永興島夏半年氣溫變化特征及其環(huán)流背景分析①

邢旭煌 黃海靜

(海南省氣象服務(wù)中心 海南?？?70203)

由于區(qū)域性和階段性的氣候變暖，伴隨而來的極端事件也不斷增加，人類生活生產(chǎn)環(huán)境面臨巨大挑戰(zhàn)與風(fēng)險。氣溫直接關(guān)系到人體健康和能源危機(jī)，可能導(dǎo)致電網(wǎng)運行負(fù)荷增加［1-2］。

20世紀(jì)90年代以前，中國氣候變暖主要位于長江以北地區(qū)［3］；90年代以后，長江流域出現(xiàn)明顯的增溫趨勢［4］。中國夏季（3～5月）氣溫還有全國一致型、三極子型和南北型3種模態(tài)［5-6］。華南地區(qū)為增溫趨勢［7］，在1997年左右存在突變［8］。

夏季（3～5月）中國季風(fēng)區(qū)有6個氣候空間類型，中國東部夏季氣溫分布在EL Ni?o次年與500 hPa西太副高的強度和范圍有關(guān)［9-10］。東北夏季氣溫與鄂霍次克海和北太平洋中部海平面氣壓場偶極子關(guān)系密切［11］。湖北夏季氣溫與副高和南亞高壓脊線位置有關(guān)［9］。長江三角洲的氣溫變暖與城市化過程有關(guān)［12］。?？谑薪隁鉁厣仙黠@［13］，南海海域可能是影響海南省夏季氣溫年際變化的關(guān)鍵區(qū)［14］。

研究位于南海中北部的永興島氣溫變化及其影響因子，對海南島夏季氣溫的年際變化有一定的指示意義。從西北太平洋夏季風(fēng)經(jīng)過的地理位置看，永興島相對于海南島能相對較早遭遇西北太平洋夏季風(fēng)系統(tǒng)。本文從永興島氣溫特征分析入手，解釋其對應(yīng)的環(huán)流異常，以對海南島的夏季氣溫提供相應(yīng)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

采用永興島國家氣象觀測站地面逐月平均氣溫、NECP/NCAR再分析u、v風(fēng)場、omega風(fēng)場逐月資料。

1.2 方法

利用標(biāo)準(zhǔn)化和MK檢驗的計算方法，分析永興島夏半年氣溫的變化特征，對標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果篩選對應(yīng)風(fēng)場資料進(jìn)行合成分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 永興島夏半年氣溫特征分析

根據(jù)永興島1975～2018年地面逐月平均氣溫數(shù)據(jù)計算歷年各月平均氣溫，圖1中紅色折現(xiàn)為歷年各月月平均氣溫，紅色直線為其平均值；藍(lán)色折現(xiàn)為各月歷年同期序列的標(biāo)準(zhǔn)差，藍(lán)色直線為其平均值。據(jù)圖1可以看到，4～10月平均氣溫都在年平均值之上，但其標(biāo)準(zhǔn)差僅4～9月在平均值之下，所研究的月氣溫標(biāo)準(zhǔn)差能反映該月氣溫的變率是否穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)差越大說明該月氣溫變率越大，反之氣溫變率越小。因此，選取氣溫較年均值高且變率較為穩(wěn)定的4～9月作為研究時段，定義為永興島夏半年。

圖1 1975～2018年各月歷史平均氣溫及其標(biāo)準(zhǔn)差

根據(jù)永興島歷年4～9月平均氣溫可以發(fā)現(xiàn)，最高為29.6℃，出現(xiàn)在2016年；最低為28.1℃，出現(xiàn)在1985年。對永興島歷年4～9月平均氣溫進(jìn)行MK檢驗可以發(fā)現(xiàn)，在2003年左右，存在顯著突變，這種突變可能與氣候變化有一定關(guān)系。對永興島歷年4～9月平均氣溫進(jìn)行數(shù)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化處理，為方便合成分析研究，保留較多的個例，采取±0.4個標(biāo)準(zhǔn)差為界，可以看到氣溫偏低年分別為1976、1982、1984、1985、1989、1996年；氣溫偏高年分別為 1998、2010、2014、2015、2016、2017 年。整體來看，偏低年分布于所選年份前期，偏高年分布于所選年份后期。見圖2。

2.2 永興島夏半年氣溫的環(huán)流異常

采用氣溫偏低年和氣溫偏高年200、500、850 hPa風(fēng)場和氣壓高度場進(jìn)行合成分析，可以看到，氣溫偏低年200 hPa風(fēng)場上（圖3-a），在中國西南部和中南半島地區(qū)有一反氣旋異常存在，15°N附近太平洋西部地區(qū)有一反氣旋異常存在，南海區(qū)域為異常偏東氣流，蒙古地區(qū)、日本海區(qū)域有明顯的氣壓高度場負(fù)距平；而在氣溫偏高年200 hPa風(fēng)場上（圖3-b），15°N附近太平洋西部地區(qū)有一氣旋異常存在，南海區(qū)域為異常偏西氣流，蒙古地區(qū)、日本海區(qū)域有明顯的氣壓高度場正距平。氣溫偏低年500 hPa風(fēng)場上（圖3-d），在印度半島和云南地區(qū)有一反氣旋存在，10°N附近太平洋西部地區(qū)有一氣旋異常存在，15°N以南南海區(qū)域為異常偏西偏北氣流，蒙古地區(qū)、日本東部區(qū)域有明顯的氣壓高度場負(fù)距平；而在氣溫偏高年500 hPa風(fēng)場上（圖3-e），15°N附近太平洋西部地區(qū)有一反氣旋異常存在，15°N以南南海區(qū)域為異常偏東氣流，蒙古地區(qū)、太平洋西部海域有明顯的氣壓高度場正距平。氣溫偏低年850 hPa風(fēng)場上（圖3-g），在西藏地區(qū)有一氣旋異常存在，20°N附近太平洋西部地區(qū)有一氣旋異常存在，并伴有氣壓高度場負(fù)距平，15°N以北南海區(qū)域為異常偏東偏北氣流、以南為異常偏西偏北氣流，日本區(qū)域有明顯的氣壓高度場正距平；而在氣溫偏高年850 hPa風(fēng)場上（圖3-h），在西藏地區(qū)有一反氣旋異常存在，20°N附近太平洋西部地區(qū)有一反氣旋異常存在，并伴有氣壓高度場正距平，15°N以北南海區(qū)域為異常偏西偏南氣流、以南為異常偏東偏南氣流，蒙古地區(qū)有明顯的氣壓高度場正距平。

圖2 永興島歷年4～9月平均氣溫、MK檢驗及平均氣溫標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果

圖3 永興島夏半年氣溫偏低年、偏高年、正常年200 hPa（a、b、c）、500 hPa（d、e、f）、850 hPa（g、h、i）風(fēng)場和氣壓高度場合成圖

采用氣溫偏低年和氣溫偏高年沿15°N的緯圈垂直風(fēng)場進(jìn)行合成分析，可以看到，從1 000～200 hPa，氣溫偏低年，110°E～125°E為上升運動；氣溫偏高年，110°E～125°E為下沉運動。這樣的垂直環(huán)流場分別與氣溫偏低年的氣壓高度場負(fù)距平和氣溫偏高年的氣壓高度場正距平一一對應(yīng)，永興島地區(qū)4～9月氣溫偏低和偏高年分別受偏低氣壓高度場和偏高氣壓高度場影響，對應(yīng)于環(huán)流場的氣旋式異常和反氣旋式異常。見圖4。

3 結(jié)論

采用永興島1975～2018年逐月平均氣溫資料，根據(jù)各月氣溫特征分析定義出永興島夏半年為4～9月。并對永興島夏半年氣溫異常進(jìn)行環(huán)流場分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）氣溫偏低（高）年，200 hPa風(fēng)場上，15°N附近太平洋西部地區(qū)有一反氣旋（氣旋）異常存在，南海區(qū)域為異常偏東（偏西）氣流；（2）氣溫偏低（高）年，500 hPa風(fēng)場上，10°N附近太平洋西部地區(qū)有一氣旋（反氣旋）異常存在，15°N以南南海區(qū)域為異常偏西偏北（偏東）氣流；（3）氣溫偏低（高）年，850 hPa風(fēng)場上，20°N附近太平洋西部地區(qū)有一氣旋（反氣旋）異常存在，并伴有氣壓高度場負(fù)距平（正距平），15°N以北南海區(qū)域為異常偏東偏北（偏西偏南）氣流、以南為異常偏西偏北（偏東偏南）氣流；（4）氣溫偏低（高）年，1 000～200 hPa垂直風(fēng)場中，氣溫偏低（偏高）年，110°E～125°E為上升（下沉）運動。

圖4 永興島夏半年氣溫偏低年（a）、偏高年（b）和正常年（c）垂直風(fēng)場合成圖

本文研究一定程度上反映了年代際特征，與全球大尺度環(huán)流系統(tǒng)有較大關(guān)系，說明永興島的氣溫變化不是一個獨立事件，可能與全球性的氣溫變化有較大聯(lián)系，南海地區(qū)大氣活動受全球大氣活動影響，值得進(jìn)一步研究分析。