2010年夏季河西走廊東部持續高溫氣候特征及其對農業影響

孫占峰，李玲萍，劉明春，梁紅霞

（甘肅省武威市氣象局，甘肅武威733000）

2010年夏季河西走廊東部持續高溫氣候特征及其對農業影響

孫占峰，李玲萍，劉明春，梁紅霞

（甘肅省武威市氣象局，甘肅武威733000）

為了研究河西走廊東部高溫天氣的氣候特征及預報著眼點，提高高溫預報準確率，減輕對農業生產的影響。筆者運用天氣統計學方法，對河西走廊東部2010年7月17—30日出現的高溫天氣從氣候特征、環流形勢和物理量場以及對農業的影響等方面進行分析，并提出了預警預報指標。結果表明：2010年7月高溫強度和持續日數均創歷史極值；長時間晴熱少雨、大陸暖高壓異常強大且持續穩定，是造成此次持續高溫過程的主要原因；持續高溫造成土壤墑情大幅度的下降、河流量倍增、多種農作物產量大受影響。

河西走廊東部；高溫；特征；預報指標；農業影響

0 引言

隨著全球氣候變暖，中國夏季高溫災害頻發，給人民生命財產和國民經濟建設帶來巨大損失。因此，對高溫發生機制的探討以及預報技術總結與改進始終是預報業務一線人員的工作重點之一[1-3]。未來在溫室效應影響下，熱事件、熱浪的發生頻率很可能會持續上升[4-6]。

河西走廊東部深居大陸腹地，屬大陸性溫帶干旱、半干旱氣候，高溫災害多發，成為制約當地農業生產發展的主要因素之一。在以往的研究中，張新榮等[7]、王有恒等[8]、孫蘭東等[9]、李紅英等[10]、李玲萍等[11]分別對甘肅省、河西走廊和河西走廊東部的極端最高氣溫進行了分析和研究；李巖瑛等[12]、李玲萍等[13-14]分別研究了祁連山和河西走廊東部的高溫天氣氣候特征及成因。2010年7月出現在河西走廊東部的持續時間長、范圍大、高強度的高溫天氣，給工農業生產和人民生活帶來嚴重影響，使河西走廊東部5.4萬hm2農作物受災，其中成災面積3.6萬hm2，絕收面積0.6萬hm2，直接經濟損失達1.8億元。因此，需要在前人研究基礎上，進一步深入總結分析河西走廊東部高溫天氣的特征、預報著眼點及對農業的影響，有助于提升氣象服務能力和水平，防御高溫災害提供科學依據[15-17]，對促進地方經濟發展都有著極其重要的意義。

1 資料與方法

本研究資料來自河西走廊東部永昌、民勤、涼州、古浪4個氣象觀測站建站以來7月氣溫觀測資料以及2010年7月17—30日常規觀測資料、物理量場及高度場資料，運用天氣統計學方法，討論此次持續高溫天氣的特征、成因及對農業生產的影響。

2 天氣實況

2010年入夏以來河西走廊東部降水偏少，氣溫異常偏高。6月平均氣溫全市比常年偏高2.4℃，降水正常，7月平均氣溫全市比常年偏高3.3℃，降水量偏少6成。按照甘肅省氣象部門高溫標準，河西走廊東部武威市5站中有1站日極端最高氣溫≥35℃定為高溫日，≥37℃之日定為強高溫日。日極端最高氣溫≥35℃持續2天或以上，定為1次高溫天氣過程。據此，2010年7月17—30日武威市持續出現了≥35℃高溫天氣，其中25—30日全市出現強高溫天氣（見表1）。

表1 2010年7月≥35℃高溫天氣與歷史同期對比分析

2.1 ≥35℃高溫日數

涼州區出現8天、民勤10天、古浪1天、永昌2天，全市各地均突破歷年極值。

2.2 ≥35℃高溫持續日數

中北部民勤、涼州達6天，與歷年高溫持續日數最多值持平（分別出現在1952、1999年）。7月29日古浪極端最高氣溫達到35.0℃，7月30日民勤、永昌極端最高氣溫分別達到41.7、35.3℃，均突破歷年同期極值，涼州區極端最高氣溫達到38.8℃，為有氣象記錄以來為次大值（最大值為40.8℃，出現在1997年7月22日）。

3 高溫天氣成因分析

3.1 100 hPa環流形勢特征

100 hPa高空圖上，南壓高壓是北半球對流層上部的超長波系統，它的季節變化與東西振蕩對北半球大氣環流演變有著重要的影響。南壓高壓在青藏高原上空的建立，是東亞地區入夏的重要標志之一[18-20]，是中國大范圍旱澇天氣出現的環流背景條件。

18日8時（見圖1a）南亞高壓登上青藏高原，中心位于80°—90°E，即西部型過程。22日8時南亞高壓中心登上青藏高原，其中心位于90°—100°E，30°—40°N之間，中心值為1692 dagpm，屬于東部型過程。24日8時南亞高壓北抬發展擴大，高壓中心值增大，中心發展為1696 dagpm，中心位于，30°—40°N之間，25—26日高壓繼續增強，到27日8時（見圖1b）中心高度發展為1700 dagpm。整個高溫天氣過程中，100 hPa高空圖上，青藏高原及鄰近地區上空為穩定強盛的南亞高壓控制，即高層輻散形成高壓環流。

圖1 2010年7月18日8時和7月27日0時100 hPa高度場

3.2 500 hPa環流形勢特征

對于同屬于副熱帶的青藏高壓，它在青藏高原東側的維持與加強，是盛夏造成河西走廊東部高溫天氣的影響系統之一。2010年7月17—20日出現在河西走廊東部的高溫天氣主要是由伊朗高壓東移與高原本地發展形成的高壓脊合并發展成為強大的大陸高壓所致。16日8時開始，588 dagpm高壓在青藏高原發展，18日8時（見圖2a）開始擴大東移。25—30日河西走廊東部持續出現強高溫天氣，主要由西太平洋副熱帶高壓西伸被截斷后,在青藏高原東側形成的副高單體控制西北地區東部，25日8時，西太平洋副熱帶高壓西伸，588線西伸到哈密至河西走廊西部，同原在青藏高原的高壓脊打通，整個河西走廊為588線控制，到27日8時（見圖2b），西伸的西太平洋副熱帶高壓被截斷，河西走廊為大陸高壓控制，而西太平洋副熱帶高壓維持少動，尤其是東亞大槽特別深厚,青藏高壓不易東退,有利于整個河西走廊或河西走廊東部高溫天氣的出現。

3.3 中低層和地面環流形勢特征

17—30日河西走廊東部持續出現的強高溫天氣在中低層表現為輻合形成低壓環流。700 hPa和850 hPa，青藏高原為熱低壓控制，在850 hPa表現的尤為顯著，7月18日8時（見圖3a）、7月27日8時（見圖3b）140 dagpm線閉合線在高原發展加強、擴大，控制河西走廊中西部。

高溫天氣出現在中低層還表現有明顯暖平流。700 hPa，17日在90°E以東出現16℃暖中心，18日加強北抬，19日擴大到整個80°—110°E為16℃線控制；25日8時，在80°—110°E出現16℃暖中心，到26、27日暖中心繼續擴大，到28日8時在河西中部暖中心值達到20℃。

圖2 2010年7月18日8時和7月27日8時500 hPa高度場

圖3 2010年7月18日8時和7月27日8時850 hPa高度場

850 hPa，17日28℃暖中心在80°—100°E開始發展，7月18日8時（見圖4a）暖中心加強，中心值達32℃；25日8時28℃暖中心在80°—110°E開始發展，到27日擴大到整個河西中西部，7月27日8時（見圖4b）在南疆出現32℃暖中心。

地面圖上在 80°—110°E、30°—50°N 有強盛的990 hPa熱低壓維持，≥35℃的高溫站點存在，14時52267（額濟納旗）、52378（拐子湖）兩站氣溫≥35℃；高溫出現當日08—14時天空晴朗少云。

3.4 物理量場反映

3.4.1 散度場垂直分布 分析30日8時(88°—112°E，40°N)散度場（見圖5a）的垂直分布，發現河西走廊中東部(100°—105°E，40°N)700 hpa存在1個輻合中心，在500 hPa附近為無輻散層，500 hPa以上均為輻散氣流。說明河西中東部高溫區近地面由于地面加熱場作用，空氣加熱后輻合上升外，到對流層中上部存在深厚的輻散下沉氣流。

3.4.2 垂直運動特征 分析30日8時(104°E，40°N)的垂直速度（見圖5b），發現850～100 hPa均為下沉運動，且下沉運動最強處在300 hPa，達9×10-3hPa/s。從垂直運動可以看出深厚而又強盛的下沉運動。

從散度和垂直速度場的垂直變化可以看出，正是由于在河西走廊中東部存在深厚的輻散下沉氣流，才促使大陸暖高壓在此地發展維持。

3.5 地面氣象要素變化

圖4 2010年7月18日8時和7月27日8時850 hPa溫度場

圖5 2010年7月30日8時物理量場分布圖

以極端氣溫最高、持續時間最長的民勤站7月15—31日民勤縣自動氣象站氣溫、氣壓和空氣相對濕度變化圖（見圖6）可以看出，17日隨著高溫天氣出現，日最高氣壓和14時相對濕度明顯下降，21日開始明顯上升，高溫天氣結束。26—30日，日最高氣壓和14時相對濕度又有一明顯的下降階段，31日的日最高氣壓和14時相對濕度迅速上升，高溫天氣過程結束。整個過程中，民勤無降水，風向主要以偏東風為主。除18日外，整個過程8時，14時低云量小于3成。表明與高溫天氣過程相伴的天氣特點是：少雨、濕度小、氣壓低、低云量少、白天吹明顯的偏東風。

圖6 2010年7月15—31日民勤縣自動氣象站氣溫、氣壓和空氣相對濕度變化圖

4 高溫對農業生產影響

4.1 土壤墑情

從涼州區固定觀測地段0～30 cm土壤墑情大幅度的下降。7月8日測得0～30 cm土壤相對濕度在87%～91%之間，至7月23日測得0～30 cm土壤相對濕度為35%～48%，半月時間降幅達43%～52%。

4.2 河流來水量

祁連山積雪及冰川加速消融，各河流旬平均流量與常年和去年同期相比，上旬偏多74%～2.8倍，中旬較常年偏少30%，較去年偏多35%。石羊河旬平均流量好于去年和常年，比常年同期上旬偏多94%～100%，中旬偏多1.3～36.4倍。

對玉米花期授粉籽粒形成、春小麥灌漿千粒重增和馬鈴薯塊莖膨大等極為不利。此外，由于牧草生長緩慢、產量下降，不利于牲畜啃食和打秋草。正值釀酒葡萄陸續進入果實快速膨大、果徑生長關鍵期，高溫更不利于葡萄果?？焖倥虼蟆?/p>

5 盛夏高溫預報著眼點

利用河西走廊東部1971—2005年盛夏大于等于35℃高溫個例，分析單站資料和解釋應用ECMWF產品，確定了盛夏高溫預報指標。

河西走廊東部盛夏高溫天氣在高低空反映明顯。100 hPa存在強大穩定的南亞高壓系統，500 hPa存在強盛的大陸高壓和西太平洋副熱帶高壓，低層主要是熱低壓控制，具體預報指標如下：

消空指標：武威最高氣溫＜29℃；700 hPa民勤氣溫＜11℃；850 hPa民勤氣溫＜17℃；52267（額濟納旗）、52378（拐子湖）兩站14時地面氣溫＜35℃。滿足其中3條即可消空。

預報指標：（1）500 hPa民勤(52681)、格爾木(52818)H≥580、581 dagpm；T(52681)-T(51076或51463)最大差值≤7℃；700 hPa、850 hPa在80°—110°E、35°—50°N分別有15、28℃的暖中心；700 hPa民勤、張掖T≥14、15℃；850 hPa民勤T≥17℃；（2）武威8時氣溫≥20℃，最高氣溫≥31℃；14時地面圖在80°—100°E、35°—50°N至少有4個以上≥35℃站點存在，額濟納旗(52267)、拐子湖(52378)2站14時地面氣溫≥36℃；高溫當日最低氣溫≥11℃；（3）14時武威本站氣壓＜840 hPa；（4）高溫當日本站14時低云量為0；（5）Ec 850 hPa 20時溫度預報場100°—105°E、38°—40°N存在≥32℃以上的暖中心。

6 結論與討論

長時間晴熱少雨，西太平洋副熱帶高壓動力抬升、青藏高壓熱力加強是造成極端高溫事件發生的直接原因；河西走廊東部高溫天氣出現的天氣形勢為：青藏高原及鄰近地區在100 hPa層上有強大穩定的南亞高壓系統，且都出現在南壓高壓為東部型和西部型2種環流形勢下；500 hPa上，青藏高壓在高原本地維持加強，西太平洋副熱帶高壓西伸被截斷后，在青藏高原東側形成的副高單體；低空700hPa和850hPa在80°—110°E、35°—50°N有16℃和28℃的暖中心存在；地面80°—110°E、30°—50°N內有發展強盛的熱低壓；Ec 850 hPa 20時溫度預報場100°—105°E、38°—40°N存在≥32℃以上的暖中心；高溫發生前有一段晴熱少雨、氣溫持續偏高時段，與高溫天氣過程相伴的天氣特點是：少雨、濕度小、氣壓低、低云量少、白天吹明顯的偏東風；農業生產中，高溫天氣造成土壤墑情大幅度的下降、河流量倍增、多種農作物產量大受影響。

本研究在前人研究基礎上，進一步解釋應用ECMWF格數值預報產品，深入總結分析河西走廊東部高溫天氣的特征、預報著眼點及對農業的影響。

本研究中解釋應用的是ECMWF粗網格數值預報產品，對高溫預報指標的精細度有一定影響。

有待于利用ECMWF細網格數值預報產品，對河西走廊東部高溫天氣的特征、預報著眼點做進一步精細化優化，建立預報模型，并在此基礎上進一步研究高溫對當地農業的影響。

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Continuous High Temperature:the Climatic Characteristics and Its Impact on Agriculture in East of Hexi Corridor in Summer of 2010

Sun Zhanfeng,Li Lingping,Liu Mingchun,Liang Hongxia
(Wuwei Meteorological Bureau of Gansu,Wuwei 733000,Gansu,China)

The paper aims to study the climatic characteristics and forecast focus of high temperature in East of Hexi Corridor,so as to improve the accuracy of high temperature forecast and to reduce the impact on agricultural production,the authors analyzed high temperature in East of Hexi Corridor from July 17 to 30,2010 by means of synoptic and statistical method from the aspects of climatic characteristics,circulation patterns,physical field and its impact on agriculture,and put forward an early warning index of forecast.The results showed that:the strength of high temperature and the days of duration were historical extremes in July 2010;long duration of hot and dry weather as well as the strong and continuous stability of the continental warm high pressure was the main reasons for the continuous high temperature process;sustained high temperature caused a significant decline in soil moisture,doubled the river flow,and greatly affected a variety of crop production.

East of Hexi Corridor;High Temperature;Characteristics;Forecast Index;Impact on Agriculture

P429

A論文編號：cjas17010017

公益性行業（氣象）科研專項“干旱氣象科學研究——我國北方干旱致災過程及機理”(GYHY201506001-2)。

孫占峰，男，1982年出生，甘肅臨洮人，助理工程師，本科，主要從事人工影響天氣和天氣預報研究工作。通信地址：733000甘肅省武威市涼州區榮寧路87號武威市氣象局（人工影響天氣辦公室），E-mail：1617423685@qq.com。

2017-01-17，

2017-06-16。