銅仁市高溫天氣時空特征及大氣環(huán)流型分析

李小蘭，陳 軍，鄧 岑，滕 林，喻義軍

(1.貴州省玉屏縣氣象局，貴州 玉屏 554000；2.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300；3. 貴州省劍河縣氣象局，貴州 劍河 556400；4. 貴州省印江縣氣象局，貴州 印江 555200)

1 引言

隨著經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，全球變暖已為不可否認(rèn)的事實。IPCC第五次評估報告[1]指出氣候變化比原來更嚴(yán)峻，而且有95%以上的把握認(rèn)為氣候變化是人類的行為造成的。全球氣候的日益變暖趨勢，最終結(jié)果是加劇了極端天氣的頻繁發(fā)生，如高溫?zé)崂恕⒏珊?、暴雨洪澇等。目前國?nèi)已有不少學(xué)者對高溫氣象災(zāi)害問題從高溫氣候統(tǒng)計、風(fēng)險區(qū)劃、影響評估等方面進行了研究[2-6]。張波等[7]研究了貴州省近50 a高溫時空分布特征，指出貴州省年高溫日數(shù)為7.3 d，銅仁市較多站點的高溫日數(shù)呈上升趨勢；常軍等[8]利用正交函數(shù)分析了河南省夏季≥35 ℃的高溫日數(shù)時空特征；胡峰等[9]利用山東省50 a的高溫氣象資料分析了高溫氣象災(zāi)害的變化趨勢和風(fēng)險特征；張書娟等[10]利用ArcGIS對華東地區(qū)高溫災(zāi)害氣象風(fēng)險進行了區(qū)劃，得出當(dāng)高溫天氣持續(xù)一定時間時易引發(fā)干旱天氣的發(fā)生。楊群等[11]對2009年銅仁市高溫干旱特征進行診斷分析，指出西太平洋副熱帶高壓較常年異常偏強、偏西和南亞高壓中心偏西、東伸偏強，是銅仁地區(qū)高溫干旱發(fā)生的主要原因；陳軍等[12]統(tǒng)計分析了貴州旱澇變化特征。

銅仁市位于貴州高原東北側(cè)，平均海拔800 m左右，山地起伏大，天氣復(fù)雜多變，目前對銅仁高溫天氣過程的研究較少。對此，筆者在眾多研究基礎(chǔ)上，通過統(tǒng)計大量的高溫天氣過程，研究高溫的時空特征，從大氣環(huán)流、水汽輸送等方面分析高溫天氣的形成機理，并建立典型天氣模型，為當(dāng)?shù)馗邷貧庀鬄?zāi)害風(fēng)險區(qū)劃及預(yù)報提供一定的科學(xué)依據(jù)。

2 資料與方法

文中采用的資料為1986—2015年的MICAPS實況資料、1986—2015年銅仁市10個縣(區(qū))逐日氣溫資料。

利用線性趨勢分析、統(tǒng)計分析等方法研究了銅仁市高溫天氣的時空分布特征，分析歸納了高溫天氣環(huán)流形勢。并定義：1個及以上測站日最高氣溫≥35 ℃為一個高溫日；4個及以上測站同時出現(xiàn)高溫的過程，為一次高溫天氣過程。

3 高溫天氣時空特征分析

3.1 高溫日數(shù)時間變化特征

統(tǒng)計了銅仁市1986—2015年高溫日數(shù)的月分布情況(表1)，結(jié)果可知，近30 a里貴州銅仁高溫日共出現(xiàn)1 258 d，約占總天數(shù)的11.5%，平均達41.9d/a；高溫天氣主要出現(xiàn)在4—9月，3月和10月分別出現(xiàn)了2 d，其中7—8月出現(xiàn)的概率最大，分別達34.6%和37.4%。

圖1a為高溫天氣過程的持續(xù)時間分布，由圖可知，持續(xù)3 d的高溫天氣過程最多，達45次，持續(xù)8～18 d的過程較少，最長持續(xù)日數(shù)達18 d。另外，從高溫總?cè)諗?shù)的逐年分布情況來看(圖1b)，2009年的高溫日數(shù)最多，達116 d，這與2009年出現(xiàn)嚴(yán)重干旱事件對應(yīng)，其次是1988年，達110 d；最少年份是1998年，僅20 d。從長期變化來看，近30 a來高溫日數(shù)呈現(xiàn)線性下降趨勢，且年際變化明顯。從極端高溫逐年變化來看(圖1c)，近30 a銅仁市的極端高溫呈現(xiàn)略微上升趨勢，遞增率為0.15 ℃/10 a，極端高溫最大值為2002年41.6 ℃。

表1 1986—2015年貴州省銅仁市高溫日數(shù)統(tǒng)計Tab.1 The statistics on high temperature days in in Tongren of Guizhou Province from 1986 to 2015 year

3.2 高溫日數(shù)空間分布特征

圖2a為銅仁市各縣(區(qū))近30 a的高溫累計日數(shù)分布，從圖可知，銅仁各縣(區(qū))高溫累計日數(shù)有一個極值中心，位于北部沿河縣，達1 080 d，年均高溫日數(shù)為36d，德江累計高溫日數(shù)最少僅349d，年均高溫日數(shù)僅11.6d；另外，從各縣(區(qū))極端高溫空間分布圖(圖2b)來看，極端高溫出現(xiàn)在北部沿河縣和東部碧江區(qū)一帶，其中沿河極端最高氣溫出現(xiàn)在2002年，達41.6 ℃，碧江區(qū)則達40.8 ℃，銅仁市極端最高氣溫在39.3～41.6 ℃之間。

4 大氣環(huán)流特征分析

高溫天氣的出現(xiàn)不僅與地形地貌、海拔高度等因素相關(guān)，還與大氣環(huán)流息息相關(guān)。統(tǒng)計1986—2015年貴州省銅仁市出現(xiàn)高溫日的天氣形勢，根據(jù)中層500hPa環(huán)流的不同可歸納為3類(表2)：即偏南風(fēng)型、大陸高壓型、588線控制型。

圖1 1986—2015年貴州省銅仁市高溫持續(xù)時間與過程次數(shù)的關(guān)系(a)、高溫日數(shù)(b)及極端高溫隨時間的變化(c)Fig.1 The relationship between the duration of high temperature and the number of processes, the number of hot days and the change of extreme high temperature over time in in Tongren of Guizhou Province from 1986 to 2015 year

當(dāng)出現(xiàn)偏南風(fēng)型時(圖3a)，中層500 hPa大氣環(huán)流是西南風(fēng)或南風(fēng)控制，此時西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)位于沿海大陸或海上，西南地區(qū)存在熱低壓系統(tǒng)，貴州受熱低壓系統(tǒng)影響，銅仁處于熱低壓東部，在這種天氣形勢下，銅仁出現(xiàn)高溫天氣，此類高溫天氣過程出現(xiàn)29次，占14%。大陸高壓型(圖3b)是由于高空槽后帶來冷空氣影響或者大陸副高較強，588線控制了貴州省，其地面為對應(yīng)的高壓外圍或熱低壓南部邊緣，盡管高層為西北氣流控制，但低層冷空氣并不能到達貴州一帶，貴州一帶仍然是低壓系統(tǒng)控制，此類高溫天氣過程出現(xiàn)了54次，占30%。副高588線控制型(圖3c)是較為常見的高溫天氣形勢，由于副高控制區(qū)為下沉氣流，天氣晴好易出現(xiàn)高溫，其地面為副高的外圍環(huán)流，由于副高較強，地面熱低壓中心已移至四川—青海一帶，銅仁處于熱低壓的東南部邊緣。有時熱帶臺風(fēng)系統(tǒng)登錄沿海時，副高588線控制銅仁市，地面對應(yīng)為臺風(fēng)外圍西北側(cè)的東北風(fēng)氣流控制，銅仁也會出現(xiàn)高溫，當(dāng)副高逐漸東退，臺風(fēng)逐漸西進時，高溫天氣結(jié)束。此類天氣形勢是形成銅仁高溫天氣的主要形勢，共出現(xiàn)了121次，占3種類型的60%。分析3種類型發(fā)現(xiàn)，地面上均有熱低壓出現(xiàn)，且位置偏北，熱低壓東南側(cè)即為西南風(fēng)，當(dāng)熱低壓位置偏北時，西南風(fēng)的輻合整體偏北，因此水汽輸送偏北，另外，中高層為高壓控制，氣流下沉運動不易出現(xiàn)降水，因此導(dǎo)致銅仁出現(xiàn)高溫少雨天氣。

表2 1986—2015年貴州省銅仁市高溫天氣環(huán)流形勢分類Tab.2 The classification of high temperature weather circulation in Tongren of Guizhou Province from 1986 to 2015 year

圖2 1986—2015年貴州省銅仁市高溫日數(shù)(a)和各縣極端高溫(40 ℃+)(b)空間分布Fig.2 The digital distribution of extreme high temperature (40 ℃+) and the number of hot days in in Tongren of Guizhou Province from 1986 to 2015 year

圖3 1986—2015年貴州省銅仁市3類高溫天氣環(huán)流形勢：偏南風(fēng)型、大陸高壓型、588線控制型(粗實線：588線，細(xì)實線：地面等壓線)Fig.3 The three types of high temperature weather circulation situation: the south wind type, the mainland high pressure type, 588 line control in Tongren of Guizhou Province from 1986 to 2015 year(Thick solid line: 588 line, thin solid line: ground pressure line)

對于偏南風(fēng)型，一般副熱帶高壓位于沿海或海上，低層700 hPa和850 hPa西南風(fēng)急流較強，輻合區(qū)位于貴州省北部，地面圖上銅仁一般為熱低壓控制。如圖4a和圖4b分別為2013年5月23日08時500 hPa和地面形勢，由圖可知，副高位于沿海，銅仁為副高外圍西南氣流控制，低層(圖略)西南氣流在河套以南地區(qū)輻合，銅仁上空只是一支水汽輸送通道，水汽未輻合；地面圖上，銅仁處于熱低壓東南部，白天銅仁8個縣出現(xiàn)了高溫，最高氣溫達36.7 ℃，且連續(xù)2 d出現(xiàn)高溫。

圖4 2013年5月23日08時500 hPa(a)和地面(b)形勢Fig.4 The circulation situation for 500 hPa and ground at 08∶00 BST on on May 23 2013

對于大陸高壓型，一般是大陸副熱帶高壓增強，有時并未出現(xiàn)“588線”，貴州省為大陸高壓外圍東北氣流控制，而海上的西太平洋副高減弱東退，低層與中層一直為東北氣流控制，但有時850 hPa為西南氣流控制，地面則以熱低壓控制為主導(dǎo)，東北氣流控制的偏少，這種形勢下，高原中高層為高壓，低層為低壓，冷空氣停留在河套地區(qū)，銅仁地區(qū)容易出現(xiàn)高溫。如圖5為1994年7月13日一次大陸高壓型高溫形勢，銅仁大部分縣連續(xù)出現(xiàn)4日的高溫，最高氣溫37.7 ℃。

對于588線控制型，一般是西太平洋副高較強，副高“588線”已完全控制銅仁市或貴州省，由于副高較強，其控制地區(qū)氣流下沉絕熱增溫作用強，天氣晴朗，易出現(xiàn)高溫天氣。地面圖上一般為熱低壓控制，當(dāng)副高減弱東退，地面有冷空氣南下時，熱低壓填塞，其邊緣易激發(fā)強對流天氣，從而導(dǎo)致高溫天氣結(jié)束。圖6為2003年7月14日08時500 hPa典型的副高588線控制型，在這種形勢下，銅仁市出現(xiàn)了連續(xù)6 d的高溫天氣，其中沿河縣最高氣溫達38.4 ℃。

5 結(jié)論

①近30 a里銅仁高溫日共出現(xiàn)1 258 d，約占總天數(shù)的11.5%，平均達41.9d/a，其中7—8月出現(xiàn)的概率最大，分別達34.6%和37.4%；持續(xù)3 d的高溫天氣過程最多，達45次，持續(xù)8～18 d的過程較少，最長持續(xù)日數(shù)達18 d；從長期變化來看，30 a來高溫日數(shù)呈現(xiàn)線性下降趨勢，且年際變化明顯，極端高溫呈現(xiàn)略微上升趨勢，遞增率為0.15 ℃/10 a，極端高溫最大值為2002年41.6 ℃。

圖5 1994年7月13日08時500hPa(a)和地面(b)環(huán)流形勢Fig.5 The circulation situation for 500hPa and ground at 08∶00 BST on Jul 13 1994

圖6 2003年7月14日08時500 hPa(a)和地面(b)環(huán)流形勢Fig.6 The circulation situation for 500 hPa and ground at 08∶00 BST on on Jul 14 2003

②近30 a沿河縣是高溫中心，達1 080 d，年均高溫日數(shù)為36 d，德江累計高溫日數(shù)最少僅349 d，年均高溫日數(shù)僅11.6 d；極端高溫出現(xiàn)在北部沿河縣和東部碧江區(qū)一帶，其中沿河極端最高氣溫出現(xiàn)在2002年，達41.6 ℃，碧江區(qū)則達40.8 ℃，銅仁市極端最高氣溫在39.3～41.6 ℃之間。

③統(tǒng)計銅仁市近30 a高溫日的環(huán)流形勢，可歸納為3種類型，即偏南風(fēng)型、大陸高壓型和588線控制型，其中588線控制型占121次；中高層氣流下沉、西南季風(fēng)偏強導(dǎo)致水汽輻合偏北是銅仁出現(xiàn)高溫的直接原因。

[1] IPCC.Climate change 2013:The physical science basis[C]//Contribution of Working Group I to fifth ssessment report of the Intergovermental Panel on Climate change.Cambridge,United Kingdom:Cambridge University Press,2013.

[2] 許薇,湯強,陳歡歡.1961—2010年廣東省高溫天氣時空變化特征分析[J].氣象, 2013, 29(6).

[2] 徐金芳,鄧振鏞,陳敏.中國高溫?zé)崂宋：μ卣鞯难芯烤C述[J].干旱氣象,2009,27(2):163-167.

[3] 張國華,張江濤,金曉青,等.京津冀城市高溫的氣候特征及城市化效應(yīng)[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2012,21(3):455-463.

[4] 黃慧琳,繆啟龍,潘文卓,等.杭州市高溫致災(zāi)因子危險性風(fēng)險區(qū)劃[J].氣象與減災(zāi)研究,2012,35(2):51-56.

[6] 張志薇,王式功,尚可政,等.華中地區(qū)近50年高溫事件及大氣環(huán)流成因分析[J].蘭州大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版, 2011, 47(2):50-55.

[7] 張波,谷曉平,易俊蓮.1961-2010年貴州省高溫氣候的時空分布特征[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(6):210-213.

[8] 常軍,李素萍,王紀(jì)軍,等.河南夏季高溫日數(shù)的時空分布特征及500hPa環(huán)流型[J].氣象與環(huán)境科學(xué), 2007.

[9] 胡峰,盧振禮.1951-2000 年山東省高溫災(zāi)害的變化趨勢和風(fēng)險特征分析[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2010,26(19): 354-358.

[10]張書娟,尹占娥,劉耀龍,等.基于GIS 的華東地區(qū)高溫災(zāi)害危險性分析[J].災(zāi)害學(xué),2011,26(2):59-65.

[11]楊群，晏理華，周長志，等.2009年銅仁地區(qū)高溫干旱特征及其成因診斷分析[J].高原氣象2011，30(4):1018-1026.

[12]陳軍,李小蘭,喻義軍,等.貴州旱澇變化特征及其與西太平洋副高和海溫的聯(lián)系[J].干旱氣象,2016,34(3): 440-447.