貴州省2019年8月極端高溫成因分析

劉紅雙，幸筱炯，楊 熠，武正敏，田 端

(貴州省遵義市氣象局，貴州 遵義 563000)

0 引言

國(guó)家氣候中心2020年2月發(fā)布的氣候公報(bào)指出，2019年我國(guó)極端高溫事件站次比為0.38，較常年明顯偏高0.26，有64站日最高氣溫突破歷史極值，多數(shù)分布在四川、貴州及云南等地，8月大部分城市平均氣溫較常年偏高造成降溫耗能增加[1]。王國(guó)復(fù)等[2]認(rèn)為在全球變暖的大環(huán)境下，我國(guó)夏季破紀(jì)錄的高溫事件在大范圍的區(qū)域接連發(fā)生，任福民等[3]認(rèn)為討論極端高溫區(qū)域及季節(jié)變化特征，有助于認(rèn)識(shí)區(qū)域的氣候變化規(guī)律。方啟云等[4]研究表明貴州印江降水量與最高溫度在8月有顯著的負(fù)相關(guān)，蔡軍等[5]研究表明貴州威寧夏季最高溫度空間分布與地形基本一致。羅四維和錢永甫等[6-7]研究指出青藏高壓東部型和帶狀型過程中，貴州少雨干旱。丁華君等[8]在研究2003年江南異常高溫時(shí)指出青藏高壓加強(qiáng)和向東擴(kuò)張,可作為預(yù)測(cè)長(zhǎng)江流域以南高溫干旱短期氣候變化的強(qiáng)信號(hào)。楊輝等[9]研究表明2003年夏季由于西太平洋副熱帶高壓異常偏強(qiáng),且持續(xù)西伸控制我國(guó)江南地區(qū),使得江南地區(qū)氣溫持續(xù)異常偏高。池再香等[10]在研究貴州干旱特征時(shí)指出冷空氣強(qiáng)度偏弱，活動(dòng)路徑偏北、偏東，南支槽偏弱且較平直，西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度偏強(qiáng)、位置偏西，是造成貴州氣溫偏高的重要原因。彭京備等[11]研究表明南亞高壓偏強(qiáng)與西太平洋副熱帶高壓西伸,使2006年川渝出現(xiàn)形成了少見的高溫天氣。

上述研究主要針對(duì)大區(qū)域，針對(duì)貴州的研究主要集中在最高溫度和干旱等，貴州極端高溫的研究很少有人涉及，因而缺乏對(duì)貴州極端高溫的整體分析及認(rèn)識(shí)。貴州地處我國(guó)西南地區(qū)東部，自東向西海拔逐漸增高，夏季主要受東亞季風(fēng)和青藏高原環(huán)流系統(tǒng)影響。因此，研究貴州省極端高溫事件與東亞大氣環(huán)流和南壓高壓的關(guān)系，對(duì)貴州極端高溫事件分析、預(yù)測(cè)具有重要的指導(dǎo)意義。同時(shí)極端高溫事件給百姓的日常生活及勞動(dòng)生產(chǎn)均造成嚴(yán)重影響，也給城市的供電和供水帶來了極大的挑戰(zhàn)。因而，本文利用NCEP/NCAR再分析資料和貴州省82個(gè)地面觀測(cè)站逐日最高溫度資料，分析2019年貴州省極端高溫事件發(fā)生的地域特征及成因。

1 資料選取和極端高溫閾值計(jì)算

本文所用數(shù)據(jù)：①貴州省氣象信息中心1960—2019年貴州省82個(gè)地面觀測(cè)站逐日最高溫度資料；②NCEP/NCAR 1981—2019年逐月的100 hPa、500 hPa高度場(chǎng)及海平面氣壓場(chǎng)再分析資料，分辨率為2.5°×2.5° ；③國(guó)家氣候中心1960—2019年逐月和2019年8月1—31日逐日西太平洋副熱帶高壓指數(shù)；④中國(guó)臺(tái)風(fēng)網(wǎng)2019年7月末—8月西太平洋臺(tái)風(fēng)路徑信息。

貴州省極端高溫閾值計(jì)算：依據(jù)中國(guó)氣象局2015年發(fā)布的《極端高溫的監(jiān)測(cè)指標(biāo)》[12](QX/T280-2015)，極端高溫主要存在2個(gè)閾值，一是極端日高溫閾值，二是極端連續(xù)高溫日數(shù)閾值。本文主要研究極端日高溫的變化，某站極端日高溫閾值由第95位百分位數(shù)確定，即某站1981—2010年逐日高溫的每年極值和次值，構(gòu)建成共由60個(gè)按照從小到大進(jìn)行排序的高溫樣本序列，取排位第58的數(shù)值作為該站極端高溫的閾值。利用上述方法計(jì)算出貴州省82個(gè)地面觀測(cè)站的極端高溫閾值。

貴州省某年(某月)極端高溫站次數(shù)：貴州省82個(gè)站點(diǎn)某年(某月)共出現(xiàn)極端高溫的總次數(shù)。

貴州省某年(某月)極端高溫站次比：貴州省某年(某月)共出現(xiàn)極端高溫的站數(shù)/貴州省82個(gè)地面觀測(cè)站。

2 貴州省2019年極端高溫時(shí)空分布特征及原因分析

2.1 貴州省極端高溫閾值及2019年極端高溫空間分布情況

由圖1可知，貴州省極端高溫閾值(圖1a)空間分布由東向西遞減，與貴州地形高度由東向西遞增一致，閾值36 ℃以上主要集中在遵義中北部、銅仁大部、黔東南東部，其中赤水、沿河高于40.0 ℃，赤水極端高溫閾值為41.8 ℃(赤水站海拔高度：354.6 m)、沿河為41 ℃(沿河站海拔高度：334.6 m)，最低為威寧站30.0 ℃(威寧站海拔高度：2238.6 m)。貴州省2019年極端高溫(圖1b)主要出現(xiàn)在貴陽(yáng)、黔東南、黔南等地，其中有4站出現(xiàn)3次，20站出現(xiàn)2次，19站出現(xiàn)1次，全省共計(jì)43站出現(xiàn)極端高溫，站次比為0.52，極端高溫主要出現(xiàn)在閾值小值區(qū)32.0～35.9 ℃之間。

圖1 貴州省1981—2010年極端高溫閾值空間分布(a)、2019年極端高溫出現(xiàn)次數(shù)空間分布(b)

2.2 貴州省極端高溫時(shí)間分布及2019年8月貴州省極端高溫特征

由圖2a可知，極端高溫在1966年、2011年、2013年、2019年發(fā)生站次數(shù)最多，均在70站次以上，其中以2011年83站次最多，全省82個(gè)站平均出現(xiàn)1.01站次極端高溫，次多為1966年的81站次，每年平均有17.3站次極端高溫。20世紀(jì)60—70年代初、80年代末—90年代初、21世紀(jì)00—10年代貴州省極端高溫發(fā)生的站次較多，而在20世紀(jì)70年代中期—80年代中期、90年代中后期貴州省極端高溫很少發(fā)生，甚至有些年都沒有極端高溫發(fā)生。極端高溫出現(xiàn)在3—9月(圖2b)，5月、7月、8月發(fā)生的站次較多，其中以8月最多達(dá)到503站次占全年的48.5%，次多為7月達(dá)到280站次占全年的27.0%。3月、4月、6月、9月發(fā)生站次較少，其中以3月最少僅有4站次，占全年的0.4%。因而貴州省極端高溫主要發(fā)生在5月、7月、8月，占全年的87.1%。

圖2 貴州省1960—2019年極端高溫年站次數(shù)(a)、總站次數(shù)逐月變化(b)、1960—2019年8月極端高溫年站次數(shù)(c)、2019年極端高溫站次數(shù)逐月變化(d)

8月的極端高溫(圖2c)在1966年、2013年、2019年發(fā)生站次數(shù)最多，均在60站次以上，其中以1966年75站次最多，次多為2019年63站次，8月極端高溫站次數(shù)的變化趨勢(shì)與全年趨勢(shì)一致。而極端高溫站次數(shù)最多的2011年僅有一半發(fā)生在8月。2019年全省出現(xiàn)極端高溫(圖2d)共計(jì)71站次，比60 a平均高4.1倍，2019年全省極端高溫僅在5月、6月、8月出現(xiàn)，其中8月最多63站次，占總數(shù)的88.7%，比8月的60 a平均高7.5倍。

由圖3可知，貴州省極端高溫站次比(圖3a)在1988年、2013年、2019年均在0.52以上,意味著全省82個(gè)測(cè)站有43個(gè)及以上測(cè)站出現(xiàn)極端高溫，其中1988年最大達(dá)到0.6,即該年60次極端高溫站次數(shù)分布于49個(gè)測(cè)站。20世紀(jì)60—70年代中期、80年代后期—90年代前期、21世紀(jì)00—10年代是極端高溫站次比的大值區(qū)。1960—2019年的8月極端高溫站次比大值區(qū)主要集中在2005—2019年，其中，1966年、2013年、2019年均在0.45以上，2013年最大為0.52,2019年為第3。

圖3 貴州省1960—2019年貴州省極端高溫站次比(a)、8月極端高溫站次比(b)，貴州省2019年8月最高氣溫分布及距平分布(c)、極端高溫出現(xiàn)1次以上站點(diǎn)逐日平均最高氣溫隨時(shí)間的演變(d)

綜上，極端高溫主要出現(xiàn)在8月，其中2019年8月的極端高溫站次數(shù)和站次比分別是60 a同期的第3和第2。從2019年8月的全省最高溫度的分布來看(圖3c)，8月最高溫度較常年偏高，特別在省的東部、貴陽(yáng)—黔南北部、畢節(jié)南部—黔西南的北部偏高1～2 ℃，局地偏高達(dá)到3 ℃，最高溫度的大值中心36 ℃在省的東部及東南部，33 ℃主要在省的東部及赤水，其余地區(qū)在33 ℃，個(gè)別地區(qū)低于27 ℃。為進(jìn)一步了解極端高溫的變化情況，將2019年8月出現(xiàn)極端高溫站點(diǎn)的逐日最高溫度進(jìn)行平均(圖3d)，可知最高溫度的變化前期以升溫為主，從8月2日29.0 ℃到8月12日的35.4 ℃，平均每天升溫0.6 ℃，8月21日溫度降至平均值以下。

2.3 2019年與2013年極端高溫8月環(huán)流對(duì)比分析

21世紀(jì)10年代是極端高溫的頻發(fā)時(shí)段，其中2013年8月的極端高溫站次數(shù)和站次比分別是60 a同期的第1和第3，2019年8月的極端高溫站次數(shù)和站次比分別是60 a同期的第3和第2。大氣環(huán)流異常是高溫?zé)崂诵纬傻闹苯釉騕13]。下面將從100 hPa和500 hPa高度場(chǎng)及海平面氣壓場(chǎng)對(duì)貴州省這2 a 8月極端高溫環(huán)流形勢(shì)進(jìn)行分析。

從2019年8月的100 hPa高度及距平場(chǎng)(圖4a)看出，在32°N附近有2個(gè)高壓中心，強(qiáng)高壓中心在青藏高原—伊朗高原，中心值>1685 dagpm，1685線西至50°E以西，東至100°E，東西跨度在40個(gè)經(jīng)度以上，1680線控制了我國(guó)東部以西地區(qū)，其東伸脊點(diǎn)在115°E附近，貴州上空處于1680線控制，整個(gè)歐亞大陸及西太平洋較常年都是正距平，且我國(guó)中部以西地區(qū)較常年偏高3 dagpm及以上，貴州地區(qū)上空較常年偏高2～3 dagpm。而2013年8月的100 hPa環(huán)流場(chǎng)在青藏高原至伊朗高原也有1個(gè)高壓中心(圖4b)，中心值在1680 dagpm以上，1680線東伸至100°E附近，貴州上空處于1675線控制，我國(guó)30°N以北地區(qū)較常年偏高，西南地區(qū)較常年接近，貴州接近常年同期。2019年8月的青藏高壓強(qiáng)度較常年明顯偏強(qiáng)，相比2013年8月也是明顯偏強(qiáng)，東伸脊點(diǎn)也是明顯的偏東，特別在西南地區(qū)上空青藏高壓明顯控制且強(qiáng)度較常年明顯偏強(qiáng)，而2013年8月較常年偏弱。

圖4 2019年8月(a、c、e)2013年8月(b、d、f)高度場(chǎng)及距平(單位：dagpm)和氣壓場(chǎng)及距平(單位：hPa)(a、b)100 hPa，(c、d)500 hPa，(e、f)海平面氣壓，1960—2019年8月西太平洋副熱帶高壓指數(shù)距平歷年變化(g)

從2019年8月500 hPa高度及距平場(chǎng)(圖4c)看出，我國(guó)東部以西地區(qū)為正距平，且受高壓脊控制，說明我國(guó)東部以西地區(qū)較常年受較強(qiáng)高壓控制，有較強(qiáng)的下沉氣流，利于地面白天輻射增溫。在西北太平洋上有副熱帶高壓的強(qiáng)中心，中心強(qiáng)度>592 dagpm，與100 hPa日本海南部大值中心相對(duì)應(yīng)，青藏高原存在大陸高壓，中心強(qiáng)度>588 dagpm，較常年偏高2 dagpm左右。從東北地區(qū)到長(zhǎng)江流域有低壓槽，且低壓槽較常年偏強(qiáng)，貴州處于586線控制，且位于槽后脊前，同時(shí)孟加拉灣至我國(guó)西南地區(qū)的高度場(chǎng)偏高1 dagpm左右，不利于孟加拉灣的水汽向我國(guó)西南地區(qū)輸送。而2013年8月副熱帶高壓明顯西伸北抬(圖4d)，西南地區(qū)受586線控制，與常年強(qiáng)度相當(dāng)。由圖4(h)可知，2013年和2019年8月西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度較常年同期明顯偏強(qiáng)，且2019年8月最強(qiáng)，2013年和2019年8月西太平洋副熱帶高壓面積同樣較常年同期明顯偏大，但2013年8月最大；2019年8月西太平洋副熱帶高壓位置偏西明顯，而2013年8月西伸脊點(diǎn)位置偏西不明顯，且2013—2019年的8月西太平洋副熱帶高壓較常年同期都呈現(xiàn)面積明顯偏大，強(qiáng)度明顯偏強(qiáng)，西伸脊點(diǎn)位置偏西的特點(diǎn)。

從2019年8月海平面氣壓及距平場(chǎng)(圖4e)看出，我國(guó)華南地區(qū)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)、華北地區(qū)東部、東北地區(qū)南部為負(fù)距平，四川盆地東部氣壓場(chǎng)較常年偏低或相當(dāng)，特別在貴州東部較常年偏低1個(gè) hPa，說明在四川盆地東部冷空氣影響較弱或與常年相當(dāng)，且在貴州東部有熱低壓活動(dòng)。而2013年8月我國(guó)除新疆西北外均為負(fù)距平(圖4f)，且在四川盆地東部氣壓場(chǎng)較常年也是偏低，貴州東部受熱低壓1004 hPa外圍控制，我國(guó)整個(gè)東部均受低壓控制，且較常年偏強(qiáng)。與2013年相比2019年8月負(fù)距平控制區(qū)域偏東偏少，四川盆地東部負(fù)距平的值較小，因而2019年8月的熱低壓沒有2013年活躍。

綜上，2019年8月貴州地區(qū)受100 hPa強(qiáng)盛的青藏高壓東伸控制，500 hPa大陸副高外圍受槽后偏北氣流控制，地面上貴州東部受熱低壓活動(dòng)影響，導(dǎo)致貴州極端高溫，其中全省82個(gè)地面觀測(cè)站有11個(gè)測(cè)站最高氣溫突破歷史極值，8個(gè)測(cè)站與歷史極值相當(dāng)。

校園尺度上，地方滿意度和地方依戀維度均值(3.93)大于量表總均值；地方認(rèn)同維度均值(3.83)較低，此維度所有測(cè)量項(xiàng)的得分均值均小于量表總均值。說明留學(xué)生對(duì)云南大學(xué)的自然與物質(zhì)文化環(huán)境和社交環(huán)境有較高的感知，而對(duì)學(xué)校功能環(huán)境的評(píng)價(jià)相對(duì)較低。

由2019年8月西太副高逐日變化可知(圖5a)，西北太平洋副熱帶高壓脊線8月1—9日位于30°N以北地區(qū)，較常年同期偏北，最高溫度升高不明顯，8月10 日迅速南落，持續(xù)到8月15日，9—15日西北太平洋副熱帶高壓脊線南落16.8個(gè)緯度。西太平洋副高逐漸南落的過程，最高溫度逐漸升高，8月12日升至最高35.4 ℃，8月15—20日西太平洋副高逐漸北跳，19日脊線位于31°N附近，8月14日之后最高溫度緩慢降低?？梢姡魈窖蟾备叩哪下浒殡S著貴州省最高溫度的先升高后緩慢降低，北跳后最高溫度繼續(xù)緩慢降低。2019年7月31日—8月30日西太平洋共產(chǎn)生6個(gè)臺(tái)風(fēng)，有4個(gè)在我國(guó)登陸，其中超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”北上，8月7日進(jìn)入我國(guó)臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)24 h警戒線，8月9—10日在浙江登錄。超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”登陸與西太副高南落時(shí)間基本一致，其西進(jìn)使副高向內(nèi)陸收縮增強(qiáng)，有利于極端高溫事件的出現(xiàn)。

圖5 2019年8月西太平洋副熱帶高壓脊線位置日變化(a)(實(shí)線表示實(shí)際值、直方圖表示與8月氣候值的距平、虛線表示貴州省2019年8月極端高溫出現(xiàn)1次以上站點(diǎn)最高氣溫隨時(shí)間的演變)2019年7月末—8月西太平洋臺(tái)風(fēng)路徑(b)

3 總結(jié)與討論

本文依據(jù)《極端高溫的監(jiān)測(cè)指標(biāo)》計(jì)算出貴州省1981—2010年極端高溫閾值，分析1960—2019年貴州省極端高溫發(fā)生情況，并從100 hPa和500 hPa高度場(chǎng)及海平面氣壓場(chǎng)對(duì)貴州省2013、2019年8月極端高溫環(huán)流形勢(shì)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

①貴州省極端高溫閾值空間分布由東向西遞減，與貴州省地形分布一致，36 ℃以上大值區(qū)集中在省的東部和南部邊緣，其中最高為赤水41.8 ℃，最低為威寧30.0 ℃，2019年極端高溫主要發(fā)生在32.0～35.9 ℃閾值區(qū)間。

②貴州省極端高溫站次數(shù)的年際變化：在20世紀(jì)60—70年代初、80年代末—90年代初、21世紀(jì)00—10年代貴州省極端高溫發(fā)生的站次較多，而在20世紀(jì)70年代中期—80年代中期、90年代中后期貴州省極端高溫很少發(fā)生，有些年甚至沒有極端高溫出現(xiàn)。

④ 21世紀(jì)10年代是極端高溫的頻發(fā)時(shí)段，其中2013年8月的極端高溫站次數(shù)和站次比分別是60 a 同期的第1和第3，2019年8月的極端高溫站次數(shù)和站次比分別是60 a 同期的第3和第2。

⑤ 2019年8月貴州受100 hPa青藏高壓異常北抬東伸控制，500 hPa受大陸副高外圍及槽后偏北氣流控制，地面有熱低壓的活動(dòng)及北上超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”影響，導(dǎo)致了貴州極端高溫，全省82個(gè)地面觀測(cè)站有11個(gè)測(cè)站最高氣溫突破歷史極值。雖然2013年100 hPa青藏高壓和500 hPa沒有2019年強(qiáng)，但在海平面氣壓場(chǎng)熱低壓的活躍程度比2019年強(qiáng)。

⑥貴州極端高溫的升溫與臺(tái)風(fēng)“利奇馬”的西進(jìn)導(dǎo)致副高向內(nèi)陸收縮增強(qiáng)有關(guān)，同時(shí)高溫沒有進(jìn)一步發(fā)展與北上超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”對(duì)大氣環(huán)流的影響有關(guān)。