地區高溫熱浪多發生在6月、7月，8月較少。在此基礎上討論了高溫熱浪對城市供電供水、工業生產和交通的影響，并提出了該區工業、電力及社會綜合應對高溫熱浪的對策。

高溫熱浪;時空特征;對策;工業;交通;供電供水

0 引言

自20世紀90年代以來，全球的極端高溫事件頻繁發生（IPCC，2007）［1］，呈現出強度大、頻次高、范圍廣等特點;極端高溫事件往往與特重干旱相伴而來，嚴重威脅人們的生命及能源、水資源和糧食安全等。高溫引發的災難甚至不亞于海嘯、臺風等突發性災害。據統計，在美國所有因極端天氣災害引起的人員死亡中，極端高溫位居首位。高溫也是我國大部分地方的災害性天氣，特別是近幾年，高溫強度有所增強，對人類活動、健康和工農業生產均有不同程度的影響。隨著全球氣候變暖的進一步發展，河北地區的增溫效應也很明顯，近50年來，全區平均氣溫每10年上升0.36℃，而近10年升溫幅度迅速加大，極端高溫天氣尤為突出［2］。

世界各地對高溫熱浪還沒有統一的定義，如世界氣象組織（WMO）建議日最高氣溫高于32℃，且持續3 d以上的天氣過程為熱浪;荷蘭皇家氣象研究所認為熱浪為一段最高溫度高于25℃持續5 d以上（其間至少有3 d高于30℃）的天氣過程［3］;美國國家天氣局、加拿大、以色列等國家氣象部門都依據熱指數（考慮了溫度和相對濕度影響的綜合指數）發布高溫警報，具體標準是當白天熱指數預計連續2 d有3 h超過40.5℃或者預計熱指數在任一時間超過46.5℃，則發布高溫警報［4］;德國科學家基于人體熱量平衡模型制定了人體生理等效溫度（PET），當PET超過41℃，熱死亡率顯著上升，這可用作熱浪的監測預警指標［5，6］;中國氣象局則規定日最高氣溫≥35℃為高溫日，連續3 d以上的高溫天氣稱為高溫熱浪。國內一些學者也據此對高溫熱浪的特征及影響進行了分析［7－11］，但主要集中于一些典型城市的特征研究或某一次過程的分析，對河北全區范圍內高溫熱浪特征及其影響的研究鮮有報道。本研究采用中國氣象局對高溫熱浪的定義展開相關研究。在河北地區均勻選取23個氣象站，根據中國氣象局國家氣象信息中心提供的氣象資料，分析1956－2009年高溫熱浪時空特征，了解其變化特點，以期更深入理解氣候變化特征及規律。

1 河北地區高溫熱浪的時空分布特征

高溫日數能較好地表征區域高溫天氣的發生情況，而熱浪頻次和極端高溫又能很好的表征高溫熱浪天氣的發生頻次及強度，故本文選取上述指標對河北地區高溫熱浪的時空分布特征進行研究。

1.1 高溫熱浪的空間分布特征

1.1.1 高溫日數的空間分布 根據各站1956—2009年日最高氣溫統計河北各地的高溫日數（≥35℃），形成各站的高溫日數序列，從而研究全區高溫日數的時空變化規律。統計河北地區23個氣象站1956—2009年平均高溫日數，并采用ArcGIS軟件進行空間分析，獲得近50多年來河北地區年均高溫日數的空間分布圖（圖1）。由圖1可知，近50年河北地區年均高溫日數由北向南逐漸增多，在蔚縣、張家口、赤城、灤平、承德一線以北地區，年均高溫日數均在3 d以下，東北部沿海的青龍、秦皇島、樂亭和塘沽一帶年均高溫日數不到2 d;而石家莊、饒陽以南的中南部平原年均高溫日數均超過15 d，其中南宮地區高達19.48 d，形成該區的高值中心。

河北地區地處暖溫帶半濕潤半干旱大陸季風氣候區，受西北部太行山對冷空氣屏障的影響，冬寒夏熱，高溫天氣出現較早，夏季季內高溫的變化規律存在一定的差異。河北地區6月、7月和8月高溫日數的空間分布形式基本相似，與年均高溫日數的空間形態相似，均為從北向南逐漸增多，而高溫日數主要集中在6月和7月，8月較少，且大多數地區6月高溫日數較7月多：如南宮1956－2009年6月平均高溫日數為8.85 d，7月為6.54 d，8月只有1.71 d;保定6月平均高溫日數為6.56 d，7月為5.06 d，8月只有0.81 d;承德6月平均高溫日數為1.72 d，7月為1.54 d，8月只有0.5 d等。

圖1 1956—2009年河北地區年均高溫日數的空間分布Fig.1 The spatial feature of average annual high temperature days from 1956 to 2009 in Hebei

根據高溫熱浪的持續時間長短，將其分為3個等級強度，即輕度熱浪持續時間為3 d，中度熱浪持續時間為4 d，重度熱浪持續時間為5 d及5 d以上。綜合而言，河北地區各等級高溫熱浪過程分布特征與總高溫熱浪空間分布類似，均為由北向南逐漸增多;各地區以輕度熱浪居多，中南部平原的南宮、邢臺均達1次/a以上，廊坊、饒陽、石家莊、保定也都在0.8～1.0次/a;中度熱浪和重度熱浪的發生頻次相近，均在中南部平原南宮和石家莊附近形成高值中心，而重度熱浪高值中心區域較中度熱浪的年頻次略高。

1.1.2 強高溫日數的空間分布 將日最高溫度≥40℃的高溫日稱為強高溫日，河北地區的強高溫主要出現在中南部平原，1956－2009年北京以南地區一般在10 d以上，如廊坊為14 d、滄州為11 d、保定為19 d、黃驊為13 d等;河北南部大部分地區強高溫日數達20 d以上，如石家莊達32 d、饒陽達20 d、南宮達49 d、邢臺達25 d;北京以北地區很少出現強高溫天氣。

1.1.3 熱浪頻次的空間分布 河北地區高溫熱浪過程有明顯的地域性。1956－2009年河北地區高溫熱浪的年發生頻次呈由北向南逐漸增多的趨勢（圖2），其分布規律性較強，沿黃驊、滄州、固安、滿城、行唐一線以南平均高溫熱浪過程均超過1年1遇;在南宮附近形成高溫熱浪發生頻次的高值中心，平均每年可達2.39次;中南部平原的其他地區高溫熱浪頻次也超過了1.5次/a，如保定為1.65次/a、饒陽為1.74次/a、石家莊為1.59次/a、邢臺為1.8次/a等。

圖2 1956－2009年河北地區高溫熱浪年均發生頻次Fig.2 The spatial feature of average annual frequency of high-temperature and heatwaves from 1956 to 2009 in Hebei

1.1.4 極端高溫的空間分布 1）分析1956－2009年河北地區逐年夏季日最高氣溫的平均值，可進一步了解其夏季高溫強度的時空變化規律。全區夏季日最高氣溫的平均值由北向南逐漸增高，沿石家莊、保定、廊坊、天津、滄州一線以南其值均大于31℃，南宮是高值中心，達31.87℃。2）統計分析1956－2009年河北地區的年均極端高溫（圖3）可知，其空間分布由北向南逐漸增高，中部地區較山區和沿海地區極端氣溫相對高，中南部平原大部分地區平均極端高溫大于38℃，石家莊、饒陽以南地區平均極端高溫大于39℃，如石家莊為39.27℃、南宮為39.69℃、邢臺為39.34℃等，且年內極端高溫多出現在6月。

圖3 1956—2009年河北地區年極端高溫平均值Fig.3 The spatial feature of average annual extreme high temperature from 1956 to 2009 in Hebei

1.2 高溫熱浪的時間變化特征

1.2.1 高溫日數的時間變化規律 由全區23個站點的高溫日數據求取全區的平均高溫日數序列，并對全區高溫日數的時間變化特征進行分析。由圖4中全區年及夏季季內高溫日數變化曲線可知，1956－2009年年和各月高溫日數呈增多的趨勢，其中年高溫日數約以每10年0.3 d的速率增加;1965－1972年和1997年至今兩個時段年高溫日數較多，1956－1964年次之，而1973－1996年高溫日數相對較少，且波動較平緩;1965年、1968年、1972年、1997年、1999－2002年、2005年和2009年均為高溫日數的峰值年，而大部分低值年出現在1973－1991年。6月、7月與年高溫日數的變化有部分差異，8月高溫日數較少，其變化差異較大。

1.2.2 高溫熱浪的時間變化規律 統計河北地區23個站點的高溫熱浪過程，結果表明（圖5），1956－2009年河北地區高溫熱浪呈波動上升的趨勢，高溫熱浪過程出現較多的是20世紀60年代中后期至70年代初和90年代末至今，其中1965年、1968年、1972年、1997年以及1999－2002年高溫熱浪頻次較高，高溫熱浪天氣較突出;而70年代初到90年代中后期，高溫熱浪過程較少。重度熱浪天氣與總的熱浪天氣的時間演變特征相似，但在90年代后期至今表現得更為活躍。通過求近50年來河北地區不同年代的高溫熱浪發生頻次的距平百分比分析該區高溫熱浪的年代際演變特征，由圖6可知，河北地區高溫熱浪發生頻次最多的是60年代、90年代和2000年代，而重度熱浪在90年代和2000年代發生較多，最為活躍。

圖4 河北地區年及夏季季內高溫日數變化趨勢Fig.4 The temporal features of high temperature days in Hebei

高溫熱浪過程的持續時間差別也很大，但多數地區持續時間最長的高溫熱浪均發生在20世紀末到21世紀初：如石家莊持續時間最長（15 d）的一次高溫熱浪發生在2009年;南宮持續時間最長（13 d）的一次高溫熱浪發生在1972年;黃驊、滄州、饒陽、唐山、遵化、懷來、張家口等持續時間最長的一次高溫熱浪過程均發生在1997年，持續時間分別為8 d、11 d、8 d、5 d、8 d、8 d、7 d;而保定、霸州持續時間最長的一次高溫熱浪均發生在1999年，持續時間分別為10 d、11 d等。由此從全區高溫熱浪持續時間上分析，近20年高溫熱浪在加強。

圖5 河北地區高溫熱浪過程的時間變化趨勢Fig.5 The temporal features of frequency of high-temperature and heatwaves in Hebei

1.2.3 極端高溫的時間變化特征 1）分析1956—2009年全區夏季平均日最高氣溫的逐年變化（圖7）可知，近50多年來，河北地區夏季平均日最高氣溫呈升高趨勢，在20世紀60－70年代初以及90年代中后期到21世紀初是兩個高溫高值期，而80年代中后期到90年代初是高溫的低值期。這與高溫日數的變化特征基本相近。2）年極端高溫的時間變化趨勢分析可知，河北中北部、中南部平原西部年極端高溫均呈升高趨勢，只有東部沿海的部分地區和中南部平原東部地區呈現年極端高溫降低的趨勢;年極端高溫升高區域中以東部地區升溫較快，其中圍場達0.59℃/10 a、豐寧達0.44℃/10 a等;而大部分增溫地區溫度增幅在0.1～0.3℃/10 a;年極端高溫降低的區域以南宮地區降幅最大，達0.35℃/10 a。

圖7 河北地區夏季平均日最高氣溫變化趨勢Fig.7 The temporal features of extreme high temperature in summer in Hebei

圖6 河北地區高溫熱浪過程的年代際變化特征Fig.6 The decadal temporal features of frequency of high-temperature and heatwaves in Hebei

2 高溫熱浪對工業及交通的影響

近20年來，河北地區高溫熱浪逐漸加強，特別是重度熱浪尤其活躍;河北地區中南部城市高溫熱浪的極端值已不亞于傳統的“火爐城市”［10］，其極端高溫天氣的發生勢必會影響該區的城市用電用水、工業發展及交通，對該區可能的影響討論如下。

2.1 對城市供電、供水的影響

氣溫是影響電力系統負荷的重要因素之一。趙德映等［12］研究了武漢氣溫與用電負荷的數學關系，得出了氣溫在30～35℃時用電負荷增長緩慢、氣溫在35～38℃時用電負荷有較大程度增幅的結論;王治華等［13，14］也證明夏季高溫與城市用電量存在著很好的正相關關系。夏季高溫期間，許多家庭、辦公場所普遍開啟空調、風扇、加濕器等設備，引起高溫季節耗電量劇增;而電力負荷的增加又造成過多的人為熱量向城市空氣中釋放，加劇了城市的熱島強度，反而需要更多的電力用來降溫，導致電力供應緊張。

2010年由于夏季高溫熱浪的影響，河北地區南部6市7月27－29日連續3次限電，7月27日河北南部電網最大負荷創新高，達2 238.5萬k W，比2009年最大負荷增加13.3%;29日河北南部電網最大負荷再創新高，達2 294.7萬k W，比2009年最大負荷增加16.1%，創本年度第8次用電新高，已經超出了全網最大電力供應能力（2 220萬k W左右）。石家莊7月2－6日連續5 d出現了37℃以上的高溫，分 別 達 到 37℃、39.7℃、39.9℃、40.5℃ 和41.8℃，而且7月6日是石家莊自1955年有氣象記錄以來同日最熱的一天;7月24—31日河北又出現大范圍高溫悶熱天氣，29日石家莊最高氣溫達38.2℃，最低溫度達27.7℃。石家莊市的城市用電也屢屢創下歷史新高，7月27日，石家莊用電負荷達573.5萬k W，比2009年最大負荷增長15.39%;7月29日，石家莊用電負荷達582.1萬k W，比2009年最大負荷增長17.12%;本年度第9次刷新紀錄。在用電高峰期，電力故障頻繁發生，據石家莊電業局統計，7月27日接到故障報修182起;28日接到咨詢電話4 246個，故障報修264起;29日截至20時，接到故障報修172起。

夏季高溫期間工農業生產、居民生活用水急劇增長，加之每天給道路灑水降溫等，加大了供水負擔。通過對石家莊市某一生活小區2010年6—8月逐日用水量的觀測可知，日最高溫度高于35℃的高溫日比低于35℃的日平均用水量增加7%。

2.2 對工業的影響

在高溫環境下，一些機電設備一旦超過極限安全溫度將被迫停機冷卻，造成停工停產;在持續高溫的炎熱日子，對水泥預制片、混凝土施工（易升溫）的凝合和保養極為不利，會影響施工質量，增強施工勞動強度，從而延長施工時間。當氣溫≥38℃時，就需停止室外施工作業，影響正常的施工進度，造成很大損失。夏季高溫對化工行業帶來的損失也很大。化肥、鹽堿等化工生產的適宜溫度為25℃左右，當氣溫≥35℃時對脫硫、碳化、合成、壓縮等生產工序有嚴重影響。此外，高溫對食品加工業也非常不利。當氣溫高于30℃時，易揮發性食品既難于生產又難于保存，其保存期隨著氣溫的升高而縮短。高溫熱浪影響工業生產還表現在高溫影響勞動生產率。在溫度高、氣壓低的濕熱天氣，人的情緒會有強烈波動，勞動效率降低。美國伊利諾斯大學調查顯示，當氣溫在20℃時勞動效率最高，隨著氣溫升高勞動效率急劇下降，35℃時勞動效率只有最高效率的75%，41℃時只有最高效率的50%。

2.3 對交通的影響

高溫熱浪對交通運輸有著明顯的影響。連日遭高溫熱浪侵襲，能源需求量暴增可能造成空中和路面交通陷入混亂，容易發生汽車自燃事件，高溫天氣時交通事故會增加4.1%～43.3%［15］;高溫對飛行安全和航空運輸均有很大的影響，氣溫的變化對飛機發動機運作、實際空速、最大起飛重量、升限及最大平飛速度等許多性能指標有影響;會使商業與民用電需求升高，可能導致供應機場電力的主要電纜線出現問題，機場因電力中斷關閉，旅客受困;使地鐵也因電力中斷，主要路線停止運行。

3 工業、電力及社會綜合應對高溫熱浪的對策

（1）建立高溫熱浪應急體系。1）加強高溫熱浪的預測和預警發布，特別是河北中南部地區應作為重點防御區，6月、7月應作為重點防御時段。2）建立高溫熱浪監測、評估和報告制度。3）建立統一指揮系統和相關部門的協同應急預案;加強高溫熱浪的立法工作;搞好城市規劃與建設布局，增加城市綠化，減緩城市熱島效應;減少人為散熱，開發利用清潔新能源。

（2）城市居民從己做起，人人節約一度電、一滴水。石家莊市2010年入夏以來，空調制冷負荷不斷增大，進入6月下旬以后，河北南網每天供電量中有15%被單位、居民的空調消耗。所以，應提高公眾對節電、健康用電的認識，空調溫度最好不低于26℃。

（3）采取有效的經濟杠桿，改變“限電令”不起作用的現狀。面對高溫導致的用電量激增，河北省電力公司的限電數量不斷攀升，限電方案也從三級遞升至一級，致使2010年7月29日、30日河北南部6市限電達100萬k W，達到近兩年最高限電值。但石家莊近200家限電企業中，除一些縣域小企業外，一些大企業未真正執行“限電令”。究其原因，目前河北沒有季節性電價政策，價格杠桿的作用微乎其微，且對不執行限電的企業無法強行拉閘限電。根據上述情況，針對河北高溫熱浪較重的城市應采取行之有效的經濟手段壓縮高耗能、高排放、產能過剩行業的電力需要;企業應提升行業能源管理水平，積極加快產業結構調整，改變過分消耗能源和資源生產初級產品、低端產品的格局，積極發展新能源、高效節能產業等。

（4）高溫作業部門，合理調節作業時間，避開用電高峰期。電力部門應制定電網薄弱環節的聯動處置調度方案，組織相關供電公司重點編制該地區薄弱斷面事故拉閘限電序位表，并增加拉閘容量，下發相關地調、集控中心、變電站學習理解并做好各自事故處理預案，組織調度機構聯合反事故演練。同時加強重載線路特巡工作;指導地區完善電網運行方式，供電公司做好保護整定計算，優化運行方式。

（5）發揮政府職能，建立多部門協調的應對機制。針對高溫熱浪的特征與發生高溫熱浪后的社會需求，各級政府部門要建立協同機制，形成相關部門協調配合的應對機制。如高溫天氣與高溫熱浪的預測預報是應對高溫熱浪的基礎，氣象部門要加強預測預報，廣播、電視、報紙、網絡等媒體要及時發布消息，讓群眾提前做好防范;醫院、社區服務做好充足準備，應對因高溫熱浪致病和病情加重的情況;勞動保障部門要對戶外作業和高溫作業的場所進行檢查，調整作業時間，采取保護措施;供電、供水部門要提前維護設施，保證用電用水高峰的供應安全等。

（6）建設宜居城市、改善居住環境。減少高溫熱浪與高溫天氣的發生是應對高溫熱浪的最有效措施，因此，除制定必要的應對高溫熱浪的措施外，緩解高溫熱浪的影響要從城市建設、改善生態環境方面建立長效機制，要在建設宜居城市、改善居住環境方面制定具體措施。在城市建設、城市環境改善的同時，要加強城市生態屏障的建設，改善整個區域的生態環境，才有可能減緩高溫熱浪的發生。

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Temporal-Spatial Feature Analysis on the High-Temperature and Heatwaves in Hebei and Its Influence on Industry and Transportation

ZHANG Ke－hui1，LI Zheng－tao2，LIU Jian－feng1，LIU Fang－yuan1，BAI Jie3
（1.HebeiInstituteofGeographicalSciences，HebeiAcademyofSciences，Shijiazhuang050011;2.HebeiAcademyofSciences，Shijiazhuang050081;3.HebeiPolytechnicCollegeofPoliticalScienceandLaw，Shijiazhuang050061，China）

The high-temperature and heatwaves is one kind of the main disastrous weather in many regions in China，especially in recent years，the high-temperature and heatwaves is increasing，which influence the industry，agriculture and daily life in different degree.In this paper，the indexes of high temperature days，frequency of high-temperature and heatwaves，extreme high temperature were chose to analyze the temporal-spatial features of high-temperature and heatwaves in Hebei from 1956 to 2009.The results showed that the high-temperature and heatwaves was strengthening from North Hebei to South Hebei;in terms of the variation trend of number of days with high temperature and the extremely maximum high temperature and frequency of hightemperature and heatwaves each year，the development of high-temperature and heatwaves was severe during the past 54 years;in terms of the distribution within the season，the phenomenon of high-temperature heatwaves happened most frequently in June and July.And the influence of the high-temperature and heatwaves on water and power supply，industry and transportation in cities was discussed and the corresponding countermeasures were put forward.

high-temperature and heatwaves;temporal-spatial features;countermeasures;industry;transportation;water and power supply

P463

A

1672－0504（2011）06－0090－06

2011－08- 18;

2011－10－20

河北省科學院科技計劃項目（10115、09927、07108）;河北省科技廳計劃項目（09276722）

張可慧（1973－），女，高級工程師，主要研究方向為國土遙感與氣候環境。E－mail：zhkhui2002＠yahoo.com.cn