山东省夏季极端高温变化特征研究

目录摘要……………………1关键词…………………1Abstract………………1Keywords……………1引言………………………11研究区概况………………………22材料与方法……………22.1材料……………22.2方法…………………23结果与分析…………………33.1研究结果…………………33.2结论…………………104未来研究展望……………11致谢……………………13参考文献………………14

山东省夏季极端高温事件变化特征研究摘要：基于2002—2022年山东省逐日气象观测资料，采用高温热浪等级国家标准，分析了近20年山东省夏季极端高温事件的发生频率、强度、持续时间，并在此基础上探讨山东省夏季高温事件动态时空变化特征，从而得出结论。结果表明：随着全球气候变暖加剧，近年来山东省高温天气已呈现出现时间早、发生频次增加、影响范围变广、累计日数增多、极端性显著等特点。研究发现，山东平均高温日数整体呈波动增加趋势，省内不同区域极端高温增长趋势有所差异。关键词：山东省极端高温动态特征AnalysisofExtremeSummerHeatEventsinShandongProvinceAbstract：Inthisstudy,weutilizedthedailymeteorologicalobservationdataofShandongProvincefrom2002to2022,andanalyzedthemaccordingtotheheatwaveclassificationstandardsstipulatedbythecountry.Thisresearchfocusesontheoccurrencefrequency,temperaturelevels,anddurationofextremesummerheateventsinShandongoverthelast20years.Atthesametime,thechangesofthesehigh-temperatureeventsindifferenttimesandregionsofShandongwerealsoexamined.ThestudyshowsShandong'sheatpatternshavechangedsignificantlyduetoworseningglobalwarming.Thehotweatherbeginsearlier,occursmorefrequently,affectsawiderarea,lastsforalongertotalperiodoftime,andtheextremehotconditionsaremoreprominent.Additionally,theaverageannualnumberofhigh-temperaturedaysinShandonghasgraduallyincreasedoverall,despitefluctuations.Moreover,thegrowthofextremehightemperaturesvariesindifferentregionsofShandongProvince.Someareasexperiencerapidgrowthwhileothersexperienceslowgrowth.Keywords:ShandongProvince；ExtremeSummerHeat；dynamiccharacteristic2022年夏天，山东省一共发布了71次高温预警，其中36次是最严重的红色预警。极端高温作为常见的气象灾害，在生产生活多个方面带来危害。农业生产受影响明显，持续高温天气下，农作物生长受限，粮食产量下降，市场上粮食变少，价格自然上涨。而且高温还会打乱正常的种植安排，每年产量忽高忽低，农民的收入也就跟着不稳定。城市居民的身体健康面临风险，高温环境容易诱发各类疾病，本身患病的人病情可能加重。老人、小孩体质较弱，户外工作者长时间暴露在高温中，这些人群受影响更大，严重时甚至可能威胁生命。工程建设也会遭遇难题，像青藏高原的冻土会因为高温融化，给青藏铁路和公路的修建带来很大麻烦。这说明，极端高温会影响工程结构稳固性，还可能拖延施工进度。总的来看，极端高温对人们身体健康、农业收成、工程建设以及社会正常运转都有不利影响。因此，详细研究极端高温的变化特点，对预防灾害、减少损失十分关键。根据中国气象局的判定标准，将日最高温≥35℃界定为高温。中国气象局及学者研究明确——日最高温＞35℃判定为高温日，＞38℃为危害高温日，＞40℃为极端高温日，其中高温日持续时间超过3d判定为高温热浪，超过5d判定为强高温热浪；世界气象组织(WMO)定义高温热浪的标准相对较低，即日最高气温高于32℃，且持续3d以上。本文主要采用中国气象局界定的高温与高温热浪标准，对2002—2022年的山东省高温及高温热浪进行分析，研究山东省极端高温事件的时空变化规律和特征。1研究区概况山东省地处我国东部沿海，位于黄河下游流域。这里地形多样，主要有山地、丘陵和平原三种。气候属于典型的温带季风气候，因为同时受到海洋和陆地影响，东部和西部气候差别较大。从地形分布来看，山东中部地区山比较多，地势高；西南和西北部地势低，地面平坦；东部是一片起伏不大的丘陵。山地和丘陵占了全省地形的大部分，中间还分布着平原和盆地，山东丘陵区和黄淮海平原区是两个主要的地形区域。为了更好地研究省内不同地方极端高温的变化，按照气象地理的划分标准，把山东省分成鲁南、鲁中、鲁西北和半岛四个区域。这样分区后，就能更清楚地分析每个区域气候现象的变化特点。2材料与方法2.1材料来源研究资料为2002—2022年山东省气象站点的逐日最高气温(℃)、平均气温(℃)、最低气温(℃)和平均相对湿度(%)数据，来源于国家气象科学数据中心的中国地面气象观测数据以及山东省气候中心。文中涉及的地图底图来源于中华人民共和国自然资源部标准地图服务，数字高程数据采用地理空间数据云的全国空间分辨率为30m的DEM数据。2.2研究方法1、统计分析方法研究山东省夏季极端高温事件的变化特点，会用平均数、离散程度指标来描述极端高温的基本情况。其中，离散程度通过标准差和变异系数体现，能反映数据的波动大小。同时，利用线性回归方法，分析极端高温出现次数、温度高低和持续天数，了解它们随时间的变化情况，判断是否存在上升或下降趋势。2、空间分析方法研究山东省夏季极端高温事件的变化特点时，借助地理信息系统（GIS）进行空间研究。把省内每个气象站点的具体位置和极端高温事件的相关数据汇总到一起，制作出极端高温事件的空间分布图。通过这张图，可以清楚看到极端高温在山东不同地区的分布情况，以及它在不同时间里的变化规律。3、地理信息系统（GIS）技术在研究山东省夏季极端高温事件变化特点时，使用地理信息系统（GIS）软件处理气象站点收集的数据。由于气象站点分布不均，通过空间插值的方法，把离散的观测数据变成连续的数据，绘制出过去20年山东省各市县极端高温的分布图，研究极端高温事件在空间上和时间上的分布特点和规律。3.结果与分析从图1中可以看出山东省各市多年极端最高气温的空间分布特征，大都在32℃以上，并呈现出由沿海向内陆极端气温呈半环状逐渐递增的规律。第一，山东省极端气温呈现出显著的内陆高、沿海低特征。内陆城市如济南市、潍坊市和济宁市极端高温值普遍高于沿海的青岛市、日照市。最高温集中于鲁西北平原和鲁中山区，最低温出现在胶东半岛沿海。内陆平原区如济南市、德州市等地地势平坦，缺乏水体调节，夏季太阳辐射强烈，叠加城市热岛效应，所以夏季气温高。沿海地区如青岛市、日照市等地受海洋调节作用明显，海风降温显著，极端高温多低于33℃。但近年填海工程削弱海陆风循环，沿海升温趋势增强。临沂市、泰安市等地受沂蒙山地形的影响，气流翻越山体后下沉增温（焚风效应），导致山麓地带极端高温突出。第二，山东省多年极端高温呈现出梯度性的特征。从经向差异看，西部内陆（德州市）比东部沿海（青岛市）极端高温高5℃左右，经向温差显著；从纬向差异看，北部（滨州市）比南部（日照市）平均高2–3℃，与太阳辐射强度和地表类型相关。全省极端最高温出现在菏泽，2022年记录36℃；最低气温为30℃，出现在威海。从图中还可以看出山东省多年极端高温等温线分布规律。从胶东半岛向鲁西北，等温线密集递增（每100公里升温3~4℃）。122°E以东等温线稀疏（31~33℃），116°E以西内陆密集（33~36℃）。并且形成了三个高温核心区，鲁西北平原（德州市、聊城市）为高温核心区，极端最高温达36℃；鲁中山区（济南市、淄博市）形成次高温中心，极端值35℃；胶东沿海（青岛市、烟台市）温度最低，极端值31℃。总之，呈现出由沿海向内陆极端气温呈半环状逐渐递增的规律，并呈现出明显的经向差异和纬向差异。图12002-2022年山东16市多年平均最高气温分布从表1我们可以看到山东省极端高温的空间分布规律，首先是起始日期，内陆早于沿海，鲁西北地区比胶东半岛早15-20天；且有明显的南北差异，受夏季风推行影响，鲁南地区比鲁北地区早3-5天。德州市-济南市-菏泽市走廊持续期>6天，与华北高温带重合，而胶东沿海持续期<6天，海洋性气候缓冲明显。从时间分布来看，山东省极端高温事件主要集中于6月至8月，内陆城市（如济南市、菏泽市）高温较沿海早1-2周，峰值多出现在7月。从持续期看，单次事件通常持续3-7天，内陆城市（如淄博市、菏泽市）持续期更长。2010年后，鲁西北地区结束日期平均推迟5天，反映夏季延长。总之，山东省夏季极端高温有明显的空间差异，内陆早于沿海，南方早于北方。表1山东省分区多年平均极端高温事件起讫日期及持续期区域城市示例平均起始日期（月-日）平均结束日期（月-日）平均持续期（天）鲁西北地区德州、聊城、滨州5-288-2210鲁中地区济南、淄博、潍坊6-28-188胶东半岛青岛、烟台、威海6-158-106鲁南地区临沂、枣庄、菏泽6-58-209从图2可以看出山东省极端高温的时间分布特征，特别是月份分布趋势，主要集中分布于夏季的7、8月份。每年最高气温一般出现在5月下旬至7月中旬左右。在冬季或早春，山东省极少或没有出现极端高温天气。极端高温从4月开始出现，5月增加，6月至8月达到高峰，9月开始减少，10月至11月逐渐消失，冬季没有。这种分布与山东省的气候特点有关，夏季受副热带高压，气温升高，容易形成高温天气。图22002-2022年山东省极端高温分布累计值第一，通过分析图3，可以看到山东省夏季极端高温事件的时间分布、强度和频次。从山东区域性高温过程来看，近20年呈波动上升趋势。2004-2019年显著增加，2019年后略有回落，约每5-6年出现一次小高峰，如2005年、2010年、2013、2019年。山东省高温过程每年发生1—7个，2019年达7次，为历史最高；2003、2004、2006、2007、2015年只有1次高温过程，为历史最低。2002-2010年年均过程2.4次，2010-2022年年均过程2.7次，呈增加趋势。第二，从山东省高温过程最长持续时间来看，持续时间延长。一般持续天数在3—6天，最长持续天数可达10天。2002年高达10天，2003、2004、2006、2015、2021年为历史最低，最长持续时间只有3天。2017—2019年区域性高温过程较多，2019年多达7个。推测山东省高温过程个数与持续时间呈弱正相关，且极端性增强。如2019年，高温过程个数为7次，持续时间为5天，属于高频次但非极端持续；2022年高温过程个数为2次，持续时间为6天，属于低频次但超长热浪。总之，山东省高温过程呈现频次波动上升、持续时间延长、极端性凸显的特征。图32002-2022年山东历年区域性高温过程个数与最长持续时间从图4中可以看到，近20年山东夏季平均气温总体呈现波动上升的趋势，平均来看，每10年的温度上升0.5℃。具体来看，2002-2010年呈现缓慢且波动上升的趋势（年均升幅0.15℃/10年），2011-2022年加速升温（年均升幅0.35℃/10年）。2008年为极端性低温年，较前三年偏低。2018年突破性升温，首次超过27℃。2015年后，气温超过27℃的年份占比从15%升至55%。总体来说，山东省夏季平均气温呈现加速升温、极端性增强、波动性的特征。图42002-2022年山东夏季平均气温变化观察图5得到，山东最高气温波动变化较大，趋势不明显。最高气温在35℃-44℃间大幅波动，年际差异显著大，无稳定升温或降温趋势。如果将20年分为2002-2011年和2012-2022年两阶段，可以发现阶段性增温趋势，2012-2022年极端高温更频繁。每隔2~3年，山东最高气温便会出现超过40℃的极端高温。2002-2020年极端高温≥40℃的共13次，占比65%，其中2015年后共6次，占比约50%。从极端事件来看，2005年6月11日，滨州市邹平的气温达到了43℃，这是山东有记录以来的最高温度。在这次高温过程中，还有两个地方打破了6月份的历史记录：枣庄市在17日达到了39.2℃，博山在19日和20日分别达到了39℃和39.2℃。2009年为次高峰值，最高温为42℃，反映极端性增强趋势。2004年为异常低温年，最高温只有38℃，可能与东亚夏季风偏强相关。总之，山东省年最高气温呈现无显著趋势但极端性增强的特征。图52002-2022年山东最高气温变化从图6中可以看出，山东平均高温日数整体呈波动增加趋势，且年际变化明显。2002年、2017年、2019年平均高温日数达15天以上。高温日数在10-30天间波动，2010年后高频次年份占比增加。2002-2011年年均高温日数为12天，波动较小，2012-2022年均增至18天，极端年份频现。2018年达历史峰值，高温日数为18天；2008年达历史低谷，高温日数为1天。高温日数标准差约6天，年际变化显著。图62002-2022年山东省高温日数变化通过分析表1，首先，从时间变化来看，山东省首个高温日有提前的趋势，且极端性增强。最晚出现年份为2008年6月7月，出现在冠县（最高气温35.2℃）。2022年山东省首个高温日为4月11日，出现在寿光（最高气温35.4℃）。山东省首个高温日从2000s的5-6月逐步提前到2020s的4月，平均每10年提前约7天。由此看来山东省首个高温日有提前的趋势。第二，从空间变化来看，山东省首个高温日多出现在内陆，沿海有所延迟。山东省首个高温日出现频次最高的站点分别是寿光、冠县和临淄。寿光站出现了5次，分别在2004年、2009年、2010年、2020年、2022年；冠县站出现了3次，分别在2002年、2003年、2008年。由此看出首个高温日主要集中在鲁西北平原（寿光、冠县）、鲁中山区（临淄市），而沿海有所延迟。从极端性来看，山东省极端气温的极端性有所增强。近20年高温极值出现在2007年的东明站（最高气温37.5℃），2022年的首个高温日是近20年来最早的一年，比去年的5月27日足足提前了46天，比前十年均值早23天，极端性显著增强。表12002-2020年山东历年首个高温日及其最高气温和出现站点年份首个高温日当日最高气温（℃）出现站点2002053036冠县2003053135冠县2004042135.6寿光2005042835.9黄岛2006043036.3济南2007052536.1东明2008060735.2冠县2009051935.5寿光2010050235.3寿光2011060335.4五莲2012050635.1昌乐；临淄2013051237.0邹平2014052136.7淄川2015060135.6广饶2016053035.1青州2017051836.3临淄2018051437.1临淄2019052237.5东明2020043035.8寿光2021052735.7定陶2022041135.4寿光4结论4.1空间差异显著随着全球气候变暖加剧，近年来山东省高温天气已呈现出现时间早、发生频次增加、影响范围变广、累计日数增多、极端性显著等特点。影响范围变广。从图1中可以看出，山东省各市的最高气温大都在38℃以上，并呈现出由沿海向内陆极端高温气温呈半环状逐渐递增的规律。山东省高温天气平均影响范围也在不断扩大。20世纪60年代，高温天气影响范围大，鲁西南和鲁西北最严重，这些地区每年高温天数超过15天。20世纪70-90年代，全省高温天数减少，大部分地区每年高温天数不到9天。21世纪前10年，淄博北部及周边高温天数明显增加。最近10年，高温天数比前10年增加很多，超过15天的区域明显增多，鲁南和鲁中北部增长最快，出了半岛地区，其他地区每年高温天数都超过9天。极端性显著。根据图5数据，2002、2005、2009和2022年等年份，最高气温均超过40℃，且平均每2到3年就会出现一次40℃以上的高温天气。2022年夏季，山东出现罕见大范围持续高温。6月16日至26日，鲁西北和鲁南部分地区气温高达40℃以上，影响范围覆盖全省多个区域。此次高温导致21个气象观测站的连续高温日数达到或超过历史最高值，是1969年以来仅次于2018年的高温事件。4.2时间变化明显出现时间早。从表1的数据可以看出，近20年山东省第一个高温日出现的时间变化很大。但总体来看，高温日来得越来越早。2022年4月11日，寿光出现了35.4℃的高温，这是近20年来最早的高温日。这个时间比2021年5月27日的首个高温日提前了46天。另外，2004年到2006年，以及2020年，山东省的第一个高温日也都来得比较早，都出现在4月下旬。这说明近年来高温天气有提前到来的趋势。发生频次增加。从图3数据能看出，当地高温过程发生次数在不断增加。最近几年，山东高温天气明显变多，出现高温的次数和持续天数都在上升。具体来讲，过去20年，山东大范围的高温过程数量有缓慢增多的趋势，平均每年会出现1到7次高温过程，每次高温一般持续3到6天，最长能持续10天。2017年到2019年，高温过程增多的情况特别明显，2019年更是出现了7次大范围高温过程。累计日数增多。从图6的数据可以看出，山东平均高温日数整体呈波动增加趋势，2002年、2017年、2019年平均高温日数达15天以上。全省高温天数总体在增加，不同地区增加速度不一样，鲁中地区增加最快、鲁南地区第二、半岛地区第三、鲁西北地区增加最慢。山东省高温热浪已进入“频次多、强度大、范围广”的新常态，并且山东省极端高温空间分异受地理环境、城市化和大气环流共同作用。未来需要根据区域特征制定差异化的适应策略，通过科学预警、空间规划与技术创新来积极应对，以降低气候风险对民生与经济的影响。5.未来研究展望全球气候变暖趋势下，山东省极端高温现象愈发突出，表现为出现次数增多、温度峰值更高、持续天数增长。通过整理2002年至2022年气象资料，详细梳理了省内极端高温事件的时间分布规律与地理差异，同时分析了影响高温形成的各类因素，为地区制定气候适应策略提供数据基础。面对持续加剧的高温威胁，后续研究需从多领域深入探索，通过改进预测模型、完善预警机制等手段，提升高温天气预测准确率，降低极端高温对生产生活及生态环境的负面影响。深化高温天气形成机制研究，可从宏观和微观两个层面展开。宏观层面，要研究全球变暖背景下大气环流异常与区域高温的关系，尤其是厄尔尼诺-南方涛动等气候系统对山东高温的影响。例如，分析厄尔尼诺现象如何通过改变大气环流，与副热带高压相互作用，增强鲁西北的高温程度。微观层面，需关注城市热岛效应与地形对局部高温的影响。以泰山为例，要研究焚风效应在不同季节的增温作用，量化其对周边地区气温的影响程度。通过这两方面的研究，更全面地掌握山东高温天气的形成原因。对于极端高温的应对策略研究，也需要进一步强化。在农业生产领域，首先要完善气象灾害监测预警体系，深入研究高温对小麦、玉米等主要农作物生长发育的影响机制。通过基因编辑技术培育具备更强耐热性的作物品种，推广智能灌溉和遮阳网覆盖等实用技术。建立农业气象保险制度，分散因高温灾害带来的经济风险。在城市规划方面，要深入探究城市热岛效应的形成原理，重点研究不同绿地布局方案和建筑节能措施的降温效果。结合山东当地气候特点，开发出更科学合理的绿色建筑设计方案，改善城市高温环境。随着全球气候不断变化，我们需要理解极端高温是怎么形成的，以及找到有效的应对办法，成了多个学科共同关注的重要研究方向。今后的研究工作，需要打破学科界限，加强气象、农业、建筑、医疗等不同领域之间的合作交流。还要把科研成果真正应用到实际中去，建立起各方协同创新的机制。依靠科技创新和政策引导，提高全社会抵御高温天气的能力。

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