2013年溫州市連續性高溫特點及成因分析

王忠東 曹 楚 杜友強

(溫州市氣象局,浙江 溫州 325027)

2013年溫州市連續性高溫特點及成因分析

王忠東 曹 楚 杜友強

(溫州市氣象局,浙江 溫州 325027)

利用人工觀測整編資料、自動站觀測資料、NCEP/NCAR2.5°×2.5°的一日4次全球再分析資料,統計分析了溫州高溫氣候特征,并在此基礎上特別分析了2013年溫州高溫天氣過程。發現，溫州高溫主要出現在7、8月份,2003年以來高溫日數出現了突增,高溫主要出現在溫州西北部的永嘉和西南部的文成地區。2013年7月下旬到8月中旬100 hPa南亞高壓持續穩定的東部型分布為溫州出現連續20 d的高溫提供了有利于的大尺度環流背景。副熱帶高壓穩定且強度強是高溫形成的主要原因,臺風外圍下沉增溫和西南或偏西氣流影響時也會導致高溫天氣。當溫州出現持續高溫時500 hPa以下均為下沉氣流;當受臺風外圍氣流影響出現高溫時,從高層到低層均為下沉氣流且反映明顯。當溫州地區850 hPa為20 ℃區域覆蓋時容易出現高溫,而當處于24 ℃區域覆蓋時高溫進一步加劇。臺風活動偏南也是2013年持續高溫出現的原因之一。

高溫;南亞高壓;副高;下沉增溫

0 引 言

高溫是一種災害性天氣,對工農業生產、供水、電力、交通等各行各業及人民群眾的日常生活均有明顯影響,嚴重時甚至造成人、畜中暑死亡,其引發的災難甚至不亞于海嘯、臺風等突發性災害。特別是持續性高溫,如果準備不足,應對不當,帶來的危害更加嚴重,例如會對城市的供電、供水造成很大的壓力,對于農業會引發大面積干旱,河水斷流、水庫干涸等問題。近年來,我國各地高溫日數呈現增多趨勢,極端最高氣溫上升,造成的干旱影響嚴重。高榮等對1956—2006年中國高溫日數的變化趨勢做了研究,發現緯度較低的華南地區,1970年代中期高溫日數由減少變為增加趨勢;而長江中下游地區高溫日數則是在1980年代初開始增加;華北地區則是在1980年代末開始增加的:我國東部地區高溫日數對全球變暖的響應隨緯度增加而逐漸延遲[1]。為做好高溫災害的防御工作,降低高溫災害的影響,高溫預報越來越受到全社會的普遍關注。因此,很多學者從大氣環流形勢、氣候學以及統計學的角度對夏季高溫天氣進行了分析研究,認為持續性高溫是在平流增溫、絕熱下沉增溫、晴空輻射增溫和城市熱島效應增溫共同作用造成[2-10]。

溫州地屬亞熱帶海洋季風濕潤性氣候區,冬夏季風交替顯著,溫度適中,四季分明,雨量充沛,7月、8月平均氣溫28 ℃左右,冬無嚴寒,夏少酷暑。但近幾十年來由于全球氣候變化,溫州夏季高溫呈現出發生早,持續時間長,強度變強,影響范圍加大等特點。例如:2003年、2007年以及2011年的持續高溫天氣,造成斷電、供水緊張,局部出現干旱,嚴重影響了市民的正常工作和生活。2013年6月下旬到8月中旬溫州出現了大范圍持續性高溫天氣,每段高溫天氣間隔時間不長,在長時間持續高溫影響下,導致城市供水、供電緊張,農業干旱嚴重。與往年高溫出現不同在于2013年高溫持續時間長,8月高溫日數多,直到8月下旬末才結束。本文在分析1971—2012年溫州高溫氣候特征的基礎上,重點分析2013年持續性高溫天氣特點,并對其成因進行探討,為以后高溫預報預警工作提供參考。

1 資料來源及定義

1.1 資料來源

本文采用的資料包括兩部分,一是1971—2013年NCEP/NCAR 2.5°×2.5°一日4次全球再分析資料,包含高度、溫度、風場等變量;二是溫州地區各觀測站1971—2013年間6—9月逐日最高氣溫資料。考慮氣溫變化的連續性和區域性,選擇溫州市區、樂清、永嘉、文成、泰順、瑞安、平陽、洞頭等8個站資料進行分析,其中1971—2010年為人工觀測整編資料,2011—2013年為浙江省自動氣象探測信息業務系統資料。

1.2 定 義

根據中國氣象局規定,日極端最高氣溫Tmax≥35 ℃的天氣稱為高溫天氣。溫州市有8個基本氣象站,結合夏季高溫氣象服務的需求,定義:全市至少3個縣(市)日最高氣溫達35 ℃及以上為一個高溫日;連續出現3個以上高溫日定義為一次高溫過程。兩次過程之間若僅有1 天沒達到標準,則合并為一個過程。

2 高溫天氣概況

2.1 溫州高溫天氣氣候特征

統計1971—2010年溫州市高溫情況可以發現,溫州市高溫主要出現在6—9月,以7月出現最多,占高溫日數的57.3%,8月次之,占高溫日數的31.3%,6月位于第3,占9.3%,9月最少,占2.1%(圖1)。同時從高溫日數統計還發現溫州市高溫日呈增多趨勢,特別是2003年以來高溫日數發生了突增。而比較40 a中高溫日過程的持續時間,發現高溫過程的持續時間在延長, 2003年之前高溫過程持續時間最長為7 d,但2003年開始高溫過程持續時間有了明顯延長,2003年高溫過程最長持續時間為12 d,2007年7月高溫過程最長持續時間則達到了14 d,2013年7月下旬到8月上旬高溫過程持續時間更是達到了21 d。從高溫地域分布看,溫州市高溫主要出現在溫州西南部文成縣以及西北部的永嘉縣,東部沿海地區相對較少,海島縣洞頭迄今尚未出現過高溫。

圖1 溫州市高溫天數月分布圖

2.2 2013年溫州夏季高溫特點

2013年6月下旬到8月下旬,溫州出現了較為嚴重的高溫災害,高溫日達到了43 d,僅次于2003年的44 d,但持續性高溫則較2003年要長。按縣(市)統計(洞頭未出現高溫,不予統計),高溫日最多的為永嘉,出現了49個高溫日,最少為樂清,高溫日有5 d。2013年第1個高溫日出現在6月23日,最遲出現在8月29日,其中6月高溫日有6 d,7月有20 d,8月有18 d,是8月出現高溫最多的1年。

2013年高溫影響呈現出強度強,影響范圍大,持續時間長的特點。2013年全市除海島縣洞頭外,其余縣(市)均出現了高溫。其中8月8日全市高溫達到最高,市區為39.4 ℃,永嘉達到了41.8 ℃(圖2)。按照高溫持續時間來看,2013年共出現了5次持續性高溫過程,分別為6月24—26日、7月1—6日、7月9—12日、7月24—8月12日、8月18—20日,過程最長持續時間達到了20 d,最短為3 d。

圖2 2013年溫州市區、永嘉縣以及文成縣逐日高溫演變圖

3 2013年溫州夏季高溫成因分析

3.1 100 hPa南亞高壓特征分析

南亞高壓是夏季位于亞洲南部對流層上層和平流層低層(常以100 hPa高度為代表)的強大而穩定的大氣活動中心,與夏季北半球大氣環流和亞洲天氣氣候關系密切,對中國夏季旱澇影響很大,早在1964年陶詩言等就提出了南亞高壓兩類基本型及其與西太平洋副高在大陸上的進退關系,指出了南亞高壓的變化與中國許多地區的天氣變化有關[11]。常宏的研究發現,當南亞高壓偏強且偏東時,沿200 hPa軸線的負渦度平流伴隨著南亞高壓的東伸而不斷東移,下沉輻合運動加強,中低空西太平洋副高得以加強西伸,而當南亞高壓脊線偏北時,西太平洋副高的強度明顯減弱[12]。這里選用100 hPa位勢高度場上1676 dagpm等值線東伸脊點的經度表示南亞高壓的緯向位置。

分析2013年高溫期間100 hPa南亞高壓演變情況。6月下旬,南亞高壓呈帶狀分布,脊線位于32°N附近, 其東伸脊點最東位于135°E附近,在下旬中期對應一次西退過程,此段時間正好對應6月底高溫過程的結束。7月1日開始調整為東部型,中心位于100°E,30°N附近,東伸脊點持續向東,到6日已經到達140°E附近(圖3a),在此期間溫州出現持續高溫。7日開始南亞高壓中心西退,逐漸調整為西部型,但其東伸脊點始終在130°E 以東。10日再次調整為東部型,中心位于100°E,30°N附近,溫州從9日出現高溫,12日高溫過程結束。之后,南亞高壓中心東西擺動,但始終呈帶狀分布,其東伸脊點西退,最西退到120°E附近,期間溫州未出現高溫。20日開始南亞高壓東伸點再次向東推進,并在24日南亞高壓再次調整為東部型,中心位于105°E,32°N附近,東伸脊點再次到達140°E(圖3b)。之后南亞高壓中心向東移,且穩定維持在105°E以東。8月10日,南亞高壓中心北抬,達到35°N附近,且調整為帶狀型,但在其東側仍有高壓中心存在。22日,南亞高壓開始西退,30日中心西退到60°E,30°N附近,溫州高溫結束。

從南亞高壓演變分析可以發現,7月下旬到8月中旬南亞高壓持續穩定的東部型分布為溫州出現連續20 d的高溫提供了有利于的大尺度環流背景。當南亞高壓呈東部型分布,脊線位于30°N～32°N之間,且其東伸脊點位于130°E附近時,有利于溫州出現高溫,當形勢穩定時則容易出現持續性高溫。

圖3 2013年7月1—6日(a)和7月24日—8月12日(b)100 hPa平均高度場(單位:dagpm)

3.2 500 hPa高度場特征

圖4是6月20日—8月25日期間500 hPa上沿120°E所做的時間-緯度剖面圖。從圖4可以看到,6月27日588線位于28°N 以南地區(溫州位于28°2′N,120°39′E),溫州處于副高北側邊緣地區,受西南氣流影響6月24—26日溫州出現持續高溫;6月28日開始,副高增強北抬,588線到達28°N 以北地區,溫州處于副高控制下,7月1—6日溫州出現持續高溫;7月8—14日隨著“蘇力”臺風影響,副高出現一次進退,但此次副高東退時間很短,僅在9日東退后10日再次加強,溫州再次處于副高控制下,12日“蘇力”臺風靠近后,受“蘇力”臺風外圍下沉氣流影響,7月9—12日之間溫州出現持續高溫;之后,副高減弱東退,直到22日副高再次西進到28°N 以北地區,溫州處于副高控制下,之后副高穩定加強, 7月24日—8月12日溫州出現持續高溫晴熱天氣。8月中旬,11號臺風“尤特”影響廣東省,副高再次東退,溫州高溫結束。8月18日,隨著“潭美”臺風北上,溫州處于“潭美”外圍環流中,8月18—20日溫州再次出現持續高溫。

圖4 2013年6月20日—8月25日500 hPa沿120°E高度(單位:hgpm)時間-緯度剖面圖

3.3 垂直速度場特征分析

圖5是6月20日—8月30日期間垂直速度沿120°E,28°N所作的時間-高度剖面圖。從圖5可以看到, 6月28日溫州處于副高控制下時,從高層到低層為一致的下沉氣流,下沉氣流中心值達到0.1×10-2Pa·s-1,這就有利于高溫天氣的行成,7月1—6日溫州出現持續高溫,高溫出現時間較下沉氣流出現延遲3 d;7月7日,中高層轉為上升氣流,800 hPa 以下仍為下沉氣流,但此種形勢只維持1 d,從7月8日開始再次從高層到低層為下沉氣流,在“蘇力”臺風靠近時,下沉氣流明顯,且在高層出現了0.05 ×10-2Pa·s-1的下沉速度中心,7月9—7月12日之間溫州出現持續高溫;之后,由于“蘇力”影響,下沉氣流減弱,但從22日開始,500 hPa以下維持下沉氣流, 7月24—8月12日溫州出現持續高溫晴熱天氣。

圖5 2013年6月20日—8月30日沿120°E,28°N垂直速度(單位:10-2 Pa·s-1)時間-高度剖面圖

所以從500 hPa高度場和垂直速度剖面圖分析認為6月24—26日高溫主要由西南或偏西氣流造成;7月1—6日和7月24—8月12日持續高溫由副高控制引起; 8月18—20日高溫過程由臺風外圍下沉增溫引起。7月9—12日持續高溫則由副高和臺風外圍下沉增溫共同造成。副高是2013年高溫形成的主要原因,臺風外圍下沉增溫和西南氣流影響時也會導致高溫出現。同時發現,當溫州出現持續高溫時500 hPa以下均為下沉氣流,當受臺風外圍氣流影響出現高溫時,從高層到低層均為下沉氣流且反映明顯。

3.4 850 hPa溫度場特征

850 hPa溫度場對日常溫度預報具有非常重要的作用,這里對2013年高溫期間850 hPa溫度場進行分析。從6月24日出現首個高溫日開始,溫州處于20 ℃的區域內,而且處于比較穩定的帶狀分布。圖6a、6b和6c分別是7月11日20時、8月7日20時和18日20時850 hPa溫度場,從實況觀測知道7月12日和8月19日均出現了高溫天氣,8月8日更是出現了2013年溫州地區日最高溫度,從圖6可以看到7月11日、8月18日溫州處在20℃區域內, 8月7日850 hPa溫度甚至達到了24 ℃,并在溫州的上風方向有溫度更高的區域存在。所以可以認為當溫州地區850 hPa為20 ℃區域覆蓋時容易出現高溫,而當處于24 ℃區域覆蓋時高溫進一步加劇。

圖6 2013年7月11日20時(a)、8月7日20時(b)和18日20時(c)850 hPa溫度場

3.5 臺風活動偏南

夏季,當有臺風北上或在福建中部及以北登陸,往往會導致副高斷裂或東退,或者登陸臺風帶來降水,使溫州的高溫天氣暫告一段落。2013年,7月13日 “蘇力”臺風在福建連江縣黃岐半島登陸到8月22日“潭美”臺風在福建福清市登陸,在此期間共有4個臺風生成,但這個4個臺風活動范圍偏南或強度偏弱,對副高影響較弱,對溫州也無降水影響,對溫州高溫緩解有限。所以7月中旬到8月中旬,臺風活動偏南,臺風強度偏弱也是溫州夏季高溫頻繁發生的原因之一。

4 結 語

1)溫州高溫主要出現在7月、8月,呈現出西北、西南高溫多,沿海地區少的特點。2013年高溫日數多,且是8月出現高溫最多的1年。

2)2013年7月下旬到8月中旬南亞高壓持續穩定的東部型分布為溫州出現連續20 d的高溫提供了有利的大尺度環流背景。當南亞高壓呈東部型分布,脊線位于30°N～32°N之間,且其東伸脊點位于130°E附近時,有利于溫州出現高溫,當形勢穩定時則容易出現持續性高溫。

3)副高是2013年高溫形成的主要原因,臺風外圍下沉增溫和西南氣流影響時也會導致高溫出現。當溫州出現持續高溫時500 hPa以下均為下沉氣流;當受臺風外圍氣流影響出現高溫時,從高層到低層均為下沉氣流且反映明顯。當溫州地區850 hPa為20 ℃區域覆蓋時容易出現高溫,而當處于24 ℃區域覆蓋時高溫進一步加劇。

4)臺風活動偏南也是導致2013年高溫日數多、持續時間長的原因。

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2014-12-25