《City and Environment Interactions》：Temperature and heatwave dynamics at two contrasting sites in northern Mexico (1971–2023): Trends, temporal structure, and ENSO associations
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本研究考察了墨西哥北部两个地理与土地覆盖特征迥异站点（蒙特雷（Monterrey）与埃尔库奇洛（El Cuchillo））1971–2023年间的长期温度变化与夏季热浪演变。研究人员利用墨西哥国家水务委员会（CONAGUA）提供的逐日最高气温（Tmax）、平均
本研究考察了墨西哥北部两个地理与土地覆盖特征迥异站点（蒙特雷（Monterrey）与埃尔库奇洛（El Cuchillo））1971–2023年间的长期温度变化与夏季热浪演变。研究人员利用墨西哥国家水务委员会（CONAGUA）提供的逐日最高气温（Tmax）、平均气温（Tmean）与最低气温（Tmin）记录，在90%数据完整性标准下分别构建了季节性温度序列与基于站点及变量特定第90百分位数（P90）阈值识别的夏季热浪事件，并采用自相关校正的Mann–Kendall检验与Sen斜率估计量化单调趋势，以广义最小二乘Lomb型周期图结合置换检验评估多年周期性，对数据完整的蒙特雷序列进一步构建含线性趋势与自回归移动平均（ARMA）误差的动态回归模型，检验厄尔尼诺–南方涛动（ENSO）的滞后0–3年解释力与滚动预测能力。结果表明，蒙特雷在所有季节与温度变量上均呈显著增温，夏季Tmax的Sen趋势对应累计升温达+4.31 °C，而埃尔库奇洛的增温更具选择性，冬季Tmin趋势对应累计升温+3.83 °C；两站点在季节性与夜间增温模式上呈现鲜明对比。蒙特雷的热浪在频率、持续时间、强度（以热浪强度指数日值（HWMId）表征）与累计热量（heatcum）方面均显著增强，而埃尔库奇洛未出现可测量的热浪频率或总热浪天数增加，仅在Tmean定义事件中呈现选择性变化。周期性分析未在两站点任何序列中检测到显著多年周期。ENSO关联方面，仅蒙特雷冬季Tmax、冬季Tmean（均为同期滞后0）与秋季Tmin（滞后1年）三个序列表现出稳健的样本外预测改进，其余序列未发现一致的ENSO预测价值。研究强调，区域气候强迫与局地环境条件共同塑造了站点特异的热轨迹，而非统一的城乡温差效应。
一、研究背景与科学问题
热浪（heatwave, HW）是影响最为深远的气候极端事件之一，对人类健康、经济与生态系统构成多重威胁。已有研究在全球多个区域证实，热浪可显著增加老年人与基础疾病人群的死亡与发病风险，并造成劳动能力下降、基础设施故障与生态碳汇削弱等连锁后果。尽管全球观测数据表明自20世纪中叶以来热浪频率、持续时间与强度显著上升，墨西哥北部干旱与半干旱地区的研究仍相对有限，尤其缺乏对同一区域内不同局地环境背景下季节性最高气温（Tmax）、平均气温（Tmean）与最低气温（Tmin）演变轨迹及热浪多维度特征是否协调演化的系统认识。蒙特雷（Monterrey）地处地形复杂、建成区密集的盆地，而埃尔库奇洛（El Cuchillo）位于低起伏半干旱平原且邻近大型水库，两站点相距约103 km，环境背景截然不同。现有研究虽已涉及墨西哥部分城市的热浪变化，但较少同时比较频率、持续性、强度与累计热量等多维指标在不同温度定义下的协同演变，也缺乏对厄尔尼诺–南方涛动（ENSO）解释力与预测能力的严格检验。因此，本研究旨在回答以下核心问题：两站点季节性温度轨迹是否存在站点特异性差异？夏季热浪的频率、持续、强度与累计热量是否协同演化？ENSO能否在长期趋势与时间自相关之外提供稳健的预测信息？
二、研究设计与技术方法
研究人员利用墨西哥国家水务委员会（CONAGUA）提供的1971–2023年逐日Tmax、Tmean与Tmin记录，分别对蒙特雷与埃尔库奇洛两站点独立分析。数据完整性方面，仅保留每日观测覆盖率达90%以上的季节，缺失值不作插补。热浪定义为连续至少3天观测值超过站点及变量特定第90百分位数（P90）阈值的事件，夏季为6–9月。热浪特征涵盖频率（事件数与总热浪天数）、持续性（平均、最长与最短事件持续时间）、强度（热浪强度指数日值（HWMId））与累计热量（heatcum，即超过P90的累计温度异常）。趋势分析采用自相关校正的Mann–Kendall检验与Sen斜率估计；多年周期性通过广义最小二乘Lomb型周期图结合999次置换检验评估；动态回归建模仅限数据较完整的蒙特雷序列，基线模型包含中心化线性趋势与简约自回归移动平均（ARMA）误差，ENSO候选模型额外纳入对应季节的Ni?o-3.4指数滞后0–3年，并通过AICc、残差诊断、Holm多重校正与滚动原点一步交叉验证综合判定稳健性。
三、主要研究结果
（一）温度序列完整性
蒙特雷记录整体日完整性约97.9%，在90%标准下保留51个有效夏季，形成1971–1982与1985–2023两个连续时段；埃尔库奇洛整体完整性约89.4%，保留44个有效夏季，缺失分布不均，2023年夏季因覆盖率仅50.8%而被排除。
（二）温度描述性统计
埃尔库奇洛夏季Tmax与Tmean中位数高于蒙特雷，而夏季Tmin两站点相近；蒙特雷冬季Tmean与Tmin更高。两站点在距离、海拔、地形、土地覆盖及水库邻近性上的差异被描述为站点特异差异，而非直接归因于城市化。
（三）温度趋势
蒙特雷在所有季节与温度变量上均呈显著增温，Sen斜率介于+0.23 °C/十年（秋季Tmin）至+0.83 °C/十年（夏季Tmax）之间，后者对应最大累计升温+4.31 °C，但最强单调信号为夏季Tmin（τ=0.66）。埃尔库奇洛显著趋势较少，范围从+0.21 °C/十年（夏季Tmin）至+0.75 °C/十年（冬季Tmin），累计变化分别对应+1.05与+3.83 °C，显著增温仅限夏季与秋季Tmin及冬季Tmean与Tmin，春季无显著趋势。均值与中位数敏感性分析显示，24个序列中23个方向与显著性分类一致。
（四）温度时间结构与ENSO影响
24个站点–季节–变量温度序列均未检测到显著多年周期。动态回归仅限蒙特雷12个序列，其中5个序列在多重校正后显示样本内ENSO支持，但仅冬季Tmax（滞后0，β=?0.893 °C）、冬季Tmean（滞后0，β=?0.528 °C）与秋季Tmin（滞后1，β=+0.404 °C）三个序列同时改善滚动一步预测，RMSE改进分别为10.9%、10.2%与12.2%。秋季Tmax与Tmean仅有样本内支持而无预测改进，春季与夏季温度及冬季Tmin未发现ENSO支持。
（五）热浪描述性统计
热浪发生呈强间歇性，蒙特雷三种温度定义下年事件数与热浪天数中位数均为零，而均值达1.12–1.27事件与6.73–7.73天/夏，表明少数高度活跃夏季贡献了大部分热浪负担。埃尔库奇洛中位数事件数为0–1，热浪天数为0–3。事件阳性夏季中，平均持续时间两站点相近。Tmin定义事件的年最大HWMId均值在蒙特雷达11.88（中位数9.0），埃尔库奇洛为9.05（中位数7.8）；Tmax定义事件年最大heatcum均值蒙特雷12.56 °C·天，埃尔库奇洛8.00 °C·天。
（六）热浪趋势
蒙特雷在Tmax、Tmean与Tmin三种定义下均呈现一致增强，包括事件频率（最强为Tmean定义，+0.43事件/十年）、总热浪天数（Tmin定义最强，+1.48天/十年）、最大持续时间（+1.11天/十年）、最大HWMId（+1.46单位/十年）与最大累计热量（Tmax定义最强，+1.32 °C·天/十年）。埃尔库奇洛未出现可测量的频率或总热浪天数增加，变化集中于Tmean定义事件的平均持续时间、平均HWMId与累计热量，部分显著检验因零事件夏季与并列值导致Sen斜率为零，仅表示序数变化而非可量化速率。
（七）热浪时间结构与ENSO影响
66个年热浪序列均未检测到显著多年周期。动态回归仅限蒙特雷33个序列，无任何ENSO候选满足信息准则与多重校正推断支持的综合要求；最强候选为Tmin定义事件数滞后3年，但未校正p=0.063，Holm校正后p=0.251，ΔAICc=?0.99。滚动交叉验证显示添加ENSO仅产生约±2%的微小且不一致的预测变化，无稳健推断与预测支持。
四、讨论与结论
本研究揭示了两站点截然不同的温度与热浪演变轨迹。蒙特雷夏季Tmax趋势（+0.83 °C/十年）显著高于同期全球平均增温速率（约0.17–0.19 °C/十年），处于墨西哥索诺拉州城市站点报告范围（+0.8至+1.1 °C/十年）的上端，而埃尔库奇洛相应趋势（+0.06 °C/十年）低于索诺拉农村站点范围。蒙特雷夏季Tmin持续上升表明夜间热缓解减弱，与凤凰城、马德里等干旱气候大都市的夜间增温模式一致，但本研究设计无法区分城市热岛效应与海拔、地形、植被及水分可用性差异的贡献。ENSO仅对蒙特雷冬季Tmax、冬季Tmean（同期）与秋季Tmin（滞后1年）提供稳健预测信息，表明其影响具有季节与变量依赖性，而非统一控制。热浪方面，蒙特雷在频率、总天数、持续时间、HWMId与累计热量上均呈一致增强，事件频率趋势（约+0.4事件/十年）与伊比利亚半岛及法国报告值相当；平均持续时间增加（+0.83至+1.00天/十年）接近国际综述范围上端；累计热量增加速率与全球评估范围（约+1至+4.5 °C·天/十年）下限重叠。埃尔库奇洛仅在Tmean定义事件中呈现选择性变化，速率显著小于蒙特雷。研究结论支持三个假设：H1站点特异性温度变化成立，两站点趋势在季节与变量间存在显著差异；H2热浪演变对比成立，蒙特雷呈现广泛增强而埃尔库奇洛变化有限且具选择性；H3条件性ENSO影响部分成立，仅三个温度序列表现出稳健预测价值，热浪指标未发现任何稳健ENSO关联。研究局限性包括：两站点无法代表整个东北墨西哥的空间变异性，站点间距离、海拔与地理差异使结果不能直接归因于城市化；埃尔库奇洛记录的不规则缺失限制了频谱与模型诊断的适用性；热浪定义的阈值、参考期与温度变量选择影响事件检测与解释。研究意义在于，通过多维热浪指标与严格的时间序列建模，揭示了局地环境背景对温度与极端事件演变的深刻塑造作用，为区域气候适应规划提供了站点尺度的实证依据。
