湖州地區2017年7月中下旬極端高溫過程分析

周之栩 尹浩

(湖州市氣象局,浙江 湖州 313005)

0 引 言

高溫是夏季常見的災害天氣之一,不僅影響人們的日常生活和生命財產安全,還直接影響國家能源、水資源、農業等重大經濟領域安全和社會安全。對于中國夏季高溫的研究已有很多,不論是針對夏季高溫異常個例,還是研究大范圍高溫事件的氣候變化特征,眾多學者認為,持續的高溫熱浪是在大尺度環流背景下產生的,具有影響范圍廣、持續時間長、高溫強度強等特點,其中副熱帶高壓和大陸高壓是形成華東地區高溫過程的主要和次要天氣系統,極渦強度、西風環流指數等偏弱都是引發高溫熱浪出現的有利環流形勢[1-8]。

2017年7月11—29日,受西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)控制,湖州地區遭受了盛夏期間一輪持續強勁熱浪的侵襲,連續遭受了19 d 35℃以上的高溫,其中23—25日湖州國家氣象站持續最高氣溫超過40℃,創湖州地區歷史同期的新紀錄,本輪持續極端高溫無論是在強度上,還是在持續時間或者影響范圍上,在7月份的高溫天氣中都是前所未有的,其影響尤為嚴重。本文應用國家氣象基本站實況資料和NCEP(分辨率1°×1°)再分析資料對2017年7月11—29日湖州地區持續高溫天氣的物理成因進行分析,為以后高溫預報預警工作提供參考。

1 過程概況

1.1 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。湖州市有4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2個縣(市、區)日最高氣溫達35℃及以上為一個區域高溫日;連續出現3個以上高溫日定義為一次高溫過程。

1.2 高溫實況

2017年7月11—29日,湖州地區出現了嚴重的高溫災害,高溫日達19 d,超過2013年同期的15 d,創湖州地區歷史同期的新紀錄。按市、縣(市、區)統計,高溫日最多的為湖州及長興,均為19個高溫日,最少為德清及安吉,高溫日為18 d;長興和德清均有5 d連續超過40℃,安吉連續4 d,湖州連續3 d;7月23日安吉達到最高值41℃,德清達到40.9℃,7月25日市區和長興氣溫達到最高值,分別為40.7℃、40.9℃(如圖1)。

圖1 2017年7月11—29日湖州、安吉、長興及德清逐日高溫演變圖

2 天氣形勢分析

2.1 200 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,它的進退活動與中國東部地區的旱澇關系十分密切。由于在150～200 hPa,南亞高壓的勢力達到最強[9],因此本文中選用200 hPa位勢高度場為代表,同時以200 hPa位勢高度場上1252dagpm等值線東伸脊點的經度表示南亞高壓的緯向位置。

在該次高溫天氣過程中,7月10—14日,南亞高壓均呈帶狀分布,中心位于65°E、30°N附近,呈西部型分布,其東伸脊點最東位于100°E附近,從東北到四川有一低槽維持;15日開始低槽東移北縮,南亞高壓逐漸加強,東伸脊點擴展到120°E;20日后調整為東部型,中心位于105°E、35°N附近,東伸脊點持續向東,到24日已經到達140°E附近,在此期間湖州地區連續出現40℃以上的極端高溫;27日開始南亞高壓中心明顯西退,逐漸調整為西部型,31日中心西退到70°E、30°N附近,湖州高溫緩解。

從南亞高壓演變分析可以發現,當南亞高壓呈西部型分布時,湖州地區出現的高溫強度不強,基本都在38℃左右;但當南亞高壓呈東部型分布、脊線位于30°～32°N之間、且其東伸脊點位于140°E附近時,有利于湖州地區出現40℃左右的極限高溫;南亞高壓持續穩定的東部型分布,為湖州地區出現連續極端高溫提供了有利的大尺度環流背景。

2.2 500 hPa 環流形勢

對500 hPa天氣形勢圖分析可知,2017年7月11日開始副高明顯增強西伸,華北西風槽迅速東移北縮,副高迅速北上,至12日08時副高588 dagpm主體已經北擴至山東半島,592 dagpm也已登陸浙江大部,其西脊點一直伸至106°E,湖州地區最高氣溫迅速上升,普遍達37℃以上;13日副高有所東退,西脊點回縮至112°E,14日又開始加強,同時在青海省附近大陸高壓也出現了588 dagpm環流,15日副高繼續加強西進,西脊點越過110°E,同時副高脊線也達到了27°N附近;16日副高和大陸高壓打通,592 dagpm再次控制浙江全境直到19日;但是17—19日湖州地區的最高氣溫卻出現了一定幅度的下降,普遍降到了37℃左右,經分析發現,受4號臺風“塔拉斯”逐漸靠近海南的影響,從16日后期開始至19日,850 hPa從兩廣地區有一負溫度平流經江西向浙江輸送,中心強度為-5℃×10-5s-1,該負溫度平流輸送抑制了由于副高控制導致的下沉氣流增溫作用;隨著“塔拉斯”的逐漸西進減弱,負溫度平流的降溫作用減弱,湖州地區的最高氣溫開始回升;同時由于20日后副高再次加強,脊線到達31°N,西脊點達98°E,592 dagpm完全控制了浙江、安徽、江蘇及河南地區,在592 dagpm中心的持續控制下,湖州地區氣溫再次飆升;由于21日以后江淮流域無冷空氣侵入,長江中下游地區天空狀況晴好,受強烈的晴空輻射和西南風影響,氣溫持續上升。30日后受9號臺風“納沙”及10號臺風“海棠”的共同影響,副高逐漸減弱東退,500 hPa湖州地區轉受偏東氣流影響,地面處于臺風的北部,云系逐漸增多,高溫逐漸緩解。

2.3 850 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指示作用,分析850 hPa溫度場可知,2017年7月11—16日,在850 hPa浙北地區持續受22～23℃暖氣團控制,17—19日開始受4號臺風“塔拉斯”逐漸靠近海南的影響,暖氣團氣溫下降至21～22℃,隨著“塔拉斯”逐漸西進減弱,20日開始暖氣團的氣溫回升至23～24℃,22日后期和大陸暖氣團合并,氣溫再次上升,浙北地區的氣溫達25℃,23—27日該暖氣團的氣溫始終維持在24～25℃。

綜上所述,南亞高壓持續穩定的東部型分布,500 hPa副高脊線穩定在31°N附近,受強副高中心592 dagpm的控制,中高層有輻散下沉氣流,同時850 hPa低層穩定的24～25℃暖氣團影響,再加上地面持續晴好天氣的輻射作用,致使2017年7月11—29日湖州地區連續多日出現高溫天氣;其中22—25日還出現了7月中下旬罕見的持續40℃的極端高溫天氣。

3 物理量分析

3.1 渦度場及垂直速度場分析

圖2是7月11—29日垂直速度及渦度沿120°E、31°N的時間—高度剖面圖。如圖所示,從11日開始從高空到底層開始逐漸轉為負渦度區,14—16日從250 hPa到底層都已經為負渦度區控制,其中在600 hPa附近有-10×10-5s-1的大值中心,同時配合有25×10-2Pa·s-1的下沉氣流大值中心,此時湖州地區也出現了一個最高氣溫的小高峰(普遍達到了38℃左右);16日后期至19日受4號臺風“塔拉斯”影響,從底層到600 hPa出現了明顯的正渦度上升區,同時850 hPa附近也出現了-10×10-2Pa·s-1的上升氣流大值中心,湖州地區的最高氣溫有所下降;19日后期至26日從200 hPa到近地面層重新轉為負渦度區控制,其中在23—25日200 hPa附近出現了-10×10-5s-1的大值中心,25日在700～850 hPa也有-10×10-5s-1的大值中心,同時從高層到底層配合有一致的下沉氣流,此時湖州地區出現了持續40℃的極端高溫天氣;27日后低層750 hPa以下轉為正渦度區,上升氣流重新活躍,湖州地區的高溫逐漸緩解。

(圖中黑實線表示下沉運動，黑虛線為上升運動；灰色區域為負渦度區，白色區域為正渦度區)圖2 7月11-29日垂直速度(單位：Pa·s-1)及渦度(單位：10-5s-1)沿120°E、31°N(代表湖州站)的時間-高度剖面圖

綜上分析表明，整層持續深厚的負渦度區伴隨強下沉氣流有強烈的動力下沉絕熱增溫作用,增強了非絕熱項的作用[10-11],有利于高溫天氣的形成,特別是極端高溫天氣的發生。

4 結 語

1)2017年7月中下旬湖州地區發生的持續40℃極端高溫災害,歷史罕見。受副高中心592 dagpm控制,副高脊線穩定在31°N附近,南亞高壓持續穩定的東部型分布,導致高層有輻散氣流、低層處于25℃暖氣團影響中是此輪極端高溫災害發生的大尺度環流背景。

2)當南亞高壓呈西部型分布時,湖州地區出現的高溫強度不強,基本都在38℃左右;但當南亞高壓呈東部型分布、脊線位于30°～32°N之間、且其東伸脊點位于140°E附近時,有利于湖州地區出現40℃左右的極端高溫天氣。

3)深厚的負渦度系統伴隨的整層持續下沉氣流產生的絕熱增溫和地面強烈的晴空輻射是這次高溫天氣形成的重要因素。