2013年南方高溫?zé)崂顺梢蚍治?/h1>
2016-08-03 08:42:16干全
陜西氣象 2016年4期
干 全
(中國(guó)民航飛行學(xué)院廣漢分院氣象臺(tái)，四川廣漢 618307)
?
2013年南方高溫?zé)崂顺梢蚍治?/p>
干全
(中國(guó)民航飛行學(xué)院廣漢分院氣象臺(tái)，四川廣漢618307)
摘要：利用1975—2013年國(guó)家氣候中心160站氣溫資料、逐日的ERSST和NCEP再分析資料等，對(duì)2013年7—8月中國(guó)南方地區(qū)的高溫?zé)崂耸录漠惓－h(huán)流形勢(shì)以及成因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：在全球變暖的背景下，南方地區(qū)2013年夏季是自1975年以來(lái)最熱的一年。西太平洋副熱帶高壓加強(qiáng)、西伸且穩(wěn)定少動(dòng)是造成高溫的主要原因，7月上旬的高溫時(shí)段對(duì)應(yīng)副高脊線偏北，7月中旬至8月中旬對(duì)應(yīng)副高脊線偏南，其中后一時(shí)段副高偏南、西伸、加強(qiáng)且穩(wěn)定少動(dòng)對(duì)整個(gè)夏季的高溫起到了重要作用。而造成副高異常的原因主要在于：(1)西太平洋赤道地區(qū)熱源加強(qiáng)，強(qiáng)烈的異常上升氣流通過(guò)Hadley環(huán)流，造成南方地區(qū)的下沉運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，副高亦加強(qiáng)；(2)南北半球海溫梯度加大，使得海洋性大陸區(qū)域的兩支越赤道氣流減弱，不利于副高的北抬活動(dòng)，使得副高在南方地區(qū)穩(wěn)定少動(dòng)。
關(guān)鍵詞：高溫?zé)崂耍粚?duì)流活動(dòng)；西太平洋副熱帶高壓；海溫梯度；中國(guó)南方
隨著全球變暖，近年來(lái)，在世界各地高溫?zé)崂耸录l頻發(fā)生，在1972至2012年間全球200多個(gè)城市長(zhǎng)時(shí)間的極端炎熱天氣大量增多，在近幾年的氣象記錄中高溫?zé)崂俗顬橥怀觥?013年夏季我國(guó)南方地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)性的高溫天氣，高溫主要集中在福建、江西、湖南、浙江、上海、重慶等地，唐恬等[1]的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2013年盛夏733個(gè)站點(diǎn)中就有285個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)大于40 ℃的極端高溫，其中重慶開(kāi)縣超過(guò)40 ℃的高溫天氣持續(xù)了23 d之久，而浙江定海夏季的平均最高氣溫達(dá)到了42.3 ℃。高溫?zé)崂瞬粌H超過(guò)人本身的耐受極限，而且造成了城市用水、用電緊張，危害農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)等等[2],因此，對(duì)高溫?zé)崂耸录难芯浚兄谶M(jìn)一步理解高溫?zé)崂耸录陌l(fā)生機(jī)理，為防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)的理論依據(jù)。事實(shí)上，2013年南方地區(qū)的高溫?zé)崂顺梢蛞延幸恍┏醪降挠懻揫3-6]。這些研究一致認(rèn)為西太平洋副熱帶高壓(簡(jiǎn)稱副高)異常是2013年南方高溫的主要原因，但有的研究認(rèn)為2013年夏季副高偏北，有的認(rèn)為副高偏南，這其實(shí)是因?yàn)闆](méi)有分時(shí)段造成的矛盾。此外，雖然張宇等[7]認(rèn)為南亞高壓的東進(jìn)過(guò)程對(duì)副高的偏北偏強(qiáng)有影響，孫建奇等[8]認(rèn)為北大西洋的極端高溫通過(guò)遙相關(guān)波列從而影響了西太平洋副高的活動(dòng)，但總的說(shuō)來(lái)對(duì)副高異常的機(jī)理研究較少。那么是否有其它外強(qiáng)迫因子造成了2013年西太平洋副熱帶高壓異常的呢？本文結(jié)合逐月和逐日資料，通過(guò)分析2013年的大尺度大氣環(huán)流形勢(shì)以及全球海溫異常，來(lái)探討2013年南方地區(qū)高溫?zé)崂说某梢颉?/p>
1資料和方法
所用資料包括:(1)國(guó)家氣候中心提供的中國(guó)160個(gè)臺(tái)站逐月降水觀測(cè)資料和西太平洋副高強(qiáng)度指數(shù)、西太平洋副高脊線、西太平洋副高面積指數(shù)以及西太平洋副高西伸脊點(diǎn)；(2)NCEP/NCAR再分析資料[9]，包括逐日的500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、850 hPa緯向風(fēng)和經(jīng)向風(fēng)、輻射熱通量、土壤濕度，網(wǎng)格分辨率均為2.5°×2.5°；(3)由美國(guó)NOAA提供的ERSST (Extended Reconstructed SST)[10]，網(wǎng)格分辨率為2°×2°。以上資料的時(shí)間段為1975年1月—2013年8月。
STI指數(shù)取25°N～35°N，105°E～120°E區(qū)域的平均溫度距平，用以表示高溫區(qū)域夏季的歷史演變，而SNI指數(shù)是取北半球(0～55°N)與南半球(0～55°S)區(qū)域平均的海表溫度之差，用以表征南北半球的溫度梯度。
2高溫概況
圖1a首先給出了2013年中國(guó)夏季(7—8月)平均溫度距平分布，可以看出，我國(guó)大部分地區(qū)氣溫偏高，但主要的暖異常區(qū)域在25°N～35°N，105°E～120°E；三個(gè)溫度異常暖中心自川渝地區(qū)沿著長(zhǎng)江流域中下游向東延伸至浙江、上海等沿海地區(qū)，其中浙江、上海增溫最為明顯，暖異常中心溫度高出氣候平均值3 ℃左右。根據(jù)圖1a中的暖異常區(qū)域，將25°N～35°N，105°E～120°E區(qū)域的平均溫度距平定義為STI指數(shù)，結(jié)果如圖1b所示，近幾十年來(lái)，該區(qū)域的溫度呈顯著上升趨勢(shì)，而在這一背景下，南方地區(qū)2013年夏季成為了自1975年以來(lái)溫度最高的一年。
白天，若土壤濕度偏濕，土壤水分蒸發(fā)，起到冷卻作用，有利于降低日最高溫度；反之，土壤偏干，則有利于增加日最高溫度[11]。2013年主要是長(zhǎng)江流域中下游沿江城市土壤偏干。雖然重慶等城市也經(jīng)歷了高溫?zé)崂耍珜?duì)應(yīng)其土壤濕度偏濕(圖略)。輻射熱通量異常(圖2)顯示，7—8月高溫區(qū)向下的凈短波輻射值比氣候平均偏高，同時(shí)向上的長(zhǎng)波輻射值也增加，這種特征8月上旬比較明顯。總的輻射通量(二者相加)為負(fù)值，表明高溫區(qū)向下的輻射通量較氣候平均偏多，這與下沉區(qū)云量偏少有關(guān)。因此，2013年南方高溫?zé)崂藭r(shí)間具有高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)度強(qiáng)、范圍廣，降水少而蒸發(fā)大的特征。
3異常環(huán)流分析
持續(xù)性高溫?zé)崂颂鞖獾男纬呻x不開(kāi)有利的大氣環(huán)流形勢(shì)，而對(duì)于中國(guó)夏季來(lái)說(shuō)，副高強(qiáng)度、脊線位置東西南北的異常變化尤為重要。首先分析500 hPa的異常環(huán)流形勢(shì)。從7—8月平均位勢(shì)高度距平場(chǎng)(圖3)來(lái)看，整個(gè)中國(guó)南方地區(qū)表現(xiàn)為正位勢(shì)高度異常；以5 880 gpm線代表副高，可以看出2013年夏季副高比氣候平均明顯西伸，脊線略微偏北， 副高面積增加致使長(zhǎng)江流域中下游地區(qū)受副高控制。從副高的四個(gè)特征指數(shù)(圖略)定量分析可知，2013年7—8月副高比氣候平均西伸、偏強(qiáng)。
圖2 2013年5—8月高溫災(zāi)害區(qū)區(qū)域平均的凈長(zhǎng)波輻射(a)和凈短波輻射通量(b)距平值
雖然就夏季平均而言，副高脊線略微偏北，但不同高溫時(shí)段對(duì)應(yīng)副高有不同的異常活動(dòng)。從逐日的副高活動(dòng)(圖4)可以清楚地看出，隨著夏季風(fēng)的爆發(fā)，副高逐漸北移，6月13日副高從33°N開(kāi)始逐漸南落，6月21日已回落至20°N附近，此后又開(kāi)始緩慢北抬；7月1日—20日副高脊線位置比氣候平均偏北，此時(shí)段對(duì)應(yīng)江蘇、浙江、湖南等地的日最高溫度達(dá)到了36 ℃以上。7月18日副高第二次迅速南落，從41°N南撤至25°N附近；7月20日—8月12日副高脊線一直維持在25°N～30°N之間，8月14日副高突然北抬至35°N，該時(shí)段內(nèi)的副高脊線比氣候平均偏南5個(gè)緯度左右，由于這一時(shí)段副高穩(wěn)定少動(dòng)，因此也是高溫最集中、日最高氣溫最高的時(shí)段，對(duì)應(yīng)南方大部分地區(qū)溫度超過(guò)36 ℃，41%的站點(diǎn)溫度超過(guò)40 ℃。從西伸脊點(diǎn)來(lái)看，整個(gè)夏季副高比氣候態(tài)更加西伸。以上分析表明，7月中旬到8月中旬正好對(duì)應(yīng)溫度最高的時(shí)段，說(shuō)明長(zhǎng)江流域中下游地區(qū)的異常高溫是由于受到副高的影響，結(jié)合前面的分析可知，在加強(qiáng)、西伸的副高控制下，下沉運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)導(dǎo)致南方地區(qū)接收了更多的輻射熱通量，降水減少促使土壤濕度的減小進(jìn)一步加劇了日最高溫度的增加。
黑色粗虛線為2013年5 880 gpm等值線；紅色為氣候平均圖3 2013年7—8月500 hPa位勢(shì)平均高度距平分布(陰影，單位為gpm；黑色細(xì)實(shí)線表示距平為0)
圖4 2013-05-16—08-31副高脊線(a)和西伸脊點(diǎn)(b)的逐日演變(實(shí)線為2013年，虛線為氣候平均)
從低層850 hPa的環(huán)流形勢(shì)(圖5)來(lái)看，溫度異常暖中心位于同緯度850 hPa異常反氣旋中心西部，盛行異常西南風(fēng)，受異常輻散氣流控制，導(dǎo)致南方地區(qū)多晴朗少云天氣，溫度升高。對(duì)850 hPa異常風(fēng)場(chǎng)和垂直速度場(chǎng)的分析表明：低層有異場(chǎng)反氣旋環(huán)流控制長(zhǎng)江流域中下游地區(qū)，對(duì)應(yīng)異常下沉運(yùn)動(dòng)，這與500 hPa一致。而在其南側(cè)印度尼西亞地區(qū)有異常上升運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)有風(fēng)場(chǎng)的異常輻合。此外，海洋性大陸區(qū)域異常偏北風(fēng)的控制使得該區(qū)域的2支低空越赤道氣流比氣候平均減弱。林新彬等[12]的研究表明，越赤道氣流的減弱將不利于促進(jìn)副高在盛夏的北抬活動(dòng)，為副高在南方區(qū)域穩(wěn)定少動(dòng)提供了有利條件。
4海溫異常及其影響機(jī)制
通過(guò)前面的分析，發(fā)現(xiàn)2013年南方地區(qū)的高溫?zé)崂酥饕鞘艿礁备叱掷m(xù)控制引起的， 那么是什么原因造成該年夏季副高的異常呢？研究表明[13-14]，在El Nino當(dāng)年的夏季副高往往偏南，在La Nina年夏季則往往偏北。羅紹華的研究表明[15]，當(dāng)南海的海溫偏高時(shí)，有利于副高加強(qiáng)、西伸。這些研究都表明海溫的異常可影響副高的異常。
圖5 2013年7—8月850 hPa平均異常風(fēng)場(chǎng)分布(矢量，單位為m/s)和異常散度場(chǎng)(陰影，單位為10-6 s-1 )
從圖6a可以看出，西太平洋暖池區(qū)海溫異常偏暖，赤道東太平洋海溫異常偏冷，與此同時(shí)，在海洋性大陸區(qū)域OLR(射出長(zhǎng)波輻射)表現(xiàn)為負(fù)異常(圖6b)，說(shuō)明此處對(duì)流活動(dòng)比常年加強(qiáng)。為進(jìn)一步分析，取115°E～135°E的平均，分析該區(qū)域的異常經(jīng)向環(huán)流(圖7)。對(duì)應(yīng)于海洋性大陸區(qū)域OLR的負(fù)異常中心有異常的上升氣流，在其30°N長(zhǎng)江流域下游的沿海地區(qū)對(duì)應(yīng)有異常下沉氣流。 由此可以看出，2013年夏季暖池區(qū)海溫異常偏暖，促使該區(qū)域的對(duì)流活動(dòng)加強(qiáng)，對(duì)流產(chǎn)生的潛熱通量釋放，使得該區(qū)域形成異常強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，通過(guò)Hadley環(huán)流在我國(guó)南方地區(qū)造成異常強(qiáng)烈的下沉運(yùn)動(dòng)，副高得到加強(qiáng)。
圖6 2013年夏季(7—8月)平均的海溫距平(SSTA_JA)(a,單位為℃)和射出長(zhǎng)波輻射(OLR)距平分布(b,單位為W/m2)
圖7 2013年夏季115°E～135°E平均的異常流場(chǎng)緯度-高度剖面圖
實(shí)際上，2013年夏季，北半球的海溫普遍偏暖，而南半球的海溫偏暖程度沒(méi)有北半球強(qiáng)，且熱帶東太平洋海溫有顯著冷異常，這進(jìn)一步加大了南北半球的海溫梯度。為研究南北半球海溫梯度與2013年南方高溫?zé)崂说年P(guān)系，取北半球(0～55°N)與南半球(0～55°S)區(qū)域平均的海表溫度之差表征南北半球溫度梯度(SNI)。由圖1可知，SNI與STI的相關(guān)系數(shù)為0.48，通過(guò)了99%的顯著性檢驗(yàn)，且SNI與副高強(qiáng)度指數(shù)和西伸指數(shù)均有顯著正相關(guān)。這說(shuō)明，當(dāng)南北半球海溫梯度加大時(shí)，副高將加強(qiáng)、西伸。前面的分析表明，2013年?yáng)|半球3支越赤道氣流均偏弱，而越赤道氣流是南北半球動(dòng)量、熱量等交換的途徑，反映的是南北半球之間的相互作用[16]。那么2013年夏季南北半球海溫梯度加大，可能正是通過(guò)使得越赤道氣流減弱，來(lái)影響副高位置異常的,具體的物理機(jī)制有待進(jìn)一步研究。
5結(jié)論
2013年夏季我國(guó)南方地區(qū)出現(xiàn)了罕見(jiàn)的持續(xù)性高溫?zé)崂耸录ㄟ^(guò)分析大氣環(huán)流異常形勢(shì)以及全球海溫異常，得到如下主要結(jié)論。
(1)2013年南方地區(qū)的高溫主要集中在長(zhǎng)江流域中下游地區(qū)，在全球變暖的背景下，成為了自1975年以來(lái)溫度最高的一年。
(2)高溫時(shí)段與500 hPa西太平洋副熱帶高壓西伸北抬的活動(dòng)相對(duì)應(yīng)，說(shuō)明2013年夏季副高西伸且穩(wěn)定少動(dòng)是造成南方地區(qū)高溫的直接環(huán)流形勢(shì)。赤道地區(qū)的兩支越赤道氣流偏弱，也不利于副高北抬，為副高的穩(wěn)定少動(dòng)提供了有利條件。整層輻散使得該地區(qū)天氣晴朗少云，接受的輻射熱通量比常年增加，土壤濕度減小，更加有利于高溫事件的形成。
(3)副高異常的成因主要表現(xiàn)為：海洋性大陸區(qū)域?qū)α骰顒?dòng)加強(qiáng)通過(guò)Hadley環(huán)流使得副高西伸至我國(guó)南方地區(qū)，且強(qiáng)度加強(qiáng)；南北半球海溫梯度加大也可能通過(guò)使越赤道氣流減弱，使得副高偏強(qiáng)且不利于副高北抬。
參考文獻(xiàn)：
[1]唐恬，金榮花，彭相瑜，等. 2013年夏季我國(guó)南方區(qū)域性高溫天氣的極端性分析[J].氣象，2013，40(10)：1207-1215.
[2]徐金芳，鄧振鏞，陳敏.中國(guó)高溫?zé)崂宋：μ卣鞯难芯烤C述[J].干旱氣象，2009，27(2)：163-167.
[3]龔志強(qiáng)，王艷嬌，王遵埡，等.2013年夏季氣候異常特征及成因簡(jiǎn)析[J].氣象，2014，40(1)(1)：119-125.
[4]王塬，桑悅洋，張立鳳.2013年夏季浙江省高溫干旱環(huán)流異常分析[J].氣象科學(xué)，2015，35(2)：140-149.
[5]隋翠娟，潘豐，蔡怡，等.從副高及海溫角度分析2013年夏季長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫干旱原因[J].海洋預(yù)報(bào)，2014，31(5)：76-81.
[6]司東，袁媛，崔童，等. 2013年海洋和大氣環(huán)流異常及對(duì)中國(guó)氣候的影響[J].氣象，2014，30(4)：494-501.
[7]張宇，李耀輝，王勁松，等.2013年7月我國(guó)南方異常持續(xù)高溫成因分析[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，30(6)：1172-1180.
[8]孫建奇. 2013年北大西洋破紀(jì)錄高海溫與我國(guó)江淮-江南地區(qū)極端高溫的關(guān)系[J]. 科學(xué)通報(bào)，2014，59(27)：2714-2719.
[9]Kalnay E, Kanamitsu M, Kistler R, et al. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project [J]. Bull Amer Meteor Soc,1996,77(3)：437-472.
[10]Smith T M,Reynolds R W.Extended Reconstruction of Global Sea Surface Temperatures Based on COADS Data (1854-1997) [J].Journal of Climate，2003，16(10)：1495-1510.
[11]李英,盧萍,丁紅英,等.成都平原農(nóng)田下墊面地表通量特征及能量平衡分析[J].高原山地氣象研究，2013,33(1)：35-40.
[12]林新彬，許金鏡，溫珍治，等.索馬里越赤道氣流變化及對(duì)7—9月副高位置的影響[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，2007，23(5)：505-509.
[13]Huang R H, Wu Y F.The influence of ENSO on the summer climate in China and its mechanism[J].Adv Atmos Sci,1989，6(1)：21-32.
[14]Zhang R H, Sumi A.A diagnostic study of the impact of El Nio on the precipitation in China[J].Adv Atmos Sci，1999, 16(2)：229-241.
[15]羅紹華，金祖輝.南海海溫變化與初夏西太平洋副高活動(dòng)及長(zhǎng)江中、下游汛期降水關(guān)系的分析[J].大氣科學(xué)，1986，20(4)：408-418.
[16]劉向文，孫照渤，倪東鴻，等. 105°E和125°E越赤道氣流與南北半球環(huán)流變化的關(guān)系[J].大氣科學(xué)，2009，33(3)：443-458.
文章編號(hào)：1006-4354(2016)04-0001-06
收稿日期：2015-11-25
作者簡(jiǎn)介：干全(1979—)，男，漢族，四川德陽(yáng)人，學(xué)士，工程師，從事天氣診斷分析以及短臨天氣預(yù)報(bào)。
基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(91337215),國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973)項(xiàng)目(2012CB417202)
中圖分類號(hào)：P466
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
干全. 2013年南方高溫?zé)崂顺梢蚍治鯷J].陜西氣象，2016(4)：1-6.
干 全
(中國(guó)民航飛行學(xué)院廣漢分院氣象臺(tái)，四川廣漢 618307)
?
2013年南方高溫?zé)崂顺梢蚍治?/p>
干全
(中國(guó)民航飛行學(xué)院廣漢分院氣象臺(tái)，四川廣漢618307)
摘要：利用1975—2013年國(guó)家氣候中心160站氣溫資料、逐日的ERSST和NCEP再分析資料等，對(duì)2013年7—8月中國(guó)南方地區(qū)的高溫?zé)崂耸录漠惓－h(huán)流形勢(shì)以及成因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：在全球變暖的背景下，南方地區(qū)2013年夏季是自1975年以來(lái)最熱的一年。西太平洋副熱帶高壓加強(qiáng)、西伸且穩(wěn)定少動(dòng)是造成高溫的主要原因，7月上旬的高溫時(shí)段對(duì)應(yīng)副高脊線偏北，7月中旬至8月中旬對(duì)應(yīng)副高脊線偏南，其中后一時(shí)段副高偏南、西伸、加強(qiáng)且穩(wěn)定少動(dòng)對(duì)整個(gè)夏季的高溫起到了重要作用。而造成副高異常的原因主要在于：(1)西太平洋赤道地區(qū)熱源加強(qiáng)，強(qiáng)烈的異常上升氣流通過(guò)Hadley環(huán)流，造成南方地區(qū)的下沉運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，副高亦加強(qiáng)；(2)南北半球海溫梯度加大，使得海洋性大陸區(qū)域的兩支越赤道氣流減弱，不利于副高的北抬活動(dòng)，使得副高在南方地區(qū)穩(wěn)定少動(dòng)。
關(guān)鍵詞：高溫?zé)崂耍粚?duì)流活動(dòng)；西太平洋副熱帶高壓；海溫梯度；中國(guó)南方
隨著全球變暖，近年來(lái)，在世界各地高溫?zé)崂耸录l頻發(fā)生，在1972至2012年間全球200多個(gè)城市長(zhǎng)時(shí)間的極端炎熱天氣大量增多，在近幾年的氣象記錄中高溫?zé)崂俗顬橥怀觥?013年夏季我國(guó)南方地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)性的高溫天氣，高溫主要集中在福建、江西、湖南、浙江、上海、重慶等地，唐恬等[1]的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2013年盛夏733個(gè)站點(diǎn)中就有285個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)大于40 ℃的極端高溫，其中重慶開(kāi)縣超過(guò)40 ℃的高溫天氣持續(xù)了23 d之久，而浙江定海夏季的平均最高氣溫達(dá)到了42.3 ℃。高溫?zé)崂瞬粌H超過(guò)人本身的耐受極限，而且造成了城市用水、用電緊張，危害農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)等等[2],因此，對(duì)高溫?zé)崂耸录难芯浚兄谶M(jìn)一步理解高溫?zé)崂耸录陌l(fā)生機(jī)理，為防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)的理論依據(jù)。事實(shí)上，2013年南方地區(qū)的高溫?zé)崂顺梢蛞延幸恍┏醪降挠懻揫3-6]。這些研究一致認(rèn)為西太平洋副熱帶高壓(簡(jiǎn)稱副高)異常是2013年南方高溫的主要原因，但有的研究認(rèn)為2013年夏季副高偏北，有的認(rèn)為副高偏南，這其實(shí)是因?yàn)闆](méi)有分時(shí)段造成的矛盾。此外，雖然張宇等[7]認(rèn)為南亞高壓的東進(jìn)過(guò)程對(duì)副高的偏北偏強(qiáng)有影響，孫建奇等[8]認(rèn)為北大西洋的極端高溫通過(guò)遙相關(guān)波列從而影響了西太平洋副高的活動(dòng)，但總的說(shuō)來(lái)對(duì)副高異常的機(jī)理研究較少。那么是否有其它外強(qiáng)迫因子造成了2013年西太平洋副熱帶高壓異常的呢？本文結(jié)合逐月和逐日資料，通過(guò)分析2013年的大尺度大氣環(huán)流形勢(shì)以及全球海溫異常，來(lái)探討2013年南方地區(qū)高溫?zé)崂说某梢颉?/p>
1資料和方法
所用資料包括:(1)國(guó)家氣候中心提供的中國(guó)160個(gè)臺(tái)站逐月降水觀測(cè)資料和西太平洋副高強(qiáng)度指數(shù)、西太平洋副高脊線、西太平洋副高面積指數(shù)以及西太平洋副高西伸脊點(diǎn)；(2)NCEP/NCAR再分析資料[9]，包括逐日的500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、850 hPa緯向風(fēng)和經(jīng)向風(fēng)、輻射熱通量、土壤濕度，網(wǎng)格分辨率均為2.5°×2.5°；(3)由美國(guó)NOAA提供的ERSST (Extended Reconstructed SST)[10]，網(wǎng)格分辨率為2°×2°。以上資料的時(shí)間段為1975年1月—2013年8月。
STI指數(shù)取25°N～35°N，105°E～120°E區(qū)域的平均溫度距平，用以表示高溫區(qū)域夏季的歷史演變，而SNI指數(shù)是取北半球(0～55°N)與南半球(0～55°S)區(qū)域平均的海表溫度之差，用以表征南北半球的溫度梯度。
2高溫概況
圖1a首先給出了2013年中國(guó)夏季(7—8月)平均溫度距平分布，可以看出，我國(guó)大部分地區(qū)氣溫偏高，但主要的暖異常區(qū)域在25°N～35°N，105°E～120°E；三個(gè)溫度異常暖中心自川渝地區(qū)沿著長(zhǎng)江流域中下游向東延伸至浙江、上海等沿海地區(qū)，其中浙江、上海增溫最為明顯，暖異常中心溫度高出氣候平均值3 ℃左右。根據(jù)圖1a中的暖異常區(qū)域，將25°N～35°N，105°E～120°E區(qū)域的平均溫度距平定義為STI指數(shù)，結(jié)果如圖1b所示，近幾十年來(lái)，該區(qū)域的溫度呈顯著上升趨勢(shì)，而在這一背景下，南方地區(qū)2013年夏季成為了自1975年以來(lái)溫度最高的一年。
白天，若土壤濕度偏濕，土壤水分蒸發(fā)，起到冷卻作用，有利于降低日最高溫度；反之，土壤偏干，則有利于增加日最高溫度[11]。2013年主要是長(zhǎng)江流域中下游沿江城市土壤偏干。雖然重慶等城市也經(jīng)歷了高溫?zé)崂耍珜?duì)應(yīng)其土壤濕度偏濕(圖略)。輻射熱通量異常(圖2)顯示，7—8月高溫區(qū)向下的凈短波輻射值比氣候平均偏高，同時(shí)向上的長(zhǎng)波輻射值也增加，這種特征8月上旬比較明顯。總的輻射通量(二者相加)為負(fù)值，表明高溫區(qū)向下的輻射通量較氣候平均偏多，這與下沉區(qū)云量偏少有關(guān)。因此，2013年南方高溫?zé)崂藭r(shí)間具有高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)度強(qiáng)、范圍廣，降水少而蒸發(fā)大的特征。
3異常環(huán)流分析
持續(xù)性高溫?zé)崂颂鞖獾男纬呻x不開(kāi)有利的大氣環(huán)流形勢(shì)，而對(duì)于中國(guó)夏季來(lái)說(shuō)，副高強(qiáng)度、脊線位置東西南北的異常變化尤為重要。首先分析500 hPa的異常環(huán)流形勢(shì)。從7—8月平均位勢(shì)高度距平場(chǎng)(圖3)來(lái)看，整個(gè)中國(guó)南方地區(qū)表現(xiàn)為正位勢(shì)高度異常；以5 880 gpm線代表副高，可以看出2013年夏季副高比氣候平均明顯西伸，脊線略微偏北， 副高面積增加致使長(zhǎng)江流域中下游地區(qū)受副高控制。從副高的四個(gè)特征指數(shù)(圖略)定量分析可知，2013年7—8月副高比氣候平均西伸、偏強(qiáng)。
圖2 2013年5—8月高溫災(zāi)害區(qū)區(qū)域平均的凈長(zhǎng)波輻射(a)和凈短波輻射通量(b)距平值
雖然就夏季平均而言，副高脊線略微偏北，但不同高溫時(shí)段對(duì)應(yīng)副高有不同的異常活動(dòng)。從逐日的副高活動(dòng)(圖4)可以清楚地看出，隨著夏季風(fēng)的爆發(fā)，副高逐漸北移，6月13日副高從33°N開(kāi)始逐漸南落，6月21日已回落至20°N附近，此后又開(kāi)始緩慢北抬；7月1日—20日副高脊線位置比氣候平均偏北，此時(shí)段對(duì)應(yīng)江蘇、浙江、湖南等地的日最高溫度達(dá)到了36 ℃以上。7月18日副高第二次迅速南落，從41°N南撤至25°N附近；7月20日—8月12日副高脊線一直維持在25°N～30°N之間，8月14日副高突然北抬至35°N，該時(shí)段內(nèi)的副高脊線比氣候平均偏南5個(gè)緯度左右，由于這一時(shí)段副高穩(wěn)定少動(dòng)，因此也是高溫最集中、日最高氣溫最高的時(shí)段，對(duì)應(yīng)南方大部分地區(qū)溫度超過(guò)36 ℃，41%的站點(diǎn)溫度超過(guò)40 ℃。從西伸脊點(diǎn)來(lái)看，整個(gè)夏季副高比氣候態(tài)更加西伸。以上分析表明，7月中旬到8月中旬正好對(duì)應(yīng)溫度最高的時(shí)段，說(shuō)明長(zhǎng)江流域中下游地區(qū)的異常高溫是由于受到副高的影響，結(jié)合前面的分析可知，在加強(qiáng)、西伸的副高控制下，下沉運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)導(dǎo)致南方地區(qū)接收了更多的輻射熱通量，降水減少促使土壤濕度的減小進(jìn)一步加劇了日最高溫度的增加。
黑色粗虛線為2013年5 880 gpm等值線；紅色為氣候平均圖3 2013年7—8月500 hPa位勢(shì)平均高度距平分布(陰影，單位為gpm；黑色細(xì)實(shí)線表示距平為0)
圖4 2013-05-16—08-31副高脊線(a)和西伸脊點(diǎn)(b)的逐日演變(實(shí)線為2013年，虛線為氣候平均)
從低層850 hPa的環(huán)流形勢(shì)(圖5)來(lái)看，溫度異常暖中心位于同緯度850 hPa異常反氣旋中心西部，盛行異常西南風(fēng)，受異常輻散氣流控制，導(dǎo)致南方地區(qū)多晴朗少云天氣，溫度升高。對(duì)850 hPa異常風(fēng)場(chǎng)和垂直速度場(chǎng)的分析表明：低層有異場(chǎng)反氣旋環(huán)流控制長(zhǎng)江流域中下游地區(qū)，對(duì)應(yīng)異常下沉運(yùn)動(dòng)，這與500 hPa一致。而在其南側(cè)印度尼西亞地區(qū)有異常上升運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)有風(fēng)場(chǎng)的異常輻合。此外，海洋性大陸區(qū)域異常偏北風(fēng)的控制使得該區(qū)域的2支低空越赤道氣流比氣候平均減弱。林新彬等[12]的研究表明，越赤道氣流的減弱將不利于促進(jìn)副高在盛夏的北抬活動(dòng)，為副高在南方區(qū)域穩(wěn)定少動(dòng)提供了有利條件。
4海溫異常及其影響機(jī)制
通過(guò)前面的分析，發(fā)現(xiàn)2013年南方地區(qū)的高溫?zé)崂酥饕鞘艿礁备叱掷m(xù)控制引起的， 那么是什么原因造成該年夏季副高的異常呢？研究表明[13-14]，在El Nino當(dāng)年的夏季副高往往偏南，在La Nina年夏季則往往偏北。羅紹華的研究表明[15]，當(dāng)南海的海溫偏高時(shí)，有利于副高加強(qiáng)、西伸。這些研究都表明海溫的異常可影響副高的異常。
圖5 2013年7—8月850 hPa平均異常風(fēng)場(chǎng)分布(矢量，單位為m/s)和異常散度場(chǎng)(陰影，單位為10-6 s-1 )
從圖6a可以看出，西太平洋暖池區(qū)海溫異常偏暖，赤道東太平洋海溫異常偏冷，與此同時(shí)，在海洋性大陸區(qū)域OLR(射出長(zhǎng)波輻射)表現(xiàn)為負(fù)異常(圖6b)，說(shuō)明此處對(duì)流活動(dòng)比常年加強(qiáng)。為進(jìn)一步分析，取115°E～135°E的平均，分析該區(qū)域的異常經(jīng)向環(huán)流(圖7)。對(duì)應(yīng)于海洋性大陸區(qū)域OLR的負(fù)異常中心有異常的上升氣流，在其30°N長(zhǎng)江流域下游的沿海地區(qū)對(duì)應(yīng)有異常下沉氣流。 由此可以看出，2013年夏季暖池區(qū)海溫異常偏暖，促使該區(qū)域的對(duì)流活動(dòng)加強(qiáng)，對(duì)流產(chǎn)生的潛熱通量釋放，使得該區(qū)域形成異常強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，通過(guò)Hadley環(huán)流在我國(guó)南方地區(qū)造成異常強(qiáng)烈的下沉運(yùn)動(dòng)，副高得到加強(qiáng)。
圖6 2013年夏季(7—8月)平均的海溫距平(SSTA_JA)(a,單位為℃)和射出長(zhǎng)波輻射(OLR)距平分布(b,單位為W/m2)
圖7 2013年夏季115°E～135°E平均的異常流場(chǎng)緯度-高度剖面圖
實(shí)際上，2013年夏季，北半球的海溫普遍偏暖，而南半球的海溫偏暖程度沒(méi)有北半球強(qiáng)，且熱帶東太平洋海溫有顯著冷異常，這進(jìn)一步加大了南北半球的海溫梯度。為研究南北半球海溫梯度與2013年南方高溫?zé)崂说年P(guān)系，取北半球(0～55°N)與南半球(0～55°S)區(qū)域平均的海表溫度之差表征南北半球溫度梯度(SNI)。由圖1可知，SNI與STI的相關(guān)系數(shù)為0.48，通過(guò)了99%的顯著性檢驗(yàn)，且SNI與副高強(qiáng)度指數(shù)和西伸指數(shù)均有顯著正相關(guān)。這說(shuō)明，當(dāng)南北半球海溫梯度加大時(shí)，副高將加強(qiáng)、西伸。前面的分析表明，2013年?yáng)|半球3支越赤道氣流均偏弱，而越赤道氣流是南北半球動(dòng)量、熱量等交換的途徑，反映的是南北半球之間的相互作用[16]。那么2013年夏季南北半球海溫梯度加大，可能正是通過(guò)使得越赤道氣流減弱，來(lái)影響副高位置異常的,具體的物理機(jī)制有待進(jìn)一步研究。
5結(jié)論
2013年夏季我國(guó)南方地區(qū)出現(xiàn)了罕見(jiàn)的持續(xù)性高溫?zé)崂耸录ㄟ^(guò)分析大氣環(huán)流異常形勢(shì)以及全球海溫異常，得到如下主要結(jié)論。
(1)2013年南方地區(qū)的高溫主要集中在長(zhǎng)江流域中下游地區(qū)，在全球變暖的背景下，成為了自1975年以來(lái)溫度最高的一年。
(2)高溫時(shí)段與500 hPa西太平洋副熱帶高壓西伸北抬的活動(dòng)相對(duì)應(yīng)，說(shuō)明2013年夏季副高西伸且穩(wěn)定少動(dòng)是造成南方地區(qū)高溫的直接環(huán)流形勢(shì)。赤道地區(qū)的兩支越赤道氣流偏弱，也不利于副高北抬，為副高的穩(wěn)定少動(dòng)提供了有利條件。整層輻散使得該地區(qū)天氣晴朗少云，接受的輻射熱通量比常年增加，土壤濕度減小，更加有利于高溫事件的形成。
(3)副高異常的成因主要表現(xiàn)為：海洋性大陸區(qū)域?qū)α骰顒?dòng)加強(qiáng)通過(guò)Hadley環(huán)流使得副高西伸至我國(guó)南方地區(qū)，且強(qiáng)度加強(qiáng)；南北半球海溫梯度加大也可能通過(guò)使越赤道氣流減弱，使得副高偏強(qiáng)且不利于副高北抬。
參考文獻(xiàn)：
[1]唐恬，金榮花，彭相瑜，等. 2013年夏季我國(guó)南方區(qū)域性高溫天氣的極端性分析[J].氣象，2013，40(10)：1207-1215.
[2]徐金芳，鄧振鏞，陳敏.中國(guó)高溫?zé)崂宋：μ卣鞯难芯烤C述[J].干旱氣象，2009，27(2)：163-167.
[3]龔志強(qiáng)，王艷嬌，王遵埡，等.2013年夏季氣候異常特征及成因簡(jiǎn)析[J].氣象，2014，40(1)(1)：119-125.
[4]王塬，桑悅洋，張立鳳.2013年夏季浙江省高溫干旱環(huán)流異常分析[J].氣象科學(xué)，2015，35(2)：140-149.
[5]隋翠娟，潘豐，蔡怡，等.從副高及海溫角度分析2013年夏季長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫干旱原因[J].海洋預(yù)報(bào)，2014，31(5)：76-81.
[6]司東，袁媛，崔童，等. 2013年海洋和大氣環(huán)流異常及對(duì)中國(guó)氣候的影響[J].氣象，2014，30(4)：494-501.
[7]張宇，李耀輝，王勁松，等.2013年7月我國(guó)南方異常持續(xù)高溫成因分析[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，30(6)：1172-1180.
[8]孫建奇. 2013年北大西洋破紀(jì)錄高海溫與我國(guó)江淮-江南地區(qū)極端高溫的關(guān)系[J]. 科學(xué)通報(bào)，2014，59(27)：2714-2719.
[9]Kalnay E, Kanamitsu M, Kistler R, et al. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project [J]. Bull Amer Meteor Soc,1996,77(3)：437-472.
[10]Smith T M,Reynolds R W.Extended Reconstruction of Global Sea Surface Temperatures Based on COADS Data (1854-1997) [J].Journal of Climate，2003，16(10)：1495-1510.
[11]李英,盧萍,丁紅英,等.成都平原農(nóng)田下墊面地表通量特征及能量平衡分析[J].高原山地氣象研究，2013,33(1)：35-40.
[12]林新彬，許金鏡，溫珍治，等.索馬里越赤道氣流變化及對(duì)7—9月副高位置的影響[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，2007，23(5)：505-509.
[13]Huang R H, Wu Y F.The influence of ENSO on the summer climate in China and its mechanism[J].Adv Atmos Sci,1989，6(1)：21-32.
[14]Zhang R H, Sumi A.A diagnostic study of the impact of El Nio on the precipitation in China[J].Adv Atmos Sci，1999, 16(2)：229-241.
[15]羅紹華，金祖輝.南海海溫變化與初夏西太平洋副高活動(dòng)及長(zhǎng)江中、下游汛期降水關(guān)系的分析[J].大氣科學(xué)，1986，20(4)：408-418.
[16]劉向文，孫照渤，倪東鴻，等. 105°E和125°E越赤道氣流與南北半球環(huán)流變化的關(guān)系[J].大氣科學(xué)，2009，33(3)：443-458.
文章編號(hào)：1006-4354(2016)04-0001-06
收稿日期：2015-11-25
作者簡(jiǎn)介：干全(1979—)，男，漢族，四川德陽(yáng)人，學(xué)士，工程師，從事天氣診斷分析以及短臨天氣預(yù)報(bào)。
基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(91337215),國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973)項(xiàng)目(2012CB417202)
中圖分類號(hào)：P466
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
干全. 2013年南方高溫?zé)崂顺梢蚍治鯷J].陜西氣象，2016(4)：1-6.
