隨州地區(qū)不同類型高溫熱害分布特征和影響

周澤民，周芙如

(湖北省隨州市氣象局，湖北隨州 441300)

高溫熱害是指持續(xù)出現超過作物生長發(fā)育適宜溫度上限的高溫，一般指連續(xù)3 d最高氣溫≥35 ℃[1]。中國氣象局規(guī)定，日最高氣溫≥35 ℃時稱為高溫日，連續(xù)3 d以上的高溫天氣過程稱之為高溫熱浪[2]。有人把日最高氣溫≥37 ℃稱之為酷暑[3]。高溫出現時的過高氣溫和光照會造成作物的熱害[4]，易對植物生長發(fā)育以及產量形成造成損害[1]，加劇土壤水分蒸發(fā)和作物蒸騰，加重干旱的發(fā)展，導致人畜飲水困難，水質惡化，農作物嚴重減產；高溫熱浪使人體不能適應環(huán)境，工作效率低下，從而導致疾病的發(fā)生或加重，甚至死亡；也會使人心情煩躁，甚至會出現神志錯亂的現象；容易引發(fā)火災，使用水量、用電量急劇上升，造成水電供應緊張，從而給人們生活、生產帶來很大影響[5]。需要說明的是，高溫并不完全是不利的。在灌溉條件較好、水資源有保障的情況下，或在高溫酷暑天氣出現的前期或后期有充沛降水發(fā)生，晴熱高溫天氣對農作物的生長相反是十分有利的。因為高溫發(fā)生的時期，正是喜溫作物的旺盛生長期。晴熱高溫強照是促進農作物生長、增加農作物干物質積累、形成農作物優(yōu)質高產必不可少的重要環(huán)境條件。筆者結合隨州地區(qū)的氣候特征，對高溫熱害的分布特征、類型和危害進行初步研究，以便掌握隨州地區(qū)高溫熱害出現的規(guī)律，更好地服務指導當地的農業(yè)生產。

1 資料與方法

為了了解和掌握隨州地區(qū)高溫的發(fā)生規(guī)律，有針對性地進行防御和利用，統(tǒng)計整理了1957—2017年隨州、廣水兩地國家氣象站地面氣象觀測的5—9月的≥35 ℃、≥37 ℃、平均氣溫資料和相應的空氣相對濕度，以及7—8月的降雨量和雨日等資料，并進行分析。

2 結果與分析

2.1高溫日的地域分布特征隨州地區(qū)高溫日具有明顯的地域性特點。從表1可看出，隨州高溫日歷年平均比廣水多1.3 d，時間分布也不盡同步。20世紀90年代以前，隨州各年代的平均高溫日都比廣水多，其中50年代兩地相差達6.1 d；90年代后，廣水高溫日比隨州偏多，其中2001—2010年偏多2.6 d。

表1 1957—2017年隨州地區(qū)各年代逐月平均高溫日的分布

隨州地區(qū)各月出現高溫日有一定的差異，雖然隨州7月、廣水8月分別是兩地出現高溫日最多的月份，隨州平均每年出現7.7 d，廣水為6.8 d，但廣水7、8月的歷年平均高溫日基本一致，而隨州7、8月的高溫日平均相差1.3 d。

各個年代高溫日時空分布也相差明顯。隨州月最多高溫日出現在1957—1960年的7月，平均每年11.8 d；廣水月最多高溫日出現在1957—1960年的8月，平均每年10.0 d。隨州5月份的高溫日以1981—1990年最多，廣水的5、6月份高溫日均在2001—2010年最多，廣水的7月以2011—2017年為最多。隨州、廣水兩地6月份均以2001—2010年最多，8月均以1957—1960年為最多，9月均以1991—2000年為最多。說明影響廣水的高溫日主要以21世紀以來的貢獻為主，也相對集中。

進入21世紀后，隨州地區(qū)高溫日出現時間有提前的趨勢，2001—2010年代6月份平均高溫日分別為3.0 d(隨州)和2.7 d(廣水)，2011—2017年平均每年分別2.9和1.7 d，都比大部分年代明顯偏多。隨州在2005、2006年6月都出現了7 d高溫日，其中，2005年6月上旬出現了3 d，這在此前是少見的；而9月份有減少的趨勢。

從圖1可以看出，隨州的年高溫日1957—1978年大部分時間維持正距平，其后，在20世紀80年代明顯減少，雖然在21世紀高溫日有所增加，但其總趨勢是減少的；而廣水高溫日從20世紀90年代以來為增加趨勢。

圖1 1957—2017年隨州(a)和廣水(b)年高溫日距平曲線及變化趨勢Fig.1 Anomaly curve and trend of high temperature days in Suizhou(a)and Guangshui(b)from 1957 to 2017

2.2隨州地區(qū)高溫日的時間分布特征經統(tǒng)計，隨州4月及以前，10月及以后沒有出現高溫日。5—9月為高溫發(fā)生期，7—8月為高溫集中發(fā)生期。隨州高溫日主要集中在7—8月，高溫日占全年的83.0%，其中7月份占全年的45.6%；最少的月份出現在5月。廣水7—8月的高溫日占全年的85.5%，其中7、8月頻率分別為43.2%和42.3%(表2)。

表21957—2017年隨州地區(qū)各月高溫日出現頻率

Table2FrequencyofhightemperaturedayseverymonthintheSuizhouareafrom1957to2017

月份Month隨州Suizhou頻數Frequency number∥d頻率Frequency%廣水Guangshui頻數Frequency number∥d頻率Frequency%5161.7141.6610410.7748.0744345.639843.2836337.439042.39454.6454.9合計Total971100921100

從高溫日的各旬分布看(表3)，5月上旬日最高氣溫≥35 ℃的高溫日開始出現，最早為5月3日(1988年，36.0 ℃)，9月中旬是隨州高溫日最晚出現的時期，歷年最晚為9月20 日(2005年，35.6 ℃)。7月下旬出現最多，達22.1%，8月上旬次之，為18.6%。這與隨州歷年高溫出現的“七下八上”規(guī)律和人們的感覺相一致。

隨州高溫日出現最多的年份是1959年，全年達46 d，其中7—8月高溫日達45 d，8月高溫日更是達27 d，全月只有4 d不是高溫日。2013和2012年是進入21世紀以來出現的高溫日最多和次多年份，年高溫日分別為37和35 d，2013年7—8月高溫日達33 d，其中7月下旬—8月中旬高溫日達25 d，2012年7月下旬也連續(xù)出現了10 d高溫日。年高溫日最少出現在1987年，全年只有1 d，而且出現在5月。

表31957—2017年隨州地區(qū)高溫日各旬分布頻率

Table3Distributionfrequencyofhightemperaturedaysforeach10daysinSuizhouareafrom1957to2017

時間Time 頻數Frequency numberd頻率Frequency %5月May上旬30.3中旬30.3下旬101.06月June上旬262.7中旬424.3下旬363.77月July上旬929.5中旬13113.5下旬22022.78月August上旬18118.6中旬929.5下旬909.39月September上旬353.6中旬101.0

2.3不同類型高溫日的分布特征在出現日最高氣溫≥35 ℃的高溫時，空氣相對濕度過高或過低都會對人體感官和農作物帶來不同的影響。高溫天氣可分為干熱型高溫和悶熱型高溫，文獻指出，干熱型高溫一般出現在我國的華北、東北和西北地區(qū)的夏季[2]。事實上，獨特的地理位置，此種類型的高溫也會出現在隨州的夏季。

由于每天最高氣溫出現的時段基本上在14：00及以后，該研究將高溫日14：00的空氣相對濕度作為評價干熱型高溫和悶熱型高溫的指標。由于2 d以內的高溫日對農作物和人們的身體影響較小，規(guī)定：當連續(xù)出現3 d及以上日最高氣溫≥35 ℃的高溫天氣過程，其中至少有一天14:00空氣相對濕度>60%時看作一次悶熱型高溫天氣；空氣相對濕度至少有一天≤40%視為干熱型高溫天氣。

2.3.1悶熱型高溫。悶熱型高溫由于氣溫高、空氣濕度大、蒸發(fā)小，人體的熱量和汗水不容易排放，且出現這種天氣時人感覺像在桑拿浴室里蒸桑拿一樣，所以又稱“桑拿天”，對人們的身體影響是明顯的，對農作物影響不明顯，但會加劇干旱的發(fā)展。在隨州悶熱型高溫出現的頻率比干熱型高溫高(表4)。

2.3.2干熱型高溫。干熱型高溫由于氣溫高、空氣相對濕度小、蒸發(fā)強，對農作物影響和危害明顯，而對人類的影響較弱。在隨州其出現頻率較小，只有13.8%(表4)。

表41957—2017年隨州地區(qū)高溫類型分布頻率

Table4DistributionfrequencyofhightemperaturetypesinSuizhouareafrom1957to2017

高溫類型High temperature type頻數Frequency numberd頻率Frequency%悶熱型Sultry type 3631.0干熱型Dry heat type1613.8其他Other6455.2

干熱風是干熱型高溫的一種，對農作物生長影響很大。它加強了植物蒸騰，使葉片含水量減少，根系的吸水能力降低，破壞了葉片的光合作用[6]。周澤民[7]通過對1957—1994年隨州氣象資料進行統(tǒng)計分析，發(fā)現隨州市平均每年6—8月出現干熱風天氣過程1.8次。

2.3.3酷暑。酷暑是日最高氣溫≥37 ℃的高溫天氣。統(tǒng)計發(fā)現，1957—2017年隨州共出現酷暑日210 d，占高溫日的21.6%。酷暑日絕大部分出現在7、8月，占91.9%(表5)。

表51957—2017年隨州地區(qū)酷暑日的月分布頻率

Table5MonthlydistributionfrequencyofhotsummerdaysinSuizhoufrom1957to2017

月份Month 頻數Frequency number∥d頻率Frequency∥%6104.879947.189444.8973.3

隨州歷年極端最高氣溫為41.1 ℃(1959年8月21日)，21世紀極端最高氣溫為40.3 ℃(2013年8月17日)。酷暑日最多的月份是1959年8月，共有13 d；酷暑持續(xù)時間最長的出現在2013年的8月7—18日，長達12 d的日最高氣溫都在≥38 ℃以上。酷暑日最早出現在1979年6月8日(37.0 ℃)，最晚出現在1999年9月9日(39.5 ℃)。

2.3.4高溫熱浪。在61年中，隨州連續(xù)3 d日最高氣溫≥35 ℃的高溫熱浪天氣過程共出現了116次，平均每年1.9次，1961—1970年出現最多，平均每年2.5次。持續(xù)時間多在3～5 d，占71.6%；持續(xù)時間達9 d及以上的集中在20世紀70年代及以前和2011年以后(表6)。1959年7月17日—8月12日是持續(xù)時間最長的，共連續(xù)出現27 d；21世紀出現最長的是2013年8月6—18日，時間長達13 d。高溫熱浪還有一個特點，就是在同一年中會先后多次發(fā)生。1961年全年共出現了7次；1959、2013年的7—8月先后出現2次連續(xù)≥12 d的高溫熱浪天氣，2次之間只間隔了2～3 d，說明當年大氣環(huán)流異常是發(fā)生高溫熱浪的重要原因。隨州、廣水兩地5月都沒有出現過高溫熱浪過程，9和6月出現很少。

表61957—2017年隨州地區(qū)高溫熱浪持續(xù)時間的年代分布

Table6DecadedistributionofhightemperatureheatwavedurationinSuizhoufrom1957to2017次

時段Period3～5 d6～8 d≥9 d1957—1960年 5131961—1970年18431971—1980年12411981—1990年10211991—2000年1442001—2010年14212011—2017年1043合計Total832112頻率Frequency∥%71.618.110.3

2.4高溫日與降水量、雨日的關系干旱少雨與高溫關系密切，相互影響，相互促進，都是副熱帶高壓影響所致。干旱容易誘發(fā)高溫，高溫加大了蒸發(fā)量，加劇干旱影響的范圍、持續(xù)的時間，加重危害的程度[8-9]。而雨日和降雨量是反映干旱少雨的主要指標[10]。1959年隨州7月—9月中旬總降雨量只有41.5 mm，80余天滴雨未下，是61年來未有的大旱年[11]。2013年7月下旬降雨量只有15.2 mm，雨日只有3 d，8月份降雨量只有83.2 mm，雨日僅9 d；2個月高溫日達34 d，其中，7月下旬—8月上旬高溫日達17 d，8月中旬≥37.0 ℃的酷暑天氣連續(xù)出現了12 d。高溫、少雨，使得干旱迅速發(fā)展，危害嚴重。據農業(yè)、民政部門統(tǒng)計，截至8月31日，全市農作物受旱面積3.113萬hm2，占在田農作物總面積的18.6%。其中，中稻受旱1.845萬hm2，旱作物受旱1.268萬hm2。干旱造成直接經濟損失 57 020萬元；6.24萬人存在飲水困難，1.21萬頭大牲畜存在飲水困難；河流斷流130條，占總數(466條)的28%；接近死水位以及死水位以下的水庫340座，占水庫總數(699座)的48.6%；堰塘干涸5萬口，占總數(16.78萬口)的30%。

為了了解高溫日與雨日之間的關系，選取高溫日集中發(fā)生期的7—8月的月降雨量和雨日資料，研究探討與月高溫日的關系。圖2是7—8月份隨州雨日與高溫日關系的點聚圖。7—8月隨州雨日歷年平均為23.1 d，高溫日歷年平均為13.3 d。用這2個平均值將點聚圖劃分為不同雨日與高溫日組合的4個區(qū)域。由圖2可見，雨日多于平均值時，高溫日相對少，雨日少，高溫日較多，這2種組合相對集中。

圖2 7—8月份隨州地區(qū)雨日與高溫日關系的點聚圖Fig.2 Scatter diagram of the relationship between rainy days and high temperature days in Suizhou area from July to August

降雨與高溫日也呈反相關關系。一般來說，月降雨量少，高溫日數相對就多；月降雨量多，高溫日數相對就少。在7—8月份出現高溫日≥25 d的年份，同期月降雨量都不到100 mm，最少的只有1.2 mm(1959年)。

2.5高溫日對平均氣溫的貢獻由于時間跨度長，影響條件多，受到限制大，年高溫日與年平均氣溫相關性不高。該研究利用歷年出現高溫日最多的7、8月的高溫日數與同期月平均氣溫進行比較分析。由圖3可知，隨州7、8月的平均氣溫與同期高溫日數關系密切，其相關系數分別為0.805和0.795，說明高溫日數對月平均氣溫影響明顯。方程式表明，平均每增加1 d高溫日數，7、8月平均氣溫分別可增加0.16和0.17 ℃。

圖3 7月(a)和8月(b)隨州地區(qū)高溫日與月平均氣溫的關系Fig.3 Relationship between high temperature days and monthly mean temperature in Suizhou area in July(a)and August(b)

3 結論

(1)隨州地區(qū)高溫日具有明顯的地域性特點，各地各月出現高溫日有明顯的差異；各個年代的高溫日相差明顯，廣水高溫日相對集中。隨州高溫日呈減少，廣水高溫日呈增加的趨勢。高溫日出現時間呈現“七下八上”的特征，5—9月為高溫發(fā)生期，7—8月為高溫集中發(fā)生期。

(2)干熱型和悶熱型高溫對農業(yè)和人類的影響是不同的。悶熱型高溫呈現的頻率明顯高于干熱型。高溫熱浪會在同一年中先后多次發(fā)生，大氣環(huán)流異常是發(fā)生高溫熱浪的重要原因。

(3)隨州降雨量和雨日對高溫日有較大的影響，降雨量與高溫日呈反相關關系。7、8月的平均氣溫與同期高溫日數關系密切，說明高溫日數對月平均氣溫影響明顯。

(4)高溫熱害的危害是明顯的。高溫條件下的天氣炎熱、降水稀少對農業(yè)生產、人們生活會帶來嚴重的影響，應采取科學合理的措施，如通過農業(yè)灌溉等手段，化害為利。