IPCC 第四次評估報告顯示過去 100 a\\( 1906 － 2005 年\\) 全球氣溫持續升高，大范圍的氣候異?，F象不斷出現，極端天氣氣候事件\\( 如洪水、干旱、臺風、高溫和低溫等\\) 頻繁發生，已造成了嚴重的經濟損失，越來越引起社會公眾的關注。近年來國外有氣象學者研究了全球最高、最低溫度的變化特征，我國氣象學者研究了中國極端高溫事件的時空變化特征，也有學者研究了中國北方年極端溫度變化趨勢、中國西北極端高溫變化及其區域性增暖響應、華北地區極端氣候事件的時空變化規律及與區域氣候變化的聯系，以及我國區域極端高溫事件、主要城市高溫災害的時空變化特征、變化趨勢、大氣環流成因等。
盡管國內氣象學者對全國極端溫度已經作了大量的工作，且多以年、季節極端氣溫作為研究對象，但均未對河套及其相鄰區這一特定地區的極端高溫變化特征進行詳細的研究。本文在以上學者極端高溫研究的基礎上，利用逐日最高氣溫資料，試圖對河套及其相鄰區夏半年極端高溫頻數的時空變化特征進行分析研究，研究河套及其相鄰區夏半年極端高溫頻數的空間特征和時間演變規律，以期提高減災防災的能力。
1 資料與方法
選取河套及其相鄰區\\( 103 －113°E、34 － 41°N\\) 資料比較完整、均勻分布的 81 個氣象臺站 1961 － 2010年逐日最高氣溫、逐日平均氣溫資料，采用經驗正交函數\\( EOF\\) 、旋轉經驗正交函數\\( REOF\\) 、趨勢系數、Lepage 突變檢驗等方法分析河套及其相鄰區夏半年\\( 4 － 9 月\\) 極端高溫的空間分布、趨勢變化和突變變化特征。資料取自國家氣象信息中心氣象資料室，數據經過質量控制，可信度高。
由于研究區域內各臺站的緯度、拔海高度的不同，用一個統一固定的極端高溫閾值進行分析研究不能真正描述當地的極端高溫特征，因此，本文參考文獻［16］中極端氣候指標體系的內容，極端高溫定義為: 將各站夏半年逐年日最高氣溫資料按照升序排列，取第 90 個百分位的值定義為該站夏半年極端高溫閾值，如果該站夏半年某日最高氣溫高于該閾值，則認為該日發生了極端高溫事件，把年出現極端高溫事件的次數稱為該年極端高溫頻數。
2 極端高溫閾值的空間分布
從河套及其相鄰區夏半年極端高溫閾值分布圖\\( 圖 1\\) 中可以看到，河套及其相鄰區夏半年極端高溫閾值的高值區分布在河套的西北部和東南部，其中≥35℃的閾值只出現在河套東南部，即陜西東南部、山西南部、河南西北部的 3 省交界處，最高值在山西的運城，為 35． 7℃; ≤25℃的閾值只分布在河套的西南部，最低值在甘肅的臨潭，為 22． 6℃，極端高溫閾值的最大與最小值相差 13． 1℃。這主要是因為河套及其相鄰區各站的海拔高度、緯度差異較大，分布著平原、丘陵、山地、草原、沙漠等多種下墊面，因此各站極端高溫閾值相差也較大?！緢D1】
3 極端高溫頻數異常的空間分布特征
為了進一步分析河套及其相鄰區夏半年極端高溫頻數的地域特征，對極端高溫頻數資料進行 EOF 分解，并截取前 5 個特征向量做 REOF 分解，表 1 給出的是旋轉前后前 5 個主要特征向量對極端高溫頻數場總方差的方差貢獻率，從方差貢獻率可以看到，EOF 和 REOF 的收斂性均很快，第 1 模態的方差貢獻就占總體方差的一半\\( 56． 68%\\) ，反映了整個區域夏半年極端高溫頻數時空變化的主要特征; 而前 2 個模態的累積方差貢獻率達 71． 70%，第 3 個以后所占的方差貢獻很小，其間的差異也明顯減小。這表明研究前 2 個模態特征向量就能較好地表征河套及其相鄰區夏半年極端高溫頻數變化及其空間分布特征?！颈?】
從 EOF 分解的第 1 模態分布\\( 圖 2\\( a\\) \\) 可以看到，河套及其相鄰區夏半年極端高溫頻數第 1 模態特征向量均為正值，這表明該地區夏半年極端高溫頻數在空間上變化的一致性，這種一致的特性占到總體方差的56． 12% ，這顯然與大尺度天氣系統的影響有關，盡管該地區各區域之間的氣候差異較大，但夏半年極端高溫頻數在一定程度上還是受大尺度天氣系統影響和控制，造成極端高溫頻數偏多、偏少趨于一致。載荷量 0． 8以上的區域主要位于山西中西部、陜西北部、內蒙古中南部和寧夏北部，中心位于山西介休\\( 載荷值為0． 94\\) 。說明這里是該地區夏半年極端高溫頻數變率最大、頻數異常的敏感地區?！緢D2】
從 EOF 分解的第 2 模態分布\\( 圖 2\\( b\\) \\) 可以看到，第 2 模態載荷向量場的分布基本上呈東南-西北反相變化的結構特點，山西中北部、陜西北部、內蒙古、寧夏和甘肅中西部為正值區，中心位于內蒙古烏前旗\\( 載荷值僅為 0． 45\\) ; 而山西南部、陜西中南部以及河南西北部為負值區，中心位于河南新安\\( 載荷值為－ 0． 76\\) 。這表明該地區夏半年極端高溫頻數總趨勢中存在明顯的東南-西北分布，為東南多西北少或西北多東南少，即東南-西北反位相變化。這是因為該地區西北部主要受西風控制和北方冷空氣的影響，而東南部主要受季風影響和副熱帶高壓控制，從而造成該地區西北部與東南部夏半年極端高溫頻數的差異。
為進一步分析該地區夏半年極端高溫頻數的地域特點，對前 5 個主成分及其對應的載荷向量進行旋轉，由前 3 個旋轉載荷向量場得到 3 個主要空間分區域模態\\( 圖 3\\) 。旋轉載荷向量絕對值大于 0． 6 的區域為大值區。圖 3\\( a\\) 為河套及其相鄰區夏半年極端高溫頻數的第一旋轉載荷向量場，大值區在內蒙古、寧夏北部、陜西北部、山西中北部，最大值出現在內蒙古的托克托縣，中心值為 0． 94。表明這一帶是河套及其相鄰區夏半年極端高溫頻數異常的最敏感區域，極端高溫頻數的多少在這一帶反映最明顯。這一異常性質稱為河套北部型。圖 3\\( b\\) 為第 2 旋轉載荷向量場，大值區在陜西中南部、山西南部、河南西北部，最大值出現在河南的新安縣，中心值 －0． 93。表明這一帶是河套及其相鄰區夏半年極端高溫頻數異常的第 2 個敏感區域。這一異常性質稱為河套東南型。圖 3\\( c\\) 為第 3 旋轉載荷向量場，大值區在甘肅中東部、寧夏中南部、陜西西部，最大值出現在寧夏的西吉縣，中心值為 －0． 84。這一異常性質稱為河套西南型。
根據圖 3 旋轉載荷向量場的異常特征分布，河套及其相鄰區夏半年極端高溫頻數的 3 個主要空間表現為河套北部區、河套東南區、河套西南區?！緢D3】
4 極端高溫頻數異常的時間變化特征
經 REOF 分解后各異常區域內載荷向量高值站能較好地代表該區域的異常變化，故用各異常區代表站夏半年極端高溫頻數時間序列分析該異常區域的時間變化趨勢。
4． 1 年際變化
從河套北部區的托克托代表站夏半年極端高溫頻數變化曲線\\( 圖 4\\( a\\) \\) 可以看到，1960 年代初至 1980年代后期極端高溫頻數整體偏少并呈波動變化，極端高溫少發; 1990 年代初至 2000 年代后期極端高溫頻數整體偏多且增多明顯，極端高溫頻發。2001 年極端高溫頻數異常偏多達39 次，而1976，1979，2003 年異常偏少只有 4 次。
河套東南區的新安代表站\\( 圖 4\\( b\\) \\) 1960 年代初至 1970 年代中后期極端高溫頻數明顯偏多，極端高溫頻發; 1970 年代后期至 1990 年代初期明顯偏少，極端高溫少發; 1990 年代中期至 2000 年代初期略偏多;2000 年代中期以后又偏少。2008 年極端高溫頻數異常偏多達 43 次，而 1983，2008 年異常偏少只有 2 次。河套西南區的西吉代表站\\( 圖 4\\( c\\) \\) 與河套北部區代表站變化趨勢相近，1960 年代初至 1990 年代中前期極端高溫頻數整體偏少并呈波動變化，極端高溫少發; 1990 年代中期至 2000 年代初后期極端高溫頻數整體偏多且呈明顯增多趨勢，極端高溫頻發。2006 年極端高溫頻數異常偏多達 50 次，而 1989 年異常偏少只有 1 次?！緢D4】
4． 2 趨勢變化
從河套及其相鄰區各站點夏半年極端高溫頻數氣候傾向率和趨勢系數分布圖可以看到\\( 圖略\\) ，河套東南區的陜西、山西、河南 3 省交界處 13 個站點氣候傾向率和趨勢系數均為負值，其他站點則均為正值。從各異常區代表站氣候傾向率和趨勢系數可以看到\\( 表 2\\) ，3 個代表站的變化趨勢并不一致: 北部區的托克托與西南區的西吉均表現為一致的增加趨勢，其中西吉增加趨勢最明顯，其氣候傾向率為 3． 5/10a，趨勢系數為0． 4627，通過了 0． 001 的信度檢驗。托克托增加趨勢較明顯，其氣候傾向率為 1． 9 /10 a，趨勢系數為 0． 3237，通過了 0． 02 的信度檢驗; 而東南區的新安則表現為減少的趨勢，且減少趨勢較明顯，其氣候傾向率為 －2． 0/10 a，趨勢系數為 － 0． 3268，通過了 0． 02 的信度檢驗?！颈?】
從以上的分析可以看到，河套西南區夏半年極端高溫頻數表現為顯著的增加趨勢，河套北部區表現為較明顯的增加趨勢，這與文獻［10］，［11］中有關極端高溫事件變化趨勢的研究結果基本一致。而河套東南區則表現為較明顯的減少趨勢。
4． 3 突變分析
利用 Lepage 法對河套及其相鄰區各異常區代表站夏半年極端高溫頻數進行突變分析，結果表明只有河套北部區的托克托代表站通過了 0． 05 的顯著性檢驗\\( 圖 5\\) ，突變時間出現在 1996 年; 新安代表站和西吉代表站均未通過 0． 05 的顯著性檢驗，說明均未出現突變現象\\( 圖略\\) ?！緢D5】
4． 4 周期變化
對各異常區代表站夏半年極端高溫頻數進行小波分析\\( 圖略\\) ，各代表站存在著較長的周期，同時又包含著較短的周期: 托克托代表站存在著 10 ～12 a，6 ～8a 和準 3 a 的周期變化，從周期中心強度分析 10 ～12a的周期最強; 新安代表站存在著 6 ～8 a，18 a 和準 4 a 的周期變化，從周期的中心強度分析 18a 的周期最強;西吉代表站存在著 12 ～16 a，5 ～6 a 和準 3 a 的周期變化，從周期的中心強度分析 12 ～16 a 的周期最強。
5 極端高溫頻次與夏半年平均氣溫的關系
為了解河套及其相鄰區夏半年極端高溫頻數的變化與同期平均氣溫的相互聯系，在此計算了各站二者之間的相關系數。從河套及其相鄰區各站夏半年極端高溫頻數與同期平均氣溫的空間分布圖\\( 圖 6\\) 中可以看到，河套區域內所有站點均呈顯著的正相關，各站點夏半年極端高溫頻數與同期平均氣溫的相關系數均通過了 0． 001 的信度檢驗，其中最大相關系數為 0． 9406，最小相關系數為 0． 8117。說明河套及其相鄰區夏半年極端高溫頻數與同期平均氣溫的關系顯著，即夏半年平均氣溫偏高則極端高溫頻數偏多，反之夏半年平均氣溫偏低則極端高溫頻數偏少?！緢D6】
6 小結
\\( 1\\) 河套及其相鄰區夏半年極端高溫閾值的高值區分布在河套的西北部和東南部，其中≥35℃的閾值只出現在河套東南部，≤25℃的閾值只分布在河套的西南部，極端高溫閾值的最大與最小值相差 13． 1℃。這主要是受海拔高度的影響。
\\( 2\\) 河套及其相鄰區夏半年極端高溫頻數在地域范圍上的主要呈全部偏多或全部偏少、東南多西北少或西北多東南少的特征，即呈全區域一致性變化、東南-西北反位相變化。
\\( 3\\) 河套及其相鄰區夏半年極端高溫頻數在空間上分為河套北部區、河套東南區、河套西南區 3 個異常分區，各異常區內夏半年極端高溫頻數具有相對一致的特性。
\\( 4\\) 河套北部區與河套西南區的夏半年極端高溫頻數的年際變化趨勢相近，1960 年代至 1980 年代偏少，1990 年代至 2000 年代偏多且增多明顯。河套東南區 1960 年代至 1970 年代中后期偏多，1970 年代后期至 1990 年代初期偏少，1990 年代中期至 2000 年代初略偏多，其后又偏少。
\\( 5\\) 在 3 個異常分區中，河套西南區夏半年極端高溫頻數表現為顯著的增加趨勢，河套北部區表現為較明顯的增加趨勢，而河套東南區則表現為較明顯的減少趨勢。只有河套北部區通過了 0． 05 的顯著性檢驗發生了突變現象，而其他 2 個異常分區均未發生突變。
\\( 6\\) 河套北部區存在著 10 ～12a，6 ～8a 和準 3a 的周期變化，河套東南區存在著 6 ～8a，18a 和準 4a 的周期變化，河套西南區存在著 12 ～16a，5 ～6a 和準 3a 的周期變化。
\\( 7\\) 河套及其相鄰區夏半年極端高溫頻數與同期平均氣溫的均呈顯著的正相關，二者之間的相關系數均通過了 0． 001 的信度檢驗，說明夏半年平均氣溫偏高則極端高溫頻數偏多，反之夏半年平均氣溫偏低則極端高溫頻數偏少。
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