2017年7月榆林異常高溫天氣成因分析

劉 敏

(榆林市氣象局，陜西榆林 719000)

高溫是我國夏季常見的災害性天氣。隨著社會經濟的飛速發展，持續高溫天氣造成的直接或間接經濟損失將越來越大，因此高溫天氣也越來越受到關注。楊建玲等[1]對寧夏的高溫天氣進行了統計分析，總結了其氣候特征和大氣環流特征，認為高溫成因與經向環流的強弱密切相關；錢婷婷等[2]對造成北京持續高溫的河套高壓的結構進行了分析，認為河套高壓東移過程中加強造成了北京的高溫天氣；尹東屏等[3]對副熱帶高壓控制下的高溫天氣特征進行了分析，認為在副高控制下溫度平流對高溫的作用非常小，而非絕熱條件才是高溫出現的關鍵；高紅燕等[4]分析了西安市高溫悶熱天氣的氣候特征及其環流形勢，認為單純的高溫天氣與大陸高壓或青藏高壓的控制有關，而酷熱天氣還與副熱帶高壓帶來的暖濕氣流有關；楊涵洧等[5]從環流背景、海溫、青藏高原積雪的影響方面探討了2013年盛夏中國的持續性高溫事件；劉慧敏等[6]分析了榆林2005年的一次高溫事件。通過對2017年7月7—14日榆林高溫天氣過程的成因進行分析，有助于加強對高溫天氣的理解和認識，提高對極端天氣氣候事件的預報預測水平。

1 過程概況

2017年7月7—14日榆林出現極端高溫天氣，日最高氣溫和連續高溫日數都突破歷史極值，高溫天氣范圍廣、強度大、持續時間長，為歷史罕見。 定邊、靖邊縣7月11日最高氣溫分別達到39.0、38.5 ℃，突破歷史極值37.7(1966/2000年)、37.2 ℃(2016年)，米脂、子洲和綏德接近歷史極值。自有觀測記錄以來，除靖邊站外，其余縣區均出現過持續6～9 d的35 ℃以上的高溫天氣。7—14日定邊、橫山、米脂、子洲、綏德、吳堡、清澗連續高溫日數長達8 d，定邊、靖邊、橫山、米脂4站創本站建站以來35 ℃以上高溫連續日數記錄極值,子洲、清澗與歷史記錄持平。

2 影響系統

2.1 青藏高壓

青藏高壓是北半球夏季100 hPa上最強大、最穩定的控制性環流系統，研究表明100 hPa的青藏高壓與500 hPa的西太平洋副熱帶高壓是在對流層上部和中部分別形成的高空反氣旋性環流，且存在相互制約的關系，當青藏高壓東伸加強時副高西進，當青藏高壓西退時副高也相應東撤[7]。7日08時100 hPa高空圖上，30°N附近為帶狀分布高壓，青藏高原(100°E附近)和伊朗(50°E附近)有高壓中心出現，中心強度達1 695 dagpm和1 693 dagpm。7—14日100 hPa高空形勢穩定維持，高壓中心合并加強，且不斷向東向北發展，榆林持續高溫天氣。15日后，青藏高壓中心不斷西退，逐步轉為西部型，榆林高溫天氣結束。

2.2 西太平洋副熱帶高壓

7日08時500 hPa高空圖上，貝加爾湖有一低槽存在，西太平洋副熱帶高壓(簡稱“副高”)主體位于海上，強度達594 dagpm，西脊點位于110°E、30°N附近，伊朗到我國的河套地區為一大陸高壓脊區，榆林受西北氣流控制，出現高溫天氣。之后副高穩定維持，大陸高壓不斷加強東伸，受大陸高壓東伸影響，貝加爾湖低槽北縮東移。10日08時500 hPa高空圖上，大陸高壓閉合，范圍進一步擴大，中心位于50°E、30°N附近，強度達593 dagpm，588 dagpm線已東伸至100°E附近。貝加爾湖低槽東移至我國華北、東北一帶，副高穩定維持，榆林仍受大陸脊前偏西北氣流控制，高溫天氣維持。10—11日大陸高壓不斷分裂小高壓，并東移并入副高，使副高西伸北抬，北方冷空氣南下受阻，氣溫持續上升。12日08時500 hPa高空圖上，北方鋒區位于40°N以北，副高西伸北抬，西脊點位于105°E附近，588 dagpm線北抬至35°N附近，我國大陸受副高和大陸高壓控制，持續晴熱天氣，當日榆林多個縣區出現了2017年的最高氣溫極值。15日08時，大陸高壓分裂出的小高壓東移至河西走廊地區，與副高之間形成兩高之間的輻合區，榆林云量開始增多，出現陣性降水天氣，高溫天氣結束(圖1)。

圖1 2017年7月高溫期間 500 hPa形勢場(單位為dagpm；a 7日；b 10日；c 12日；d 15日)

2.3 700 hPa暖脊

7日08時700 hPa溫度場上，黑海到我國內陸為一暖溫度脊，在伊朗和我國內陸分別有16 ℃的暖溫度中心出現，榆林受暖溫度脊(12 ℃等溫線控制榆林)控制，溫度升高。之后暖溫度脊不斷加強東伸；12日08時，伊朗和我國內陸出現20 ℃的暖中心，榆林受16 ℃等溫線控制，氣溫持續升高。高溫過程期間，850 hPa榆林有強暖平流維持。15日08時700 hPa溫度場上，烏拉爾山以南有冷溫度槽發展，大陸溫度脊減弱，同時渤海灣有冷空氣回流影響榆林，受冷空氣活動影響，榆林高溫天氣結束(圖2)。

圖2 2017年7月高溫期間 700 hPa溫度場(單位為℃；a 7日；b 12日；c 15日)

2.4 地面熱低壓

7月7日08時的海平面氣壓場上，高壓位于貝加爾湖與巴爾喀什湖之間以及西太平洋海面上，華北為一熱低壓，同時在印度到青藏高原有一熱低壓存在，兩個熱低壓間被一小高壓切斷。榆林受位于華北的熱低壓(中心氣壓997.5 hPa)控制，氣溫較高。之后兩個熱低壓加強打通，12日08時，青藏高原北部到遠東地區為一寬廣而強大的低壓帶，榆林位于熱低壓帶內，溫度升高。15日08時海平面氣壓場上，貝湖冷空氣東移南壓，海上冷空氣西北移，低壓帶被冷空氣切斷，榆林受東路冷空氣活動影響，升溫受阻，高溫天氣結束。

3 物理量場

3.1 渦度場與散度場

7日08時渦度場分布圖上，榆林上空200～400 hPa為正渦度區，500 hPa及以下為負渦度區。從榆林站(109.78°E,38.28°N)逐日渦度時間-氣壓剖面圖(圖3a)可以看出，高溫期間，對流層中上層以正渦度為主；300～700 hPa為負渦度，中低層為輻散層；邊界層為正渦度層，輻合明顯。這種上層輻合，中低層輻散的渦度分布有利于動力下沉運動的發展，加強了地面增溫。散度場的分布圖上，7日08時榆林上空200～400 hPa為負散度區，500 hPa及以下為正散度區。從榆林站(109.78°E,38.28°N)逐日散度時間-氣壓剖面圖(圖3b)可以看出，高溫期間300 hPa附近為負散度層，即輻合層；400～700 hPa為正散度層，即中低層輻散層；邊界層為負散度層，輻合明顯。這種高層輻合，中低層輻散的散度分布有利于動力下沉運動的發展，加強了地面升溫。

圖3 2017-07-07—14日榆林站渦度(a)、散度(b)時間-氣壓剖面圖(單位：10-5s-1)

3.2 水汽條件

7日08時700 hPa相對濕度場(圖略)上，榆林出現小于20%的干區中心；高溫期間(如12日08時)700 hPa小于20%的干區中心維持，中下層干燥，有利于升溫，高溫結束的15日08時，700 hPa轉為大于60%的濕區。另外，水汽通量散度場(圖略)上，高溫期間，中低層為正水汽通量散度區，水汽呈輻散狀態，空氣一直處于干燥狀態。

3.3 垂直運動場

從榆林站(109.78°E,38.28°N)逐日垂直速度時間-氣壓剖面圖(圖4a)可以看出，高溫期間，300 hPa以上有弱上升運動發展，300～700 hPa為正速度區，下沉運動加強了地面升溫，邊界層受下墊面影響為上升運動層。15日后中層低轉為上升氣流，高溫天氣結束。

圖4 2017-07-07—14日榆林站垂直速度(a；單位為10-3hPa/s)、溫度平流(b；單位為10-5K/s)時間-氣壓剖面圖

3.4 溫度平流場

從榆林站(109.78°E,38.28°N)逐日溫度平流時間-氣壓剖面圖(圖4b)可以看出，高溫期間，冷平流很弱，且冷平流高度位于300 hPa 以上，對地面影響很小；300～500 hPa 正負溫度平流相間分布，強度較弱；500 hPa以下為正溫度平流層，尤其是850 hPa附近7—8日、10—12日存在強暖平流中心，促使地面溫度進一步升高。

3.5 近地層逆溫

從7日08時延安站(距離榆林最近)的溫度對數壓力圖上可以看出，850 hPa附近有一逆溫層，且高溫期間逆溫層一直存在，表明大氣層結很穩定，逆溫使地面有效輻射為負，低層大氣呈暖干蓋效應，進一步使氣溫升高。從15日開始，受弱冷空氣活動影響，大氣層結趨于不穩定，開始有不穩定能量出現，且在中低層有濕層出現，逆溫層消失。從風場的垂直變化來看，7、12日08時低層850～700 hPa風向呈順時針旋轉，有暖平流；15日08時850～700 hPa風向呈逆時針旋轉，有冷平流，且風向轉為了偏東風，偏東路弱冷空氣活動影響榆林，高溫天氣結束。

4 結論

(1)青藏高壓由帶狀型向東北擴展，副高西伸北抬，與我國北方大陸高壓相互作用，強大的動力下沉增溫作用為榆林高溫天氣的形成提供了大尺度環流背景。

(2)高空鋒區位于40°N以北，冷空氣活動受阻，中緯度維持緯向環流，有利于700 hPa暖脊的發展和維持，地面熱低壓形成和發展時，近地層氣壓梯度小，風力微弱，有利于高溫天氣的出現。

(3)高層輻合、中低層輻散，加強了下沉運動的發展；強下沉運動造成的絕熱加熱使地面溫度升高，中低層的暖平流加強了氣溫的進一步升高。

(4)近地面附近大氣水汽含量低，空氣干燥，且有逆溫層穩定存在，增強了近地層的異常升溫。