銅仁市高溫天氣時空特征及大氣環流型分析

李小蘭，陳 軍，鄧 岑，滕 林，喻義軍

(1.貴州省玉屏縣氣象局，貴州 玉屏 554000；2.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300；3. 貴州省劍河縣氣象局，貴州 劍河 556400；4. 貴州省印江縣氣象局，貴州 印江 555200)

1 引言

隨著經濟和社會的快速發展，全球變暖已為不可否認的事實。IPCC第五次評估報告[1]指出氣候變化比原來更嚴峻，而且有95%以上的把握認為氣候變化是人類的行為造成的。全球氣候的日益變暖趨勢，最終結果是加劇了極端天氣的頻繁發生，如高溫熱浪、干旱、暴雨洪澇等。目前國內已有不少學者對高溫氣象災害問題從高溫氣候統計、風險區劃、影響評估等方面進行了研究[2-6]。張波等[7]研究了貴州省近50 a高溫時空分布特征，指出貴州省年高溫日數為7.3 d，銅仁市較多站點的高溫日數呈上升趨勢；常軍等[8]利用正交函數分析了河南省夏季≥35 ℃的高溫日數時空特征；胡峰等[9]利用山東省50 a的高溫氣象資料分析了高溫氣象災害的變化趨勢和風險特征；張書娟等[10]利用ArcGIS對華東地區高溫災害氣象風險進行了區劃，得出當高溫天氣持續一定時間時易引發干旱天氣的發生。楊群等[11]對2009年銅仁市高溫干旱特征進行診斷分析，指出西太平洋副熱帶高壓較常年異常偏強、偏西和南亞高壓中心偏西、東伸偏強，是銅仁地區高溫干旱發生的主要原因；陳軍等[12]統計分析了貴州旱澇變化特征。

銅仁市位于貴州高原東北側，平均海拔800 m左右，山地起伏大，天氣復雜多變，目前對銅仁高溫天氣過程的研究較少。對此，筆者在眾多研究基礎上，通過統計大量的高溫天氣過程，研究高溫的時空特征，從大氣環流、水汽輸送等方面分析高溫天氣的形成機理，并建立典型天氣模型，為當地高溫氣象災害風險區劃及預報提供一定的科學依據。

2 資料與方法

文中采用的資料為1986—2015年的MICAPS實況資料、1986—2015年銅仁市10個縣(區)逐日氣溫資料。

利用線性趨勢分析、統計分析等方法研究了銅仁市高溫天氣的時空分布特征，分析歸納了高溫天氣環流形勢。并定義：1個及以上測站日最高氣溫≥35 ℃為一個高溫日；4個及以上測站同時出現高溫的過程，為一次高溫天氣過程。

3 高溫天氣時空特征分析

3.1 高溫日數時間變化特征

統計了銅仁市1986—2015年高溫日數的月分布情況(表1)，結果可知，近30 a里貴州銅仁高溫日共出現1 258 d，約占總天數的11.5%，平均達41.9d/a；高溫天氣主要出現在4—9月，3月和10月分別出現了2 d，其中7—8月出現的概率最大，分別達34.6%和37.4%。

圖1a為高溫天氣過程的持續時間分布，由圖可知，持續3 d的高溫天氣過程最多，達45次，持續8～18 d的過程較少，最長持續日數達18 d。另外，從高溫總日數的逐年分布情況來看(圖1b)，2009年的高溫日數最多，達116 d，這與2009年出現嚴重干旱事件對應，其次是1988年，達110 d；最少年份是1998年，僅20 d。從長期變化來看，近30 a來高溫日數呈現線性下降趨勢，且年際變化明顯。從極端高溫逐年變化來看(圖1c)，近30 a銅仁市的極端高溫呈現略微上升趨勢，遞增率為0.15 ℃/10 a，極端高溫最大值為2002年41.6 ℃。

表1 1986—2015年貴州省銅仁市高溫日數統計Tab.1 The statistics on high temperature days in in Tongren of Guizhou Province from 1986 to 2015 year

3.2 高溫日數空間分布特征

圖2a為銅仁市各縣(區)近30 a的高溫累計日數分布，從圖可知，銅仁各縣(區)高溫累計日數有一個極值中心，位于北部沿河縣，達1 080 d，年均高溫日數為36d，德江累計高溫日數最少僅349d，年均高溫日數僅11.6d；另外，從各縣(區)極端高溫空間分布圖(圖2b)來看，極端高溫出現在北部沿河縣和東部碧江區一帶，其中沿河極端最高氣溫出現在2002年，達41.6 ℃，碧江區則達40.8 ℃，銅仁市極端最高氣溫在39.3～41.6 ℃之間。

4 大氣環流特征分析

高溫天氣的出現不僅與地形地貌、海拔高度等因素相關，還與大氣環流息息相關。統計1986—2015年貴州省銅仁市出現高溫日的天氣形勢，根據中層500hPa環流的不同可歸納為3類(表2)：即偏南風型、大陸高壓型、588線控制型。

圖1 1986—2015年貴州省銅仁市高溫持續時間與過程次數的關系(a)、高溫日數(b)及極端高溫隨時間的變化(c)Fig.1 The relationship between the duration of high temperature and the number of processes, the number of hot days and the change of extreme high temperature over time in in Tongren of Guizhou Province from 1986 to 2015 year

當出現偏南風型時(圖3a)，中層500 hPa大氣環流是西南風或南風控制，此時西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)位于沿海大陸或海上，西南地區存在熱低壓系統，貴州受熱低壓系統影響，銅仁處于熱低壓東部，在這種天氣形勢下，銅仁出現高溫天氣，此類高溫天氣過程出現29次，占14%。大陸高壓型(圖3b)是由于高空槽后帶來冷空氣影響或者大陸副高較強，588線控制了貴州省，其地面為對應的高壓外圍或熱低壓南部邊緣，盡管高層為西北氣流控制，但低層冷空氣并不能到達貴州一帶，貴州一帶仍然是低壓系統控制，此類高溫天氣過程出現了54次，占30%。副高588線控制型(圖3c)是較為常見的高溫天氣形勢，由于副高控制區為下沉氣流，天氣晴好易出現高溫，其地面為副高的外圍環流，由于副高較強，地面熱低壓中心已移至四川—青海一帶，銅仁處于熱低壓的東南部邊緣。有時熱帶臺風系統登錄沿海時，副高588線控制銅仁市，地面對應為臺風外圍西北側的東北風氣流控制，銅仁也會出現高溫，當副高逐漸東退，臺風逐漸西進時，高溫天氣結束。此類天氣形勢是形成銅仁高溫天氣的主要形勢，共出現了121次，占3種類型的60%。分析3種類型發現，地面上均有熱低壓出現，且位置偏北，熱低壓東南側即為西南風，當熱低壓位置偏北時，西南風的輻合整體偏北，因此水汽輸送偏北，另外，中高層為高壓控制，氣流下沉運動不易出現降水，因此導致銅仁出現高溫少雨天氣。

表2 1986—2015年貴州省銅仁市高溫天氣環流形勢分類Tab.2 The classification of high temperature weather circulation in Tongren of Guizhou Province from 1986 to 2015 year

圖2 1986—2015年貴州省銅仁市高溫日數(a)和各縣極端高溫(40 ℃+)(b)空間分布Fig.2 The digital distribution of extreme high temperature (40 ℃+) and the number of hot days in in Tongren of Guizhou Province from 1986 to 2015 year

圖3 1986—2015年貴州省銅仁市3類高溫天氣環流形勢：偏南風型、大陸高壓型、588線控制型(粗實線：588線，細實線：地面等壓線)Fig.3 The three types of high temperature weather circulation situation: the south wind type, the mainland high pressure type, 588 line control in Tongren of Guizhou Province from 1986 to 2015 year(Thick solid line: 588 line, thin solid line: ground pressure line)

對于偏南風型，一般副熱帶高壓位于沿海或海上，低層700 hPa和850 hPa西南風急流較強，輻合區位于貴州省北部，地面圖上銅仁一般為熱低壓控制。如圖4a和圖4b分別為2013年5月23日08時500 hPa和地面形勢，由圖可知，副高位于沿海，銅仁為副高外圍西南氣流控制，低層(圖略)西南氣流在河套以南地區輻合，銅仁上空只是一支水汽輸送通道，水汽未輻合；地面圖上，銅仁處于熱低壓東南部，白天銅仁8個縣出現了高溫，最高氣溫達36.7 ℃，且連續2 d出現高溫。

圖4 2013年5月23日08時500 hPa(a)和地面(b)形勢Fig.4 The circulation situation for 500 hPa and ground at 08∶00 BST on on May 23 2013

對于大陸高壓型，一般是大陸副熱帶高壓增強，有時并未出現“588線”，貴州省為大陸高壓外圍東北氣流控制，而海上的西太平洋副高減弱東退，低層與中層一直為東北氣流控制，但有時850 hPa為西南氣流控制，地面則以熱低壓控制為主導，東北氣流控制的偏少，這種形勢下，高原中高層為高壓，低層為低壓，冷空氣停留在河套地區，銅仁地區容易出現高溫。如圖5為1994年7月13日一次大陸高壓型高溫形勢，銅仁大部分縣連續出現4日的高溫，最高氣溫37.7 ℃。

對于588線控制型，一般是西太平洋副高較強，副高“588線”已完全控制銅仁市或貴州省，由于副高較強，其控制地區氣流下沉絕熱增溫作用強，天氣晴朗，易出現高溫天氣。地面圖上一般為熱低壓控制，當副高減弱東退，地面有冷空氣南下時，熱低壓填塞，其邊緣易激發強對流天氣，從而導致高溫天氣結束。圖6為2003年7月14日08時500 hPa典型的副高588線控制型，在這種形勢下，銅仁市出現了連續6 d的高溫天氣，其中沿河縣最高氣溫達38.4 ℃。

5 結論

①近30 a里銅仁高溫日共出現1 258 d，約占總天數的11.5%，平均達41.9d/a，其中7—8月出現的概率最大，分別達34.6%和37.4%；持續3 d的高溫天氣過程最多，達45次，持續8～18 d的過程較少，最長持續日數達18 d；從長期變化來看，30 a來高溫日數呈現線性下降趨勢，且年際變化明顯，極端高溫呈現略微上升趨勢，遞增率為0.15 ℃/10 a，極端高溫最大值為2002年41.6 ℃。

圖5 1994年7月13日08時500hPa(a)和地面(b)環流形勢Fig.5 The circulation situation for 500hPa and ground at 08∶00 BST on Jul 13 1994

圖6 2003年7月14日08時500 hPa(a)和地面(b)環流形勢Fig.6 The circulation situation for 500 hPa and ground at 08∶00 BST on on Jul 14 2003

②近30 a沿河縣是高溫中心，達1 080 d，年均高溫日數為36 d，德江累計高溫日數最少僅349 d，年均高溫日數僅11.6 d；極端高溫出現在北部沿河縣和東部碧江區一帶，其中沿河極端最高氣溫出現在2002年，達41.6 ℃，碧江區則達40.8 ℃，銅仁市極端最高氣溫在39.3～41.6 ℃之間。

③統計銅仁市近30 a高溫日的環流形勢，可歸納為3種類型，即偏南風型、大陸高壓型和588線控制型，其中588線控制型占121次；中高層氣流下沉、西南季風偏強導致水汽輻合偏北是銅仁出現高溫的直接原因。

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