1951—2007年华北地区夏季气温变化特征

， ２ 张楠１ 苗春生１ 邵海燕１
（ １ 南京信息工程大学大气科学学院， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ４ ４ ； ２ 南京信息工程大学气象台， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ４ ４ ） 摘 要： 利用 １ ９ ５ １ —２ ０ ０ ７年月平均气温资料和 Ｎ Ｃ Ｅ Ｐ ／ Ｎ Ｃ Ａ Ｒ１ ９ ５ １年 １月—２ ０ ０ ７年 １ ２月 ５ ０ ０ｈ Ｐ ａ 高度场再分析资料， 统计 近５ ７ａ 华北地区 ２ ９个台站逐年夏季气温值， 运用 Ｅ Ｏ Ｆ 、 Ｒ Ｅ Ｏ Ｆ 、 趋势分析、 Ｍｏ ｒ ｌ ｅ ｔ 小波分析、 Ｍ －Ｋ突变检验及相关分析等对华 北夏季气温的时空分布及其成因进行分析。结果表明： 近５ ７ａ 华北地区 ２ ９站平均气温的空间差异较大； 一致性特征是华北地 华北地区夏季气温 区夏季气温的最主要的空间模态， 在此基础上， 第 ２种空间模态还显示出了华北地区夏季气温的南北差异； 可分为环渤海型、 南方型、 东北型及西部型 ４个主要的空间分型； 近５ ７ａ 来华北地区夏季气温各分区的周期振荡不完全一致， ８ａ 的周期； ２ ０世纪 ９ ０年代前中期， 华北地区除 Ⅱ 区外， 其他三区均存在着一个突变点， 在突变点之后， 出 但都存在着一个准 １ 现了 ５个气温大值年， 即酷暑年。我国华北地区夏季酷暑成因： 从５ ０ ０ｈ Ｐ ａ 环流场来看， 在欧亚中高纬地区， 存在显著的正负距 平相间的波列， 其中最大正距平中心位于蒙古地区， 说明东亚中纬度地区西风带位势高度场异常偏高， 有利于引导西太平洋副 热带高压北上， 造成华北夏季气温升高； 从我国华北地区汛期降水距平场来看， 汛期降水偏少， 也会导致华北夏季的酷暑天气。 关键词： 华北； 夏季气温； 空间分型； 酷暑年
的差异， 使得该区域内夏季气温在空间上存在较大 的差异。 ３ １ ． ２ 异常空间特征及其空间分型 对华北地区 ２ ９个测站的夏季气温利用 Ｅ Ｏ Ｆ和 Ｒ Ｅ Ｏ Ｆ分 析， 其载荷向量（ Ｌ Ｖ）和 旋 转 载 荷 向 量 （ Ｒ Ｌ Ｖ ） 能够较好地反映华北地区夏季气温的空间异 常特 征 。 表１ 列 出 了 前４ 个旋转载荷向量的方差贡
表１ 华北 ４个分区的 Ｐ Ｃ贡献率与 Ｒ Ｐ Ｃ贡献率 序号 １ ２ ３ ４ 累积贡献率 ／ （ ％） ５ ０ ８ ２ １ ８ ２ １
Ｐ Ｃ贡献率 ／ （ ％）５ ３ １ １ ６ ２ ７ ８
Ｒ Ｐ Ｃ贡献率 ／ （ ％） ２ １ １ ２ ２ ６ １ ９ ３ １ ９ １
收稿日期： ２ ０ ０ ９－ ０ ３－ １ ９ ； 修订日期： ２ ０ ０ ９－ ０ ４－ ２ ０ 。 作者简介： 张楠， 男， １ ９ ８ ５年生， 在读硕士研究生， 主要研究方向为中尺度天气学， Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｎ ａ ｎ ｚ ｈ ａ ｎ ｇ ｎ ａ ｎ ｚ ｈ ａ ｎ ｇ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ。
第２ 与环境学报 Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ ＬＯ ＦＭＥ Ｔ Ｅ Ｏ Ｒ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ ＹＡ Ｎ ＤＥ Ｎ Ｖ Ｉ Ｒ Ｏ Ｎ ＭＥ Ｎ Ｔ
Ｖ ｏ ｌ ． ２ ５Ｎ ｏ ． ６ Ｄ ｅ ｃ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ ２ ０ ０ ９
１ ９ ５ １ —２ ０ ０ ７年华北地区夏季气温变化特征
有明显的年代际特征， 这一特征与亚洲上空大气环 流的年代际变化紧密相关。本文在前人研究的基础 ７ａ年华北的夏季气温资料， 进行 Ｅ Ｏ Ｆ 上， 运用近 ５ 及Ｒ Ｅ Ｏ Ｆ分析， 通过对各个分区的分析， 来了解整个 华北地 区 的 夏 季 气 温 的 时 空 变 化 特 征； 再通过对 ５ ０ ０ｈ Ｐ ａ 位势高度场和华北汛期降水场的分析， 来初 探华北地区夏季出现高温天气的成因。
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气象与环境学报
第２ ５卷
分 析方法对时间序列进行了周期分析， 并利用华北
江淮地区， 北部接近我国寒冷的东北地区， 地理位置
图１ 华北地区 ２ ９个代表站的位序
图２ 华北夏季气温的多年平均空间分布
地区夏季气温用 Ｍａ ｎ ｎ－Ｋ ｅ ｎ ｄ ａ ｌ 方法 进行突变检 验。为探讨副热带高压脊线位置与华北夏季气温的 关系， 本文还运用了相关分析方法。
２ 资料与方法
本文所用资料为国家气象中心整编的 １ ９ ５ １年 １月—２ ０ ０ ７年 １ ２月月平均气温资料及月降水资料， 国家气候中心气候系统诊断预测室的 ７ ４项环流特 征量 资 料 中 的 西 太 平 洋 副 热 带 高 压 脊 线 指 数， Ｎ Ｃ Ｅ Ｐ ／ Ｎ Ｃ Ａ Ｒ１ ９ ５ １年 １月—２ ０ ０ ７年 １ ２月 ５ ０ ０ｈ Ｐ ａ 高度场再分析资料。 —８月代表夏季， 文中所提及的夏季气 本文用 ６ 温， 是通过 对 某 站 某 年 ６ —８月 的 气 温 求 平 均 而 得 到。文中所选取的代表站按图 １中标号依次为博克 图、 海拉尔、 图里河、 乌兰浩特、 通辽、 锡林浩特、 朱日 和、 多伦、 赤峰、 承德、 张家口、 呼和浩特、 包头、 北京、 天津、 石家庄、 德州、 邢台、 烟台、 青岛、 潍坊、 济南、 菏 泽、 郑州、 南阳、 信阳、 长治、 太原和临汾共 ２ ９个站， 主要分布在内蒙古自治区， 河北、 山东、 河南和山西 ４省及北京、 天津两市， 南北跨越 １ ８个纬度， 东西跨 越１ ２个经度。 本 文 研 究 异 常 的 时 空 特 征 分 析 采 用 Ｅ Ｏ Ｆ和 Ｒ Ｅ Ｏ Ｆ 方法， 计算方法见文献［ １ ０－ １ １ ］ 。为分析华北 １ ２ ］ 地区夏季气温的长期变化趋势， 运用 Ｍｏ ｒ ｌ ｅ ｔ 小波 ［
［ ５ ］
３ 结果分析
３ ． １ 华北地区夏季气温的空间分布特征 ３ １ ． １ 平均分布特征 如图 ２ 所示， 近５ ７ａ 华北地区各站夏季 平 均 气 温空间差异较大， 山东和河南地区的夏季气温（ 每年 ６ —８月平均气温） 最高， 为２ ６℃以上， 包括的站点有 德州、 邢台、 济南、 菏泽、 郑州和南阳。内蒙古地区的 ７ａ平均气温在 ２ ０℃ 以 夏季气温最低， 多数站点 ５ 下， 其中图里河站的多年平均值仅有１ ４ ７ ６℃， 可见 华北地区夏季气温的空间分布差异明显。由于本区 南北相距 ２ ５ 个纬度， 东西相距 ３ ０ 个经度， 南部接近
布， 华北地区南部具有很好的一致性。因此， 等值线 大于 ０ ６区域内构成华北地区南部的一个局部变化 区域。 图４ ｃ ） ， 包括站点： 博克图、 海拉 Ⅲ区。东北型（ 尔、 图里河、 乌兰浩特、 通辽和锡林浩特。旋转载荷 向量大值区集中在华北地区东北部， 等值线呈向南 逐渐增大的空间分布， 华北地区东北部具有很好的 ０ ６区域内构成华北地 一致性。因此， 等值线小于 － 区东北部的一个局地变化区域。 图４ ｄ ） ， 包 括 站 点： 朱 日 和、 多 Ⅳ区。西部 型 （ 伦、 张家口、 呼 和 浩 特、 石 家 庄、 德 州、 邢 台 和 太 原。 旋转载荷向量大值区集中在华北地区西部（ 包括河 北省西 北 部、 山西北部以及内蒙古的部分中部地 区） ， 等值线呈向东有逐渐减小的空间分布特征， 华 北地区西部具有较好的一致性。因此， 等值线大于 ０ ６的区域内构成了华北地区西部的局地变化区域。 综上所述， 华北地区夏季的气温特征有 ４个主 要的空间分型， 分别为环渤海型、 南方型、 东北型和 西部型。
＋ 中图分类号： Ｐ ４ ６ ８ ０ ２ １ 文献标识码： Ａ 文章编号： １ ６ ７ ３－ ５ ０ ３ Ｘ （ ２ ０ ０ ９ ） ０ ６－ ０ ０ ２ ３－ ０ ６
１ 引言
２ ０世纪 ８ ０年代以来， 全球气候持续变暖， 这不 仅引起气象学家的注意， 政府部门及公众对气候变 化的关注也与日俱增。对于这一问题， 各国学者从 不同角度作了大量研究， 并取得了许多有意义的成 果。Ｉ Ｐ Ｃ Ｃ于 ２ ０ ０ ７年 ２月公布第四次评价报告： 对近 １ ０ ０ａ （ １ ９ ０ ６ —２ ０ ０ ５年） 全球气温变化事实作出评 １ ］ 估［ ， 认为全球平均气温升高 ０ ７ ４℃， 过去 ５ ０ａ 中， ０ ０ａ 和１ ３ ０ ０ａ 中的最高值。丁一 平均气温是过去 ５ ２ ］ 汇等 ［ 研究表明： 在全球变暖背景下， 近１ ０ ０ａ 来中 ５ — 国年平均地表气温明显增加， 升温幅度约为 ０ ０ ８℃， 比同期全球升温幅度平均值（ ０ ６℃ ± ３ ］ ０ ２℃） 略 高。赵 宗 慈 等 ［ 预 估： 中国年平均气温 ２ ０ ０ ６ —２ ０ ２ ５年的 ２ ０ａ 将继续变暖 ０ ５ ５℃。 我国气温变化十分复杂， 其季节性和区域性特 征十分明显， 华北地区的气温变化也有其自身的特 点。华北地区资源丰富， 人口众多， 经济发达， 是我 国小麦、 棉花等农作物的主产区之一， 也是首都北京 所在地， 其重要性不言而喻。因此， 对该地区近 ５ ０ａ 来气温变化事实作出诊断分析， 对今后提高该地区 气温预测的准确性是很有必要的。过去研究华北地 ０ ０ａ 来中国的 区气温变化的文章很多， 但是由于近 １ ［ ４ ］ 增温主要发生在冬季和春季 ， 所以前人的文章多 ５ － ７ ］ ８ ］ 或是研究局地的 ［ ， 但是由于近 是研究冬季的 ［ 年来， 华北的酷暑同样引人注目， 影响了人们的经济 ９ ］ 和生活。王作东等 ［ 研究指出： 中国夏季气温变化
第 ６期
张楠等： １ ９ ５ １ —２ ０ ０ ７年华北地区夏季气温变化特征
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向量一致性分布的基础上， 仍存在南北差异。 从方差贡献看， 前两个模态明显偏大， 同时总贡 ０ ％， 因此它们是华北地区夏季气温分布 献率接近 ７ 特征的两个最主要空间异常模态。由这两个模态可 以看出， 整个华北地区在载荷向量一致性分布的基 础上， 还存在着南北差异。 为进一步了解华北地区气温变化的空间分布特 征， 本文对前 ４个主成分及对应的载荷向量进行了 旋转， 得到了 ４个主要的空间分区模态（ 图３ ） 。图 ３ 中阴影区为旋转载荷向量绝对值大于 ０ ６的区域。 图４ ａ ） ， 包 括 站 点： 赤 峰、 承 Ⅰ 区。环 渤 海 型 （ 德、 张家口、 包头、 北京和天津。旋转载荷向量大值 区集中在环渤海地区， 中心值为 ＋ ０ ８ ， 等值线呈向 四周逐渐减小的空间分布， 环渤海地区具有很好的 一致性。因此， 第一特征向量构成环渤海地区的局 地变化区域。 图４ ｂ ） ， 包括站点： 烟台、 青岛、 Ⅱ区。南方型（ 潍坊、 济南、 菏泽、 郑州、 南阳、 信阳、 长治和临汾。旋 转载荷向量大值区集中在华北地区南部（ 山东、 山西 南部和河南北部） ， 等值线呈向北逐渐减小的空间分