屈麗瑋，徐娟娟，朱慶亮，黃少妮

(陜西省氣象臺(tái)，西安 710014)

極端高溫是中國(guó)夏季主要的極端天氣氣候事件之一。它的異常變化往往會(huì)對(duì)局部地區(qū)的氣候產(chǎn)生重要影響[1-4]，使水資源短缺，誘發(fā)干旱火災(zāi)，用電量急增，對(duì)人類生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重影響。國(guó)內(nèi)氣象學(xué)者對(duì)極端高溫天氣的研究已取得一些有意義的成果。西北地區(qū)作為氣候敏感區(qū)，極端事件的發(fā)生發(fā)展有著自身特點(diǎn)，翟盤茂等[5]研究指出，北方極端高溫日數(shù)明顯增多，極端低溫日數(shù)顯著減少。任朝霞等[6]指出，西北干旱區(qū)近40年最低溫度的天數(shù)有減少的趨勢(shì)，而最高溫度的天數(shù)略有增加趨勢(shì)。趙慶云等[7]對(duì)2010年夏季6—8月北半球異常高溫現(xiàn)象進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)該年北半球?qū)α鲗悠骄鶜鉁卣嗥街颠_(dá)近30年以來(lái)最大值。陳磊等[8]對(duì)西北5省地區(qū)出現(xiàn)大范圍極端高溫事件時(shí)的大氣環(huán)流特征進(jìn)行分析，揭示了西北地區(qū)大范圍極端高溫事件的大氣環(huán)流異常特征。

中國(guó)氣象局2018年《中國(guó)氣候變化藍(lán)皮書(shū)》顯示，2017年是全球有完整氣象觀測(cè)記錄以來(lái)的第二暖年份，也是有完整氣象觀測(cè)記錄以來(lái)最暖的非厄爾尼諾年份。2017年中國(guó)屬異常偏暖年份。中國(guó)北方增溫速率明顯大于南方地區(qū)，西部地區(qū)大于東部。2017年夏季位于西北地區(qū)東部的陜西發(fā)生持續(xù)性極端高溫天氣過(guò)程，其持續(xù)時(shí)間之長(zhǎng)、最高氣溫之高為歷史同期罕見(jiàn)，造成居民生活用水困難, 電力供應(yīng)緊張，秋糧大面積減產(chǎn)，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和人民群眾的生活帶來(lái)嚴(yán)重影響。本文利用2017年7月陜西省自動(dòng)氣象站逐日降水、氣溫資料，1960—2017年NCEP/NCAR全球再分析資料的2.5°×2.5°逐月風(fēng)場(chǎng)、相對(duì)濕度、位勢(shì)高度、溫度等，采用1960—2017年的平均值作為氣候平均態(tài)，對(duì)2017年極端高溫事件進(jìn)行分析，研究大氣環(huán)流異常特征，以期對(duì)高溫?zé)崂颂鞖膺^(guò)程有客觀全面的認(rèn)識(shí)，為該區(qū)域極端高溫事件的成因及預(yù)測(cè)提供參考借鑒。

1 2017年7月高溫天氣概況

2017年夏季陜西區(qū)域性高溫天氣的極端性十分突出，其日最高氣溫、日最低氣溫、日平均氣溫以及高溫日數(shù)都打破最高紀(jì)錄，為歷史罕見(jiàn)。高溫天氣范圍廣、強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，7月共出現(xiàn)26個(gè)高溫日(日最高氣溫≥35 ℃)，超過(guò)35 ℃和40 ℃高溫站次分別達(dá)1 309和217站次，均為1961年以來(lái)同期第一高值。關(guān)中渭河河谷和安康漢江河谷地帶在7月7—13日、19—27日出現(xiàn)持續(xù)大范圍日最高氣溫大于40 ℃的高溫天氣。全省除華山和太白2個(gè)高山站外，其余縣、市均出現(xiàn)高溫天氣，7月10日高溫范圍最廣，波及85個(gè)縣。7月共有29站日最高氣溫突破歷史極值，27日旬陽(yáng)日最高氣溫達(dá)44.7 ℃，突破該站建站以來(lái)極值，同時(shí)也突破了全省日最高氣溫極值。

據(jù)陜西省氣候中心統(tǒng)計(jì)，7月月降水量與常年同期比較關(guān)中、陜南大部偏少1～7成。陜西省持續(xù)高溫少雨天氣，多地出現(xiàn)旱情。

2 大氣環(huán)流特征分析

2.1 副熱帶高壓和南亞高壓

副熱帶高壓(簡(jiǎn)稱副高)與西太平洋和東亞地區(qū)的天氣變化有極其密切的關(guān)系。圖1為2017年7月500 hPa的平均高度場(chǎng)和距平分布，虛線為1960—2017年副高588 dagpm線的多年平均。西太平洋副高的強(qiáng)度、范圍及其位置變化直接決定了盛夏陜西高溫出現(xiàn)的強(qiáng)度及其持續(xù)時(shí)間。從圖1可以看出，烏拉爾山高壓脊較強(qiáng)，烏山以東至貝加爾湖以西有一低槽維持，高脊和低槽分別對(duì)應(yīng)距平場(chǎng)上的正負(fù)距平區(qū)域，說(shuō)明烏山高脊及東側(cè)低槽異常偏強(qiáng)，阻塞高壓穩(wěn)定維持，阻礙上游天氣系統(tǒng)東移，導(dǎo)致中緯度地區(qū)冷空氣活動(dòng)偏弱，且中緯度環(huán)流平直，以緯向環(huán)流為主，這一形勢(shì)有利于副高穩(wěn)定少動(dòng)。2017年7月西太平洋副熱帶高壓588 dagpm線的平均西脊點(diǎn)位于112°E的長(zhǎng)江中游地區(qū)，比常年平均偏西10°左右，西伸顯著，且副高面積較常年偏大。此外，我國(guó)位于中緯度地區(qū)的北方大部有2～4 dagpm的正距平，華北中部正距平達(dá)到6 dagpm。2017年7月陜西受持續(xù)異常的副高控制，盛行下沉氣流，有利于高溫天氣產(chǎn)生。

南亞高壓是北半球夏季100 hPa上最強(qiáng)大、最穩(wěn)定的控制性環(huán)流系統(tǒng)，對(duì)夏季我國(guó)大范圍旱澇分布以及亞洲天氣都有重大影響。陶詩(shī)言等[9]早在20世紀(jì)60年代就提出南亞高壓兩類基本型及其與西太平洋副高在大陸上的進(jìn)退關(guān)系。多數(shù)研究也表明[10]100 hPa上空的南亞高壓與500 hPa

虛線為1960—2017年副高588 dagpm線的多年平均圖1 2017年7月500 hPa平均高度場(chǎng)(實(shí)線)及距平場(chǎng)(陰影，單位：dagpm)

上空的西太平洋副高是在對(duì)流層上部和對(duì)流層中部分別形成的高空反氣旋環(huán)流，且存在相互制約的關(guān)系，當(dāng)南亞高壓東伸加強(qiáng)時(shí)副高西進(jìn)，當(dāng)南亞高壓西退時(shí)，副壓也相應(yīng)東撤。圖2為2017年7月100 hPa的平均形勢(shì)場(chǎng)和距平分布，虛線為1979—2015年南亞高壓(1676 dagpm線區(qū)域) 的多年平均。從圖2可以看出，2017年7月北半球大部分地區(qū)均為高度正距平，我國(guó)30°N以北的大部分地區(qū)距平值達(dá)4 dagpm以上，中心距平值達(dá)到6～8 dagpm。7月多年平均的南亞高壓1676 dagpm等值線的東脊點(diǎn)平均位置位于124°E附近，2017年7月該脊點(diǎn)位于130°E附近，較氣候平均偏東約6個(gè)經(jīng)度，控制范圍更廣。2017年7月南亞高壓偏東偏北，副高偏西，在兩個(gè)系統(tǒng)共同影響之下，陜西出現(xiàn)了持續(xù)高溫少雨天氣。

虛線為1979—2015年南亞高壓(1 676 dagpm線區(qū)域) 的多年平均圖2 2017年7月100 hPa平均高度場(chǎng)(實(shí)線)及距平場(chǎng)(陰影，單位：dagpm)

2.2 850 hPa流場(chǎng)特征

在東亞夏季風(fēng)控制下， 7月850 hPa多年平均的環(huán)流場(chǎng)上陜西上空盛行偏南風(fēng)(圖略)，偏南風(fēng)自孟加拉灣從南海向北抵達(dá)陜西地區(qū)。從2017年7月850 hPa流場(chǎng)距平圖(圖3)上可見(jiàn)，華南至南海海面上有一異常的氣旋式環(huán)流，蒙古—華北—陜西一帶為異常的反氣旋環(huán)流，陜西呈現(xiàn)偏北風(fēng)異常，抑制了來(lái)自南海的西南氣流北上，使得到達(dá)陜西的暖濕氣流輸送較常年偏弱。由此可見(jiàn)，2017年7月低層環(huán)流形勢(shì)不利于暖濕空氣自南向北輸送，導(dǎo)致水汽輸送減弱，與常年相比，這種環(huán)流形勢(shì)不利于冷暖空氣在陜西相遇，導(dǎo)致降水偏少，氣溫較常年偏高。

圖3 2017年7月850 hPa流場(chǎng)距平圖

3 物理量場(chǎng)分析

3.1 垂直運(yùn)動(dòng)特征

從30°N～45°N平均垂直速度距平經(jīng)度-高度剖面圖(圖4)可以看出，100°E～110°E的西北地區(qū)東部垂直速度從低層到高層為一致的正距平區(qū)，表明垂直下沉運(yùn)動(dòng)較常年明顯加強(qiáng)，特別是陜西中南部地區(qū)高層出現(xiàn)明顯負(fù)渦度區(qū)(圖略)，與副高中低層負(fù)渦度垂直疊加，產(chǎn)生一致下沉氣流，絕熱增溫效應(yīng)明顯，高層空氣下沉增溫，使中低層氣溫維持偏高[11]。從2017年7月30°N～45°N平均溫度距平的經(jīng)度-高度剖面上看到，近地面到500 hPa有明顯的正距平分布，105°E～120°E上空低層為正異常，高值中心可達(dá)3 ℃。這是導(dǎo)致是陜西高溫持續(xù)異常的原因之一。

圖4 30°N～45°N平均垂直速度(單位：10-2 Pa/s)距平(等值線)和溫度場(chǎng)(單位：℃)距平(陰影)的經(jīng)度-高度剖面圖

3.2 水汽輸送特征

水汽是形成降水的必要條件之一，水汽條件異常是某一地區(qū)干旱或洪澇發(fā)生的重要影響因子[12]。從2017年7月850 hPa相對(duì)濕度平均場(chǎng)和距平場(chǎng)(圖5)可看出，西北地區(qū)、內(nèi)蒙、河套北部和華北地區(qū)相對(duì)濕度在60%以下，相對(duì)濕度場(chǎng)上，陜西南部伸向四川盆地有一濕度場(chǎng)的低值區(qū)。新疆、東北、華北被負(fù)距平控制，陜西為一個(gè)負(fù)距平中心，關(guān)中南部和陜南西部負(fù)距平達(dá)到了10%，表明2017年7月陜西濕度條件較常年差。持續(xù)高溫干旱是不利于降水的異常環(huán)流持續(xù)發(fā)展和長(zhǎng)期維持的結(jié)果[13-14]。多年平均水汽通量場(chǎng)上(圖略)，7月到達(dá)陜西有兩條水汽輸送通道，一部分從孟加拉灣北上經(jīng)青藏高原到達(dá)陜西，另一支從南海隨西南季風(fēng)北上影響陜西。而2017年7月水汽通量距平圖上(圖6)，在南海附近形成一個(gè)氣旋式異常水汽通道，減弱了孟加拉灣和南海的水汽輸送。陜西地區(qū)的水汽通量異常表現(xiàn)為自北向南的北風(fēng)通量，與常年的偏南風(fēng)通量相反，不利于水汽輸送和降水天氣形成，易造成高溫少雨天氣。進(jìn)一步分析水汽輸送的經(jīng)向輸送異常特征，從東北、華北經(jīng)陜西至廣西有一負(fù)經(jīng)向水汽輸送異常帶，大值中心位于長(zhǎng)江以南一帶，陜西在負(fù)異常的控制之下，由南向北的水汽輸送大大減弱，導(dǎo)致該地區(qū)形成高溫少雨的天氣。

圖5 2017年7月850 hPa相對(duì)濕度場(chǎng)(%，等值線)及距平(%，陰影)

圖6 2017年7月水汽通量矢量距平(箭頭)和經(jīng)向距平(等值線，單位：g/(cm·hPa·s))

4 結(jié)論

(1)2017年7月陜西的持續(xù)性極端高溫天氣過(guò)程，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、極端高溫強(qiáng)，為歷史同期罕見(jiàn)。西太平洋副高比常年強(qiáng)度偏強(qiáng)，面積偏大，西伸明顯，南亞高壓偏東偏北，是導(dǎo)致陜西地區(qū)高溫天氣強(qiáng)度超歷史的直接原因。

(2)2017年7月陜西呈現(xiàn)偏北風(fēng)異常，抑制了西南氣流北上，到達(dá)陜西的偏南氣流輸送較常年偏弱，導(dǎo)致降水較少，有利于出現(xiàn)高溫。西北地區(qū)東部地區(qū)垂直下沉運(yùn)動(dòng)比常年劇烈，副高中心強(qiáng)烈的晴空輻射和深厚的下沉增溫作用使整層氣溫持續(xù)偏高，造成這一地區(qū)高溫天氣形成。

(3)2017年7月陜西水汽通量異常表現(xiàn)為自北向南的北風(fēng)通量，與常年的偏南風(fēng)通量相反，不利于水汽輸送和降水天氣形成，濕度條件較常年差，易造成高溫少雨天氣。