2017年7月7—19日河西走廊東部持續(xù)高溫天氣特征及成因分析

張成英 王博 孫占峰

摘要 為了研究河西走廊東部高溫天氣的氣候特征及預報著眼點，提高高溫預報準確率，減輕對7月7—19日農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，本文運用天氣統(tǒng)計學方法，分析了近46年來河西走廊東部高溫天氣特征，然后利用常規(guī)氣象觀測資料和ECMWF數(shù)值預報產(chǎn)品，從氣候特征、環(huán)流形勢和物理量場以及對農(nóng)業(yè)的影響等方面，對2017年7月9—19日出現(xiàn)在河西走廊東部的持續(xù)高溫天氣進行了分析。結(jié)果表明：此次高溫持續(xù)時間超過了歷史最長時段，高溫極值略低于歷史極值;造成這次持續(xù)高溫天氣的主要影響系統(tǒng)是對流層上層南亞高壓、中層大陸高壓、低層高原暖脊、地面熱低壓;南亞高壓發(fā)展北抬與東移以及大陸高壓和西太平洋副熱帶高壓打通形成深厚的暖高壓系統(tǒng)，為高溫天氣持續(xù)產(chǎn)生提供了有利的環(huán)流形勢條件;高原暖脊和地面熱低壓發(fā)展東移引起的地面氣溫上升是造成這次持續(xù)高溫天氣的重要原因;低層輻散、高層輻合伴有下沉運動為此次持續(xù)高溫天氣形成提供了有利條件;高溫期間氣象要素顯示少雨、濕度小、氣壓低，吹明顯的偏東風。

關鍵詞 河西走廊東部;持續(xù)高溫;特征;成因

中圖分類號：P423 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）04–0090–04

隨著全球氣候變暖，高溫已成為我國夏季重要的災害天氣之一，給人民生命財產(chǎn)和國民經(jīng)濟建設帶來巨大損失。雖然高溫研究已得到各部門廣泛關注，但對高溫發(fā)生機制的探討仍是預報業(yè)務一線人員的工作重點之一[1-3]。

河西走廊東部地處青藏高原北坡的中緯度地帶，南靠祁連山脈，北鄰騰格里沙漠，東接黃土高原西緣，西為走廊平川，是季風性氣候與大陸性氣候、高原氣候與沙漠氣候的交匯之處，是較典型的氣候過渡帶[3-5]。由于特殊的地形地貌和多種氣候的共同影響，高溫是本區(qū)域內(nèi)夏季的主要災害天氣之一，高溫天氣的出現(xiàn)會對人類活動、健康和工商業(yè)生產(chǎn)造成不利影響。例如，2010年7月出現(xiàn)在河西走廊東部的持續(xù)高溫天氣，使河西走廊東部5.4萬hm2農(nóng)作物受災，經(jīng)濟損失達1.8億元。本文以1971—2016年河西走廊東部夏季高溫天氣為背景，重點選取2017年7月9—19日發(fā)生在河西走廊東部的持續(xù)高溫過程進行個例分析和診斷，以期得到夏季高溫天氣的發(fā)生規(guī)律和特點，提高夏季高溫的預報能力，提升氣象服務能力和水平，進而減少造成的經(jīng)濟損失，這對促進地方經(jīng)濟發(fā)展都有著極其重要的意義。

對1971—2016年河西走廊東部5個測站（民勤、涼州、永昌、古浪、烏鞘嶺）的日最高氣溫資料進行了統(tǒng)計，南部山區(qū)出現(xiàn)≥35℃高溫天氣次數(shù)很少，古浪出現(xiàn)1次，永昌出現(xiàn)3次，其余高溫天氣都出現(xiàn)在北部民勤和涼州兩地，民勤出現(xiàn)305次，武威106次。由于北部地勢低，且與巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠接壤，沙漠氣候顯著，升溫快，干旱少雨;而南部位于祁連山區(qū)涵養(yǎng)林，海拔較高，降水較多[6-10]。因此，本文選取高溫頻次出現(xiàn)較多的民勤和涼州作為代表站來研究河西走廊東部夏季高溫變化特征及預報著眼點。

1 資料與分析方法

按照甘肅省的標準，河西走廊東部5站中有1站日極端最高氣溫≥35℃，則定為高溫日;≥37℃定為強高溫日;日極端最高氣溫≥35℃持續(xù)兩天或以上，定為一次高溫天氣過程。

本文利用河西走廊東部民勤和涼州建站以來的7月份氣溫觀測資料以及1971—2016年夏季6—8月逐日氣溫觀測資料，運用天氣統(tǒng)計學方法分析了河西走廊東部夏季高溫變化特征及建站以來的極值。利用常規(guī)氣象觀測資料和物理量診斷，同時運用天氣學診斷和天氣動力學方法，對2017年7月9—19日發(fā)生在河西走廊東部的持續(xù)高溫過程進行分析，并討論其發(fā)生的規(guī)律和特點，總結(jié)河西走廊東部夏季高溫天氣的預報著眼點，最后分析高溫天氣對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。

2 夏季高溫變化特征

2.1 時間變化特征

通過河西走廊東部涼州、民勤2個代表站1971—2016年高溫日數(shù)年變化曲線發(fā)現(xiàn)（圖1），涼州和民勤高溫和強高溫日數(shù)近46年都呈增加趨勢，有2個明顯的高峰期，分別是20世紀70年代和2011—2016年，其中2011—2016年高溫和強高溫日數(shù)出現(xiàn)次數(shù)最多，為高溫天氣的高發(fā)年，且高溫日數(shù)最多年份也是強高溫日數(shù)最多年份;20世紀80年代為高溫和強高溫天氣出現(xiàn)最少年。其中在民勤最多天數(shù)為16 d（2011年），最少為0 d（1979、1993年）;武威最多10 d（2016年），有9年為0 d。

在月際分布上（圖2），武威、民勤的高溫、強高溫天氣以7月最多，分別占總高溫日數(shù)的61.1%和74.7%。8月次之，分別占總高溫日數(shù)的28.0%和22.8%;特別是在6月，強高溫在民勤出現(xiàn)過2次外，其余強高溫都出現(xiàn)在7月和8月，7月最多。近46年高溫出現(xiàn)最早日期是1978年5月25日，最晚日期是1998年9月9日，且都出現(xiàn)在民勤。

2.2 持續(xù)性特征

統(tǒng)計1971—2016年民勤、涼州高溫日發(fā)現(xiàn)，高溫天氣過程具有持續(xù)性特征，持續(xù)2～4 d的日數(shù)最多，分別為51、19、14 d，占總次數(shù)的88.4%，持續(xù)5 d和6 d的日數(shù)共有10 d，最長持續(xù)時間為9 d，出現(xiàn)在2015年7月下旬到8月初的民勤。長持續(xù)時間高溫天氣主要出現(xiàn)在7月和8月，以7月居多。

3 2017年7月持續(xù)高溫分析

3.1 前期氣候特征及實況

3.1.1 前期氣候特征 2017年6月中旬到7月上旬，河西走廊東部民勤、涼州降水異常偏少，氣溫異常偏高。為繼2010年7月以來河西走廊東部持續(xù)時間最長的高溫天氣提供了前期氣候背景。

3.1.2 實況 2017年7月9—19日，河西走廊東部民勤縣、涼州區(qū)出現(xiàn)持續(xù)35℃以上高溫天氣，其中，12日溫度最高，民勤最高達40.4℃，涼州最高達39.7℃;民勤連續(xù)4 d、涼州連續(xù)3 d最高氣溫在37℃以上。同歷年同期相比，河西走廊東部民勤縣有氣象記錄以來持續(xù)高溫日數(shù)最長時間出現(xiàn)在2015年7月下旬到8月初，持續(xù)時間為9 d，極端最高值41.7℃。此次高溫持續(xù)時間為10 d（16日為34.9℃），高溫極值低于歷史極值。

3.2 高溫天氣的成因分析

3.2.1 200 hPa環(huán)流形勢特征 200 hPa高空圖上，南亞高壓是北半球?qū)α鲗由喜康某L波系統(tǒng)，它的季節(jié)變化與東西振蕩對北半球大氣環(huán)流演變有著重要的影響。南壓高壓在青藏高原上空的建立，是東亞地區(qū)入夏的重要標志之一，是我國大范圍旱澇天氣出現(xiàn)的環(huán)流背景條件[11]。

2017年7月10日，200 hPa南亞高壓在80～90°E、30°N附近，11日開始南亞高壓逐漸增強、范圍擴大，并北抬東移，12日南亞高壓明顯增強，范圍擴大，16日20：00南亞高壓中心登上青藏高原（圖3a），17日20：00范圍繼續(xù)擴大并北抬，其中心位于30°～40°N、80°～100°E，中心值為1 267 dagpm，18日20：00南亞高壓繼續(xù)北抬，中心位于30°～40°N、90°～100°E，高壓中心值仍為1 267 dagpm，19日南亞高壓中心移到甘肅省東南部，高壓中心值減小為1 265 dagpm，河西走廊東部高溫天氣結(jié)束（圖3b）。南亞高壓徘徊時間與高溫天氣發(fā)生發(fā)展并持續(xù)的時間相互吻合，說明200 hPa南亞高壓是造成河西走廊東部這次極端高溫天氣的主要影響系統(tǒng)[12-14]。

3.2.2 500 hPa環(huán)流形勢特征 2017年7月10—20日出現(xiàn)在河西走廊東部的高溫天氣，主要是由伊朗高壓東移與高原本地發(fā)展形成的高壓脊合并發(fā)展成為強大的大陸高壓所致。10日588 dagpm高壓脊在青藏高原發(fā)展并向東北西伸到河西走廊西部，11日發(fā)展并在河西走廊西部形成獨立的高壓系統(tǒng)，7月12—15日逐漸東移，16日大陸高壓與西伸的副熱帶高壓相互打通，使大陸高壓再度加強（圖4a），影響范圍進一步擴大，588線西伸到新疆東部，整個河西走廊受其控制。18日開始588線逐漸東移，中心移除河西走廊東部，到19日588線東移南壓到甘肅中東部，高壓范圍縮小，河西走廊東部高溫天氣結(jié)束（圖4b）。說明大陸高壓和副熱帶高壓打通加強，形成了非常深厚的暖高壓系統(tǒng)，為持續(xù)高溫天氣的產(chǎn)生提供了有利的環(huán)流形勢條件。

3.2.3 700 hPa環(huán)流形勢特征 2017年7月9—19日700 hPa熱低壓在高原發(fā)展加強，然后逐漸大范圍東擴到河西走廊。高溫天氣出現(xiàn)在中低層還表現(xiàn)有明顯暖平流。7月9—19日高原暖中心一直位于青海，但其范圍逐漸擴大東移，暖溫度脊（簡稱暖脊）也向東北方面擴展延伸，整個河西走廊中東部都受其暖脊控制。12日20：00 700 hPa溫度場高原地區(qū)為暖氣團控制（圖5a），中心位于青海，暖中心值達到26℃。暖溫度脊（簡稱暖脊）向東北方面發(fā)展延伸到河西走廊中東部。7月13—19日暖中心穩(wěn)定少動，但范圍逐漸擴大，暖溫度脊（簡稱暖脊）逐漸北抬，到20日，暖中心范圍逐漸縮小，暖脊及其暖中心向減弱并向偏東偏南方向發(fā)展移除河西走廊東部，河西走廊東部高溫天氣基本結(jié)束（圖5b）。說明高原暖脊也是這次持續(xù)高溫天氣過程的影響系統(tǒng)之一。

3.2.4 地面熱低壓 7月9—15日地面低于995 hPa的熱低壓帶從青海北部到南疆東部，然后逐漸大范圍東擴到河西走廊，且熱低壓中心東移擴展過程中，不斷從熱低壓主體中分離出小的熱低壓并東移，在青海北部、南疆東部到整個河西走廊行成多個具有中尺度特征的熱低壓中心（圖6a）。到16日，多個熱低壓中心合并成一個大的熱低壓逐漸擴展東移，河西走廊東部武威、民勤先后出現(xiàn)高溫天氣。18日，隨著熱低壓中心東移出武威以及覆蓋范圍的逐漸減小，高原系統(tǒng)形成，河西走廊東部涼州區(qū)高溫天氣結(jié)束，北部民勤高原系統(tǒng)影響較弱以及受其沙漠戈壁特殊地形地貌的影響高溫天氣持續(xù)到19日（圖6b）。因此，地面熱低壓的持續(xù)發(fā)展也是造成此次持續(xù)高溫天氣的原因之一。

3.3 物理量場反映

3.3.1 散度場特征 從民勤縣逐日散度時間剖面圖（圖7）看出，高溫主要時段，散度場的垂直分布對流層中上層散度為輻合，主要輻合層位于500～100 hPa，低層為輻散，主要輻散層位于700 hPa。說明河西走廊東部高溫時段對流層上層輻合、低層輻散，形成中上層有強反氣旋環(huán)流并伴有下沉運動的空間動力場結(jié)構，在下沉氣流絕熱增溫作用下較易形成高溫或持續(xù)高溫天氣。

3.3.2 垂直運動特征 從民勤縣逐日垂直速度時間剖面圖（圖8）看出，7月11—19日高溫天氣主要時段，整層為下沉運動，中心位于500～400 hPa。下沉絕熱增溫促進地面熱低壓的進一步發(fā)展和地面氣溫的上升。

3.4 地面氣象要素變化

以民勤站為例（圖9），在7月9—19日該站最高氣溫持續(xù)在35℃以上，9日隨著高溫天氣出現(xiàn)，日最低氣壓持續(xù)降低，14：00時，相對濕度明顯下降，21日氣壓明顯上升、相對濕度下降，表明高溫天氣結(jié)束。整個過程中，民勤無降水，風向主要以偏東風為主。表明高溫天氣過程天氣特點是：少雨、濕度小、氣壓低、吹明顯的偏東風。

3.5 預報指標

西太平洋副熱帶高壓和青藏高壓所致的大氣環(huán)流異常是造成極端高溫事件發(fā)生的直接原因。河西走廊東部盛夏出現(xiàn)高溫天氣的天氣形勢也是200 hPa存在強大穩(wěn)定的南亞高壓系統(tǒng)，500 hPa存在強盛的大陸高壓和西太平洋副熱帶高壓，低層有強而耐久的暖中心，地面熱為低壓控制。核對武威市氣象局高溫預報指標，發(fā)現(xiàn)此次河西走廊東部高溫過程（以7月9、10日為例），都滿足預報指標，除14：00時低云量不滿足，但是沒有達到河西走廊東部高溫的消空指標，涼州最高氣溫<29℃;700 hPa 民勤氣溫<11℃;850 hPa 民勤氣溫<17℃;52267（額濟納旗）、52378（拐子湖）兩站14時地面氣溫<35℃，滿足其中3條即可消空。

4 結(jié)論與討論

（1）前期氣溫異常偏高、無降水的干旱氣候、西太平洋副熱帶高壓動力抬升、青藏高壓熱力加強是造成此次長持續(xù)時間高溫天氣的氣候背景和直接原因。（2）造成此次持續(xù)高溫天氣的主要影響系統(tǒng)是對流層上層南亞高壓、中層大陸高壓、低層高原暖脊、地面熱低壓。（3）南亞高壓發(fā)展北抬與東移以及大陸高壓和副熱帶高壓相互疊加形成深厚的暖高壓系統(tǒng)，為持續(xù)高溫天氣的產(chǎn)生提供了有利的環(huán)流形勢條件。（4）高原暖脊和地面熱低壓發(fā)展東移引起的地面氣溫上升，是造成這次持續(xù)高溫天氣的重要原因。（5）上層輻合、低層輻散及整層的下沉運動為此次持續(xù)高溫天氣形成提供了重要條件。（6）高溫期間氣象要素顯示少雨、濕度小、氣壓低、吹明顯的偏東風。

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責任編輯：黃艷飛