永興島夏半年氣溫變化特征及其環流背景分析①

邢旭煌 黃海靜

(海南省氣象服務中心 海南海口570203)

由于區域性和階段性的氣候變暖，伴隨而來的極端事件也不斷增加，人類生活生產環境面臨巨大挑戰與風險。氣溫直接關系到人體健康和能源危機，可能導致電網運行負荷增加［1-2］。

20世紀90年代以前，中國氣候變暖主要位于長江以北地區［3］；90年代以后，長江流域出現明顯的增溫趨勢［4］。中國夏季（3～5月）氣溫還有全國一致型、三極子型和南北型3種模態［5-6］。華南地區為增溫趨勢［7］，在1997年左右存在突變［8］。

夏季（3～5月）中國季風區有6個氣候空間類型，中國東部夏季氣溫分布在EL Ni?o次年與500 hPa西太副高的強度和范圍有關［9-10］。東北夏季氣溫與鄂霍次克海和北太平洋中部海平面氣壓場偶極子關系密切［11］。湖北夏季氣溫與副高和南亞高壓脊線位置有關［9］。長江三角洲的氣溫變暖與城市化過程有關［12］。海口市近年氣溫上升明顯［13］，南海海域可能是影響海南省夏季氣溫年際變化的關鍵區［14］。

研究位于南海中北部的永興島氣溫變化及其影響因子，對海南島夏季氣溫的年際變化有一定的指示意義。從西北太平洋夏季風經過的地理位置看，永興島相對于海南島能相對較早遭遇西北太平洋夏季風系統。本文從永興島氣溫特征分析入手，解釋其對應的環流異常，以對海南島的夏季氣溫提供相應參考。

1 材料與方法

1.1 材料

采用永興島國家氣象觀測站地面逐月平均氣溫、NECP/NCAR再分析u、v風場、omega風場逐月資料。

1.2 方法

利用標準化和MK檢驗的計算方法，分析永興島夏半年氣溫的變化特征，對標準化結果篩選對應風場資料進行合成分析。

2 結果與分析

2.1 永興島夏半年氣溫特征分析

根據永興島1975～2018年地面逐月平均氣溫數據計算歷年各月平均氣溫，圖1中紅色折現為歷年各月月平均氣溫，紅色直線為其平均值；藍色折現為各月歷年同期序列的標準差，藍色直線為其平均值。據圖1可以看到，4～10月平均氣溫都在年平均值之上，但其標準差僅4～9月在平均值之下，所研究的月氣溫標準差能反映該月氣溫的變率是否穩定，標準差越大說明該月氣溫變率越大，反之氣溫變率越小。因此，選取氣溫較年均值高且變率較為穩定的4～9月作為研究時段，定義為永興島夏半年。

圖1 1975～2018年各月歷史平均氣溫及其標準差

根據永興島歷年4～9月平均氣溫可以發現，最高為29.6℃，出現在2016年；最低為28.1℃，出現在1985年。對永興島歷年4～9月平均氣溫進行MK檢驗可以發現，在2003年左右，存在顯著突變，這種突變可能與氣候變化有一定關系。對永興島歷年4～9月平均氣溫進行數學標準化處理，為方便合成分析研究，保留較多的個例，采取±0.4個標準差為界，可以看到氣溫偏低年分別為1976、1982、1984、1985、1989、1996年；氣溫偏高年分別為 1998、2010、2014、2015、2016、2017 年。整體來看，偏低年分布于所選年份前期，偏高年分布于所選年份后期。見圖2。

2.2 永興島夏半年氣溫的環流異常

采用氣溫偏低年和氣溫偏高年200、500、850 hPa風場和氣壓高度場進行合成分析，可以看到，氣溫偏低年200 hPa風場上（圖3-a），在中國西南部和中南半島地區有一反氣旋異常存在，15°N附近太平洋西部地區有一反氣旋異常存在，南海區域為異常偏東氣流，蒙古地區、日本海區域有明顯的氣壓高度場負距平；而在氣溫偏高年200 hPa風場上（圖3-b），15°N附近太平洋西部地區有一氣旋異常存在，南海區域為異常偏西氣流，蒙古地區、日本海區域有明顯的氣壓高度場正距平。氣溫偏低年500 hPa風場上（圖3-d），在印度半島和云南地區有一反氣旋存在，10°N附近太平洋西部地區有一氣旋異常存在，15°N以南南海區域為異常偏西偏北氣流，蒙古地區、日本東部區域有明顯的氣壓高度場負距平；而在氣溫偏高年500 hPa風場上（圖3-e），15°N附近太平洋西部地區有一反氣旋異常存在，15°N以南南海區域為異常偏東氣流，蒙古地區、太平洋西部海域有明顯的氣壓高度場正距平。氣溫偏低年850 hPa風場上（圖3-g），在西藏地區有一氣旋異常存在，20°N附近太平洋西部地區有一氣旋異常存在，并伴有氣壓高度場負距平，15°N以北南海區域為異常偏東偏北氣流、以南為異常偏西偏北氣流，日本區域有明顯的氣壓高度場正距平；而在氣溫偏高年850 hPa風場上（圖3-h），在西藏地區有一反氣旋異常存在，20°N附近太平洋西部地區有一反氣旋異常存在，并伴有氣壓高度場正距平，15°N以北南海區域為異常偏西偏南氣流、以南為異常偏東偏南氣流，蒙古地區有明顯的氣壓高度場正距平。

圖2 永興島歷年4～9月平均氣溫、MK檢驗及平均氣溫標準化結果

圖3 永興島夏半年氣溫偏低年、偏高年、正常年200 hPa（a、b、c）、500 hPa（d、e、f）、850 hPa（g、h、i）風場和氣壓高度場合成圖

采用氣溫偏低年和氣溫偏高年沿15°N的緯圈垂直風場進行合成分析，可以看到，從1 000～200 hPa，氣溫偏低年，110°E～125°E為上升運動；氣溫偏高年，110°E～125°E為下沉運動。這樣的垂直環流場分別與氣溫偏低年的氣壓高度場負距平和氣溫偏高年的氣壓高度場正距平一一對應，永興島地區4～9月氣溫偏低和偏高年分別受偏低氣壓高度場和偏高氣壓高度場影響，對應于環流場的氣旋式異常和反氣旋式異常。見圖4。

3 結論

采用永興島1975～2018年逐月平均氣溫資料，根據各月氣溫特征分析定義出永興島夏半年為4～9月。并對永興島夏半年氣溫異常進行環流場分析，結果發現：（1）氣溫偏低（高）年，200 hPa風場上，15°N附近太平洋西部地區有一反氣旋（氣旋）異常存在，南海區域為異常偏東（偏西）氣流；（2）氣溫偏低（高）年，500 hPa風場上，10°N附近太平洋西部地區有一氣旋（反氣旋）異常存在，15°N以南南海區域為異常偏西偏北（偏東）氣流；（3）氣溫偏低（高）年，850 hPa風場上，20°N附近太平洋西部地區有一氣旋（反氣旋）異常存在，并伴有氣壓高度場負距平（正距平），15°N以北南海區域為異常偏東偏北（偏西偏南）氣流、以南為異常偏西偏北（偏東偏南）氣流；（4）氣溫偏低（高）年，1 000～200 hPa垂直風場中，氣溫偏低（偏高）年，110°E～125°E為上升（下沉）運動。

圖4 永興島夏半年氣溫偏低年（a）、偏高年（b）和正常年（c）垂直風場合成圖

本文研究一定程度上反映了年代際特征，與全球大尺度環流系統有較大關系，說明永興島的氣溫變化不是一個獨立事件，可能與全球性的氣溫變化有較大聯系，南海地區大氣活動受全球大氣活動影響，值得進一步研究分析。