湖州地區(qū)2017年7月中下旬極端高溫過程分析

周之栩 尹浩

(湖州市氣象局,浙江 湖州 313005)

0 引 言

高溫是夏季常見的災(zāi)害天氣之一,不僅影響人們的日常生活和生命財(cái)產(chǎn)安全,還直接影響國家能源、水資源、農(nóng)業(yè)等重大經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域安全和社會安全。對于中國夏季高溫的研究已有很多,不論是針對夏季高溫異常個(gè)例,還是研究大范圍高溫事件的氣候變化特征,眾多學(xué)者認(rèn)為,持續(xù)的高溫?zé)崂耸窃诖蟪叨拳h(huán)流背景下產(chǎn)生的,具有影響范圍廣、持續(xù)時(shí)間長、高溫強(qiáng)度強(qiáng)等特點(diǎn),其中副熱帶高壓和大陸高壓是形成華東地區(qū)高溫過程的主要和次要天氣系統(tǒng),極渦強(qiáng)度、西風(fēng)環(huán)流指數(shù)等偏弱都是引發(fā)高溫?zé)崂顺霈F(xiàn)的有利環(huán)流形勢[1-8]。

2017年7月11—29日,受西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)控制,湖州地區(qū)遭受了盛夏期間一輪持續(xù)強(qiáng)勁熱浪的侵襲,連續(xù)遭受了19 d 35℃以上的高溫,其中23—25日湖州國家氣象站持續(xù)最高氣溫超過40℃,創(chuàng)湖州地區(qū)歷史同期的新紀(jì)錄,本輪持續(xù)極端高溫?zé)o論是在強(qiáng)度上,還是在持續(xù)時(shí)間或者影響范圍上,在7月份的高溫天氣中都是前所未有的,其影響尤為嚴(yán)重。本文應(yīng)用國家氣象基本站實(shí)況資料和NCEP(分辨率1°×1°)再分析資料對2017年7月11—29日湖州地區(qū)持續(xù)高溫天氣的物理成因進(jìn)行分析,為以后高溫預(yù)報(bào)預(yù)警工作提供參考。

1 過程概況

1.1 定 義

根據(jù)中國氣象局規(guī)定,日極端最高氣溫tmax≥35℃的天氣稱為高溫天氣。湖州市有4個(gè)基本氣象站,結(jié)合夏季高溫氣象服務(wù)的需求,定義全市至少2個(gè)縣(市、區(qū))日最高氣溫達(dá)35℃及以上為一個(gè)區(qū)域高溫日;連續(xù)出現(xiàn)3個(gè)以上高溫日定義為一次高溫過程。

1.2 高溫實(shí)況

2017年7月11—29日,湖州地區(qū)出現(xiàn)了嚴(yán)重的高溫災(zāi)害,高溫日達(dá)19 d,超過2013年同期的15 d,創(chuàng)湖州地區(qū)歷史同期的新紀(jì)錄。按市、縣(市、區(qū))統(tǒng)計(jì),高溫日最多的為湖州及長興,均為19個(gè)高溫日,最少為德清及安吉,高溫日為18 d;長興和德清均有5 d連續(xù)超過40℃,安吉連續(xù)4 d,湖州連續(xù)3 d;7月23日安吉達(dá)到最高值41℃,德清達(dá)到40.9℃,7月25日市區(qū)和長興氣溫達(dá)到最高值,分別為40.7℃、40.9℃(如圖1)。

圖1 2017年7月11—29日湖州、安吉、長興及德清逐日高溫演變圖

2 天氣形勢分析

2.1 200 hPa 南亞高壓特征分析

南亞高壓是夏季位于亞洲南部對流層上層強(qiáng)大而穩(wěn)定的大氣活動中心,與夏季北半球大氣環(huán)流和亞洲天氣氣候關(guān)系密切,它的進(jìn)退活動與中國東部地區(qū)的旱澇關(guān)系十分密切。由于在150～200 hPa,南亞高壓的勢力達(dá)到最強(qiáng)[9],因此本文中選用200 hPa位勢高度場為代表,同時(shí)以200 hPa位勢高度場上1252dagpm等值線東伸脊點(diǎn)的經(jīng)度表示南亞高壓的緯向位置。

在該次高溫天氣過程中,7月10—14日,南亞高壓均呈帶狀分布,中心位于65°E、30°N附近,呈西部型分布,其東伸脊點(diǎn)最東位于100°E附近,從東北到四川有一低槽維持;15日開始低槽東移北縮,南亞高壓逐漸加強(qiáng),東伸脊點(diǎn)擴(kuò)展到120°E;20日后調(diào)整為東部型,中心位于105°E、35°N附近,東伸脊點(diǎn)持續(xù)向東,到24日已經(jīng)到達(dá)140°E附近,在此期間湖州地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)40℃以上的極端高溫;27日開始南亞高壓中心明顯西退,逐漸調(diào)整為西部型,31日中心西退到70°E、30°N附近,湖州高溫緩解。

從南亞高壓演變分析可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)南亞高壓呈西部型分布時(shí),湖州地區(qū)出現(xiàn)的高溫強(qiáng)度不強(qiáng),基本都在38℃左右;但當(dāng)南亞高壓呈東部型分布、脊線位于30°～32°N之間、且其東伸脊點(diǎn)位于140°E附近時(shí),有利于湖州地區(qū)出現(xiàn)40℃左右的極限高溫;南亞高壓持續(xù)穩(wěn)定的東部型分布,為湖州地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)極端高溫提供了有利的大尺度環(huán)流背景。

2.2 500 hPa 環(huán)流形勢

對500 hPa天氣形勢圖分析可知,2017年7月11日開始副高明顯增強(qiáng)西伸,華北西風(fēng)槽迅速東移北縮,副高迅速北上,至12日08時(shí)副高588 dagpm主體已經(jīng)北擴(kuò)至山東半島,592 dagpm也已登陸浙江大部,其西脊點(diǎn)一直伸至106°E,湖州地區(qū)最高氣溫迅速上升,普遍達(dá)37℃以上;13日副高有所東退,西脊點(diǎn)回縮至112°E,14日又開始加強(qiáng),同時(shí)在青海省附近大陸高壓也出現(xiàn)了588 dagpm環(huán)流,15日副高繼續(xù)加強(qiáng)西進(jìn),西脊點(diǎn)越過110°E,同時(shí)副高脊線也達(dá)到了27°N附近;16日副高和大陸高壓打通,592 dagpm再次控制浙江全境直到19日;但是17—19日湖州地區(qū)的最高氣溫卻出現(xiàn)了一定幅度的下降,普遍降到了37℃左右,經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),受4號臺風(fēng)“塔拉斯”逐漸靠近海南的影響,從16日后期開始至19日,850 hPa從兩廣地區(qū)有一負(fù)溫度平流經(jīng)江西向浙江輸送,中心強(qiáng)度為-5℃×10-5s-1,該負(fù)溫度平流輸送抑制了由于副高控制導(dǎo)致的下沉氣流增溫作用;隨著“塔拉斯”的逐漸西進(jìn)減弱,負(fù)溫度平流的降溫作用減弱,湖州地區(qū)的最高氣溫開始回升;同時(shí)由于20日后副高再次加強(qiáng),脊線到達(dá)31°N,西脊點(diǎn)達(dá)98°E,592 dagpm完全控制了浙江、安徽、江蘇及河南地區(qū),在592 dagpm中心的持續(xù)控制下,湖州地區(qū)氣溫再次飆升;由于21日以后江淮流域無冷空氣侵入,長江中下游地區(qū)天空狀況晴好,受強(qiáng)烈的晴空輻射和西南風(fēng)影響,氣溫持續(xù)上升。30日后受9號臺風(fēng)“納沙”及10號臺風(fēng)“海棠”的共同影響,副高逐漸減弱東退,500 hPa湖州地區(qū)轉(zhuǎn)受偏東氣流影響,地面處于臺風(fēng)的北部,云系逐漸增多,高溫逐漸緩解。

2.3 850 hPa溫度場特征

850 hPa溫度場對日常溫度預(yù)報(bào)具有非常重要的指示作用,分析850 hPa溫度場可知,2017年7月11—16日,在850 hPa浙北地區(qū)持續(xù)受22～23℃暖氣團(tuán)控制,17—19日開始受4號臺風(fēng)“塔拉斯”逐漸靠近海南的影響,暖氣團(tuán)氣溫下降至21～22℃,隨著“塔拉斯”逐漸西進(jìn)減弱,20日開始暖氣團(tuán)的氣溫回升至23～24℃,22日后期和大陸暖氣團(tuán)合并,氣溫再次上升,浙北地區(qū)的氣溫達(dá)25℃,23—27日該暖氣團(tuán)的氣溫始終維持在24～25℃。

綜上所述,南亞高壓持續(xù)穩(wěn)定的東部型分布,500 hPa副高脊線穩(wěn)定在31°N附近,受強(qiáng)副高中心592 dagpm的控制,中高層有輻散下沉氣流,同時(shí)850 hPa低層穩(wěn)定的24～25℃暖氣團(tuán)影響,再加上地面持續(xù)晴好天氣的輻射作用,致使2017年7月11—29日湖州地區(qū)連續(xù)多日出現(xiàn)高溫天氣;其中22—25日還出現(xiàn)了7月中下旬罕見的持續(xù)40℃的極端高溫天氣。

3 物理量分析

3.1 渦度場及垂直速度場分析

圖2是7月11—29日垂直速度及渦度沿120°E、31°N的時(shí)間—高度剖面圖。如圖所示,從11日開始從高空到底層開始逐漸轉(zhuǎn)為負(fù)渦度區(qū),14—16日從250 hPa到底層都已經(jīng)為負(fù)渦度區(qū)控制,其中在600 hPa附近有-10×10-5s-1的大值中心,同時(shí)配合有25×10-2Pa·s-1的下沉氣流大值中心,此時(shí)湖州地區(qū)也出現(xiàn)了一個(gè)最高氣溫的小高峰(普遍達(dá)到了38℃左右);16日后期至19日受4號臺風(fēng)“塔拉斯”影響,從底層到600 hPa出現(xiàn)了明顯的正渦度上升區(qū),同時(shí)850 hPa附近也出現(xiàn)了-10×10-2Pa·s-1的上升氣流大值中心,湖州地區(qū)的最高氣溫有所下降;19日后期至26日從200 hPa到近地面層重新轉(zhuǎn)為負(fù)渦度區(qū)控制,其中在23—25日200 hPa附近出現(xiàn)了-10×10-5s-1的大值中心,25日在700～850 hPa也有-10×10-5s-1的大值中心,同時(shí)從高層到底層配合有一致的下沉氣流,此時(shí)湖州地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)40℃的極端高溫天氣;27日后低層750 hPa以下轉(zhuǎn)為正渦度區(qū),上升氣流重新活躍,湖州地區(qū)的高溫逐漸緩解。

(圖中黑實(shí)線表示下沉運(yùn)動，黑虛線為上升運(yùn)動；灰色區(qū)域?yàn)樨?fù)渦度區(qū)，白色區(qū)域?yàn)檎郎u度區(qū))圖2 7月11-29日垂直速度(單位：Pa·s-1)及渦度(單位：10-5s-1)沿120°E、31°N(代表湖州站)的時(shí)間-高度剖面圖

綜上分析表明，整層持續(xù)深厚的負(fù)渦度區(qū)伴隨強(qiáng)下沉氣流有強(qiáng)烈的動力下沉絕熱增溫作用,增強(qiáng)了非絕熱項(xiàng)的作用[10-11],有利于高溫天氣的形成,特別是極端高溫天氣的發(fā)生。

4 結(jié) 語

1)2017年7月中下旬湖州地區(qū)發(fā)生的持續(xù)40℃極端高溫災(zāi)害,歷史罕見。受副高中心592 dagpm控制,副高脊線穩(wěn)定在31°N附近,南亞高壓持續(xù)穩(wěn)定的東部型分布,導(dǎo)致高層有輻散氣流、低層處于25℃暖氣團(tuán)影響中是此輪極端高溫災(zāi)害發(fā)生的大尺度環(huán)流背景。

2)當(dāng)南亞高壓呈西部型分布時(shí),湖州地區(qū)出現(xiàn)的高溫強(qiáng)度不強(qiáng),基本都在38℃左右;但當(dāng)南亞高壓呈東部型分布、脊線位于30°～32°N之間、且其東伸脊點(diǎn)位于140°E附近時(shí),有利于湖州地區(qū)出現(xiàn)40℃左右的極端高溫天氣。

3)深厚的負(fù)渦度系統(tǒng)伴隨的整層持續(xù)下沉氣流產(chǎn)生的絕熱增溫和地面強(qiáng)烈的晴空輻射是這次高溫天氣形成的重要因素。