气候是最易导致人类遭受灾害影响的因素之一。相关研究指出，人类活动排放的温室气体已引起全球变暖，使得大气、海洋、冰冻圈及生物圈产生了广泛而迅速的变化，IPCC第六次评估报告表明，2011—2020年，全球地表温度比1850—1900年高出1.1 ℃，近期内全球升温可能达到1.5 ℃，或面临暂时突破1.5 ℃的风险（IPCC，2023）。

国内外目前关于高温天气的研究主要集中在高温天气变化趋势、高温天气成因及高温天气对人体健康影响等方面。中国高温天气存在时间和空间差异，大部分地区高温呈增加趋势（Lu and Chen，2016），如近几十年来，西北干旱区年极端高温和高温日数呈显著上升趋势，高值区分布在西北干旱区西北和东南部的盆地边缘（韩雪云等，2019）；新疆高温天气过程发生次数呈增加趋势且强度明显增强（金红梅等，2019；许婷婷等，2022）；甘肃高温天气呈增加趋势且高温日数存在4个高值区（王有恒等，2012）。西南地区高温热浪天气总体上显著增多，并表现出明显的年际和年代际变化特征（黄小梅等，2020），如四川省极端危害性高温天气总体上显著增多，其中部和西北部地区是极端危害性高温偏强区，东部和南部地区是极端危害性高温高发区（孙亦和王婷，2022）。东北地区高温天气也显著增多（敖雪等，2020）。研究发现，环流、海温等因子对高温天气有重要影响（Lu and Chen，2016）。新疆高温天气的主要影响环流形势有4类（许婷婷等，2022）；西太平洋副热带高压（简称“副高”）偏强、偏西、偏北是造成浙江2018年5月和四川2022年夏季高温热浪的主要原因（马浩等，2020；周春花和吴薇，2023）；而副高在2021年7月四川盆地高温热浪过程中的直接作用不明显，东南沿海台风活动阻碍了副高西伸，台风外围气流对高温热浪发展维持起到重要作用（于浩慧等，2023）；冬、春季赤道中东太平洋海温处于拉尼娜状态时对重庆夏季高温和干旱有显著影响，拉尼娜事件影响下的南亚高压偏大、偏强、偏北，副高随之产生的偏大、偏强、偏北，以及高空急流位置偏北，是导致重庆夏季高温和干旱发展的重要环流因素（何慧根等，2023）。近年来频繁发生的高温热浪事件，严重威胁着人民身体健康和日常生活，如高温事件增加了美国5.74％的死亡率（Medina-Ramón and Schwartz，2007），还会加剧农业干旱发生发展，影响农作物产量，对农业生产和社会经济造成极大破坏。

山东地处我国中东部沿海，属暖温带季风气候区，区域内下垫面特征复杂，受海陆位置和地形地貌差异的影响，各地气温变化存在明显差异。已有研究表明，山东气温增暖趋势明显，高温事件有增加趋势（董旭光等，2020；邹瑾等，2022），各地区高温天气亦呈增加趋势（张翠翠等，2016；环海军等，2019）。本文采用多个高温指标从多角度研究山东高温天气的时空变化规律，分析该区域高温天气的持续性、极端情况、夜间特征，并使用基于气温和相对湿度的综合气象指数对典型高温热浪天气成因进行分析，以期为高温天气的监测预报提供参考依据。

气象资料来源于山东省气象局数据中心提供的山东省122个国家基本气象站（不包括泰山气象观测站）1981—2022年近42 a逐日最高气温、最低气温和相对湿度观测资料。为了保证气温数据的均一性，对气象数据进行了气候极值检验、时间一致性和空间一致性检验，同时考虑到气象站观测数据的时间序列长度和完整性，最终选取的气象站点空间分布见图1。

基于气象数据采用平均值、极值和气候倾向率等方法分析山东高温天气的时间变化趋势，采用反距离加权（Inverse Distance Weighted，IDW）插值法进行空间插值，基于阈值法和高温热浪公式统计高温日数、暖夜日数和高温热浪日数。

1）高温日数

参考中国气象局规定，当日最高气温≥35 ℃时，定义为高温日，高温日数即日最高气温≥35 ℃的天数。

2）暖夜日数

研究表明，安静时人体在28 ℃气温时产热量明显增加，此后产热量随气温升高而增加，进而影响人体代谢（谈建国等，2009），参考气候变化和预测组织对暖夜的定义，定义夜间气温（即日最低气温）≥28 ℃为一个暖夜日，暖夜日数即日最低气温≥28 ℃的天数。

3）高温热浪日数

高温热浪指通常情况下气温高、湿度大且持续时间较长，人体感觉不舒适，并可能威胁公共健康和生命安全、增加能源消耗、影响社会生产活动的天气过程，参考《高温热浪等级》（GB/T 29457—2012）（全国气象防灾减灾标准化技术委员会，2012），热浪分级指标见表1，具体指数计算公式如下：

式中：IH为高温热浪指数，表征高温热浪程度的指标；ET为当日的炎热指数，ET’为炎热临界值，ETi为当日之前第i日的炎热指数；dni为当日之前第i日距当日的天数，N为炎热天气过程的持续天数，单位均为d；T_a为环境温度（取日最高气温），单位：℃；RH为空气相对湿度，单位：%。参照炎热指数定义，计算最高气温>33 ℃的炎热指数，并对其进行排序，选第50分位数作为当地的炎热临界值。

近42 a来，山东日最高气温极大值为43.0 ℃，出现在2005年6月23日的邹平；日最高气温极小值为37.5 ℃，出现在1991年7月20日的桓台。年平均日最高气温自东向西递增[图2（a）]，鲁中中部、鲁西北西部和鲁南西部最高，年均日最高气温超过38.0 ℃，最大值出现在冠县和邹平，均为38.4 ℃，除了半岛东部部分区域年均日最高气温低于35.0 ℃外，其他地区均超过35.0 ℃，最小值为30.0 ℃，出现在成山头。山东年最高日气温极大值自东向西递增[图2（b）]，鲁中北部、鲁南中北部和鲁西北最高，年最高日气温超过41.0 ℃，除了半岛东部部分沿海区域年最高日气温低于35.0 ℃外，其他地区均超过35.0 ℃，最小值32.7 ℃出现在成山头。

山东连续高温日数最长持续天数为14 d，高温过程分别出现在2005年6月12—25日（6个站点）、2018年7月13—26日（10个站点），强度最高（日最高气温超过35.0 ℃的距平累计）的连续高温过程出现在2022年6月15—27日，持续13 d，涉及19个站点。

山东年平均高温日数自东向西递增[图3（a）]，鲁中中北部和鲁南西部最多，超过13 d，最多出现在淄博（16 d），鲁西北超过10 d；半岛和鲁南沿海地区最少（少于4 d），成山头和石岛均无高温日。年高温日数极大值自东向西递增[图3（b）]，鲁中中北部、鲁南中西部和鲁西北西部最多，超过30 d，最大值出现在成武（40 d）；半岛东部沿海地区最少（少于10 d），成山头和石岛均为0 d；除半岛东部沿海地区外，其他地区年高温日数在10~30 d。

山东暖夜日数持续最长天数为8 d，出现在2018年7月15—22日，涉及18个站点，且强度（日最低气温超过28.0 ℃的距平累计）最高。暖夜日数持续时间超过5 d的高温过程均出现在2015—2022年。

山东年平均暖夜日数鲁中中部和鲁南中部最多[图4（a）]，最多出现在济南（3 d），除鲁中中部、鲁南中部和半岛东部外，其他地区年均暖夜日数为1 d；半岛东部地区暖夜日数最少，多数地区年均暖夜日数为0 d。年暖夜日数极大值自东北向西南递增[图4（b）]，鲁南中西部最多，年暖夜日数超过10 d，最多出现在济宁和邹城（均为15 d）。半岛地区、鲁中东部、沂蒙山两侧和鲁西北中部部分地区年暖夜日数少于4 d，最少出现在长岛、栖霞、成山头、荣成和石岛，均为0 d，其他地区年暖夜日数为4~10 d。

山东高温热浪过程最长持续14 d，分别出现在2012年7月20日—8月2日（4个站点）、2013年8月4—17日（4个站点）和2018年7月13—26日（6个站点）；最强高温热浪过程出现在2002年7月8—15日，涉及21个站点。

山东年平均轻度高温热浪日数自东向西递增[图5（a）]，鲁中中北部、鲁西北西部和鲁南西部最多（超过6 d），最多出现在淄博（9 d）；半岛和鲁南沿海地区少于3 d，最少出现在长岛、荣成、青岛和石岛（均为0 d）。山东年轻度高温热浪日数极大值自东向西递增[图5（b）]，鲁西北、鲁中和鲁南中西部多数地区超过15 d，最大值23 d出现在东明；半岛东部沿海地区少于5 d，最少出现在石岛为0 d。除半岛和鲁南东部地区外，其他地区均超过10 d。

年平均中度高温热浪日数东少西多[图5（c）]，最多出现在淄博、桓台、周村、淄川、济南和邹平，为3 d；半岛和鲁南东部地区最少，多数地区为0 d，其他地区年均中度高温热浪日数为1~2 d。山东年中度高温热浪日数极大值自东向西递增[图5（d）]，鲁西北、鲁中中部和鲁南中部多数地区超过10 d，最大值17 d出现在平原；半岛东部沿海地区少于2 d，最少出现在荣成和石岛均为0 d，除半岛东部地区外，其他地区超过2 d。

从年平均重度高温热浪日数[图5（e）]可见，鲁中、鲁西北东部和鲁南中西部最多（1 d），其他地区为0 d。山东年重度高温热浪日数极大值自东向西递增[图5（f）]，鲁西北、鲁中和鲁南中西部多数地区超过3 d，最大值出现在桓台、博兴、菏泽、曲阜、邹城、泗水和单县，为7 d；半岛东部沿海地区少于1 d，最少出现在长岛、蓬莱、烟台、文登、荣成和石岛，为0 d，其他地区年重度高温热浪日数为1~3 d。

1981—2022年山东年平均最高气温呈增加趋势[图6（a）]，气候倾向率为0.3 ℃·（10 a）^-1（p<0.05）。各地年最高气温随时间均呈增加趋势[图6（b）]，最大气候倾向率出现在日照东部，为0.8 ℃·（10 a）^-1（p<0.01），淄博、菏泽和日照部分地区气候倾向率超过0.5 ℃·（10 a）^-1（p<0.05）；鲁西北中西部和半岛部分地区增加趋势最小且未通过显著性检验。

1981—2022年山东年平均高温日数呈增加趋势[图7（a）]，气候倾向率为1.9 d·（10 a）^-1（p<0.01）。各地年高温日数均呈增加趋势[图7（b）]，增加幅度自东向西增大，鲁南西部和鲁中中北部为高值区，气候倾向率超过3.0 d·（10 a）^-1（p<0.01），最大出现在菏泽，为4.6 d·（10 a）^-1（p<0.01）；半岛东部地区增加趋势<1.0 d·（10 a）^-1（p>0.05），胶州、成山头、荣成和石岛无增加趋势，除半岛地区外其他地区超过1.0 d·（10 a）^-1（p<0.05）。

山东年平均暖夜日数呈增加趋势[图8（a）]，气候倾向率为0.2 d·（10 a）^-1（p>0.05）。除烟台东北部外，其他地区年暖夜日数均呈增加趋势[图8（b）]，增加幅度自东北向西南增加，鲁南中西部为高值区，气候倾向率超过0.5 d·（10 a）^-1（p<0.01），最大出现在济宁和单县，均为1.6 d·（10 a）^-1（p<0.01），烟台呈弱减少趋势，为-0.1 d·（10 a）^-1（p>0.01），其他多数地区气候倾向率为0.1~0.5 d·（10 a）^-1（p<0.05）。

1981—2022年山东年轻度、中度和重度高温热浪日数随时间均呈显著增加趋势，气候倾向率分别为0.9（p<0.01）、0.5（p<0.01）、0.2 d·（10 a）^-1（p<0.01）[图9（a）、（c）、（e）]。除鲁中部分地区外，其他地区年轻度高温热浪日数随时间均呈增加趋势[图9（b）]，增加幅度自东向西增加，最大出现在峄城和兰陵，均为1.9 d·（10 a）^-1（p<0.01），招远、文登和石岛无明显变化趋势；年中度高温热浪日数随时间呈增加趋势[图9（d）]，增加幅度自东向西先增加后减少，鲁中中西部和鲁南中部为高值区，气候倾向率最大出现在淄川，为1.3 d·（10 a）^-1（p<0.01），半岛大部分地区无明显变化趋势；除潍坊东部和青岛地区外，其他地区年重度高温热浪日数呈增加趋势[图9（f）]，鲁中中部和鲁南西部为高值区，气候倾向率最大出现在博兴，为0.7 d·（10 a）^-1（p<0.01），半岛大部分地区无明显变化趋势。

定义过程平均相对湿度<60%为干型高温热浪，过程平均相对湿度≥60%为湿型高温热浪。山东干型和湿型年轻度高温热浪日数随时间均呈增加趋势[图10（a）、（b）]，气候倾向率分别为0.1（p>0.05）、0.8 d·（10 a）^-1（p<0.01），湿型轻度高温热浪日数占轻度高温热浪日数的78%；干型和湿型年中度高温热浪日数也均呈增加趋势[图10（c）、（d）]，气候倾向率分别为0.1（p>0.05）、0.5 d·（10 a）^-1（p<0.01），湿型中度高温热浪日数占中度高温热浪日数的79%；干型和湿型年重度高温热浪日数均呈增加趋势，气候倾向率分别为0.03（p>0.05）、0.10 d·（10 a）^-1（p<0.01），湿型重度高温热浪日数占重度高温热浪日数的72%。

为了解典型高温天气的形成及持续机制，结合不同高温天气指数选择高温天气持续时间最长和强度最强的年份进行成因分析。夏季高温与中低纬度天气系统异常密切相关（彭京备等，2023；齐道日娜和何立富，2023），因此针对筛选出的近42 a山东典型高温天气过程，开展环流形势分析。结果表明，山东夏季高温天气发生主要原因是中高纬度地区存在明显的“两脊两槽”或者“两脊一槽”的环流形势，山东处于槽后脊前，存在明显的下沉运动；另外，副高异常偏强偏北，受副高控制，山东以晴好天气为主，导致地表短波辐射通量增强，进一步有利于地表感热通量增加，进而导致山东气温升高和持续。下面以典型的2次高温天气过程为例分析中高层环流形势。

2018年7月13—26日，山东发生近42 a持续时间最长的高温热浪天气，高温日数、暖夜日数、炎热日数和高温热浪日数均为最长，同时也是湿型高温热浪最强年。从7月13—26日200 hPa位势高度及其距平场[图11（a）]可见，新疆准噶尔盆地受负异常中心控制，我国北方大部地区和巴尔喀什湖以西地区受高度场正距平控制，山东至朝鲜半岛存在明显的正异常中心，下沉运动增强。在500 hPa位势高度及其距平场[图11（b）]上，中高纬欧亚大陆地区存在明显的“两槽两脊”环流形势，对流层高低层环流配置相似，具有正压性；副高异常偏强偏北，正异常中心位于朝鲜半岛，西伸脊点位于115°E附近，较气候态平均偏西约10个经度，山东受副高控制，存在明显的下沉气流；与此同时，山东上空中高层环流都存在明显的正异常中心，下沉运动增强，导致山东此次高温热浪事件发生和持续。高温事件发生时段内对流层低层850 hPa风场距平[图11（c）]显示，台湾岛以东洋面存在明显的气旋环流中心，同时朝鲜半岛上空存在一个明显的反气旋环流中心，受其影响，洋面充足的水汽传输到山东地区，但中高层由于受高度场正距平控制，不利于降水产生，导致高温持续时间较长。副高异常活动是高温的主要成因，暖高压内盛行的下沉气流有利于地面增温，其中副高脊线位置又是影响高温的主要原因（王婧和董林，2022；彭京备等，2023）。7月13—26日，副高脊线位置波动偏北，脊线最北达到40°N且持续时间长，导致此次高温事件持续近14 d[图11（d）]。高中低层的这种环流配置说明此次过程西太副高偏强偏西偏北，也正是由于对流层整层高压系统的异常，导致此次持续时间最长的高温热浪过程。

2002年7月8—15日，山东发生大范围高温热浪事件，炎热指数和高温热浪强度为近42 a最强，同时也是干型高温热浪最强年，主要分布在鲁西北、鲁中西部和鲁南地区。从7月8—15日200 hPa位势高度及其距平场[图12（a）]可见，对流层高层贝加尔湖以西地区和朝鲜半岛高度场为负距平，我国大部地区受高度场正距平控制，存在明显的下沉运动。在500 hPa位势高度及其距平场[图12（b）]上，东北亚地区存在一个深厚冷槽，且负异常中心位于鄂霍茨克海地区；我国西北—华北地区存在强高压脊，对流层高低层环流配置相似。山东位于槽后脊前，存在负涡度平流，有明显的下沉运动，同时地面高压系统增强，干绝热增温，山东温度异常升高，导致此次高温热浪事件发生和持续。

从850 hPa风场距平[图12（c）]中可见，台湾岛以东洋面存在气旋式环流，鄂霍茨克海地区也存在明显的气旋式环流，受其外围影响，高纬的空气吹向山东地区，因此没有充足的水汽供应。另外，山东地区存在反气旋式环流，高空下沉气流和反气旋式环流配合使大气更加稳定，天空晴朗少云，白天在太阳照射下，近地面温度异常升高，造成大范围持续性高温天气。从2002年7月副高脊线位置逐日变化[图12（d）]可见，7月8—15日副高脊线较常年偏北，导致此次高温热浪事件持续。

本文应用山东省近42 a气温和相对湿度日资料，对不同高温天气指标时空变化规律进行了分析，并对典型高温过程的环流形势进行了研究，得到如下结论。

1 ）山东最高气温、高温日数、暖夜日数、不同等级高温热浪日数年平均值和年最大值均呈东低（少）西高（多）的空间分布，鲁中中部、鲁西北西部和鲁南西部是主要高值区，年平均最高气温超过35 ℃，最高气温超过40 ℃，年平均高温日数超过10 d，轻度和中度高温热浪日数年最大值超过10 d，重度高温热浪日数年最大值超过3 d；半岛东部沿海是低值区，部分地区年年均最高气温低于35 ℃，未出现高温热浪天气。

2 ）山东年最高气温和年高温日数各地区均呈增加趋势；年暖夜日数呈弱增加趋势，增加幅度自东北向西南增加，鲁南中西部增加趋势显著；不同等级年高温热浪日数均呈增加趋势，年轻度高温热浪日数增加幅度自东向西增加，年中度高温热浪日数增加幅度自东向西先增加后减少，鲁中和鲁南西部重度高温热浪日数增加趋势显著。不同等级高温热浪以湿型为主，且湿型不同等级高温热浪日数均呈显著增加趋势，干型不同等级高温热浪日数增加趋势不显著。

3 ）山东出现高温天气时，中高纬度地区存在明显的“两脊两槽”或者“两脊一槽”环流形势，山东处于槽后脊前，存在明显的下沉运动；另外，副高异常偏强偏北，受其控制，山东以晴好天气为主，导致地表短波辐射通量增强，进一步有利于地表感热通量增加，进而导致山东气温升高和持续。

本文重点分析了山东省高温天气的时空变化特征及典型高温热浪天气成因。典型高温热浪天气过程成因基本与前人研究成果一致，但高温天气的时空分布与其他高温热浪事件研究成果存在差异，本文选取的高温天气描述指标空间分布趋势基本一致，强度存在差异，时间变化趋势也存在不一致性（董旭光等，2020；邹瑾等，2022）。由于数据限制，空间分辨率不高，今后将结合长序列的区域站气象资料进行更精细化的高温天气研究，并对其成因进行进一步剖析，以期研究有效的热环境改善措施，降低其带来的不利影响。