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夏季气温演变及对人体的影响

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《复旦学报》2015年第五期

现在全球气候变暖已是毋庸置疑的事实,全球变暖的持续发展,增加了夏季高温发生的概率,尤其近20年明显的升温,引起了科学界、国际社会、各国政府及全球公众的广泛关注.世界气象组织(WMO)将气象高于32℃为高温日,在我国则由中国气象局规定气象高于35℃为高温日,我国较多学者与专家利用气象站逐日温度资料,采用最大熵谱、墨西哥帽小波、九点二项式平滑滤波法、Mann-Kendall检测法、年际变化斜率分析等方法分析全国不同地区高温日及其持续时空分布,取得了大量成果.温室气体排放的快速增长,导致全球的平均温度与最高温度均在上升.研究表明自20世纪90年代以来全球平均地表温度上升明显,最暖的年份基本都出现在近期,过去50年升温率几乎是过去100年的2倍.由于气候变暖导致气温上升,气温的上升直接影响人体舒适度感受.IPCC第五次评估报告指出,人类活动对气候系统的影响是明确的,而且这种影响还在不断增强,各大洲都能观测到因气候变暖造成的种种影响,比如地表已连续偏暖、海洋上层已经变暖、全球范围内的冰川都在退缩、海平面的上升速度快、温室气体的浓度增加、极端灾害天气的频发造成各国不可估量的损失与人员伤亡.气候变暖导致的首发风险与次生风险都上升,直接影响人类的可持续发展,引起了各国政府的高度重视与思考.我国是全球气候变暖特征最显著的国家之一,在全球变暖背景下,近百年来中国年平均气温升高了0.5~0.8℃,近50年,我国年平均地表气温线性增温速率明显高于全球同期线性增温速率.福州位于我国东南沿海,属亚热带海洋性季风气候区,全球变暖对区域极端气温出现的概率产生了影响,自20世纪90年代以来,福建省气候环境正加速变暖,特别是省会城市福州,近年来夏季极端高温频发,已成为中国名副其实的“火炉”城市之一[11].为了提升对高温天气过程的监测与预警能力,目前福建省气候中心针对福州夏季高温过程强度判定以及高温天气的客观定量化评估方法正在进行认真研究,该研究将有利于高温防灾部署与趋利避害.本文在前人研究的基础上,利用福州近52年来气温变化资料,根据气候学方法统计夏季日数变化,分析夏季气温变化,统计福州最热30,15,7d高温指数变化年际变化,研究近52年来夏季气温变化特征及其对人体舒适度的影响.

1资料来源

本文资料选取福州乌山气象观测测站1961月1日1日—2012年12月12日的逐日平均气温、最高气温、极端高温等气象观测资料,该观测站海拔高度81m为福州市区的最高点,自建站60余年来从未移动或迁移过,该站资料也参加全球数据交换.利用该站资料来研究近52年来福州地区的夏季气温变化特征及影响,资料准确可靠.

2夏季日数、高温日数年际变化

2.1夏季日数变化气候学家张宝坤先生提出了用当地侯平均气温来划分“四季”的方法,当侯平均气温稳定>22℃时当地进入夏季,侯平均气温≤22℃时为夏季结束[12].本文在张宝坤先生方法的基础上,采用打破年月界限的5日滑动平均气温代替原来的侯平均气温,即5日滑动平均气温稳定>22℃时当地进入夏季,5日滑动平均气温≤22℃时为夏季结束.线性分析表明,近52年福州夏季日数呈增加趋势,其线性增长速率为6.6d/10a.此外,夏季日数5年滑动平均值也表明,夏季日数呈现一定的周期性变化,但整体为增加趋势,除20世纪80年代末到90年代初夏季日数有所减少外,其余年份夏季日数均呈现明显增加趋势(图1).

2.2夏季高温日数变化为更好的研究福州夏季高温日数年际变化特点,本文统计的高温日数有两种:日最高气温≥35℃的高温日数、日最高气温≥37℃的高温日数.图2(见第656页)表明,福州近52年≥35℃的高温日数增加趋势明显,由20世纪60年代的年均17.5d增加为21世纪初的年均37.8d,线性增长率为4.5d/10a;福州近52年≥37℃的高温日数呈现增加趋势,由60年代的年均2.6d增加为21世纪初的年均13.1d,线性增长率为2.6d/10a,增加幅度小于≥35℃的高温日数.

3夏季气温变化

7、8月是福州夏季最热的2个月份,为研究福州夏季气温升高的年际变化特点,对1961—2012年福州7、8月日最高气温、夏季最热时段平均气温进行统计分析.

3.1夏季7、8月份日最高气温变化1961—2012年福州7、8月日最高气温统计结果表明(图3,见第656页),福州近52年7~8月日最高气温呈现明显增加趋势.7月日最高气温均值由60年代的年均33.7℃增加为21世纪初的年均35.0℃,线性分析表明,呈现0.28℃/10a的线性增加趋势;8月日最高气温均值由60年代的年均33.2℃增加为21世纪初的年均34.1℃,线性分析表明,呈现0.21℃/10a的线性增加趋势,增加幅度小于7月.

3.2夏季最热时段气温变化为更好的对福州夏季气温酷暑的变化特点进行研究,分析统计福州近52年夏季最热30,15,7d分别进行统计与分析.近52年福州最热30,15,7d的气温均值为30℃左右,最热时段越短气温越高,最热7d气温均值达30.6℃(表1).由表1、图4可以看出,福州近52年最热30,15,7d气温呈现明显增加趋势,最热30d由60年代的29.3℃增加到21世纪初的30.0℃,呈现0.17℃/10a的线性增加趋势;最热15d由60年代的29.9℃增加到21世纪初的30.6℃,呈现0.19℃/10a的线性增加趋势;最热7d由60年代的30.3℃增加到21世纪初的31.1℃,呈现0.22℃/10a的线性增加趋势;时间越短平均气温线性增长速率越大.由福州近52年7、8月份日最高气温和最热时段气温变化可以看出,21世纪初期是高温炎热暴发最为明显的一个时段,其中2003年是高温炎热最严重的一年,7、8月日最高气温极值分别达38.2℃、35.4℃.

4夏季日数及气温变化成因分析

近52年以来福州夏季的特点是高温与热浪频现,且热期来的更早,后半期高温概率大于前半期.分析计算2年福州7—8月平均气温与降水量、日照时数的关系,结果表明福州7、8月平均气温与日照时数呈正相相关、与降水量呈负相相关.福州夏季日数增加、气温升高与全球气候变化背景密切相关,是气候变暖的一种局地响应.其主要原因夏季风的实力比以往要强,活动季节也在提早,最直接的背景是1970年代以来西太平洋副热带高压盛行偏强.根据IPCC第五次报告中指出,从1983年到2012年的这三十年比之前几十年都热,报告中估算出全球地表平均温度的上升幅度,亚洲南部地区及南亚地区成为气温上升最快的区域,最高升温部门分布在尼泊尔、不丹、印度北部、巴基斯坦、中国南部地区.在此大环境下,福州的温度也在这几年内大幅升高,高温热浪天数也变得更加频繁,而且持续时间更长[6].

5夏季气温变化对人体的影响

5.1福州夏季酷暑年际分布太平洋副热带高压直接控制着福州地区,极易出现高温少雨的天气,如出现频率较高则易形成酷暑.反之,若夏季降水较多,则易造成盛夏日气温偏低、高温日数偏少的情况,出现凉夏.根据文献],本文采用的确定酷暑和凉夏的标准为:7、8月平均温度>29℃,≥35℃的高温日数>20d为酷暑;7、8月平均温度<27,≤35℃的高温日数<10d为凉夏.结果表明,福州1951~2012年7、8月平均气温28.8℃、平均高温日数23d;近52年无凉夏,共17个酷暑年份.图4表明,近52年福州夏季酷暑主要分布于两个时期,20世纪70年代末至80年代末为第一个酷暑频发期,13年中共有5个酷暑年份;21世纪初期至今为第二个酷暑频发期,也是第一个高度集中频发期,12年中共有11个酷暑年份,占近52年所有酷暑年份的65%,这与前文中提到21世纪初期是高温炎热暴发最为明显的一个时段相符合.正是21世纪初的高温酷暑天气把福州推向了中国的“火炉”城市.

5.2福州夏季人体舒适度指数年际分布严明良、余庚康等采用人体舒适度指数(ComfortIndexofHumanBody,CIHB)研究气象环境对人体的影响[13],该方法准确度高、应用广泛,计算模型如公式。1961—2012年福州市夏季人体舒适度指数变化(图5、表2)表明,1961—2011年福州最热30,15,7d人体舒适度指数变化范围是73~78,但2012年人体舒适度指数突破炎热上限阈值,高达82.9;就年际变化来看,近52年人体舒适度指数呈线性增长趋势,人体舒适感区域下降.由图3、表3可知,1961—2011年福州夏季最热30,15,7d人体感觉处于偏热~闷热状态;时段越短人体的闷热感越强;2012年人体舒适度指数突破炎热上限阈值,人体感觉处于炎热状态;近12年最热7d人体舒适度指数平均为77.7,人体感觉处于非常闷热状态.(1)1961—2012年福州福州夏季日数线性增长速率为6.6d/10a,≥35℃的高温日数呈4.5d/10a的线性增加趋势,≥37℃的高温日数呈2.6d/10a的线性增加趋势;(2)福州近52年7,8月日最高气温呈现明显增加趋势,7月日最高气温均值线性增长速率为0.28℃/10a,8月日最高气温均值线性增长速率为0.21℃/10a;(3)福州近52年最热30d,15d,7d气温呈现明显增加趋势,线性增长速率分别是0.17℃/10a、0.19℃/10a、0.22℃/10a,时间越短平均气温线性增长速率越大;(4)21世纪初期的12年份中共有11个酷暑年份,占近52年所有酷暑年份的65%,正是21世纪初的高温酷暑天气把福州推向了中国的“火炉”城市;(5)福州近52年最热30d,15d,7d人体舒适度呈下降趋势,近12年最热7d人体舒适度指数平均为77.7,人体感觉处于非常闷热状态,2012年人体舒适度指数突破炎热上限阈值,人体感觉处于炎热状态.

作者:袁翔 姚素香 文明章 施宗强 单位:南京信息工程大学 福建省气象信息中心  福建省漳州市南靖县气象局

复旦学报责任编辑:杨雪    阅读:人次