干热风发生的时空分布特征.docx
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干热风发生的时空分布特征
干热风发生的时空分布特征
1.1干热风发生的时间特征
1.1.1干热风在一年中发生的频数特点
通过对62个测站1980-2013年这34年逐日气温、相对湿度、风速这三个要素的筛选，确定了这些测站满足轻度干热风和重度干热风指标的日期。
累加并平均后，得到干热风在一年中发生的站日数分布规律（具体数据略），见下图。
年干热风发生站日数
12.000
图1.11980-2013年平均的年干热风发生站日数
从上图可以看出，干热风一般自4月3候开始陆续发生，个别站点由于地理位置等原因，初次发生干热风的日期可能更早，如处于太行山东麓山前的河北邢台（区站号53798）和河北南宫（区站号54705）,由于偏西气流翻过太行山在背风坡绝热下沉增温形成的焚风效应，在2009年3月17日即发生轻度干热风。
自5月4候起，干热风的发生频数开始陡增，这一趋势一直持续到6月2候，并于6月3候达到峰值，6月13日最多，34年中，平均每年这一天有10.0站发生干热风。
此后开始逐渐减少，至8月1候，仍有少部分处于内陆黃土高原的站点偶有干热风发生，9月3候后，基本不再有干热风发生。
在这些测站中，最晚出现干热风的测站是河北石家庄（区站号53698）,在1997年10月20日弱冷空气影响下出现焚风效应，发生轻度干热风。
年轻度干热风发生站日数
9.000
图1・2年轻度干热风发生站日数
上图所示为1980-2013年平均每年轻度干热风发生站日数，可以看岀，轻度干热风的发生情况与全部干热风的发生情况基本是同步的。
轻度干热风的峰值也出现在6月13日，为7.7站。
年重度干热风发生站日数
2.500
上图所示为1980-2013年平均每年重度干热风发生站日数。
可以看出，重度干热风的发生情况与轻度干热风和全部干热风是大致同步的，但是重度干热风相较前二者而言，其在一年中发生的时段更为集中，基本集中在5月4候一一6月6候，峰值也出现在6月13日，为1.3站。
而从7月1候开始，发生频数骤减（此处7月14日的峰值，基本全部来自2002年7月14日，反查当日的天气图可知,此次干热风过程是山副热带高压西伸并与大陆暖脊打通，控制华北及西北地区所致），其原因主要是7-8月为华北的雨季，原本为重度干热风主要发生区的华北平原和太行山背风坡低洼盆地在这一时段为暖湿气流所控制，降水较多，湿度较大，以湿热天气为主，不符合发生干热风的指标，而地势较高的山西高原和坝上坝下高原地区相对而言天气干燥，较容易发生轻度干热风。
年不同级别干热风发生站日数
图1.4年不同级別干热风发生站日数
图3.4为1980-2013年平均每年不同级别干热风发生站日数。
对轻度干热风
（Di）.重度干热风（D2）及所有干热风（DJ的逐日数据进行相关性分析，可以得岀：
表1.1Dl、D2、6相关系数的计•算及显著性检验
项目
Di与D3
D2与D3
D］与D2
皮尔逊相关系数
0.997**
0.927**
0.896**
显著性系数（双侧）
0.000
0.000
0.000
粋按双侧检验，检验水准0.01,该相关系数具有统讣学意义，下同
由上表，轻度干热风（D］）、重度干热风（D2）、所有干热风的逐日数据（DO两两之间的皮尔逊（Pearson）相关系数均远远大于0.6,且非线性相关的显著性概率均为0.000<0.01，说明三者之间两两都有较高的相关性，而以所有干热风与轻度干热风的相关性最高，以轻度干热风与重度干热风的相关性最低。
另对Di、D2、D3分别分析其峰度系数（Kurtosis）,得到轻度干热风峰度系数如下表，K】、K?
、心均大于0,说明三种频数分布均较正态分布陡峭，而心最大，说明重度干热风的频数分布最为陡峭，即重度干热风的频数分布最为集中。
这与上文的结论是一致的。
表1.2Ki、K“K3峰度系数的计算
项目
轻度干热风
Ki
重度干热风
K2
所有干热风
Ks
峰度系数
0.717
5.484
1.122
1.1.2干热风的年际变化
干热风除了在一年中有明显的变化以外，本文也尝试去发现不同年份间干热风站次数的分布规律，并得岀以下结果：
逐年干热风站次变化
700
图1・5逐年干热风站次变化
山图1・5可以看出，不同年份干热风的频数是存在明显差异的。
以干热风总数为例，在上世纪80年代初、1997年-2002年、2005-2009年分别存在三个高峰时期，干热风发生最多的年份是1997年（607站次），其次是2001年（594站次），第三位是2009年（549站次）。
而1984-1995年、2011-2013年则为相对的低谷，干热风发生最少的年份是2003年（148站次），其次是1990年（171站次），第三位是1995年（173站次）。
轻度干热风的频数走势与总数走势非常接近，重度干热风则稍有不同，发生最多的年份是1981年（97站次），其次是2001年（95站次），第三位是2002年（92站次），发生最少的年份是2008年（3站次），其次是1987年（10站次）,第三位是2013年（11站次）。
对所有级别的干热风历年发生站次的数据进行多项式回归分析，得到下图。
1980-2013逐年干热风站次数统计
图1.6逐年干热风站次数的多项式回归分析
由趋势线走势可以看出，上世纪80年代，干热风发生频数呈下降趋势，90年代前半时段干热风仍处于较低水平，后期回升，至2002年到达一个新的峰值,之后继续呈缓慢下降趋势。
观察整段曲线，近些年干热风的活动近似呈现一个T=24年的周期。
但由于该多项式回归的R2=0.1771,比较低，因此不具备较高的参考价值。
1.2干热风发生的地域分布特征
1.1.1统计站点分布
本文选取的测站主要分布在北京、天津、河北、山西、山东和河南六省市，覆盖黄土高原东部的山西高原、河北坝上坝下地区、燕山、太行山、华北平原中北部等地。
测站分布如下：
北京市：
北京54511、密云54416
天津市：
西青54527、塘沽54623
河北省：
保定54602、泊头54618、黃骅54624、丰亍54308、围场5431承德54423、饶阳54606、霸州54518、青龙54436、秦皇岛54449、石家庄53698、遵化54429、唐山54534、乐亭54539、邢台53798、南宫54705、张北53399、蔚县53593、张家口54401、怀来54405
河南省：
安阳53898
山东省：
惠民54725、陵县54715、东营54736、定陶54909、济南54823、兖州54916、莘县54808＞费县54929、青岛54857、莒县54936、泰山54826、威海54774、成山头54776、石岛54871、潍坊54843、长岛54751、龙口54753、福山54764、莱阳54852、海阳54863、淄川54824、沂源54836
山西省：
大同53487、阳城53975、榆社53787、隰县53853、侯马53963、兴县53664、吕梁53764、右玉53478、太原53772、五台山53588、五寨53663、原平53673、阳泉53782、运城53959、长治53882
1.1.2地域分布特征
对每一个测站分别统计轻度干热风、重度干热风的发生频数，得到所有测站干热风频数统计表（见附表1）。
此处节选儿个有代表性的测站进行讨论。
表1.3干热风频数统计表节选
~~JEW~~髙度（m）轻度（次）重度（次）总计
54705
37.37
115.38
27.0
359
141
500
53664
38.46
111.13
1011.0
457
41
498
54624
38.37
117.35
6.0
348
111
459
54823
36.60
117.00
170.0
339
113
452
54606
3&23
115.73
19.0
332
100
432
53959
35.05
111.05
365.0
346
85
431
53963
35.65
111.36
433.0
361
46
407
54511
39.81
116.47
31.0
357
35
392
53698
3&02
114.25
81.2
271
32
303
54401
40.78
114.88
724.0
279
4
283
53898
36.05
114.40
61.0
237
44
281
宫县骅南阳城马京腑刘阳南兴黄济饶运侯北們炜安北西北东北西西京北北南河山河山河山山北河河河
山完整版的附表1可得，在干热风次数排名中前10位的测站，河北省和山西省各占4个，北京市占1个，山东省占1个。
干热风多发的区域主要有两个,一是太行山以东、黄河以北的华北平原；二是黄土高原上的汾河谷地。
另外，山西兴县也是干热风的多发地区。
干热风较少发生的地区为除汾河谷地之外的山西高原大部分地区、河北东部、山东东部沿海地区等。
在所有测站中，山东威海成山头（区站号54776）因为处于海滨，气候受海洋的调节作用比较明显，没有干热风发生，山西忻州五台山（区站号53588,海拔2208.3米）和山东泰安泰山（区站号54826,海拔1533.7米）两个高山站，也没有干热风发生。
表1.3是从附表1中排前20位的测站中选出的11个，部分测站这里没有详细深入讨论，是因为它们与表中的部分测站在干热风的表现上非常近似，且在地理位置上比较接近。
54705南宫干热风频数逐旬统计
图1.7是河北南宫一年中干热风频数的变化曲线，可以看出，南宫在一年中干热风的发生呈现出明显的规律性变化，4月中旬到5月中旬逐渐上升，5月中旬到5月下旬快速上升，至6月中旬达到干热风的峰值，此后迅速回落，至主汛期（七月下旬到八月上旬，即通常所说的"七下八上”）开始的7月下旬，干热风发生的频数降到儿乎为零。
南宫在统计时段里累计发生干热风500次，其中重度干热风141次，重度干热风占总数的28.2%o
53664兴县干热风频数逐旬统计
图1.853664兴县干热风频数逐旬统计
图1.8是山西兴县一年中的干热风频数变化。
与南宫一样，兴县的干热风在一年中也表现出明显的活动规律。
干热风自4月下旬开始逐渐增多，至5月中旬,开始明显增加，高峰期是6月下旬到7月上旬。
在7月上旬达到高峰期之后，干热风的频数缓慢下降，至8月上旬才明显降低。
兴县在统计时段里累计发生干热风498次，其中重度干热风41次，重度干热风占总数的8.2%o
由于南宫和兴县发生干热风的总次数十分接近，前者为500站次，后者为498站次，下面将这两个测站的干热风逐旬频数放到一起做一个对比。
对比图如图1.9所示。
河北南宫山西兴县干热风逐旬对比
图1.9南宫（54705）和兴县（53664）干热风逐旬对比
从图1.9的对比悄况，可以明显看出两个测站在干热风发生时间分布上的明显差异。
南宫（图中蓝色线所示）干热风发生的高峰期是5月下旬至6月中旬，兴县（图中橙色线所示）干热风发生的高峰期是6月中旬到7月下旬。
此外，南宫干热风在一年中发生的频数，在时间分布上，明显地比兴县更为集中，南宫在6月中旬达到干热风高峰期时，干热风累计发生次数为109次，而兴县在7月上旬达到干热风高峰期时，干热风累计发生次数为81次，前者比后者在高峰期的干热风次数多岀35%o自6月中旬达到峰值之后，南宫的干热风发生频数有一个迅速降低的过程，而兴县在7月上旬达到峰值之后，下降趋势相对而言比较和缓。
8月下旬，兴县的干热风次数略有反弹，南宫表现不明显。
还有一个值得注意的地方是，兴县自9月中旬之后，再无干热风发生，南宫则直至10月上旬仍出现两次干热风（1998年10月1日、1980年10月7日，均为轻度干热风）。
究其原因，笔者认为这与两个测站的气候条件、地形条件有非常大的关系。
南宫位于河北省邢台市东北部，华北平原腹地，为暖温带半湿润大陆性季风气候,全年平均气温13.TC,年均降水量476mm,极端最高气温41.7°C（1968年6月11H）o据统计，南宫市所属的邢台地区也是河北省重度干热风年平均日数极大值中心和河北省高温极值中心⑹。
南宫市西距太行山脉约60公里，容易受到太行山背风坡焚风效应的影响。
焚风发生时，地形强迫作用不仅直接造成气流绝热下沉增温，而且强迫气流做下沉运动的结果是使得云消，进一步提高了大气透明度，春末夏初的太阳短波辐射很强，这样就使得地面容易迅速增温，从非绝热加热的角度促进了升温过程。
兴县位于山西省吕梁市北部，属于黄土高原，地势西低东高，群山逶迤，丘陵棋布，沟壑纵横，地形破碎，为温带半干旱大陆性季风气候。
兴县深处内陆地区，气候的大陆性强，春夏季容易出现干旱，且地形条件导致热量容易积聚，容易产生干热风天气。
同样，山于海拔较高，暖湿气流翻山控制兴县的难度比控制处于平原且黑海更近的南宫更大，因此南宫在主汛期开始之后相对湿度增大，高温天气基本上都转变为湿热型（桑拿天），儿乎很少有干热风发生，而兴县相对湿度较低，有时仍能满足干热风发生的指标。
然而山于兴县海拔较高，年均温较低，不容易出现重度干热风，因此重度干热风仅占统计总数的8.2%o8月下旬之后，随着环流调整，冷空气势力逐渐加强，以兴县为代表的内陆黃土高原地区快速降温，不再具备发生干热风的热力条件，而以南宫为代表的华北平原中北部，曲于太行山的地形作用，在弱冷空气影响时，冷锋后的偏西气流翻山，在焚风效应作用下升温，仍可能造成部分站点的短时干热风天气。
然而发生于秋季的干热
风，已经失去了农业气象定义中的灾害性意义，且发生次数过少，不具有研究意义，故本文不予深入讨论。
54606饶阳干热风频数逐旬统计
120
图1.1054606饶阳T•热风频数逐旬统计
图1.10是河北饶阳的干热风逐旬变化示意图，从该图中可以得到与南宫十分相近的结论：
饶阳干热风的发生也呈现明显的单峰型规律，自5月中旬开始，干热风发生频数明显增加，6月中旬达到峰值（累计•出现干热风107次），之后随着进入主汛期，干热风频数又迅速降低。
饶阳在统计时段里累计发生干热风432次，其中重度干热风100次，重度干热风占总数的23.1%o
53698石家庄干热风频数逐旬统计
图1.1153698石家庄干热风频数逐旬统汁
图1.11所示为河北石家庄的干热风频数逐旬变化。
石家庄的干热风频数自5月上旬便开始快速增长，同样在6月中旬到达峰值，随后迅速下降。
8月下旬，主汛期结束后，仍然偶尔出现轻度干热风，其至在1997年10月20日仍出现轻度干热风（气温31.7°C,风速1.3m/s,相对湿度12%）,为所有观测站中达到干热风指标最晚的记录。
这是太行山地形导致的焚风效应所造成的。
石家庄在统计时段里累计发生干热风303次，其中重度干热风32次，占总数的10.6%o
与石家庄、南宫等同处太行山东麓焚风区的，在本文所统计的62个观测站中，还有河北邢台（区站号53798）以及河南安阳（区站号53898）等。
通过对比，这些测站的干热风发生趋势规律和上述测站是十分相近的，因此本文不再对这些测站单独进行讨论。
53959运城干热风频数逐旬统计
图1.12是山西运城的干热风逐旬变化。
与南宫、饶阳相近的是，运城的干热风也是自4月开始出现，5月中旬开始快速增长，到6月上中旬达到峰值。
但不同的是运城在7月中下旬到9月上旬，干热风的次数比河北平原上的前者更多。
运城在统计时段里累计发生干热风431次，其中重度干热风85次，占总数的19.7%。
53963侯马干热风频数逐旬统计
90
如图1.13所示为山西侯马的干热风逐旬变化，与运城同处于汾河谷地的侯马，干热风的变化趋势也和前者基本同步。
侯马在统计时段里累计发生干热风407次，其中重度干热风46次，占总数的11.3%。
侯马及附近的临汾、运城地区为山西省干热风多发区之一，原因是该区域为汾河谷地，地势低洼，而四周多山，尤以东西两侧山势高峻，西侧为吕梁山脉，东侧为太岳山脉，两道山脉在汾河谷地北部的霍州附近相连，使汾河谷地三面为高山所围绕，两大山系拔海高度均在1300-1500m左右，这样就形成了西、北、东三面屏障，西来的干暖气流翻山下坡，容易形成焚风效应，而这里的地形乂使得谷地风力较小，焚风形成的热量容易积聚，所以这一带容易发生干热风，且容易发生连续性的热过程⑺，这里的高温日数和高温持续时间长度也明显比同纬度的长治地区更多、更长。
54401张家口干热风频数逐旬统计
图1.14为河北张家口的干热风频数逐旬统计。
张家口位于内蒙古高原与河北平原过渡的地带，即河北人所称的坝上坝下地区，这里地势较高，相较于河北省中南部而言，气候干燥凉爽。
因此，如图中所示，张家口的干热风峰值远小于上文中探讨过的儿个测站，且在全部的283次干热风之中，仅有4次重度干热风,仅占总数的1.4%。
由于张家口的地理位置靠北，每逢东北冷涡活跃期，这里常常出现阵性降水，频发的阵性降水也降低了干热风出现的儿率。
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