運(yùn)城市2017 年一次持續(xù)性強(qiáng)高溫天氣成因分析

趙 華，丁雪婧，張倩倩，周 濤，張茜茹

（1.運(yùn)城市氣象局，山西 運(yùn)城044000；2.臨猗縣氣象局，山西 運(yùn)城044100）

1 引言

在全球氣候變暖的背景下，據(jù)ⅠPCC 第四次評(píng)估報(bào)告[1]，到21 世紀(jì)末，全球平均地表氣溫可能升高1.1～6.4 ℃。中國(guó)是全球氣候變暖特征最顯著的國(guó)家之一，預(yù)計(jì)21 世紀(jì)末中國(guó)氣候還將繼續(xù)變暖[2]。高溫對(duì)人們的生活工作帶來(lái)的影響日漸增大，尤其是40 ℃以上的極端高溫事件對(duì)交通、水利、工業(yè)企業(yè)、學(xué)校等造成很大影響，同時(shí)也加劇了農(nóng)業(yè)旱情的發(fā)展，導(dǎo)致糧食減產(chǎn)，因此高溫天氣正逐漸引起人們的重視。高溫天氣是氣象科學(xué)研究的熱點(diǎn)課題之一[3-4]，2017-07中旬運(yùn)城出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)高溫天氣，利用MⅠCAPS 常規(guī)氣象觀測(cè)資料與NCEP 再分析資料，對(duì)此次持續(xù)性強(qiáng)高溫天氣的時(shí)空分布及環(huán)流特征進(jìn)行分析，以提高預(yù)報(bào)員對(duì)持續(xù)性強(qiáng)高溫預(yù)報(bào)預(yù)警的準(zhǔn)確率，同時(shí)提高對(duì)當(dāng)?shù)馗邷貫?zāi)害的防御有重要意義。

2 資料選取與高溫判定

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于NCEP 再分析資料、MⅠCAPS 高空地面實(shí)測(cè)資料、1981—2010 年及2017-07 運(yùn)城市13 個(gè)站逐日氣溫等數(shù)據(jù)。運(yùn)城全市2 站及以上日極端最高氣溫大于等于37 ℃，運(yùn)城市有1個(gè)高溫日；1站及以上日極端最高氣溫大于等于40 ℃，運(yùn)城市有1 個(gè)強(qiáng)高溫日。

3 高溫天氣實(shí)況

2017-07 運(yùn)城市氣溫較歷年顯著偏高，13 個(gè)國(guó)家站7 月平均氣溫（如圖1 所示）較歷年均值偏高2.5 ℃，各縣偏高幅度在1.2（垣曲）～3.0 ℃（平陸）之間。高溫日數(shù)達(dá)18 d，較歷年同期偏多10 d；強(qiáng)高溫日數(shù)達(dá)9 d，較歷年同期偏多5 d，日最高氣溫達(dá)41.9 ℃（07-24 出現(xiàn)在平陸）。

尤其是07-09—07-14 運(yùn)城市出現(xiàn)了一次持續(xù)性強(qiáng)高溫天氣過(guò)程，連續(xù)6 d 均有站點(diǎn)日最高氣溫大于等于40 ℃（如表1 所示），強(qiáng)高溫持續(xù)時(shí)間超過(guò)歷史極值。大于等于37 ℃高溫日數(shù)遍布全市（絳縣除外），超過(guò)5 d 的為河津、稷山、新絳、永濟(jì)4 個(gè)站，如圖2（a）所示；除垣曲、絳縣、芮城外，其余站點(diǎn)均出現(xiàn)了強(qiáng)高溫天氣，其中稷山連續(xù)6 d 日最高氣溫均超過(guò)40 ℃，如圖2（b）所示。運(yùn)城市的此次強(qiáng)高溫天氣持續(xù)時(shí)間、影響范圍及高溫強(qiáng)度實(shí)屬罕見(jiàn)。

圖1 2017-07 平均氣溫與歷年（1981—2010 年）同期對(duì)比圖

4 環(huán)流特征分析

4.1 南亞高壓特征

南亞高壓是夏季出現(xiàn)在青藏高原及鄰近地區(qū)上空的對(duì)流層上部的大型高壓系統(tǒng)，是北半球夏季100 hPa 層上最強(qiáng)大、最穩(wěn)定的控制性環(huán)流系統(tǒng)，對(duì)中國(guó)夏季大范圍旱澇分布以及亞洲天氣都有重大影響。通過(guò)對(duì)高溫期間（日最高氣溫大于等于40 ℃的時(shí)段）南亞高壓平均位置（如圖3 所示）的分析發(fā)現(xiàn)，南亞高壓中心強(qiáng)度為1 688 dagpm，橫跨伊朗高原與青藏高原，中心脊線維持在31°～35°N，較往年偏北，范圍偏大，使得冷空氣不易南下影響山西運(yùn)城。南亞高壓中心位于90°E 以西，屬于西部型，500 hPa 上，副熱帶高壓偏東偏南，副高外圍的暖濕氣流難以輸送到運(yùn)城上空，雨帶多在長(zhǎng)江流域，華北地區(qū)干旱少雨。

表1 運(yùn)城市2017-07-09—07-14 高溫與強(qiáng)高溫站點(diǎn)個(gè)數(shù)分布

圖2 2017-07-09—07-14 運(yùn)城日最高氣溫大于等于37 ℃與大于等于40 ℃各站點(diǎn)出現(xiàn)日數(shù)分布

4.2 東亞副熱帶西風(fēng)急流特征

東亞副熱帶西風(fēng)急流作為對(duì)流層中上層大氣環(huán)流的重要組成部分，對(duì)天氣和氣候有著重要的影響。運(yùn)城市出現(xiàn)持續(xù)強(qiáng)高溫天氣期間200 hPa 平均緯向風(fēng)的分布特征如圖4 所示，可以看出平均西風(fēng)急流基本呈緯向分布，急流中心位于50°～75°E，急流軸位于42°～48°N，中心值超過(guò)了40 m/s，u≥30 m/s 的范圍偏大。與往年相比，副熱帶西風(fēng)急流異常偏北偏強(qiáng)，對(duì)北方冷空氣的南下起到了阻礙作用。運(yùn)城市位于急流出口的東南側(cè)，為下沉運(yùn)動(dòng)，有明顯的下沉增溫效應(yīng)，對(duì)強(qiáng)高溫天氣的維持十分有利。

4.3 500 hPa 平均高度場(chǎng)特征

運(yùn)城市地處華北南部，在夏季，受副熱帶高壓的影響比較大。

從這次強(qiáng)高溫期間副熱帶高壓的特征（如圖5 所示）看，500 hPa 上，副熱帶高壓強(qiáng)度大、覆蓋范圍廣，控制了中國(guó)大部分地區(qū)，西太副高平均脊線位于25°N，西伸脊點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間維持在110°E，西風(fēng)帶擾動(dòng)不活躍；青藏高原地區(qū)有閉合的暖高壓中心存在，是強(qiáng)熱源，阻礙了副熱帶高壓進(jìn)一步西伸北抬，使得副熱帶高壓穩(wěn)定維持，二者共同作用，強(qiáng)大的暖高壓阻擋了北方冷空氣的南下。高溫期間運(yùn)城市位于584～588 線之間，受強(qiáng)盛的西北氣流影響，沒(méi)有明顯的水汽向運(yùn)城市輸送，天氣晴熱少雨，輻射增溫明顯，氣溫顯著升高。

圖3 07-09—07-14 南亞高壓（單位：dagpm）

圖4 07-09—07-14，200 hPa 平均緯向風(fēng)（等值線，單位：m/s）

圖5 07-09—07-14 平均高度場(chǎng)（等值線，單位：dagpm）

5 水汽輸送與垂直運(yùn)動(dòng)特征

夏季由于太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，中國(guó)北方容易出現(xiàn)晴熱天氣，高溫天氣的發(fā)生往往與長(zhǎng)時(shí)間降水偏少有密切關(guān)系。從整個(gè)強(qiáng)高溫期間的700 hPa 平均水汽通量場(chǎng)看出（如圖6 所示），水汽輸送的大值區(qū)位于長(zhǎng)江流域以南至沿海一帶，中國(guó)西部到華北地區(qū)沒(méi)有明顯的水汽由南向北輸送，導(dǎo)致該地區(qū)降水顯著偏少，以干熱為主，進(jìn)一步導(dǎo)致了強(qiáng)高溫天氣的出現(xiàn)。

圖6 2017-07-09—07-14，700 hPa 水汽通量與平均垂直速度

強(qiáng)高溫期間平均垂直速度場(chǎng)在700 hPa 上，高溫區(qū)為正值，代表下沉氣流，形成一定的下沉增溫效應(yīng)，不利于水汽凝結(jié)形成降水；散度場(chǎng)顯示，高層輻合，低層輻散，代表有強(qiáng)烈的下沉運(yùn)動(dòng)，有利于高溫天氣的出現(xiàn)。

6 地形作用

運(yùn)城盆地位于山西省的西南部，夏季盛行東南季風(fēng)，盆地地形使坡地空氣受熱上升，大量暖空氣流入谷底，使得白天氣溫較高，同時(shí)地形原因使聚熱容易，散熱慢，易比周圍地區(qū)出現(xiàn)高溫天氣。中條山位于運(yùn)城東南部，呈東北—西南走向，最高主峰舜王坪海拔高度為2 321.8 m，夏季東南季風(fēng)在翻越中條山區(qū)時(shí)，在背風(fēng)坡的鹽湖、永濟(jì)、新絳、稷山一帶形成下沉氣流，焚風(fēng)效應(yīng)使得河槽區(qū)出現(xiàn)最大高溫區(qū)。

7 結(jié)論

2017-07 運(yùn)城市出現(xiàn)的強(qiáng)高溫天氣范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，平均氣溫較歷年明顯偏高，高溫日數(shù)較歷年同期有顯著增加趨勢(shì)，均為歷史罕見(jiàn)。

強(qiáng)高溫天氣持續(xù)期間，中高緯環(huán)流起了關(guān)鍵作用。南亞高壓異常偏強(qiáng)，中心脊線維持在31°～35°N，較往年偏北，阻礙冷空氣南下；200 hPa 副熱帶西風(fēng)急流異常偏北偏強(qiáng)，高溫區(qū)位于急流出口的東南側(cè)，下沉增溫效應(yīng)明顯。

副熱帶高壓的異常是山西運(yùn)城夏季出現(xiàn)持續(xù)高溫天氣最直接的原因。運(yùn)城市在強(qiáng)高溫期間位于大陸高壓與副熱帶高壓之間，受西北氣流影響，阻礙了孟加拉灣以及沿海的水汽向運(yùn)城盆地輸送，天氣晴熱少雨，輻射增溫明顯。

強(qiáng)高溫期間高溫區(qū)無(wú)明顯的水汽來(lái)源，邊界層水汽條件差，700 hPa 平均垂直速度場(chǎng)為正值，表現(xiàn)為下沉運(yùn)動(dòng)，中低層溫度偏高。

運(yùn)城市屬盆地地形，聚熱容易，散熱慢，同時(shí)焚風(fēng)效應(yīng)對(duì)高溫天氣的形成非常有利。