2022年8月长江流域持续性极端高温事件成因.pdf
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1、书书书彭京备,孙淑清,林大伟 年月长江流域持续性极端高温事件成因应用气象学报,():年月长江流域持续性极端高温事件成因彭京备)孙淑清)林大伟)(中国科学院大气物理研究所,北京 )(中国气象局人工影响天气中心,北京 )(中国气象局云降水物理与人工影响天气重点开放实验室,北京 )摘要 年夏季长江流域经历了罕见的高温酷暑天气。年月高温区几乎覆盖整个长江流域,形成全流域型高温,并持续近个月。持续高温与西北太平洋副热带高压(简称副高)的异常活动关系密切。月副高西伸且稳定,其西端脊点到达 ,比常年偏西近 个经度,控制了几乎整个长江流域,引起罕见的持续高温。导致副高稳定西伸的重要原因如下:热带环流的异常从南
2、面支持副高的维持;月西太平洋至南海地区赤道辐合带持续偏强,对流明显偏强;南海地区出现明显增强的 环流,支持 以西副高的维持。此外,西风带环流的异常分布有利于副高西伸;欧亚地区 位势高度场上维持两脊一槽的形势,鄂霍次克海高压脊几乎与副高打通,形成稳定的高压坝;乌拉尔地区的高压脊不断向东南方向输送 波能量,也对副高西段的维持和加强起重要作用。关键词:高温热浪;副热带高压;热带对流;西风带系统引言近年我国极端高温事件发生频次显著增加,其影响和变化特征受到广泛关注 。年后长江流域已发生多次高温事件,但发生位置有所不同。年高温主要集中在川渝地区。年月长江中下游地区发生罕见高温热浪天气。年月高温集中在长江
3、中游和上游地区。年夏季中国多个地区发生了持续性强高温天气过程,是该年最主要的自然灾害,其中长江流域的极端高温事件持续时间长、强度强、范围广 。年月 日月 日中央气象台连续 发布高温预警,其中月 日 日更是连续发布最高级别的高温红色预警。上海、重庆等地持续出现 的异常酷热天气。高温覆盖长江全流域,其强度和持续时间均为 年以来之最。年受持续高温天气影响,我国南方多地出现重度气象干旱,长江、鄱阳湖、洞庭湖等江湖水位持续 走 低,近个 月 鄱 阳 湖 水 体 面 积 减 少 了 约。长江流域出现罕见“主汛期反枯”。高温不仅影响人民生活,还造成用电紧张、农业减产和山火等灾害。因此此次高温热浪过程引起气象
4、界的普遍关注。研究显示,副热带高压异常活动是长江流域高温的主要成因,。暖高压内盛行的下沉气流有利于地面增温。人们对西北太平洋副热带高压(简称副高)的活动规律及成因进行了大量研究,包括研究其内部结构、活动规律及其对天气气候的影响 ,还研究周边环流因子如热带、副热带环流对副高影响,包括季风活动、海温影响等。近年在周边环流,如热带、副热带环流、西风带长波槽脊对副高影响方面均取得大量成果。研究显示,北半球夏季极涡面积扩张时,副高减弱,位置南移。北半球中高纬度环流系统 收到,收到再改稿。资助项目:中国科学院战略性先导科技专项(类)()邮箱:第 卷 第期 年月 应 用 气 象 学 报 ,影响和制约副高的异
5、常变化 。热带对流和副高的强度、北跳和西伸有密切关系。热带对流活跃有利于副高西伸北抬 。南半球的马斯克林高压与澳大利亚高压的发展,通过越赤道气流导致南海地区对流加强,从而推进副高增强 。彭京备等 分析 年引起我国南方高温的副热带高压的异常成因,发现副高北抬西进时,东半球的主要越赤道气流皆较为强势,使得赤道辐合带(,)在热带西太平洋至印度洋间加强,有力地支持了副热带高压南侧的偏东气流。年夏季,不仅西北太平洋副热带高压出现异常,几乎全球的副热带系统均出现异常。如伊朗高压离开 以西的气候平均位置,多次东伸甚至到达 以东地区。稳定的高压带引起青藏高原北侧新疆等大范围的持续性高温。欧洲地中海地区的副热带
6、高压异常偏强,引起南欧如意大利、葡萄牙等地区的持续高温。这种全球性副热带地区环流系统的异常及其造成的大范围气象灾害非常罕见,值得关注。本文从 年夏季全国高温热浪事件入手,以长江流域的酷暑为切入点,研究副高异常活动的原因,探讨西风带长波槽脊的特殊位置及热带环流的特点,以了解它们的异常对副高产生的影响及其物理过程,从而进一步了解高温热浪形成原因。资料和方法本文所用资料包括:中国气象局国家气象信息中心提供的中国地面日值资料中的日最高气温资料,长江流域(,)为 个站;长江下游地区(,)有 个站,长江中游地区(,)有 个站,川渝地区(,)有 个站(区域示于图)。欧洲中期天气预报中心()提供的日平均再分析
7、资料,有 和 位势高度场,层(,)垂直速度和风场,地面气温和降水。其中等压面资料水平分辨率为 ,地面资料水平分辨率为 。以 资料的算术平均为日平均。美国海洋和大气管理局物理科学实验室提供的逐日对外长波辐射(,)。中国气象局国家气候中心提供的 年月、月的副高西伸脊点指数、面积指数和强度指数,限于资料长度,气候平均为 年,其余物理量的气候平均为 年。以日最高气温不低于 为高温标准,不低于 为酷热标准。其中资料时间段为 年月日月 日。为讨论西风带系统对副高的影响,计算 波作用通量。原始场经过滑动平均,气候态为 年,并经过 滑动平均。该方法已被用于副高维持机理的诊断分析。本文插图中所涉及的中国国界基于
8、审图号为()号标准地图制作,底图无修改。年夏季高温概况 年夏季长江流域的高温从月持续至月。重庆和上海分别自月日和日出现不低于 的高温,连续高温日数达到 和。长江中游的高温天气出现较晚。南昌自月日持续出现高温。利用 再分析资料,得到 年夏季中国高温时期气温标准化距平及降水距平百分率。这与已有结果基本一致,。由图可见,长江流域气温普遍偏高 个标准差以上,其中高温中心位于川渝地区东部和长江中下游地区,气温偏高 个标准差。气温偏高的同时,长江流域降水偏少,大部分地区降水距平百分率超过 。定义日最高气温不低于 的站为高温站。按照图黑框所示,分别计算长江全流域、川渝地区、长江中游和下游个地区的高温站占总站
9、数比例的逐日变化(图)。由图可知,年月日以后,不论是长江上游、中游和下游地区还是长江全流域,高温站占总站数的比例均出现峰值。月 日川渝地区、长江中游和下游的高温站比例分别从月日的 ,和 增至 ,和 ,长 江 全 流 域 高 温 站 比 例 从 增加至 。月 日长江全流域、川渝地区、长江中游和下游高温站比例才下降至 以下。不低于 的高温集中时段也与不低于 应用气象学报 第 卷图 年夏季中国日平均气温标准化距平和降水距平百分率(黑色方框从左至右分别表示川渝地区、长江中游和下游地区的范围)(,)图 年月日月 日长江流域、川渝地区、长江中游和长江下游地区日最高气温不低于 和 的站数占区域内总站数百分比
10、(阴影表示高温时段),()第期 彭京备等:年月长江流域持续性极端高温事件成因 续图的时段相同。由图还可以看到,若以日最高气温不低于 的高温站数表征高温强度和范围,无论是高温强度和范围,还是持续时间,月均较月上中旬更为明显。因此,以下研究月长江流域高温的发生机理。年月环流主要特征及其成因 高温时期的环流特征 年夏季高温持续时段 位势高度图 年月 日和月 日平均 高度场(实线,单位:)及其距平(阴影)(粗实线为 年 线,粗虚线为同期气候平均 线)(,:)()(,)应用气象学报 第 卷续图场及其距平见图。由图可见,月中下旬副高西伸脊点位于 附近,较气候平均偏西约 个经度。月平均西伸脊点的标准化距平为
11、 。与此同时,位于伊朗高原的大陆副热带高压(简称大陆高压)则东伸显著。由 等值线时间经度图 年月日月 日 平均 线的时间经度剖面(实线)(虚线为同期气候平均,阴影表示位势高度大于 ,点线表示副高西伸)()(,)剖面(图)可以看到,月日大陆副热带高压东伸至 附近。此时副高西伸脊点位于 附近。月 日和月 日副高与大陆高压打通,在长江流域形成高压坝,导致浙江、福建、江西、安徽、江苏等地出现高温天气。大陆高压的月平均面积指数 和强 度指 数 异 常分 别 为个 标 准 差 和 个标准差,即面积偏大,强度偏强。由此可见,月的高温是大陆高压和副高共同作用的结果。年月大陆高压面积偏小,强度偏弱。由图可以看到
12、,副高异常西伸,西伸脊点达到 附近,较气候平均的 偏西近 个经度。月副高西伸脊点异常达到 个标准差,这是 年以来月副高最偏西的位置。由图更能清楚地看到其西伸情况。月副高西伸脊点一直维持在 以西。在副高持续西伸的同时,其面积扩大、强度偏强,强度指数和面积指数异常分别为 和 个标准差。正是由于副高的稳定维持,导致月长江全流域的高温天气。副高持续西伸成因本节将讨论副高周边的热带环流和中高纬度环流对副高异常西伸并稳定维持的影响。热带环流异常的影响气候上每年月 北推至 。年月西太平洋至南海地区的 出现多次加强过程。由月 日 风场的异常(图略)可知,以西的南海地区存在一个宽阔的气旋式风异常区,表明该地区的
13、辐合持续加强。图 是南海及邻近地区 异常。由图 可以看到,从孟加拉湾至南海地区为 负异常区,负异常中心第期 彭京备等:年月长江流域持续性极端高温事件成因 分别位于孟加拉湾和南海,表明热带地区对流较气候平均偏强。由 等值线范围可见,南海地区对流中心的位置较气候平均偏西,范围偏大。图 是南海地区对流中心区(,图 中 的 黑 色 方 框 所 示)的 平 均 随时间的变化。图 可见,月大部分时间南海关键区的 低于同期气候平均。月 日月日、月 日、月 日和月 日为 偏低时段,即南海对流加强时段。除月 日外,其余次南海对流加强时段分别对应南海热带低压、台风木兰()和台风马鞍()的次活动。结合图可以看到,月
14、日、日、日、日、日和 日副高出现西伸。除了月 日副高西伸过程发生在南海地区平均 距平为正的情况外,其余次副高西伸均发生在南海地区 为负距平时,即南海对流加强时段。图 年月 日平均的 异常(实线为 等值线,虚线为气候平均 ;黑色方框表示南海对流关键区)(),年月 日月 日南海对流关键区的 (实线)及同期气候平均(虚线)逐日变化(竖实线表示高温时段,竖点线为副高西伸)()(;)(),()()(,)()下面再以 的辐合情况说明其强度变化。图为 平均经向风的时间纬度剖面。由图可见,在月 日月 日、月 日和月 日,南海对流关键区出现次经向风的正距平,即低层南风加强,南海地区出现季风涌。与偏南风加强对应,
15、南海地区低层出现散度负异常,高层出现散度正异常(图),即低层异常辐合,高层异常辐散,有利于 加强。与南海地区 的时间序列对比(图)可见,次季风涌出现时间与 降低的时间完全一致。季风涌引起的 应用气象学报 第 卷图 年月 日月 日 平均 经向风异常的时间纬度剖面(单位:)(粗线为零线,黑色竖线表示月 日高温时段)(:)(,)图 年月 日月 日 平均的 和 散度异常的时间经度剖面(黑线为零线,横线表示月 日高温时段)(,)第期 彭京备等:年月长江流域持续性极端高温事件成因 低层辐合、高层辐散,有利于南海对流加强。异常强盛的 会对周边环流产生影响。图 为 年月 日 平均的垂直环流距平。由图 可以看到
16、,附近存在强烈的异常上升运动,附近为异常下沉运动。即 环流上升支加强,使得 附近出现异常下沉,这对该地区副高的西伸和加强极为有利。图 为南海对流中心附近()的垂直环流距平。由图 可以看到,附近出现强烈的异常上升,附近出现强烈的异常下沉。对比图 和图,的垂直环流异常与 平均的相似,只是强度更强,局地 环流的强烈加强支持副高的稳定西伸。由以上分析可见,月南海地区出现次季风图 年月 日平均垂直环流距平(单位:经向风为,垂直速度为 ;灰色阴影表示垂直速度异常,黑色阴影为地形)(),()()()(:,;,)涌,引起低层异常辐合、高层异常辐散,对流活跃。月共有次热带低压或台风登陆华南沿海。旺盛的热带对 流
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