東疆地區異常持續性高溫成因分析

苗運玲 李如琦 卓世新

摘要：利用哈密地區常規氣象觀測資料、NCEP/NCAR2.5×2.5再分析資料，診斷分析了2015 年7月14日-8月11日持續高溫天氣的環流形勢和物理量場，結果表明：（1）100 hPa南亞高壓中心較常年異常偏西、東伸偏強，持續穩定為哈密出現此次持續高溫天氣提供了有利的大尺度環流背景。（2）伊朗副熱帶高壓較常年異常偏強、偏東偏北是這次高溫天氣形成的主要原因；（3）中低層強而持久的暖中心是本次高溫天氣出現的有利條件；（4）地面熱低壓的穩定和維持，底層盛行偏南風，將暖空氣不斷的向北輸送，促成高溫天氣的形成；（5）從物理量場上分析，對流層中下層持續的下沉氣流、濕度小、水汽輸送弱是這次高溫天氣形成的重要條件。

關鍵詞：高溫；南亞高壓；伊朗副熱帶高壓；熱低壓

引言

2015年汛期哈密地區氣候極其異常，5-6月各地降水較常年偏多，山區局地多次出現暴雨和大暴雨，而進入7-8月各地又出現歷史上罕見的持續性高溫天氣。這次高溫天氣持續時間長、影響范圍廣，不僅引起大面積土地干旱，也給人們用水、用電和日常生活帶來了極大的不便。

近百年來，全球正經歷著氣候變暖的趨勢[1-4]，氣候變暖將導致天氣和氣候極端事件的出現頻率不斷發生變化。近年來我國高溫天氣呈增加趨勢，極端高溫逐年增多，危害日趨嚴重。高溫天氣作為一種災害性天氣，越來越引起國內外學者的廣泛重視。許多學者從大氣環流背景、氣候學或統計學角度等進行了深入研究與分析，取得了豐碩的成果[5-7]。其中最重要的結論是我國夏季異常高溫與副熱帶高壓持續穩定有緊密關系。高榮[8]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在20世紀70年代中期高溫日數呈增加趨勢；而長江中下游地區高溫日數則是在80年代初開始增加；華北地區則是在80年代末開始增加的。李景林[9]等對新疆93個站點近50 a氣溫進行時空分析，指出四季及年平均氣溫均呈顯著的上升趨勢，并且具有明顯的區域性差異。

哈密地處亞歐大陸腹地，遠離海洋，是典型的溫帶大陸性干旱氣候，高溫天氣是哈密地區夏季主要氣象災害之一，年年都會發生，只是影響程度不同。本文著重對2015年7月14日-8月11日異常持續高溫現象進行細致全面的分析，對其形成原因進行深入探討，給出造成此次高溫天氣的可能原因，以期待利用這次典型事例得到更多的信息和線索，為以后的高溫預報工作提供更多參考。

1 、資料與實況

所用資料為哈密地區6個國家氣象站2015年7月14日-8月11日逐日最高氣溫、降水資料和NCEP/NCAR2.5×2.5再分析資料。2015年哈密地區高溫日數達52 d，第一個高溫日出現在6月13日，最晚出現在8月29日，5月、9月沒有出現高溫天氣，高溫集中出現在7-8月，其中7月高溫日數是近55 a最多的一年（圖略），達到24 d，占全年高溫日數46.2%，而8月的高溫日數也居近55 a的第二位（2002年為25 d），達21 d，占全年高溫日數40.4%。各站7-8月月平均氣溫26.8～31.4 ℃，比歷史同期值偏高1.7～3.4 ℃。雖然此次高溫天氣過程中各站日最高氣溫沒有突破歷史極值，但卻是哈密地區2015年入夏以來高溫日數最多，持續時間最長、影響范圍最廣的一次高溫天氣過程，也是近55 a夏季以來最嚴重、最為罕見的一次持續性高溫天氣，表現出明顯的異常特征。

2 、2015年持續性高溫成因分析

2.1 高空形勢分析。持續高溫天氣的出現與大尺度天氣系統活動異常有關，尤其是與大陸暖高壓或副熱帶高壓以及中緯度冷空氣活動有密切關系[10]。此次異常高溫不僅與100 hPa南亞高壓的位置有關，而且與500 hPa副熱帶高壓有關。

2.1.1 100hPa南亞高壓分析。南亞高壓是夏季出現在青藏高原及領近地區上空的對流層上部的大型暖性高壓系統，是北半球夏季100hPa層上最強大、最穩定的控制性環流系統，對夏季我國大范圍旱澇分布以及亞洲天氣都有重大的影響[11]。當強大的南亞高壓控制高原地區（包括新疆），新疆一般表現為高溫少雨的天氣[12]。

分析此次持續性高溫期間100 hPa南亞高壓演變情況（圖1），選用100 hPa位勢高度場上1684 gpm等值線東伸脊點表示南亞高壓的緯向位置。從平均高度場可以看出南亞高壓中心位于35°N ，比常年偏北5個緯度，中心強度增至1688 gpm，比常年偏強4 gpm。 7月上旬，南亞高壓為西部型，脊線位于35°N附近，東伸脊點最東位于60°E，相對新疆位置較為偏西，哈密受副熱帶大槽控制，未出現持續性高溫天氣。7月中旬開始，南亞高壓東伸北抬，脊線位于44°N附近，中心位于85°E以西， 東伸脊點最東位于93°E，南亞高壓控制新疆，哈密等地開始出現持續性高溫天氣。7月底南亞高壓中心東西振動，調整為帶狀型，其東伸脊點繼續東伸至100°E附近，但仍控制新疆大部。8月中旬副熱帶大槽南壓，新疆受西風急流控制，促使南亞高壓東移南調，逐步轉為東部型，脊線南調至30°N附近，中心位于90°E附近，哈密持續性高溫天氣基本結束。

從南亞高壓演變分析可以發現，7月中旬到8月上旬持續穩定的南亞高壓的出現為哈密出現連續29 d高溫天氣提供了有力的大尺度環流背景。當南亞高壓呈西部型分布，脊線位于35°N～44°N之間，東伸脊點位于90°E附近時，有利于哈密高溫的出現，當形勢長時間穩定則會造成哈密出現持續性高溫天氣。

2.1.2 500 hPa高度場分析。當副熱帶高壓長時間穩定控制某一地區時，往往會造成該地區長時間的高溫與干旱。伊朗副熱帶高壓是夏季影響新疆高溫天氣的主要力量，屬于典型的暖性高壓天氣系統，當伊朗副高（以下簡稱伊朗副高）隨著大氣環流逐漸北上到達新疆，開始影響新疆天氣，意味著新疆高溫天氣的來臨。

從500 hPa平均高度場可知（圖略），在歐亞范圍內環流形勢是兩脊一槽型，東歐、新疆受高壓脊控制，由于伊朗副高東伸北挺與新疆脊打通，形成強盛的新疆脊，其強度強于東歐脊，使位于烏拉爾山至里、咸海的低值系統移動十分緩慢，其脊頂可伸到70°N附近（脊線在70°～115°E范圍之間），且有溫度脊相配合，584 gpm北伸至45°N 附近，北挺的位置偏北，較常年偏北5°N，中心強度達到588 gpm，較常年偏強4 gpm。7月下旬開始新疆脊繼續加強北抬，588 gpm到達52°N，并形成閉合單體控制新疆，甚至在南疆形成592 gpm的閉合中心，哈密處于592 gpm控制之下，哈密出現40℃以上持續高溫。8月中旬，西伯利亞低槽南落至中天山，冷平流侵入，哈密持續高溫結束。因此，7月中旬至8月上旬冷空氣活動比較偏北，有利于伊朗副高東伸北抬與新疆脊打通，長時間穩定控制新疆，并且強度較常年偏強，位置偏北偏東，是導致這次持續高溫天氣出現的主要原因。

2.1.3 850溫度場分析。北方冷空氣的南下不僅是夏季降水的重要激發條件，而且在很大程度上影響副高的南北振動。850 hPa溫度場的變化是進行氣溫預報的一個重要參考依據。對持續高溫期間850 hPa平均溫度場進行分析（圖2），7月中旬開始暖脊逐漸控制新疆，24℃線北伸至50°N附近，32 ℃線形成閉合暖中心控制南疆，哈密處于28 ℃區域覆蓋，出現≥35 ℃高溫。7月下旬開始28 ℃線繼續北挺至50°N，32 ℃線達到北疆沿天山一帶，哈密南部處于32 ℃區域覆蓋之下出現≥40 ℃高溫。8月中旬受高層較強冷空氣影響，暖中心明顯東移至河套地區，哈密受冷槽控制，各地出現降水天氣，高溫天氣結束。

2.1.4 地面形勢分析。此次持續高溫天氣過程中，有熱低壓系統盤踞在南疆，且穩定少動，哈密處于該熱低壓的前沿或熱低壓的控制之下（圖略），同時對應高空有較強的暖平流，對流層底層盛行偏南風，將暖空氣不斷的向北輸送；從實況場分析，哈密地區長時間處于晴空少云區，最小相對濕度<15%，甚至達到5%，空氣中水汽含量少，非常干燥，這種低壓和低濕有利于局地輻射增溫；與之相對應時段，從850～100 hPa高空哈密受深厚的暖高壓控制，輻散下沉氣流強盛，有利于哈密地區高溫天氣形成。

2.2 物理量場分析

2.2.1 垂直速度分析。垂直運動對局地溫度變化的影響，其作用大小主要與垂直運動的方向、強度以及大氣穩定度有關。同時垂直速度與平均雨量有很好的對應關系，即上升氣流容易產生降水，而盛行下沉氣流時則不易降水，當大氣層結穩定時，有利于引起局地增溫[13]。分析哈密地區從7月14日—8月11日平均850 hPa的垂直速度場（圖3），在伊朗副高的影響下南疆以及東疆地區處于下沉運動區，下沉運動中心位于南疆，哈密處于下沉運動區，因而這個時段哈密地區是少雨的。沿93.52°E做垂直速度剖面圖可知（圖略），哈密在對流層中下層為下沉運動區，有利于出現高溫天氣。

2.2.2 水汽條件分析。大氣中水汽的含量也是影響溫度的重要因素之一，而水汽主要集中在對流層的下部，即500 hPa（或400 hPa）以下。沿93.52°E做相對濕度垂直剖面圖可知（圖略），除了7月下旬受西伯利亞大槽的東移南調的影響哈密市700—850 hPa相對濕度超過30%，其它時間都低于30%，說明對流層中低層空氣中的含水量很小，極為干燥。從水汽通量散度演變可知（圖略），從南到北水汽輸送十分弱，由于缺少水汽的輸送，濕度條件差，不利于降水的出現。

3 、地形對高溫的影響

盧愛剛[14]等指出地形對夏季氣溫區域分布的影響是非常明顯的，但是氣溫的區域分布是受海拔引起的氣溫垂直差異的控制，盆地形成高溫中心，而在高山高原形成低溫中心。哈密盆地呈北高南低、由東北向西南傾斜，東部、西部和南部多丘陵、戈壁，極易吸收太陽輻射，促使地面的輻射增溫明顯，加之近年來工礦業和城市建筑不斷增多，“城市熱島效應”明顯，有由于持續高溫期間空氣濕度小，天氣干燥，極易出現≥35 ℃高溫天氣。

4、 結論

（1）2015年7月14日-8月11日持續高溫雖然各站日最高氣溫沒有突破歷史極值，但卻是2015年入夏以來高溫日數最多，持續時間最長、影響范圍最廣的一次高溫天氣過程，異常特征明顯。（2）7月中旬到8月上旬持續穩定的南亞高壓出現為哈密出現連續29 d高溫天氣提供了有力的大尺度環流背景。當南亞高壓呈西部型分布，脊線位于35°N～44°N之間，東伸脊點位于90°E附近時，有利于哈密高溫的出現，當形勢長時間穩定則會造成哈密出現持續性高溫天氣。（3）伊朗副高持續穩定是這次高溫形成的主要原因，而位置偏北、偏東且偏強是產生高溫天氣的直接原因，中低層強而持久的暖中心的配合為持續高溫提供有利的條件。（4）地面熱低壓盤踞南疆，且穩定少動，配合水汽含量少，空氣干燥，低壓和低濕有利于局地輻射增溫，易形成高溫天氣。（5）持續高溫期間物理量場分析： 對流層中下層持續的下沉氣流、濕度小、水汽輸送弱是這次高溫天氣形成的重要條件。（6）哈密盆地特殊的地形地貌，對高溫的形成起到增幅作用。

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作者簡介：苗運玲（1976-），女，工程師，本科，研究方向為災害性天氣研究。