引言

1906—2005年全球平均表面温度上升了0.74℃，1850年以来最暖的12个年份中有11个出现在1995—2006年(除1996年外)^[1]。1951以来我国年平均地表气温的增温速率比全球或半球同期平均增温速率高得多^[2]，北方地区增温趋势非常显著^[2-4]，其中华北地区1981-2002年期间的增温强度明显强于1957—2002年和1901—2002年^[5]。在此背景下，近年来京津冀地区持续性极端高温事件频繁发生^[6-8]，给人们的日常生活以及工农业生产活动造成很大影响，并引起了气象学者的广泛关注^[9-15]。

刘学锋等^[16]的分析表明，自建站至2000年河北省高温(≥35℃)日数各年代平均值变化幅度相对平缓，年际变化呈现先降后增的变化趋势，变化幅度小且增加趋势不明显。史印山等^[17]的研究指出，京津冀高温天气出现站次数的年际、年代际变化很大，存在4年、15年的周期变化趋势，高温天气偏多和偏少年北半球500 hPa环流形势存在明显的差异。谢庄等^[7]对北京1940—1999年7月份的酷暑天气进行了统计分析，并探讨了出现酷暑天气的主要机制。以上研究所用资料时段较短，不能完全反映近十多年来京津冀高温天气频现的特征。本文以整理的京津冀地区83个气象台站逐日日最高气温资料为基础，对1960—2008年京津冀地区夏季高温日数的时空特征及变化趋势进行分析，为了凸显近十多年京津冀地区夏季高温日数的变化特征，将其与20世纪60年代的高温期做比较。

1 数据与分析方法

本文所用资料是北京市气候中心、天津市气候中心和河北省气候中心提供的京津冀地区175个台站自建站以来观测的逐日日平均气温、日最高气温和日最低气温资料。我们参考Alexander等^[18]和李红梅^[19]的做法对台站资料进行了质量控制，首先是气温的基本特性判断，即气温值要介于－70℃~70℃之间，并且日最高气温大于日平均气温、日平均气温大于日最低气温，对于不满足以上两个条件的气温数据设为缺测；然后是日最高气温、日最低气温的异常值判断，即利用日平均气温的气候值加、减4倍标准差得到一个每日气温的变化范围，对不在此范围内的日最高气温值进行手工检查。在此基础上得到数据完整、质量较好的1960—2008年京津冀地区83个台站逐日日最高气温数据。

本文定义日最高气温≥35℃为一个高温日。在计算京津冀地区平均高温日数时，参考高荣等^[20]的做法，去除了气候平均高温日数小于1天的站点，只对高温日数≥1天的站点做平均。为了比较京津冀南、北部高温日数的变化，选取石家庄、邢台、邯郸、南宫和保定作为南部的代表台站，北京、天津、张家口、承德和秦皇岛作为北部的代表台站。文中取1960-2008年平均作为气候值。所采用的分析方法包括趋势分析和滑动t检验(MTT)^[21-22]等。

2 结果分析 2.1 京津冀极端最高气温和夏季高温日数的空间分布

图 1a是1960—2008年京津冀地区极端最高气温的空间分布。可以看到，近50年京津冀地区日最高气温极大值中心有两个，一个位于南部的赞皇和宁晋附近，赞皇近50年日最高气温极大值为43.4℃，出现在2002年7月15日，另一个位于东北部的承德附近，近50年气温最高达43.3℃，出现在2000年7月14日。除京津冀西北部海拔高度大于800 m的地区日最高气温极大值多介于34.5~39.5℃外，其他大部分地区极端最高气温高于40℃，其中39°N以南地区达42℃以上。从极端最高气温出现的时间看，83个台站日最高气温极大值均集中在6—7月，其中22个台站的极端最高气温出现在1975年以前，60个台站出现在1999年以后，这除了与大气环流的异常有关外，可能还和近些年快速城市化所带来的越来越强的城市热岛有关^[23-28]。

1960—2008年京津冀地区夏季高温日数呈现出南多北少的分布特点(图 1b)。39°N以南地区多年平均的高温日数多在10天以上，而西北部高海拔地区和东北部沿海地区的高温日数较少，多在2天以下，北部其他地区高温日数多介于3~9天之间。京津冀地区多年平均高温日数的高值中心位于南部的南宫附近，其中南宫高温日数最多，多年平均为17天，其次为巨鹿，有16.4天，宁晋有15.9天。

2.2 京津冀夏季高温日数的变化趋势

图 2是1960—2008年京津冀地区平均夏季高温日数的逐年变化。可以看到，京津冀地区夏季高温日数在1997年最多，为20.6天，1972年夏季高温日数也达到20.4天，1977年夏季高温日数最少，仅2天。从长期变化看，近50年京津冀地区夏季高温日数呈微弱的线性增加趋势，趋势值为0.01 d/10a，但没有通过显著性检验。这与近50年华北地区夏季平均气温微弱的上升趋势比较一致^[2]。从空间分布(图 3)看，京津冀南部的夏季高温日数主要呈减少趋势，其中减少趋势超过1 d/10a的站点有7个，巨鹿和南宫的趋势值分别达到-1.8 d/10a和-1.9 d/10a，京津冀北部的夏季高温日数主要呈增加趋势，其中趋势值超过0.5 d/10a的站点较多，京津地区夏季高温日数的增加趋势较为明显，这可能与其台站位于大城市有一定关系^[29]。然而，83个台站中只有10个台站夏季高温日数的线性变化趋势达到了5%的显著性水平。

从高温日数的时间序列还可以看到，京津冀地区夏季高温日数表现出“多—少—多”的年代际变化特征。京津冀地区20世纪60年代夏季高温日数为9.6天，20世纪70年代减少至6.4天，80年代夏季高温日数最少，为5.9天，比60年代减少了3.7天，90年代增加到7.8天，与气候值持平，2000—2008年又增加到9.3天，仍比20世纪60年代夏季高温日数略少(表 1)。具体到京津冀地区南部和北部，南部60年代夏季高温日数为17.6天，之后一直减少，80年代减少为11.7天，比60年代少5.9天，随后逐渐增加，2000—2008年为14.7天，仍比20世纪60年代少2.9天；北部60年代夏季高温日数为4.7天，80年代减少到2.9天，之后一直增加，2000—2008年增加为6.6天，比60年代多1.9天(表 1)。由于南北部夏季高温日数的变化趋势不完全一致，20世纪70年代南部夏季高温日数是北部的4.3倍，之后随着南部夏季高温日数的减少、北部夏季高温日数的增加，2000—2008年南部夏季高温日数减少为北部的2.2倍。

为了进一步揭示京津冀地区夏季高温日数的年代际变化特征，利用滑动t检验方法对1960—2008年京津冀夏季高温日数做突变分析。这里取两子序列长度n₁=n₂=10。由图 4可以看到，t统计量在1996年超过了0.01显著性水平，为正值；t统计量在1972年达到了0.05显著性水平，为负值，这从一个侧面验证了谢庄等^[30]的研究结果。以上说明京津冀地区夏季高温日数在近50年出现了两次明显的突变，即在20世纪70年代初，京津冀地区夏季高温日数经历了由多到少的转变，然后又在90年代中期经历了一次由少到多的转变。还可看到，1960—1996年京津冀夏季高温日数呈现出1.7 d/10a的线性减少趋势，1973—2008年京津冀夏季高温日数呈现出1.6 d/10a的线性增加趋势，分别达到了0.005和0.02的显著性水平，而在1973—1996年期间京津冀夏季高温日数的线性趋势值为-0.2 d/10a，但没通过显著性检验。与京津冀类似，京津冀南部夏季高温日数也在1972年和1996年发生了突变，但北部略有不同，只有一个明显的突变点，在1996年(图略)。

从上面的分析可以看到，1960—1972年和1997—2008年是京津冀地区两个夏季高温日数偏多集中期。与1960—1972年相比，近12年(1997—2008年)京津冀夏季高温日数偏多1.1天，主要体现在7和8月，均为1960—1972年同期的1.2倍，同样其南部的高温日数也分别在7月和8月偏多0.9天和0.7天，而北部6、7和8月高温日数均偏多，分别比1960—1972年同期增多0.2、0.8和1.3倍(表 2)。近12年京津冀夏季高温更为集中，其中有7年偏多，1997—2002年更是连续6年偏多。根据计算，1960—2008年京津冀夏季高温日数与夏季亚洲西风环流指数呈正相关，相关系数为0.31，达到了0.05的显著性水平。近12年夏季亚洲西风带以纬向环流为主(图 5)，有利于大陆性高压影响京津冀^{[12, 31]}，进而使得京津冀夏季高温日数偏多。此外，这种偏多可能还与西太平洋副热带高压的变化、京津冀夏季降水偏少以及城市热岛的加强有关^{[11, 32-33]}。同时还可以看到，近12年京津冀夏季高温日数呈明显的线性减少趋势，83个台站中，减少趋势超过1 d/a的台站有40个，减少趋势超过2 d/a的台站有11个，减少趋势值最大为-2.5 d/a，出现在河间和辛集，其中有40个台站夏季高温日数的线性变化趋势通过了0.05的显著性检验，主要分布在京津及其以南地区。

3 结论

通过分析整理的1960—2008年夏季京津冀地区83台站逐日日最高气温资料，得到以下主要结论：

(1) 近50年京津冀地区夏季高温日数呈现出南多北少的分布特征。在39°N以南地区夏季高温日数多在10天以上，北部夏季高温日数多在3~9天之间，但西北部高海拔地区和东北部沿海地区少于2天。从83个台站夏季高温日数极大值出现的年份看，47个台站出现在1999年之后，21个出现在1997年，15个出现在1972年之前。

(2) 近50年京津冀地区极端最高气温存在两个中心，分别位于东北部的承德附近和南部的南宫附近，从83个台站极端最高气温出现的年份看，22个台站出现在1975年以前，60个台站出现在1999年以后。

(3) 近50年京津冀地区夏季高温日数变化呈现出明显的南北差异，即南部主要呈减少趋势，北部主要呈增加趋势。

(4) 近50年京津冀地区夏季高温日数呈现出明显的“多—少—多”年代际变化特征。通过滑动t检验发现，有1972年和1996年两个突变点，即在20世纪70年代初，京津冀夏季高温日数经历了由多到少的转变，然后又在20世纪90年代中期经历了一次由少到多的转变。

(5) 1960—1972年和1997—2008年是京津冀两个夏季高温日数偏多集中期。与1960—1972年相比，近12年京津冀夏季高温日数偏多且出现的年份更为集中。近12年京津冀及其南北部夏季高温日数均呈明显的线性减少趋势，其中河间和辛集的减少趋势值最大，达-2.5 d/a。