阿拉山口地區(qū)高溫天氣的氣候特征及典型個(gè)例分析

孫 蕾,屈信軍,蘆阿咪,張金柱

(1.新疆自治區(qū)阿拉山口氣象局,新疆 阿拉山口 833418;2.新疆自治區(qū)博州氣象局,新疆 博樂 833400;3.河南省鶴壁市氣象局,河南 鶴壁 458030)

阿拉山口地區(qū)高溫天氣的氣候特征及典型個(gè)例分析

孫 蕾1,屈信軍2,蘆阿咪3,張金柱1

(1.新疆自治區(qū)阿拉山口氣象局,新疆 阿拉山口 833418;2.新疆自治區(qū)博州氣象局,新疆 博樂 833400;3.河南省鶴壁市氣象局,河南 鶴壁 458030)

該文對阿拉山口 1957—2009年極端最高氣溫≥35℃的高溫日和高溫天氣過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,普查近 20 a高溫災(zāi)害天氣過程環(huán)流形勢場并對 2010年 6月的一次高溫天氣過程進(jìn)行具體分析,得出:阿拉山口極端最高氣溫 44.1℃,4-9月均有高溫出現(xiàn),其中 7月出現(xiàn)高溫日最多,最長連續(xù)≥35℃高溫日數(shù)是 25 d,≥40℃的最長連續(xù)日數(shù)是 6 d,屬高溫低濕的干熱天氣,阿拉山口的高溫天氣主要與伊朗高壓東北上和西太平洋副高西伸北抬并在新疆形成穩(wěn)定的暖高壓環(huán)流有密切關(guān)系。

阿拉山口;高溫;天氣特征;成因

1 引言

阿拉山口地處阿拉套山和巴爾克魯山之間的狹長谷地中,屬中溫帶干旱的戈壁荒漠地區(qū),植被稀少,干旱少雨,阿拉山口的高溫天氣突出的特點(diǎn)是天空晴朗,大氣透光度極好、氣溫極高、相對濕度小 (在 20%以下),屬高溫低濕的干熱天氣,這種天氣易引起人中暑、偏頭痛、眩暈、抑郁、心腎絞痛等病癥[1],高溫是一種經(jīng)常出現(xiàn)的極端天氣氣候事件[2],阿拉山口是我國西部地區(qū)唯一的鐵路、公路、管道三通的國家一類口岸[3],很多工廠企業(yè)在此落戶,尤其木材加工廠最多,干熱的高溫天氣正是火災(zāi)產(chǎn)生的有利天氣條件,火災(zāi)是各種災(zāi)害中極為頻繁而危害甚烈的災(zāi)害之一[4]提前預(yù)報(bào)出高溫天氣能有效防止災(zāi)害的發(fā)生,本文通過對阿拉山口 53 a高溫天氣氣候特征及個(gè)例的分析,得出一些結(jié)論,可為今后阿拉山口高溫天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警提供依據(jù),為口岸的快速、高效、安全發(fā)展提供保障。

2 資料的選取和高溫標(biāo)準(zhǔn)

選取阿拉山口站 1957—2009年每日最高氣溫資料,日最高氣溫 T≥35℃為 1個(gè)高溫日,日最高氣溫 T≥40℃為 1個(gè)極端高溫日,以 1957—2009年 53 a平均值作為氣候平均值進(jìn)行資料的距平統(tǒng)計(jì),規(guī)定連續(xù) 3 d以上≥35℃高溫稱為一個(gè)高溫天氣過程,兩個(gè)過程之間只間隔 1 d的算是同一個(gè)過程,持續(xù) 3～5 d為一個(gè)短過程,6～9 d為中過程,10 d以上為長過程[5]。

3 高溫氣候特征

3.1 年際變化

根據(jù)阿拉山口 1957—2009年地面氣象資料統(tǒng)計(jì),53 a來阿拉山口每年都有高溫天氣出現(xiàn),出現(xiàn)的極端高溫值是 44.2℃(1965年、1968年),高溫天氣出現(xiàn)最早的時(shí)間是 1997年 4月 30日 (36.2℃),最晚出現(xiàn)在 2003年 9月 10日 (37.0℃),53 a間阿拉山口共出現(xiàn)≥35℃高溫天氣 1 708 d,其中出現(xiàn)高溫最多的年份是 1974年 54 d,最少的年份是 1957年 10 d,由圖 1可以看出≥35℃的高溫日數(shù)平均每年 32 d,進(jìn)入 20世紀(jì) 90年代以后偏少,在平均值上下波動(dòng),年際變化較大;≥40℃以上的高溫日數(shù) 119 d,從圖 2可以看出平均每年 2 d,出現(xiàn)最多的年份是1965年 11 d,沒有出現(xiàn)≥40℃高溫天氣的年份是1957—1961年,1989—1993年,另外還有 1999、2002、2003、2007、2009年 ,進(jìn)入 2000年后 ≥40 ℃的極端高溫日數(shù)明顯減少,且年際變化較大。

圖 1 阿拉山口 1957—2009年≥35℃高溫日數(shù)年際變化

3.2 年代際變化

圖 2 阿拉山口 1957—2009年≥40℃高溫日數(shù)年際變化

阿拉山口高溫天氣具有明顯的年代際變化,近53 a來阿拉山口≥35℃的高溫天氣 20世紀(jì) 60—80年代較多,進(jìn)入 90年代后高溫日數(shù)減少,高溫強(qiáng)度也減弱,線性趨勢是每 10 a增加 0.1 d(沒有通過顯著性檢驗(yàn))[8],≥40℃的極端高溫日數(shù)是 20世紀(jì) 60和 70年代較多,80年代以后逐年遞減,每 10 a減少0.3 d(顯著性水平 0.1)。

表 1 1957—2009阿拉山口高溫日數(shù)年代際變化(d)

3.3 月際變化

從圖 3可以看出阿拉山口的高溫天氣主要集中在 7月,共出現(xiàn) 719 d,平均每年 13.6 d,其次是 8月和 6月,分別是 457 d、427 d,5月和 9月的高溫天氣較少,4月只出現(xiàn)過 1 d高溫天氣。53 a來每年 6、7、8月幾乎都有高溫,只有 1999年 8月沒有高溫日,2000年 7、8月沒有高溫日。

圖 3 阿拉山口 1957—2009年各月平均高溫日數(shù)

3.4高溫天氣過程的特征

53a來阿拉山口共出現(xiàn)短過程 128次,平均每年 2.4次,中過程 69次,平均每年 1.3次,長過程 41次,平均每年 0.8 d,最長連續(xù)≥35℃高溫日達(dá) 25 d(1979年 7月 6日—8月 19日),最長連續(xù) ≥40℃高溫天數(shù)是 6 d(1968年 8月 7—12日),由圖 4可以看到 7月各種過程都出現(xiàn)最多,短過程、中過程5—9月都出現(xiàn)過,長過程只出現(xiàn)在 6—8月。

圖 4 阿拉山口 1957—2009年各月高溫天氣過程

4 高溫天氣個(gè)例分析

2010年 6月 15—20日阿拉山口地區(qū)出現(xiàn)了一次高溫天氣過程。這次高溫持續(xù) 6 d,屬于中過程,極端最高氣溫出現(xiàn)在 18日,最高氣溫 40.2℃,最小相對濕度 11%,地面最高溫度 70.9℃。

4.1 高空環(huán)流背景分析

高空環(huán)流是對流層大氣運(yùn)動(dòng)的主導(dǎo)形勢[9]。高溫天氣需要上游地區(qū)高空環(huán)流形勢穩(wěn)定,中低層有小短波將副熱帶的暖熱空氣不斷推動(dòng)到中亞地區(qū),與新疆地形脊重合,使高溫天氣得以維持和增強(qiáng)[10]。

圖 5 2010年 6月 12日—18日 100 hPa位勢高度場演變形勢圖

100 hPa位于平流層底部,由于不受下墊面大地形的影響,能夠較好的體現(xiàn)極地冷空氣和副熱帶暖熱空氣相互作用的變化規(guī)律[11]。通過對 100 hPa高度場的分析來把握天氣變化的大環(huán)流背景。從 6月 8日 08時(shí)—12日 08時(shí),在 100 hPa上,泰梅爾半島到新地島以西的東北歐地區(qū)一直維持較明顯的極渦系統(tǒng)。北非到南亞地區(qū)一直維持較明顯的高值區(qū),并在阿拉伯半島地區(qū)和印度半島上空維持 2個(gè)高值中心。由于阿拉伯半島為較強(qiáng)的中心,中亞地區(qū)時(shí)常出現(xiàn)較弱的低值區(qū)。中亞的低值系統(tǒng)前的偏南風(fēng)帶,不斷將南亞高值中心的暖熱空氣輸送到新疆西部北部,形成新疆西北部的高溫天氣,見圖5a。

從 6月 13日 08時(shí)開始,受天文因子動(dòng)力擾動(dòng)的影響,北半球?qū)α鲗哟髿忾_始進(jìn)入強(qiáng)烈的震蕩調(diào)整階段。13日 08時(shí),歐洲高壓迅速增強(qiáng)并整體東移到烏拉爾地區(qū),同時(shí)阿拉伯半島的高值中心也配合東移到中亞地區(qū)南側(cè),使原來位于烏拉山地區(qū)的低槽整體迅速東移到西西伯利亞地區(qū),到 15日 08時(shí),位于烏拉山的高壓脊和西西伯利亞的低渦槽迅速減弱東移。減弱的烏拉山高壓脊東南垮到里咸海地區(qū),與南支的阿拉伯半島高值中心同相位疊加,使南支暖熱空氣進(jìn)一步北抬東移,在中亞弱低槽的擾動(dòng)下新疆西北地區(qū)的高溫天氣開始,見圖5b。

6月 15日 08時(shí)—16日 08時(shí),阿拉伯半島的高值中心維持并繼續(xù)向東北方向擴(kuò)展,高溫天氣維持,17日 08時(shí),同樣受木星、天王星、海王星沖月和土星合月的影響,位于新地島附近的極渦系統(tǒng)突然加強(qiáng)并向里咸海地區(qū)南伸,使里咸海到中亞 17地區(qū)形成較強(qiáng)的低槽,強(qiáng)行從阿拉伯半島地區(qū)高壓區(qū)切下一個(gè)暖熱空氣團(tuán),使其沿槽前強(qiáng)勁的偏南風(fēng)帶北上到新疆地區(qū),使阿拉山口地區(qū)的最高氣溫急劇上升,與 18日達(dá)到最高值,見圖 5c、5d。

19日 08時(shí)—20日 08時(shí),受西歐低渦的引導(dǎo),位于東歐到烏拉爾山地區(qū)的深厚低槽開始減弱西退,使里咸海地區(qū)的低槽也明顯迅速減弱東北上,從新疆西北側(cè)掠過。雖然使最高氣溫有所減弱,但高溫天氣繼續(xù)維持。

4.2 主導(dǎo)系統(tǒng)和影響系統(tǒng)

按照實(shí)際的作用機(jī)制,阿拉山口地區(qū) 6月 15日—20日的高溫天氣過程的主導(dǎo)系統(tǒng)是極渦系統(tǒng),影響系統(tǒng)是以阿拉伯半島高值中心為主體的副熱帶高壓系統(tǒng)。簡單地說,就是極渦系統(tǒng)不斷在西退南下過程中,在阿拉山口地區(qū)上游地區(qū)形成低槽系統(tǒng),強(qiáng)迫切去阿拉伯半島地區(qū)的暖熱空氣東移北上,使暖熱空氣在新疆西北部維持停留,形成持續(xù)的高溫天氣過程。

圖 6 2010年 6月 9日—18日 500 hPa位勢高度場演變形勢圖

見圖 6a,9日 08時(shí) 500 hPa上新地島地區(qū)附近維持較大范圍的極渦冷空氣團(tuán),在中低緯度的西南歐、阿拉伯半島地區(qū)、南亞地區(qū)卻一直維持穩(wěn)定的高壓脊區(qū)。在副熱帶高壓帶上,里黑海地區(qū)、中亞地區(qū)、蒙古地區(qū)維持小短波槽。新疆受南支脊控制,氣溫開始明顯上升。

見圖 6b,13日 08時(shí),受日月相合天文因子的影響,歐洲高壓脊迅速加強(qiáng)并整體東移到烏拉爾山地區(qū),同時(shí)推動(dòng)?xùn)|歐的深厚低槽東移到西西伯利亞地區(qū)。東移的烏拉爾山脊隨后減弱東移南下,先與阿拉伯半島地區(qū)的副熱帶中心疊加,再受北側(cè)平直西風(fēng)急流的推動(dòng),部分正變高東移到新疆地區(qū)上空,使新疆北部地區(qū)進(jìn)入高溫天氣階段。見圖 6c。

17—19日,極渦突然加強(qiáng)并南伸,在烏拉爾山東南部形成深厚的低槽系統(tǒng),槽前強(qiáng)勁的西南急流向新疆北疆地區(qū)輸送大量的干熱空氣,使阿拉山口地區(qū)的最高氣溫達(dá)到最高。見圖 6d。

4.3 850 hPa溫度場分析

850 hPa溫度場對高溫預(yù)報(bào)很重要,在 850 hPa溫度場上從 14日起伊朗至新疆都有 20℃或 24℃的暖中心影響,18日暖中心增強(qiáng)為 28℃(圖 7)。

4.4 地面圖分析

對應(yīng)的地面圖上高溫前期阿拉山口處在寬廣的東西向暖低壓帶里,后期緩慢演變成深厚的西南—東北向暖低壓區(qū),且地面一直處在熱低壓前部的偏南氣流里。

4.5 熱力學(xué)要素分析

某一地方的溫度變化可以用熱量方程表示 (方程式略),據(jù)此得知對溫度局地變化產(chǎn)生影響主要因素有溫度平流、垂直運(yùn)動(dòng)和非絕熱因子[12]。就本次持續(xù)高溫天氣過程而言,上述三個(gè)因素都有直接影響,從 2010年 6月 15日 08時(shí)—20日 08時(shí)的地

圖 7 2010年 6月 14日和 6月 18日 850 hPa溫度形勢圖

面和高空溫度場變化可知,阿拉山口地區(qū)為一致的暖平流區(qū),而且在此期間的大氣層不穩(wěn)定,地面輻合、高空輻散的垂直上升運(yùn)動(dòng),就會引起局地氣溫上升。就非絕熱因子而言,主要從天氣現(xiàn)象和下墊面性質(zhì)兩個(gè)方面進(jìn)行分析。自 6月 15日—20日,阿拉山口一直以晴好天氣為主,風(fēng)力不大,加上太陽輻射的熱力作用,不致于熱量的失散;同時(shí),西部的暖氣團(tuán)隨暖舌將熱量不停地向本地區(qū)輸入,從而使阿拉山口地區(qū)的氣溫升高并得以維持。

5 結(jié)論

①阿拉山口高溫天氣具有明顯的年代際變化,20世紀(jì) 60—80年代高溫日數(shù)及極端高溫值都較 90年代以后偏多、偏高,高溫主要集中在 7月,最早出現(xiàn)在 4月,最晚結(jié)束在 9月。

②阿拉山口持續(xù)高溫天氣的發(fā)生與伊朗高壓東北上和西太平洋副高西伸北抬并在新疆形成穩(wěn)定的暖高壓環(huán)流有密切關(guān)系,高、中、低層為一致的暖高區(qū),并有自西南伸向本地區(qū)的暖舌存在與維持,為當(dāng)?shù)馗邷靥鞖獾某掷m(xù)提供了熱力條件。

③高溫天氣過程的主導(dǎo)系統(tǒng)一般都是強(qiáng)勢的冷空氣系統(tǒng),影響系統(tǒng)都是暖熱的南支副熱帶系統(tǒng),這一點(diǎn)與大風(fēng)、降溫、降水天氣有很大的不同。

④850 hPa溫度場上的暖中心對高溫預(yù)報(bào)很重要,當(dāng)曖中心溫度達(dá)到 28℃或以上,阿拉山口就會出現(xiàn) 40℃以上的高溫天氣。

⑤日月與太陽系行星的沖、合位置關(guān)系對高溫天氣過程的發(fā)生和維持有明顯的因果關(guān)系,但是具體的作用機(jī)制需要進(jìn)一步對比研究。

[1] 高紹風(fēng),等 .應(yīng)用氣候?qū)W[M].北京:氣象出版社,2001.

[2] 何彬芳,馮妍,戴娟,等 .合肥市近 50年最高氣溫變化特征[J].氣象科技,2008,36(6):764-767.

[3] 尤占軍 .阿拉山口騰飛的十五年[M].新疆:新疆出版社,2006.

[4] 高紹風(fēng),等 .應(yīng)用氣候?qū)W[M].北京:氣象出版社,2001.

[5] 張勁梅,鄢俊一 .東莞市高溫天氣特征及高溫預(yù)警[J].氣象科技,2008,36(6):755-759.

[6] 蔣文家,李貴瓊,池再香 .盤縣近 50a來雨凇天氣過程氣候特征分析[J].貴州氣象,2010,34(1):24-25.

[7] 姚祖超,姚曉蘭.錦屏縣 1961-2008年氣溫變化特征[J].貴州氣象,2010,34(1):13-15.

[8] 謝仁波.印江縣極端降水和極端強(qiáng)降水日數(shù)統(tǒng)計(jì)特征[J].貴州氣象,2010,34(2):15-17.

[9] 劉燕,程正泉,蔡安安,等 .2007年 7月廣東大范圍持續(xù)高溫診斷分析[J].氣象科技,2008,36(6):734-739.

[10] 劉春鳳,柳宏英,石江 .昌吉地區(qū)高溫特征分析[J].新疆氣象,2006,29(5):7-9.

[11] 汪秀清,楊雪艷,石大明,等 .數(shù)值產(chǎn)品在夏季持續(xù)高溫預(yù)報(bào)中的釋用[J].氣象科技,2004增刊:47-49.

[12] 朱乾根,林錦瑞,壽紹文,等 .天氣學(xué)原理和方法 [M].北京:氣象出版社,2007:29.

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1003-6598(2011)01-0010-05

2011-01-16

孫蕾 (1979-),女,助工,主要從事地面測報(bào)工作。