干热风发生的时空分布特征.docx

1、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1.1 1980-2013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547

2、05）,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12年轻度干热风发生站日数上图所示为1980-

3、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

4、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1.1 Dl、D2、6相关系数的计算及显著性检验项目Di 与 D3D2

5、 与 D3D与 D2皮尔逊相关系数0.997*0.927*0.896*显著性系数（双侧）0.0000.0000.000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0.0000.01，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

6、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1.2 Ki、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0.7175.4841.1221.1.2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15逐年干热风站次变化山图15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

7、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

8、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

9、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、

10、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538821. 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

11、（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5470537.37115.3827.03591415005366438.46111.131011.0457414985462438.37117.356.03481114595482336.60117.00170.0339113452546063&23115.7319.03321004325395935.05111.05365.0346854315396335.65111.36433.0361464075451139.81116.4731.035735392536983&021

12、14.2581.2271323035440140.78114.88724.027942835389836.05114.4061.023744281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

13、（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

14、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%o53664兴县干热风频数逐旬统计图1.8 53664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

15、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

16、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，

17、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41.7C （1968年6月 11 H）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。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

18、，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%o 8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

19、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1.10 54606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

20、。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%o53698石家庄干热风频数逐旬统计图1.11 53698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31.7C,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3

21、2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%

22、。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

23、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，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。