東疆地區(qū)異常持續(xù)性高溫成因分析

苗運(yùn)玲 李如琦 卓世新

摘要：利用哈密地區(qū)常規(guī)氣象觀測(cè)資料、NCEP/NCAR2.5×2.5再分析資料，診斷分析了2015 年7月14日-8月11日持續(xù)高溫天氣的環(huán)流形勢(shì)和物理量場(chǎng)，結(jié)果表明：（1）100 hPa南亞高壓中心較常年異常偏西、東伸偏強(qiáng)，持續(xù)穩(wěn)定為哈密出現(xiàn)此次持續(xù)高溫天氣提供了有利的大尺度環(huán)流背景。（2）伊朗副熱帶高壓較常年異常偏強(qiáng)、偏東偏北是這次高溫天氣形成的主要原因；（3）中低層強(qiáng)而持久的暖中心是本次高溫天氣出現(xiàn)的有利條件；（4）地面熱低壓的穩(wěn)定和維持，底層盛行偏南風(fēng)，將暖空氣不斷的向北輸送，促成高溫天氣的形成；（5）從物理量場(chǎng)上分析，對(duì)流層中下層持續(xù)的下沉氣流、濕度小、水汽輸送弱是這次高溫天氣形成的重要條件。

關(guān)鍵詞：高溫；南亞高壓；伊朗副熱帶高壓；熱低壓

引言

2015年汛期哈密地區(qū)氣候極其異常，5-6月各地降水較常年偏多，山區(qū)局地多次出現(xiàn)暴雨和大暴雨，而進(jìn)入7-8月各地又出現(xiàn)歷史上罕見的持續(xù)性高溫天氣。這次高溫天氣持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣，不僅引起大面積土地干旱，也給人們用水、用電和日常生活帶來了極大的不便。

近百年來，全球正經(jīng)歷著氣候變暖的趨勢(shì)[1-4]，氣候變暖將導(dǎo)致天氣和氣候極端事件的出現(xiàn)頻率不斷發(fā)生變化。近年來我國高溫天氣呈增加趨勢(shì)，極端高溫逐年增多，危害日趨嚴(yán)重。高溫天氣作為一種災(zāi)害性天氣，越來越引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視。許多學(xué)者從大氣環(huán)流背景、氣候?qū)W或統(tǒng)計(jì)學(xué)角度等進(jìn)行了深入研究與分析，取得了豐碩的成果[5-7]。其中最重要的結(jié)論是我國夏季異常高溫與副熱帶高壓持續(xù)穩(wěn)定有緊密關(guān)系。高榮[8]等對(duì)1956-2006年中國高溫日數(shù)的變化趨勢(shì)做了研究，發(fā)現(xiàn)緯度較低的華南地區(qū)在20世紀(jì)70年代中期高溫日數(shù)呈增加趨勢(shì)；而長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫日數(shù)則是在80年代初開始增加；華北地區(qū)則是在80年代末開始增加的。李景林[9]等對(duì)新疆93個(gè)站點(diǎn)近50 a氣溫進(jìn)行時(shí)空分析，指出四季及年平均氣溫均呈顯著的上升趨勢(shì)，并且具有明顯的區(qū)域性差異。

哈密地處亞歐大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，是典型的溫帶大陸性干旱氣候，高溫天氣是哈密地區(qū)夏季主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，年年都會(huì)發(fā)生，只是影響程度不同。本文著重對(duì)2015年7月14日-8月11日異常持續(xù)高溫現(xiàn)象進(jìn)行細(xì)致全面的分析，對(duì)其形成原因進(jìn)行深入探討，給出造成此次高溫天氣的可能原因，以期待利用這次典型事例得到更多的信息和線索，為以后的高溫預(yù)報(bào)工作提供更多參考。

1 、資料與實(shí)況

所用資料為哈密地區(qū)6個(gè)國家氣象站2015年7月14日-8月11日逐日最高氣溫、降水資料和NCEP/NCAR2.5×2.5再分析資料。2015年哈密地區(qū)高溫日數(shù)達(dá)52 d，第一個(gè)高溫日出現(xiàn)在6月13日，最晚出現(xiàn)在8月29日，5月、9月沒有出現(xiàn)高溫天氣，高溫集中出現(xiàn)在7-8月，其中7月高溫日數(shù)是近55 a最多的一年（圖略），達(dá)到24 d，占全年高溫日數(shù)46.2%，而8月的高溫日數(shù)也居近55 a的第二位（2002年為25 d），達(dá)21 d，占全年高溫日數(shù)40.4%。各站7-8月月平均氣溫26.8～31.4 ℃，比歷史同期值偏高1.7～3.4 ℃。雖然此次高溫天氣過程中各站日最高氣溫沒有突破歷史極值，但卻是哈密地區(qū)2015年入夏以來高溫日數(shù)最多，持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、影響范圍最廣的一次高溫天氣過程，也是近55 a夏季以來最嚴(yán)重、最為罕見的一次持續(xù)性高溫天氣，表現(xiàn)出明顯的異常特征。

2 、2015年持續(xù)性高溫成因分析

2.1 高空形勢(shì)分析。持續(xù)高溫天氣的出現(xiàn)與大尺度天氣系統(tǒng)活動(dòng)異常有關(guān)，尤其是與大陸暖高壓或副熱帶高壓以及中緯度冷空氣活動(dòng)有密切關(guān)系[10]。此次異常高溫不僅與100 hPa南亞高壓的位置有關(guān)，而且與500 hPa副熱帶高壓有關(guān)。

2.1.1 100hPa南亞高壓分析。南亞高壓是夏季出現(xiàn)在青藏高原及領(lǐng)近地區(qū)上空的對(duì)流層上部的大型暖性高壓系統(tǒng)，是北半球夏季100hPa層上最強(qiáng)大、最穩(wěn)定的控制性環(huán)流系統(tǒng)，對(duì)夏季我國大范圍旱澇分布以及亞洲天氣都有重大的影響[11]。當(dāng)強(qiáng)大的南亞高壓控制高原地區(qū)（包括新疆），新疆一般表現(xiàn)為高溫少雨的天氣[12]。

分析此次持續(xù)性高溫期間100 hPa南亞高壓演變情況（圖1），選用100 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)上1684 gpm等值線東伸脊點(diǎn)表示南亞高壓的緯向位置。從平均高度場(chǎng)可以看出南亞高壓中心位于35°N ，比常年偏北5個(gè)緯度，中心強(qiáng)度增至1688 gpm，比常年偏強(qiáng)4 gpm。 7月上旬，南亞高壓為西部型，脊線位于35°N附近，東伸脊點(diǎn)最東位于60°E，相對(duì)新疆位置較為偏西，哈密受副熱帶大槽控制，未出現(xiàn)持續(xù)性高溫天氣。7月中旬開始，南亞高壓東伸北抬，脊線位于44°N附近，中心位于85°E以西， 東伸脊點(diǎn)最東位于93°E，南亞高壓控制新疆，哈密等地開始出現(xiàn)持續(xù)性高溫天氣。7月底南亞高壓中心東西振動(dòng)，調(diào)整為帶狀型，其東伸脊點(diǎn)繼續(xù)東伸至100°E附近，但仍控制新疆大部。8月中旬副熱帶大槽南壓，新疆受西風(fēng)急流控制，促使南亞高壓東移南調(diào)，逐步轉(zhuǎn)為東部型，脊線南調(diào)至30°N附近，中心位于90°E附近，哈密持續(xù)性高溫天氣基本結(jié)束。

從南亞高壓演變分析可以發(fā)現(xiàn)，7月中旬到8月上旬持續(xù)穩(wěn)定的南亞高壓的出現(xiàn)為哈密出現(xiàn)連續(xù)29 d高溫天氣提供了有力的大尺度環(huán)流背景。當(dāng)南亞高壓呈西部型分布，脊線位于35°N～44°N之間，東伸脊點(diǎn)位于90°E附近時(shí)，有利于哈密高溫的出現(xiàn)，當(dāng)形勢(shì)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定則會(huì)造成哈密出現(xiàn)持續(xù)性高溫天氣。

2.1.2 500 hPa高度場(chǎng)分析。當(dāng)副熱帶高壓長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定控制某一地區(qū)時(shí)，往往會(huì)造成該地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間的高溫與干旱。伊朗副熱帶高壓是夏季影響新疆高溫天氣的主要力量，屬于典型的暖性高壓天氣系統(tǒng)，當(dāng)伊朗副高（以下簡(jiǎn)稱伊朗副高）隨著大氣環(huán)流逐漸北上到達(dá)新疆，開始影響新疆天氣，意味著新疆高溫天氣的來臨。

從500 hPa平均高度場(chǎng)可知（圖略），在歐亞范圍內(nèi)環(huán)流形勢(shì)是兩脊一槽型，東歐、新疆受高壓脊控制，由于伊朗副高東伸北挺與新疆脊打通，形成強(qiáng)盛的新疆脊，其強(qiáng)度強(qiáng)于東歐脊，使位于烏拉爾山至里、咸海的低值系統(tǒng)移動(dòng)十分緩慢，其脊頂可伸到70°N附近（脊線在70°～115°E范圍之間），且有溫度脊相配合，584 gpm北伸至45°N 附近，北挺的位置偏北，較常年偏北5°N，中心強(qiáng)度達(dá)到588 gpm，較常年偏強(qiáng)4 gpm。7月下旬開始新疆脊繼續(xù)加強(qiáng)北抬，588 gpm到達(dá)52°N，并形成閉合單體控制新疆，甚至在南疆形成592 gpm的閉合中心，哈密處于592 gpm控制之下，哈密出現(xiàn)40℃以上持續(xù)高溫。8月中旬，西伯利亞低槽南落至中天山，冷平流侵入，哈密持續(xù)高溫結(jié)束。因此，7月中旬至8月上旬冷空氣活動(dòng)比較偏北，有利于伊朗副高東伸北抬與新疆脊打通，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定控制新疆，并且強(qiáng)度較常年偏強(qiáng)，位置偏北偏東，是導(dǎo)致這次持續(xù)高溫天氣出現(xiàn)的主要原因。

2.1.3 850溫度場(chǎng)分析。北方冷空氣的南下不僅是夏季降水的重要激發(fā)條件，而且在很大程度上影響副高的南北振動(dòng)。850 hPa溫度場(chǎng)的變化是進(jìn)行氣溫預(yù)報(bào)的一個(gè)重要參考依據(jù)。對(duì)持續(xù)高溫期間850 hPa平均溫度場(chǎng)進(jìn)行分析（圖2），7月中旬開始暖脊逐漸控制新疆，24℃線北伸至50°N附近，32 ℃線形成閉合暖中心控制南疆，哈密處于28 ℃區(qū)域覆蓋，出現(xiàn)≥35 ℃高溫。7月下旬開始28 ℃線繼續(xù)北挺至50°N，32 ℃線達(dá)到北疆沿天山一帶，哈密南部處于32 ℃區(qū)域覆蓋之下出現(xiàn)≥40 ℃高溫。8月中旬受高層較強(qiáng)冷空氣影響，暖中心明顯東移至河套地區(qū)，哈密受冷槽控制，各地出現(xiàn)降水天氣，高溫天氣結(jié)束。

2.1.4 地面形勢(shì)分析。此次持續(xù)高溫天氣過程中，有熱低壓系統(tǒng)盤踞在南疆，且穩(wěn)定少動(dòng)，哈密處于該熱低壓的前沿或熱低壓的控制之下（圖略），同時(shí)對(duì)應(yīng)高空有較強(qiáng)的暖平流，對(duì)流層底層盛行偏南風(fēng)，將暖空氣不斷的向北輸送；從實(shí)況場(chǎng)分析，哈密地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間處于晴空少云區(qū)，最小相對(duì)濕度<15%，甚至達(dá)到5%，空氣中水汽含量少，非常干燥，這種低壓和低濕有利于局地輻射增溫；與之相對(duì)應(yīng)時(shí)段，從850～100 hPa高空哈密受深厚的暖高壓控制，輻散下沉氣流強(qiáng)盛，有利于哈密地區(qū)高溫天氣形成。

2.2 物理量場(chǎng)分析

2.2.1 垂直速度分析。垂直運(yùn)動(dòng)對(duì)局地溫度變化的影響，其作用大小主要與垂直運(yùn)動(dòng)的方向、強(qiáng)度以及大氣穩(wěn)定度有關(guān)。同時(shí)垂直速度與平均雨量有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即上升氣流容易產(chǎn)生降水，而盛行下沉氣流時(shí)則不易降水，當(dāng)大氣層結(jié)穩(wěn)定時(shí)，有利于引起局地增溫[13]。分析哈密地區(qū)從7月14日—8月11日平均850 hPa的垂直速度場(chǎng)（圖3），在伊朗副高的影響下南疆以及東疆地區(qū)處于下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)，下沉運(yùn)動(dòng)中心位于南疆，哈密處于下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)，因而這個(gè)時(shí)段哈密地區(qū)是少雨的。沿93.52°E做垂直速度剖面圖可知（圖略），哈密在對(duì)流層中下層為下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)，有利于出現(xiàn)高溫天氣。

2.2.2 水汽條件分析。大氣中水汽的含量也是影響溫度的重要因素之一，而水汽主要集中在對(duì)流層的下部，即500 hPa（或400 hPa）以下。沿93.52°E做相對(duì)濕度垂直剖面圖可知（圖略），除了7月下旬受西伯利亞大槽的東移南調(diào)的影響哈密市700—850 hPa相對(duì)濕度超過30%，其它時(shí)間都低于30%，說明對(duì)流層中低層空氣中的含水量很小，極為干燥。從水汽通量散度演變可知（圖略），從南到北水汽輸送十分弱，由于缺少水汽的輸送，濕度條件差，不利于降水的出現(xiàn)。

3 、地形對(duì)高溫的影響

盧愛剛[14]等指出地形對(duì)夏季氣溫區(qū)域分布的影響是非常明顯的，但是氣溫的區(qū)域分布是受海拔引起的氣溫垂直差異的控制，盆地形成高溫中心，而在高山高原形成低溫中心。哈密盆地呈北高南低、由東北向西南傾斜，東部、西部和南部多丘陵、戈壁，極易吸收太陽輻射，促使地面的輻射增溫明顯，加之近年來工礦業(yè)和城市建筑不斷增多，“城市熱島效應(yīng)”明顯，有由于持續(xù)高溫期間空氣濕度小，天氣干燥，極易出現(xiàn)≥35 ℃高溫天氣。

4、 結(jié)論

（1）2015年7月14日-8月11日持續(xù)高溫雖然各站日最高氣溫沒有突破歷史極值，但卻是2015年入夏以來高溫日數(shù)最多，持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、影響范圍最廣的一次高溫天氣過程，異常特征明顯。（2）7月中旬到8月上旬持續(xù)穩(wěn)定的南亞高壓出現(xiàn)為哈密出現(xiàn)連續(xù)29 d高溫天氣提供了有力的大尺度環(huán)流背景。當(dāng)南亞高壓呈西部型分布，脊線位于35°N～44°N之間，東伸脊點(diǎn)位于90°E附近時(shí)，有利于哈密高溫的出現(xiàn)，當(dāng)形勢(shì)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定則會(huì)造成哈密出現(xiàn)持續(xù)性高溫天氣。（3）伊朗副高持續(xù)穩(wěn)定是這次高溫形成的主要原因，而位置偏北、偏東且偏強(qiáng)是產(chǎn)生高溫天氣的直接原因，中低層強(qiáng)而持久的暖中心的配合為持續(xù)高溫提供有利的條件。（4）地面熱低壓盤踞南疆，且穩(wěn)定少動(dòng)，配合水汽含量少，空氣干燥，低壓和低濕有利于局地輻射增溫，易形成高溫天氣。（5）持續(xù)高溫期間物理量場(chǎng)分析： 對(duì)流層中下層持續(xù)的下沉氣流、濕度小、水汽輸送弱是這次高溫天氣形成的重要條件。（6）哈密盆地特殊的地形地貌，對(duì)高溫的形成起到增幅作用。

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作者簡(jiǎn)介：苗運(yùn)玲（1976-），女，工程師，本科，研究方向?yàn)闉?zāi)害性天氣研究。