引言

持续的高温热浪不仅对公众身体健康和正常生活造成重大影响，酷热及闷湿天气使突发疾病明显增多，中暑人数多，死亡率增加，并且还造成城市供电、供水日趋紧张，使农田失墒加快，加剧旱情发展，给农林畜牧业生产带来很大危害，使工矿企业生产严重受损^[1-3]。

2010年8月长江下游和江南等地遭受持续高温热浪侵袭，高温日数异常偏多^[4]，有多站多项气象记录突破当地历史极值，上海、江苏、浙江大部分地区8月平均气温、月最高和最低气温均创新高，其中8月12—15日上海徐家汇测站连续4天最高气温超39℃，这在上海百年气象史上前所未有。本文着眼于此次高温热浪事件，结合历史上(1966、1978和2007年)出现的3次持续热浪过程进行天气形势分析和总结，对近年来持续热浪天气下一些气象要素的变化进行统计，并探索分析了杭州湾北岸浙沪地区城市化发展的影响，为今后对高温热浪的预报和服务提供一些参考。

1 高温热浪的定义和使用的资料方法 1.1 高温热浪的定义

根据我国气候和环境特点，并参照气象灾害预警发布和传播条例规定，将我国日极端高温分为三级：高温≥35℃，危害性高温≥38℃，强危害性高温≥40℃。定义连续3 d以上≥35℃高温为一次持续高温过程，连续3 d以上≥38℃高温为一次持续热浪事件^[5-7]。此外，将气温升至37℃以上规定为酷热指标^[8-9]。

1.2 资料和方法

根据以上定义，查找了杭州湾北岸位于杭州、上海之中的嘉兴观测站逐日最高气温资料。1954—2010年嘉兴共出现了4次持续热浪事件，分别为1966年8月4—7日、1978年7月7—9日、2007年7月28日至8月2日、2010年8月12—15日。对比上海、杭州同期最高气温，基本都持续出现了≥38℃的危害性高温，因此，这4次过程可称为杭州湾北岸的区域热浪事件。

使用NCEP间隔6小时的逐日再分析高度场、温度场、风场和垂直速度资料，对4次持续高温热浪天气形势进行分析和总结。同时对比分析了持续热浪期间杭州湾北岸浙沪城市间(上海、杭州、嘉兴以及平湖)最高气温的变化差异。需要指出的是，本文使用的是上海徐家汇的温度资料。在20世纪80年代以前，上述4个观测站测得的气温基本都能代表4个城市城郊周围的气温变化，21世纪后，由于受城市发展影响，上海徐家汇和杭州观测站测得的气温不同程度地代表了上海和杭州中心城区的温度，而嘉兴、平湖观测站测得的气温则仍代表这两个城市城郊气温变化。此外，文章还对热浪期间嘉兴城市的一些气象要素变化进行了分析，其中1966和1978年高温和酷热时长的统计采用了气温自记纸资料(使用之前对气温先进行了订正)，2007和2010年使用了气温的自动站分钟资料。

2 持续热浪的天气特点和形势分析 2.1 持续热浪天气特点

杭州湾北岸发生的4次持续热浪事件分别出现在20世纪60、70年代、以及21世纪初期，其中21世纪初期发生了2次，间隔时间短，发生频率大。这4次事件都发生在盛夏7—8月(表 1)，以8月上旬前后发生较多，如1966年持续热浪发生在8月上旬、2007年发生在7月下旬至8月上旬、2010年则发生在8月中旬前期，是发生时间最晚的一年，但1978年持续热浪发生时间较早，在7月上旬。持续热浪发生前期一般都已出现持续4~6天的区域高温天气，但2010年有些例外，前期区域高温仅出现了2天，然后区域持续热浪爆发。区域持续热浪一般维持3~4天，但2007年持续时间较长，达到了6天。

4次持续热浪期间，上海、杭州、嘉兴的区域平均最高气温都超过38℃，其中2010年达到了39.4℃，较前3次高0.7~1.3℃，是4次热浪事件中强度最强的一次。持续热浪期间出现的区域极端最高气温有3次出现在上海、杭州等大城市，极端高温为40.0℃(2010年上海)。另外，2010年江苏、杭州湾南岸等地也都同时出现持续4天以上日最高气温超38℃，嘉兴6个国家气象观测站中有5个站点(沿海平湖站除外)都出现了持续热浪天气，所以此次热浪还具有影响站点多、范围广、空间分布密集等特点。

由此可见，进入21世纪后，影响杭州湾北岸的高温热浪具有持续时间长、强度大、出现的气温极值高等特点。

2.2 高温热浪天气形势 2.2.1 2010年高温热浪天气形势

2010年8月10日随着7号台风圆规北上转向东移之后(图略)，西太平洋副热带高压(以下简称副高)开始新一轮西伸扩张，受其控制，10—15日长江下游出现持续高温热浪，期间副高势力异常强盛，11日592 dagpm副高中心迅速控制了我国华中华东地区，受副高中心强烈的晴空辐射增温和低层平流增温的共同作用，杭州、嘉兴最高气温迅速攀升至38℃；与此同时，高层200 hPa南亚高压1264 dagpm中心逐渐分裂东移至120°E以东，12—13日杭州湾上空200 hPa出现明显的负涡度区，与中低层副高负涡度垂直叠加^[10]，导致从高空到近地层出现一致下沉气流(图 1a)，下沉气流绝热增温效应明显；另外，12日开始，贝加尔湖有冷槽东移南下，受强大的副高阻挡，14—15日500 hPa槽尾东移至35°N以东黄淮流域，杭州湾北岸逐渐转受副高592 dagpm北缘西南气流影响，850 hPa出现12×10^-5 K·s^-1暖平流中心。受冷锋来临前强烈的低空暖平流增温作用(图 1b)，以及前期持续高温累积效应^[11]等综合因素，长江下游和杭州湾地区出现持续热浪，12—15日4天时间中嘉兴有3天、杭州连续3天、上海则连续4天日最高气温超39℃，其中13日上海还出现了40.0℃的强危害性高温，与1934年8月25日并列第一，此次上海出现的持续4天超39℃的气象记录在上海百年气象史上是前所未有。

2.2.2 2007年高温热浪天气形势

2007年持续高温也是受西太平洋副高和高层反气旋共同影响所致(图略)。7月23日副高增强西进，杭州湾北岸受其588边缘西南气流影响，开始出现高温天气。26—27日副高脊线北移至30°N，华东沿海出现弱的592 dagpm副高环流，这时由于副高增强导致地处副高中心附近的杭州湾北岸气温骤升，28日上海、嘉兴、杭州出现区域性≥38℃的热浪天气。与2010年类似的是，2007年持续热浪出现期间，高层南亚高压在29日分裂出一个1252 dagpm高压中心东移至长江中下游，30—31日长江下游上空200 hPa出现-8×10^-5s^-1负涡度中心，与中低层副高负涡度区叠加，杭州湾附近从高空到低层出现一致下沉(图略)，因强烈的下沉增温和副高中心晴空辐射出现持续热浪。但不同的是，北方冷空气受贝加尔湖阻高影响，不断在其南侧35~40°N小股东移，受其影响，2007年8月1—2日副高减弱，但在此期间，西太平洋135°E附近0705号强台风正朝西北方向移动，由于台风气旋对周围水汽强烈的抽吸作用导致其外围(杭州湾地区)出现大范围晴空少云区，同时受台风外围强烈的下沉气流增温影响^[12-13]，8月1日上海、杭州、嘉兴气温一致上升至39℃以上，2日台风逐渐远离，区域热浪减退。

2.2.3 1978和1966年高温热浪天气形势

1978年和1966年出现的持续高温热浪也是由于副高增强控制，长江中下游低空(850 hPa)持续受24℃暖区影响，前期地面出现一段持续高温，积蓄较多的热量后，当杭州湾北岸处于592 dagpm副高脊线附近或者高层有南亚高压分裂东移入海，在晴空辐射、平流增温和下沉增温的共同作用下，出现≥38℃的持续区域热浪。同样，中高纬度西风带不断有冷空气从贝加尔湖东移南下至35°N河套以东黄淮流域，受冷空气影响，副高减弱东退，持续热浪结束^[14]。

综上所述，杭州湾北岸持续热浪总体发生在副高持续增强，脊线北移至30°N附近，低层850 hPa在华东地区出现持续的24℃暖中心，当高层南亚高压东移入海，高低空负涡度在垂直方向出现叠加，从高空到地面出现一致下沉气流，因副高中心强烈的晴空辐射和深厚的下沉增温作用，出现区域热浪；当500 hPa西风带贝加尔湖冷空气不断补充南下至35°N河套以东黄淮流域，杭州湾北岸处于副高北缘西南气流影响，受冷锋前部强烈的暖平流增温作用，以及前期持续高温热浪的累积效应等综合因素，或者因台风外围强烈的下沉增温和水汽抽吸导致的晴空辐射作用，区域热浪持续。而后副高东退(或台风远离)，区域热浪结束。

此外，从图 2中可见，2010年持续热浪期间华东地区上空的副热带高压尤其强大，588和592线副高环流控制的面积和强度都较1966、1978和2007年大得多，这是长江下游地区2010年高温热浪强度超历史的直接原因。

3 持续热浪期间气象要素的变化

进入21世纪后，各地高温热浪天气发生愈来愈频繁，出现的气温极值愈来愈高，在持续的高温热浪下城市天气究竟还有些什么变化，下面以嘉兴观测站的气象资料进行分析和讨论。

3.1 高温和酷热时长的变化

对4次持续热浪期间嘉兴气温的日变化进行统计分析，从表 2中可以看到，平均而言≥35℃的高温时间大致出现在上午10:00前后，下午17:20后高温逐渐消退，高温持续约7小时16分；≥37℃的酷热时段大约出现在正午12时前后，16时以后气温下降，酷热转为高温，酷热时长接近于4小时。经比较，1966、1978和2007年高温出现时间都在10时以后，1978年甚至在10：30以后，但2010年高温出现时间明显提早(约半小时)，在09:30气温就已升至35℃以上，同时高温结束时间也推迟了约半小时，从而导致高温时长延长大约1小时多。2010年嘉兴酷热出现时间也明显提早，在11:18时气温就升至37℃，较1966、1978和2007年气温升至37℃的时间分别提早了1、2和0.5小时，同时酷热结束时间也明显推迟，大致在16:56时结束，比1966、1978和2007年推迟了1~2小时，酷热持续时间延长至5小时38分。因此，无论是高温还是酷热，其时长在2010年都较前几年明显延长，并且酷热时长延长比高温时长延长还要多33分钟。

此外，从表 2中还可以看到，2007年高温持续时间(7小时09分)与1966年(7小时24分)相差不大甚至还略短些，但期间出现的酷热时长4小时16分比1966年3小时41分延长了35分钟。由此可以认为，21世纪后，一方面持续高温热浪发生频繁，另一方面热浪影响期间，白天出现的酷热时长在增长，更加剧了人体感觉的不适，并导致对城市各方面的不利影响也在增强。

3.2 气温和日照等的变化

表 3是持续热浪期间嘉兴各气象要素的平均值，可以看到，2007和2010年持续热浪期间嘉兴气温日较差(最高气温－最低气温)都>11℃，较1966年10.2℃、1978年10.0℃增大了1.0~1.5℃，2007和2010年白天日照时数却较1966和1978年少(约2.0~2.8小时)。众所周知，气温升高一般与日照时间呈正比，但2007和2010年高温热浪期间出现的这种日照时数减少，而气温仍有较快升高的现象似乎表明了目前虽然得到的太阳辐射能量减少，但是可能有其他更复杂的因素在导致城市升温速度加快。作者认为近些年来嘉兴城市人口增多、城市化进程速度明显加快导致的城市“热岛效应”^[15]是其中一个重要因素，因城市建设区域的扩大、建筑群和水泥柏油路面的增加、以及城市中大量空调的使用、汽车尾气等的排放产生的城市“热岛效应”对城市气温升高有很大作用^[16-17]。

此外，持续热浪期间嘉兴14时风速都较小，在1.0~1.7 m·s^-1之间，2010年风力略有增加，为2.8 m·s^-1，但风力仍在2级以下；热浪发生期间，14时空气相对湿度也都较小，在51%以下，其中2010年更是降低到了42%。

4 城市间气温的差异变化

嘉兴地处杭州湾北岸太湖流域，北邻上海、南靠杭州，与这两个大城市都相距90多千米，在持续热浪期间这些城市所受的大气环流系统基本一致，同时城市的气候背景也比较相似，因此，在持续高温热浪背景下对这些城市的气温差异进行比较。

4.1 嘉兴与杭州的气温差异变化

图 3是4次高温热浪期间嘉兴与杭州、嘉兴与平湖、嘉兴与上海之间日最高气温的差值(以下简称为日最高温差)变化，其中高温时段取自杭州湾北岸出现持续热浪之前≥35℃的持续高温日，热浪时段即杭州湾北岸出现的持续≥38℃的热浪日，城市间气温的差值平均为气温差值绝对值的平均。从图 3a中可以看到，高温时期嘉兴与杭州的日最高温差大于热浪时期嘉兴与杭州的温差，并且2007和2010年热浪期间嘉兴与杭州的日最高温差与高温期间的温差相比减少比较多，两城市的温差在2007和2010年出现降低趋势。根据热力学第一定律，在副高控制的天气条件下，平原地区的平流增温和下沉增温作用都非常小^[18]，如果忽略由于云、风、湿度等非绝热因子对城市的增温差别，那么这种嘉兴与杭州城市间温差的降低趋势就很可能是由于城市“热岛效应”导致的，从而表明目前由于嘉兴城市建设发展加快，人口增多，使得下垫面环境相似于杭州，因此持续热浪期间嘉兴与杭州的日最高温差在缩小，目前温差大致在0.6~0.75℃。

4.2 嘉兴与平湖(海陆间城市)的气温差异变化

平湖测站地处嘉兴沿海的乍浦镇，受海风影响，盛夏期间其白天气温一般低于内陆嘉兴。一般而言，海风的大小与海陆间的温度差异有关，海陆温差越大，海风将越明显，从而使海陆城市间的温度差异增大，这与图 3b中的表现一致，即嘉兴与平湖的温差在热浪时期比高温时期要大。但是，2007和2010年热浪时期平湖与嘉兴的温差与高温时期的温差差距较1966和1978年在缩小，这与理论上内陆温度越高，造成海风越大，从而沿海城市温度较低，海陆城市间的温差将增大有矛盾，这就表明沿海城市的气温也在增加，也受到了一定的城市化发展影响。而且很有可能是，杭州湾北岸城市群“热岛效应”在持续热浪期间已经蔓延至下游风向(W-SW风)的沿海城市平湖，或者平湖本身的城市化影响也在增强，从而在一定程度上抵消了由于海风效应导致的海陆城市间的温差。

4.3 嘉兴与上海的气温差异变化

嘉兴与上海的日最高温差关系则较为复杂，一方面由于上海是经济发达的国际大都市，有着显著的城市“热岛效应”^[19-20]，另一方面上海又是沿海城市，受到海陆风的影响也比较明显^[21]，因此它的气温变化已综合集成了城市“热岛效应”和海陆风的影响。从图 3c可以看到，1966、1978和2007年嘉兴与上海的日最高温差在热浪期间大于高温期间的温差，说明在这些年中，嘉兴与上海的温差关系更多地体现了海陆城市温差关系的变化，但2010年热浪期间嘉兴与上海的温差已经低于高温时期的温差，更多的类似于嘉兴与杭州的温差关系，这可能也是与近些年来嘉兴城市化建设的飞速发展，其衍生的城市“热岛效应”在减弱甚至已经抵消了嘉兴与上海原有的海陆城市间的温差关系。

上述分析表明，杭州湾北岸由于嘉兴等中小城市建设的飞速发展，城市化进程加快导致城市间的“热岛效应”差异减小，或者由于杭州湾北岸浙沪城市群的建设发展使得地区间下垫面差异减小，从而持续热浪期间，嘉兴与杭州的日最高温差在缩小，并且由于城市群“热岛效应”的影响减弱或抵消了沿海城市受到的海陆风影响，使高温热浪期间嘉兴与平湖(海陆城市)温差差距也缩小；嘉兴与上海的温差关系在2010年热浪期间，更多的表现为类似于嘉兴与杭州(内陆城市)之间的关系，即高温时期两城市的温差大于热浪时期的温差，而不是原先表现的海陆城市间的温差关系。

5 结论

(1) 进入21世纪后，杭州湾北岸发生的持续高温热浪事件具有出现频率高、持续时间长、影响范围广、强度强、出现的气温极值高等特点。2010年控制华东地区的副热带高压特别强大，是导致长江下游高温热浪强度超历史的直接原因。

(2) 杭州湾北岸持续热浪总体发生在副高持续增强，脊线北移至30°N，850 hPa在华东地区出现持续的24℃暖中心，当高层南亚高压东移入海，高低空负涡度垂直叠加，从高空到地面出现一致下沉气流，因副高中心强烈的晴空辐射和深厚的下沉增温作用，出现区域热浪。当500 hPa贝加尔湖冷空气不断补充南下至35°N河套以东黄淮流域，杭州湾北岸处于副高北缘西南气流影响，受冷锋前部强烈的低空暖平流增温作用，以及前期持续高温热浪的累积效应等综合因素，或者因台风外围强烈的下沉增温和水汽抽吸导致的晴空辐射，区域热浪持续。

(3) 进入21世纪后，持续热浪期间，白天高温和酷热时长都明显延长，并且酷热时长延长较高温时长延长还要明显。2010年嘉兴酷热时间长达5小时38分，更加剧了高温热浪对社会的不利影响。同时，日照时数出现减少，而气温仍较快升高的现象表明可能有其他更复杂的因素，如城市化快速发展导致的城市“热岛效应”等复杂因素在使城市升温速度加快。

(4) 持续高温热浪期间，杭州湾北岸城市群的“热岛效应”已经综合影响到城市间的温差关系上，即嘉兴与杭州(内陆城市)、嘉兴与平湖(海陆城市)的日最高温差都在缩小，而嘉兴与上海的温差关系在2010年热浪期间，更多的表现为类似于嘉兴与杭州(内陆城市)的关系，而不是原先表现的海陆城市间的温差关系。