近50年华北地区夏季高温总日数的变化呈双峰型，而最低气温则呈缓慢增加的特点，因此，需要进一步综合分析近几十年高温和闷热总日数的变化，研究形成高温和闷热天气不同变化特点的大气环流差异。华北地区高温闷热天气的主要成因是受大陆高空暖高压脊或西太平洋副热带高压的控制，受不同性质的高压脊控制，产生高温天气的特征也会不同，有必要剖析这两类高压系统对华北地区夏季高温影响的特点。此外，由于高温闷热天气不仅与气温有关，还与湿度与风力大小有关，需要在高温闷热天气分析中综合考虑它们的影响。

研究首先利用华北地区北京、天津、石家庄、太原、济南和青岛1961～2004年夏季逐日最高和最低气温资料，分析夏季高温与闷热日数的变化特点及其大气环流特征，讨论高温和闷热天气出现年代际变化不同步的可能原因。然后，以北京高温、闷热天气过程为主，对近几十年的高温闷热天气进行分型，并对每种天气型选择典型个例进行了具体分析。

（1）华北地区夏季平均气温的变化

根据国家“九五”项目“我国短期气候预测系统的研究”在华北地区均匀选取17个代表站(承德、北京、天津、石家庄、德州、邢台、安阳、烟台、青岛、潍坊、济南、临沂、荷泽、郑州、长治、太原、临汾)，将各站夏季气温距平进行算术平均作为华北区域平均的气温距平(图1)。对于华北地区，20世纪50年代夏季平均气温以基本正常或偏低的年份居多，而60年代气温偏高的年份较多。70年代气温又以偏低年份居多，到了80年代至90年代初期气温在正常范围内波动。自90年代中期以来气温表现出上升的趋势，特别是1997～2002年夏季连续6年气温偏高。北京地区夏季平均气温的变化与华北地区基本一致，只是单站气温的变率更大而已，而且，从90年代中期开始气温显著偏高的特点更明显，1999～2006年夏季连续8年气温偏高。

（2）华北地区夏季最高和最低气温的变化

按照Tmax超过35℃为高温天气、Tmin超过25℃为闷热天气的定义，对北京、天津、石家庄、济南、青岛和太原1960～2004年夏季高温与闷热日数进行统计。结果显示：地处太行山以东、燕山以南的华北东部地区，在60～70年代初高温发生的频率较高，另一个高峰在90年代中后期(图2)。北京高温天气发生频率最高的年份在1965、1999和2000年，为20天以上(图2a)天津的高温日数与北京基本相当(图2b)。石家庄与济南的高温日数一般比北京、天津多5～10天(图2c、d)，虽然高温日数的高峰时段与北京、天津基本一致，但高温天气发生频率最高的年份有所不同，其中1968和1997年的峰值更明显(30天左右)。地处黄海之滨的青岛夏季最高温度很少能达到高温标准。对闷热天气日数的统计表现出与高温日数变化不同的特点：北京只有90年代中后期一个高峰。石家庄和济南的闷热天气都呈现双峰变化的特征，而济南的闷热日数一般比石家庄多5～10天，双峰的特点也更显著。地处渤海之滨的天津闷热日数在60年代比石家庄多10天左右，而90年代则少5天左右，年际变化突出。青岛夏季闷热天气较多，年际变化也比较显著，闷热天气发生频率最高的年份依次在1967、1978和1994年。位于华北中西部的太原，夏季高温日数在多数年份少于2天，90年代中后期达到5天左右的峰值，且鲜有闷热天气(图2f)。

综上所述，华北地区夏季高温闷热天气的分析主要针对东部地区。此外，高温和闷热天气在华北中北部80年代前很少同时发生，80年代以后高温和闷热天气同时发生的概率显著增加;在华北南部高温和闷热天气同时发生的概率较大。夏季分月统计分析表明：华北地区高温一般在6、7月，6、7月的高温日数各占夏季总高温日数的50%左右8月很少出现高温天气。与高温天气不同，华北的闷热天气主要集中在7、8月，6月很少出现。

20世纪60与90年代持续3天的高温天气过程较多，而持续3天以上的闷热天气，除1981年的一次外，其他几次均在90年代后期。将夏季欧亚中高纬500hPa高度场持续流型划分为W、E、C型，其中C型的特点是乌拉尔山、贝加尔湖及鄂霍茨克海地区分别为长波槽、脊、槽。他们指出在60年代，C型过程出现的频数最高，90年代为次高。这种夏季欧亚中高纬流型的年代际变化是形成华北地区高温与闷热天气变化特点的主要原因。60年代，华北地区易受大陆高压脊的控制。当大陆暖高压发展强盛时，在其上空出现空气强烈下沉运动，空气块下沉(压缩)引起绝热增温；另外，空气的绝热增温会造成静力稳定度加大抑制云层发展，而高压区的低空辐散会抑制水汽通量辐合和锋生过程，使得增温更为显著。到了夜间，天空无云的状况使得辐射降温很显著，造成昼夜温差很大。因而，华北出现高温但不闷热的天气。90年代，夏季亚洲中高纬度地区出现类似于60年代的环流，华北地区常常受大陆高压脊的控制；另一方面，1979年以来的卫星观测显示南北两半球纬度在14°～45°之间对流层明显变暖，与60年代相比，90年代西太平洋副热带高压的影响明显向北、向西扩展。盛夏西太平洋副高从海上伸向我国大陆，其北界(588dagpm线)可以到达35°以北地区，在这种情况下，地处副高西北边缘的华北东部地区，虽受下沉气流控制产生增温，但因空气湿度大、云较多，不利于气温在日间升温及夜间降温，最高气温虽不是特别高，但最低气温多高于25℃。由此可见，90年代以来，夏季华北地区经常受到大陆高空暖高压脊、西太平洋副热带高压的共同影响，容易产生既高温又闷热的灾害性天气。鉴于NCEP/NCAR再分析资料可靠性分析，华北地区高温天气的环流分析采用NCEP/NCAR1981～2004年逐日和每6h一次的再分析资料。图3是利用华北6站平均的1981～2004年夏季高温和闷热日数，回归分析得到的同期500hPa高度距平场。高温天气的环流主要特征是:在欧亚中高纬地区，存在显著的正负相间的相关波列，欧洲中北部为正距平区，乌拉尔山地区与鄂霍茨克海西南地区为负距平区，贝加尔湖以南地区为正距平区，其中心位于(40°N，110°E)以北地区；40°N以南的西太平洋上，距平场呈现纬向正负相间的分布，表示西太平洋副高可能位置偏东(图3a)。与闷热天气对应的500hPa高度距平场上，欧亚大陆40°N以北地区的相关波列并不清楚，中心位于(40°N，120°E)附近的正距平区范围更大、强度更强；而40°N以南的西太平洋上，距平场出现北正南负的特点，表示西太平洋副高呈带状，位置偏北偏西(图3b)。华北地区出现高温闷热混合型过程的环流，兼有高温和闷热环流的特点。由于有从高温型演变为闷热型的，也有由闷热型转化为高温型的等等情况，过程之间的差异明显。

研究对华北地区近几十年夏季的高温与闷热天气做了统计分析和个例诊断，主要的结论如下：

(1)华北地区的高温天气在20世纪60和90年代出现两个高峰期。高温和闷热天气在华北中北部80年代前很少同时发生，80年代以后高温和闷热天气同时发生的概率显著增加；在华北南部高温和闷热天气同时发生的概率还是比较大的。90年代中后期出现多次持续性高温和闷热并重的过程。

(2)夏季欧亚中高纬度环流与西太平洋副高的年代际变化，是造成近40年来华北高温和闷热日数变化不同步的主要原因。在20世纪60年代，华北地区易受大陆高压脊的控制，气温具有白天升高而夜晚降低的特点，出现高温但不闷热的天气。90年代，夏季亚洲中高纬出现类似于60年代的环流，同时，盛夏受西太平洋副高影响的区域明显向北、向西扩展，华北地区受到大陆高压脊、西太平洋副高的共同影响，容易产生既高温又闷热的天气。

(3)典型高温闷热天气过程的个例分析表明：不同类型的高温天气，其大气环流在空间分布、垂直结构、以及湿度和大气稳定度等方面存在明显差异。高温型一般多为大陆高压控制，天气干热；闷热型一般多为副高影响;高温闷热型多受大陆高压和副高的共同影响。

IPCC第四次报告指出，随着全球变暖程度的加剧，极端天气和气候事件发生的几率将增加。这里明确指明极端天气事件包括夏季高温闷热天气。高温闷热天气也称为热浪，是夏季灾害性天气之一，对人们的工作、生活和健康都有很大影响。

每年夏季，北京或多或少都会有几天高温天气(最高气温≥35℃)。鉴于所处的地理位置及其气候背景，北京地区不能算是受高温天气影响最严重的城市。但是，随着城市规模的扩大，北京的“城市热岛”强度表现出逐年增强的趋势。另外，与二十世纪七八十年代相比，北京的“城市热岛”强度在夏季最强且整天存在，即使在“城市热岛”强度弱的午后，其平均强度也有2℃左右。这势必增加北京城区遭受夏季高温天气的可能性。据《北京城市总体规划(2004~2020年)》预测，未来10a，北京中心城区占地面积将约500km2扩展到1080km2。因此，在全球变暖的背景下，研究过去时代北京城区夏季高温天气的变化规律，对预测未来北京城区夏季高温闷热天气事件的演变趋势有重要意义。

研究利用气温、相对湿度、西太平洋副热带高压活动的历史资料，研究了北京城区夏季高温闷热天气的变化规律，并指出了城市化对高温闷热天气的可能影响。

气象上的高温一般是指日最高气温≥35℃，但人体的热感觉还与相对湿度有关，因此，本文的高温闷热天气是以温-湿指数经验公式TE=TD-0.55(1-H)(TD-58)(℉)的计算结果为标准的，其中TD(℉)=(9/5)×TD(℃)+32为干球温度，H为相对湿度(%)。北京气象台直接利用有效温度TE，建立了北京地区人体舒适度指数范围和感觉程度之间的关系。当TE等于80或81时，为闷热天气；当TE等于82或83时，为重闷热天气；当TE≥84时为极闷热天气。据此，给出了1940~2000年北京逐年高温闷热天气日历表。根据文献的北京高温闷热天气日历表和气温资料，图4给出了北京年代高温闷热天气日数、持续3d以上高温闷热天气过程次数和年代气温的变化。这里之所以给出持续3d以上高温闷热天气过程次数的年代变化，是因为持续的高温闷热天气对人们的工作、生活和健康都有更大的影响，因而更值得关注。

从图4(c)可以看出，20世纪40~70年代，北京地区的气温逐年代下降，70~90年代逐年代上升，高温闷热天气日数(图4(a))或高温闷热天气过程(图4(b))也表现出同样的演变规律和趋势。研究指出，在全球变暖的背景下，中国华北地区的高温闷热天气将表现出增多的趋势；在全球变暖的背景下，区域极端气温出现的概率将呈增加的趋势。但值得注意的是，虽然20世纪90年代北京地区的年代平均气温比40年代高1℃左右，但高温闷热天气日数却是在40年代最多。这一点从图4(b)持续3d以上的高温闷热天气过程次数的年代变化看得更加明显。以上结果表明，在20世纪70年代以来全球变暖的背景下，北京夏季高温闷热天气日数表现出增加的趋势；但从40年代与90年代的比较来看，北京夏季高温闷热天气日数增加的程度与年代温度增加的程度并不呈线性关联。

研究指出，夏季欧亚中高纬度环流与西太平洋副热带高压的年代变化是造成1960~2000年间华北高温闷热天气日数年代际变化的主要原因。20世纪60年代，华北地区易受大陆高压脊的控制，气温具有白天高而夜晚低的特点，出现高温但不闷热的天气；20世纪90年代，夏季亚洲中高纬度出现了类似60年代的环流形势，盛夏受西太平洋副热带高压影响的区域明显向北、向西扩展，使华北地区受大陆高压脊和西太平洋副热带高压的共同影响，容易产生既高温又闷热的天气。在个例分析的基础上，卫捷等人进一步指出，高温天气一般为大陆高压控制，闷热天气一般为副热带高压控制，高温闷热天气多受大陆高压和副热带高压的共同影响。20世纪90年代后期华北地区高温闷热天气日数显著偏多的原因是，夏季西太平洋副热带高压脊线位置偏北，副热带高压控制华北地区。研究也表明，夏季西太平洋副热带高压的强度及位置与亚洲某些区域的地面温度有明显的关系，即副热带高压越强、西伸经度越小，这些区域的地面温度越高。以上这些研究都表明，华北地区包括北京地区夏季高温闷热天气与西太平洋副热带高压的活动有着密切的关系。

由于副热带高压活动对我国天气的重大影响，特别是对夏季天气的重大影响，我国大气科学家对副热带高压进行了广泛的研究。对夏季西太平洋副热带高压的东、西偏移变化的研究指出，20世纪70年代以来副热带高压东西偏移的年际变率明显变大，这可能是最近20多年我国气候异常频发的原因。对西太平洋副热带高压脊线年际变化的研究指出，西太平洋副热带高压脊线年际变化呈现出一定的周期性，而这种周期在20世纪70年代中期发生了明显的突变。这些研究表明，20世纪70年代以来，西太平洋的副热带高压活动发生了系统性的变化。由于表征副热带高压活动的特征量所用资料的变更对研究副热带高压活动有重大影响，对1880~2000年间的西太平洋副热带高压活动指数进行了重建和模拟。利用重建的西太平洋副热带高压活动指数，图2给出了北京年代高温闷热天气日数与副热带高压强度指数和西界指数的相关分析。

由图5可见，北京地区年代高温闷热天气日数与副热带高压强度和西界的相关性较好，与北界的相关性较差，即高温闷热天气日数与副热带高压强度指数呈正相关(副热带高压强度越强，北京地区高温闷热天气日数越多)，与副热带高压西界指数呈负相关(副热带高压脊点越向西伸，北京地区高温闷热天气日数越多)。20世纪70年代是北京地区高温闷热天气的转折点，也是副热带高压活动的转折点。单从20世纪40年代与90年代副热带高压强度、西界指数的比较来看，90年代的副热带高压强度更强，90年代的副热带高压西界更深入大陆，因而90年代的高温闷热天气日数应比40年代多才更合乎道理；另外，与20世纪70年代相比，90年代以来北京的“城市热岛”强度在夏季最强且整天存在，即使在“城市热岛”强度最弱的午后，其平均强度也有2℃左右。从以上两点(即90年代的副热带高压活动规律和北京夏季“城市热岛”的现状)来看，都应当是90年代北京的高温闷热天气日数比40年代多，但实际情况并非如此。这促使我们从北京地区城市化发展方面来寻找上述现象的原因。

为了对20世纪90年代的高温闷热天气日数比40年代少的现象给出合理的解释，我们考察了北京城市化发展及其城市化效应，特别是城市的“干岛”效应。由前文的经验公式可以看到，人体舒适度指数对温度偏微分为0.45+H，对相对湿度的偏微分为0.55TD。由此可见，在高温情况下，人体舒适度对相对湿度的变化更敏感，而对温度变化的反应要相对弱一些。因此在高温天气形势下，相对湿度的变化对形成高温闷热天气过程起着至关重要的作用。利用1961~2000年的资料，研究了北京城市化进程对北京城市气候的影响。他们根据气象站周边的城市化程度和距城市中心的距离，将北京地区的标准气象站分为城区站和郊区站，研究了“城市热岛”和“城市干岛”的年代变化，指出北京的“城市热岛”强度在逐年增加，“城市干岛”效应也在逐年加强，特别是20世纪90年代，夏季城区的相对湿度比60年代小了10%，而郊区的相对湿度却基本保持不变。作为对郑思轶等人结论的补充和印证，我们分析了北京地区霞云岭、佛爷顶山区气象站夏季相对湿度的年代变化，结果表明两站的相对湿度并没有随年代发生系统性的变化。这说明，在20世纪70~90年代间，北京的背景相对湿度并没有发生系统性的变化，进而可以得出这样的结论，北京城区夏季相对湿度的减少主要是由城市化发展所导致的“城市干岛”效应造成的。

这里需要说明的是，研究分析的资料来自北京观象台气象站，即北京标准气象站(站号54511)。在分析的数据时间段内，北京观象台气象站的位置有几次变迁：解放前(1949年)北京观象台气象站在二环路外的动物园附近，50年代至1981年在四环路和五环路之间的南苑附近，1981~1997年在西三环路边的北京气象局车道沟附近，1997年在南苑附近。从北京的城市化进程来看，北京观象台气象站一直处于城市的边缘，受城市的影响是不能忽略的(特别是20世纪的80年代和90年代)。另外，除北京观象台气象站以外，北京市的其他气象台站几乎都是解放后建立的，在50年代以前并没有可供比较的其他台站。将北京地区的气象站分为城区站和郊区站，其结果可以抵消一部分气象站迁移的影响，因而研究引用他们的结果印证我们的推论是合理的。作为补充，我们对比了20世纪40年代和90年代高温闷热天气时的湿度因素和气温因素。图3给出了高温闷热天气时的日均气温、日最高气温和日均相对湿度的年代距平变化曲线。

从图6可以看出，20世纪40年代高温闷热天气时的最高气温与90年代基本相当，都约为34.3℃；40年代高温闷热天气时的日均气温比90年代低0.4℃；40年代高温闷热天气时的日均相对湿度比90年代高5%。由此可以看出，20世纪40年代与90年代高温闷热天气的差异，即40年代高温闷热天气时的相对湿度较高，而90年代高温闷热天气时的温度较高。造成90年代的高温既有全球变暖的因素，也有“城市热岛”效应的因素，但由于城市化的“干岛”效应以及高温时人体舒适度对相对湿度的高敏感性，90年代高温闷热天气时的人体舒适度有所改善，高温闷热天气日数有所减少。以上的分析说明，全球变暖确有使北京高温闷热天气增多的可能性，但“城市干岛”效应也有对冲掉一部分由于增温而增加高温闷热天气的可能性。

利用北京60a(1940~2000年)的气温和相对湿度资料以及西太平洋副热带高压活动资料，研究了北京夏季高温闷热天气日数的年代变化，主要结果如下：

（1）北京夏季高温闷热天气日数在20世纪40年代最多，70年代最少，从80年代开始又逐渐增多。

（2）北京夏季高温闷热天气日数的年代变化与西太平洋副热带高压的活动相关联，特别是与副热带高压活动强度指数和西界指数紧密相关，即副热带高压强度越强，西界的东经经度越小，北京夏季发生高温闷热天气的可能性就越高。

（3）20世纪80年代以来，北京夏季高温闷热天气日数的增多与全球变暖呈同步趋势，但北京“城市干岛”对此的缓解作用也不可忽视。这可能是90年代的气温明显高于40年代，但90年代的高温闷热天气日数却少于40年代的原因之一。以上只是针对北京这一特大城市得出的结论，对于中小城市或不同气候背景下的特大城市，以上结论是否成立，值得进一步研究。