2018年延邊地區(qū)夏季持續(xù)高溫天氣過程特征分析

付強(qiáng)　趙晶　李慶國　張昊

摘要? ? 通過分析2018年延邊地區(qū)高溫天氣特征，探討了2018年延邊地區(qū)高溫發(fā)生的主要原因。結(jié)果表明，2018年延邊地區(qū)發(fā)生的這次持續(xù)性罕見高溫天氣是在副熱帶高壓控制的天氣背景下產(chǎn)生的，同時(shí)位于青藏高原上空的大陸高壓東移與控制東北—華北地區(qū)的副熱帶高壓合并，使其面積擴(kuò)大、強(qiáng)度增強(qiáng)，并長時(shí)間穩(wěn)定維持;在副熱帶高壓控制的情況下，溫度平流因子與一般情況不同，它對此次延邊地區(qū)的高溫天氣作用非常小，非絕熱因子才是本次高溫天氣出現(xiàn)的關(guān)鍵因素。

關(guān)鍵詞? ? 高溫;副熱帶高壓;天氣形勢;非絕熱因子;吉林延邊;2018年夏季

中圖分類號? ? P423.7? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2019）15-0203-03

高溫天氣對各行各業(yè)及人們的生活都有很大影響，既影響工作效率，也會造成人畜中暑，同時(shí)加重干旱，并給電力系統(tǒng)供電增加壓力。特別是在全球氣候變暖的大背景下，近些年夏季高溫天氣出現(xiàn)的頻率不斷升高[1-3]。氣象學(xué)上一般把日最高氣溫達(dá)到35 ℃以上稱為高溫天氣，連續(xù)3 d以上的高溫天氣過程稱為高溫?zé)崂?。我國氣象部門針對高溫天氣的防御特別制定了高溫預(yù)警信號。由于地理位置不同，全國各省份的高溫預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，吉林省氣象局針對本省的天氣特點(diǎn)，規(guī)定日最高氣溫超過32 ℃時(shí)需發(fā)布高溫藍(lán)色預(yù)警。因此，對于吉林省來說，日最高氣溫達(dá)到或超過32 ℃，即可稱為高溫天氣。

2018年7月末至8月初，延邊地區(qū)出現(xiàn)了歷史罕見的持續(xù)高溫天氣，7月19日至8月4日，延邊大部分縣（市）日最高氣溫均超過32 ℃，高溫天氣共持續(xù)17 d，自有氣象資料記錄以來延邊地區(qū)從未出現(xiàn)過持續(xù)10 d以上的高溫天氣。在此期間，多站日最高氣溫突破歷史極值。對于高溫的分析，不少文獻(xiàn)指出，高溫主要由暖平流所引起[1-3]，在溫度變化方程中，溫度平流項(xiàng)為大值項(xiàng)，起到?jīng)Q定性的作用[4-6]。然而，在副熱帶高壓控制區(qū)域，溫度梯度較小，風(fēng)速較小，平流的作用不明顯。為此，本文通過對2018年延邊地區(qū)出現(xiàn)的持續(xù)高溫天氣過程進(jìn)行分析總結(jié)，探究對高溫預(yù)報(bào)有應(yīng)用價(jià)值的規(guī)律，從而為以后的高溫預(yù)報(bào)提供參考。

1? ? 高溫天氣特征

2018年7月19日至8月4日，延邊地區(qū)出現(xiàn)的這次高溫天氣過程主要特征是持續(xù)時(shí)間長、強(qiáng)度大，4個(gè)站出現(xiàn)日最高氣溫歷史極值。

1.1? ? 持續(xù)時(shí)間長

從持續(xù)時(shí)間來看，全州范圍的高溫天氣從7月19日開始，到8月4日結(jié)束，期間全州大部分縣（市）出現(xiàn)了8～17 d不等的持續(xù)高溫天氣。統(tǒng)計(jì)歷年氣象資料發(fā)現(xiàn)，從1953年有氣象資料記錄以來至2017年，延邊地區(qū)持續(xù)時(shí)間最長的高溫天氣出現(xiàn)在1978年7月21—28日，共8 d，2018年夏季的高溫天氣持續(xù)時(shí)間已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過歷年最長持續(xù)日數(shù)。各縣（市）具體高溫日數(shù)為延吉17 d、圖們17 d、龍井17 d、和龍17 d、汪清16 d、安圖15 d、琿春14 d、敦化8 d。

1.2? ? 強(qiáng)度大

此次高溫天氣強(qiáng)度大，全州多站日最高氣溫突破歷史極值。7月19日至8月4日，全州平均氣溫較常年同期偏高5.6 ℃。各站日最高氣溫均明顯偏高，以延吉站為例，高溫持續(xù)期間，延吉站日平均氣溫均超過25 ℃，日最高氣溫均超過32 ℃，日最高氣溫平均值較常年同期偏高6.9 ℃（圖1）。

7月20—25日、7月30—31日和8月4日，延邊中部大部分縣（市）的日最高氣溫甚至超過35 ℃，達(dá)到高溫黃色預(yù)警級別。在此期間，各地日最高氣溫突破歷史極值，分別為8月4日和龍37.6 ℃，8月4日龍井38.6 ℃，8月4日圖們38.3 ℃，7月31日琿春37.3 ℃（表1）。

2? ? 高溫天氣環(huán)流特征分析

統(tǒng)計(jì)歷年氣象資料發(fā)現(xiàn)，延邊地區(qū)的高溫天氣一般出現(xiàn)在7月下旬至8月上旬，這段時(shí)間也是一年中氣溫最高的時(shí)段。分析歷年高溫時(shí)段天氣形勢發(fā)現(xiàn)，持續(xù)高溫天氣均受副熱帶高壓影響而產(chǎn)生。2018年延邊地區(qū)的持續(xù)高溫同樣是受副熱帶高壓影響，從7月17日開始，副熱帶高壓逐漸北抬增強(qiáng)，到7月19日副熱帶高壓已經(jīng)基本控制吉林省東部地區(qū)，延邊地區(qū)受其影響于7月19日開始出現(xiàn)了大范圍的高溫天氣。從7月19日至8月4日，延邊大部分地方始終處于副熱帶高壓控制或副熱帶高壓邊緣的晴熱高溫天氣中。高溫期間的環(huán)流形勢主要有以下3個(gè)特點(diǎn)：一是東經(jīng)120°副熱帶高壓脊線在北緯37°～47°之間，延邊地區(qū)所在經(jīng)度高空588 dagpm線北部邊界始終維持在北緯43°以北（圖2），延邊大部分地方在副熱帶高壓控制范圍內(nèi)，同時(shí)處在副熱帶高壓長周期偏強(qiáng)階段。二是華北、東北南部，東海為塊狀副熱帶高壓穩(wěn)定控制，我國西北部沒有明顯的冷空氣南下，自蒙古以西移動過來的低槽強(qiáng)度較弱，并且在副熱帶高壓的阻擋下沿著中蒙邊境逐漸向東北方向移動，整個(gè)東北三省南部地區(qū)晴天少云。三是通過分析500 hPa天氣圖發(fā)現(xiàn)，青藏高原上空有較強(qiáng)的暖高壓。從圖3可以看出，此暖高壓逐漸形成4 ℃線暖中心，說明其強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，此大陸性暖高壓向東移動的過程中不斷向控制華北和東北地區(qū)的副熱帶高壓輸送正變高，使副熱帶高壓強(qiáng)度不斷增強(qiáng)、面積擴(kuò)大，穩(wěn)定控制吉林東南部，從而出現(xiàn)連續(xù)多日的高溫悶熱天氣。

3? ? 影響高溫的熱力條件分析

為了確定此次高溫天氣過程中影響溫度局地變化的關(guān)鍵因子，根據(jù)熱力學(xué)第一定律得出溫度變化方程：

方程右邊3項(xiàng)分別為溫度平流項(xiàng)、垂直輸送項(xiàng)、非絕熱加熱項(xiàng)。通常情況下，溫度平流項(xiàng)在所有地區(qū)都很重要，其對地面乃至高空的溫度變化都有較大影響。對于高空而言，太陽輻射所引起的溫度變化很小，平均僅1 ℃左右，而水汽凝結(jié)釋放潛熱只能在有限區(qū)域內(nèi)通過一定條件才能實(shí)現(xiàn)，故溫度平流才是決定高空氣溫變化的決定性因子[7-8]。對于地面氣溫而言，溫度平流項(xiàng)是日平均氣溫變化的決定性因子[9]。水平溫度梯度和風(fēng)速是決定溫度平流強(qiáng)弱的主要因素，在副熱帶高壓控制的區(qū)域溫度梯度和風(fēng)都很小，因而2018年延邊地區(qū)出現(xiàn)的異常高溫天氣并非由溫度平流造成。

再來分析垂直輸送項(xiàng)，這一項(xiàng)因子的物理意義是絕熱條件下空氣塊下沉增暖、上升冷卻。空氣溫度變化的大小既取決于垂直運(yùn)動的大小，同時(shí)也取決于層結(jié)的穩(wěn)定度。由于高空空氣的垂直運(yùn)動劇烈，因而這一因子在高空作用較大，但對于近地面層垂直運(yùn)動接近于0，尤其是在副熱帶高壓控制的區(qū)域在對流層低層其作用也很小，故這項(xiàng)也不是產(chǎn)生高溫的關(guān)鍵。

通過分析方程的溫度平流項(xiàng)和垂直輸送項(xiàng)可知，在副熱帶高壓控制的區(qū)域溫度平流項(xiàng)和垂直輸送項(xiàng)對溫度局地變化所起的作用很小，說明非絕熱加熱項(xiàng)才是產(chǎn)生高溫的關(guān)鍵因子。天氣實(shí)踐表明，天空云量、近地面的風(fēng)速以及空氣濕度等非絕熱因子對溫度有較大影響。為了避免城市熱島效應(yīng)的影響，選取位于城市近郊的龍井觀測站資料進(jìn)行定性分析，可以看出，2018年延邊地區(qū)高溫日非絕熱因子有一定的作用（表2）。一是高溫日天空基本無云或云量較少。由于云可以阻擋地面接收太陽短波輻射，所以云量的多少對地面的熱量收支有著重要影響。在2018年7月19日至8月4日的17 d高溫日中，在高溫出現(xiàn)前的上午11：00，總云量為10成僅有3 d出現(xiàn)過，低云量超過5成的只有2 d出現(xiàn)過，絕大多數(shù)時(shí)段總云量和低云量接近于零，云量條件為近地面接收太陽輻射、增溫創(chuàng)造了較好的客觀條件。二是高溫時(shí)段中空氣中水汽含量明顯偏少。通過分析相對濕度發(fā)現(xiàn)，高溫日11：00以后最大相對濕度普遍在50%～60%之間，平均相對濕度絕大多數(shù)<50%，說明溫度值和濕度值成反比，水汽含量減少與氣溫上升有著重要聯(lián)系。三是高溫日風(fēng)速偏小。通常情況下，白天近地面通過接受太陽短波輻射而增溫，氣溫隨高度上升而降低，近地面的熱量通過湍流交流向上傳輸，從而削弱地面的升溫幅度。風(fēng)速在很大程度上決定著湍流交換的強(qiáng)弱，風(fēng)強(qiáng)則通過湍流交換向上輸送的熱量就多，日最高氣溫不會太高;風(fēng)弱則向上輸送的熱量就少，有利于近地層氣溫升高。分析高溫出現(xiàn)前風(fēng)速的變化發(fā)現(xiàn)，17 d里高溫出現(xiàn)前的最大風(fēng)速均<4.0 m/s，說明高溫前風(fēng)速偏小，湍流交換弱，有利于氣溫上升。

4? ? 結(jié)論與討論

分析結(jié)果表明，2018年7月19日至8月4日，延邊地區(qū)大部分縣（市）出現(xiàn)連續(xù)高溫。全州大部分縣（市）出現(xiàn)了8～17 d超過32 ℃的高溫天氣，其中和龍、龍井、圖們、琿春日最高氣溫突破歷史極值。

通過分析2018年延邊地區(qū)持續(xù)高溫發(fā)生的主要原因發(fā)現(xiàn)，延邊持續(xù)高溫是在副熱帶高壓控制的天氣形勢背景下產(chǎn)生，副熱帶高壓長時(shí)間穩(wěn)定維持是由于大陸高壓東移，不斷向華北地區(qū)上空副熱帶高壓輸送正變高并與之合并，使得副熱帶高壓面積不斷擴(kuò)大、強(qiáng)度增強(qiáng)，并長時(shí)間在延邊州上空穩(wěn)定維持，從而導(dǎo)致延邊地區(qū)出現(xiàn)長達(dá)17 d的高溫天氣。

副熱帶高壓控制區(qū)域的水平溫度梯度很小，風(fēng)弱，溫度平流的作用也較弱。因此，它對地面增溫的作用非常小，非絕熱加熱因子才是高溫天氣發(fā)生的關(guān)鍵，因而是在副熱帶高壓控制的天氣形勢背景下，云、風(fēng)、濕度等非絕熱因素條件合適，才利于本例高溫形成。

5? ? 參考文獻(xiàn)

[1] 丁一匯.中國的氣候變化與氣候影響研究[M].北京：氣象出版社，2001：199-202.

[2] 王蘭寧，田武文，黃祖英，等.西北地區(qū)東部夏季溫度特征及熱帶SSTA的相關(guān)分析[J].氣象科學(xué)，2000：20（1）：23-29.

[3] 馬柱國，符淙斌，任小波，等.中國北方年極端溫度的變化趨勢與區(qū)域增暖的聯(lián)系[J].地理學(xué)報(bào)，2003，58（增刊1）：11-20.

[4] 任重，徐玲玲，劉婕，等.夏季高溫天氣氣候特征、成因及預(yù)報(bào)研究[J].河南農(nóng)業(yè)，2018（20）：51.

[5] 張寧，孫照渤，曾剛.1955—2005年中國極端氣溫的變化[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，31（1）：123-128.

[6] 謝莊，蘇德斌，虞海燕，等.北京地區(qū)熱度日和冷度日的變化特征[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2007，18（2）：232-236.

[7] 李會英.江蘇盛夏出現(xiàn)的涼伏與酷暑環(huán)流分析[J].云南環(huán)境科學(xué)，2000（19）：60-63.

[8] 史軍，丁一匯，崔林麗.華東極端高溫氣候特征及成因分析[J].大氣科學(xué)，2009，33（2）：347-358.

[9] 周后福.局地溫度變化重各項(xiàng)因子的定量估算[J].氣象，2005，31（10）：20-23.