運城市2017 年一次持續性強高溫天氣成因分析

趙 華，丁雪婧，張倩倩，周 濤，張茜茹

（1.運城市氣象局，山西 運城044000；2.臨猗縣氣象局，山西 運城044100）

1 引言

在全球氣候變暖的背景下，據ⅠPCC 第四次評估報告[1]，到21 世紀末，全球平均地表氣溫可能升高1.1～6.4 ℃。中國是全球氣候變暖特征最顯著的國家之一，預計21 世紀末中國氣候還將繼續變暖[2]。高溫對人們的生活工作帶來的影響日漸增大，尤其是40 ℃以上的極端高溫事件對交通、水利、工業企業、學校等造成很大影響，同時也加劇了農業旱情的發展，導致糧食減產，因此高溫天氣正逐漸引起人們的重視。高溫天氣是氣象科學研究的熱點課題之一[3-4]，2017-07中旬運城出現持續性強高溫天氣，利用MⅠCAPS 常規氣象觀測資料與NCEP 再分析資料，對此次持續性強高溫天氣的時空分布及環流特征進行分析，以提高預報員對持續性強高溫預報預警的準確率，同時提高對當地高溫災害的防御有重要意義。

2 資料選取與高溫判定

氣象數據來源于NCEP 再分析資料、MⅠCAPS 高空地面實測資料、1981—2010 年及2017-07 運城市13 個站逐日氣溫等數據。運城全市2 站及以上日極端最高氣溫大于等于37 ℃，運城市有1個高溫日；1站及以上日極端最高氣溫大于等于40 ℃，運城市有1 個強高溫日。

3 高溫天氣實況

2017-07 運城市氣溫較歷年顯著偏高，13 個國家站7 月平均氣溫（如圖1 所示）較歷年均值偏高2.5 ℃，各縣偏高幅度在1.2（垣曲）～3.0 ℃（平陸）之間。高溫日數達18 d，較歷年同期偏多10 d；強高溫日數達9 d，較歷年同期偏多5 d，日最高氣溫達41.9 ℃（07-24 出現在平陸）。

尤其是07-09—07-14 運城市出現了一次持續性強高溫天氣過程，連續6 d 均有站點日最高氣溫大于等于40 ℃（如表1 所示），強高溫持續時間超過歷史極值。大于等于37 ℃高溫日數遍布全市（絳縣除外），超過5 d 的為河津、稷山、新絳、永濟4 個站，如圖2（a）所示；除垣曲、絳縣、芮城外，其余站點均出現了強高溫天氣，其中稷山連續6 d 日最高氣溫均超過40 ℃，如圖2（b）所示。運城市的此次強高溫天氣持續時間、影響范圍及高溫強度實屬罕見。

圖1 2017-07 平均氣溫與歷年（1981—2010 年）同期對比圖

4 環流特征分析

4.1 南亞高壓特征

南亞高壓是夏季出現在青藏高原及鄰近地區上空的對流層上部的大型高壓系統，是北半球夏季100 hPa 層上最強大、最穩定的控制性環流系統，對中國夏季大范圍旱澇分布以及亞洲天氣都有重大影響。通過對高溫期間（日最高氣溫大于等于40 ℃的時段）南亞高壓平均位置（如圖3 所示）的分析發現，南亞高壓中心強度為1 688 dagpm，橫跨伊朗高原與青藏高原，中心脊線維持在31°～35°N，較往年偏北，范圍偏大，使得冷空氣不易南下影響山西運城。南亞高壓中心位于90°E 以西，屬于西部型，500 hPa 上，副熱帶高壓偏東偏南，副高外圍的暖濕氣流難以輸送到運城上空，雨帶多在長江流域，華北地區干旱少雨。

表1 運城市2017-07-09—07-14 高溫與強高溫站點個數分布

圖2 2017-07-09—07-14 運城日最高氣溫大于等于37 ℃與大于等于40 ℃各站點出現日數分布

4.2 東亞副熱帶西風急流特征

東亞副熱帶西風急流作為對流層中上層大氣環流的重要組成部分，對天氣和氣候有著重要的影響。運城市出現持續強高溫天氣期間200 hPa 平均緯向風的分布特征如圖4 所示，可以看出平均西風急流基本呈緯向分布，急流中心位于50°～75°E，急流軸位于42°～48°N，中心值超過了40 m/s，u≥30 m/s 的范圍偏大。與往年相比，副熱帶西風急流異常偏北偏強，對北方冷空氣的南下起到了阻礙作用。運城市位于急流出口的東南側，為下沉運動，有明顯的下沉增溫效應，對強高溫天氣的維持十分有利。

4.3 500 hPa 平均高度場特征

運城市地處華北南部，在夏季，受副熱帶高壓的影響比較大。

從這次強高溫期間副熱帶高壓的特征（如圖5 所示）看，500 hPa 上，副熱帶高壓強度大、覆蓋范圍廣，控制了中國大部分地區，西太副高平均脊線位于25°N，西伸脊點長時間維持在110°E，西風帶擾動不活躍；青藏高原地區有閉合的暖高壓中心存在，是強熱源，阻礙了副熱帶高壓進一步西伸北抬，使得副熱帶高壓穩定維持，二者共同作用，強大的暖高壓阻擋了北方冷空氣的南下。高溫期間運城市位于584～588 線之間，受強盛的西北氣流影響，沒有明顯的水汽向運城市輸送，天氣晴熱少雨，輻射增溫明顯，氣溫顯著升高。

圖3 07-09—07-14 南亞高壓（單位：dagpm）

圖4 07-09—07-14，200 hPa 平均緯向風（等值線，單位：m/s）

圖5 07-09—07-14 平均高度場（等值線，單位：dagpm）

5 水汽輸送與垂直運動特征

夏季由于太陽輻射較強，中國北方容易出現晴熱天氣，高溫天氣的發生往往與長時間降水偏少有密切關系。從整個強高溫期間的700 hPa 平均水汽通量場看出（如圖6 所示），水汽輸送的大值區位于長江流域以南至沿海一帶，中國西部到華北地區沒有明顯的水汽由南向北輸送，導致該地區降水顯著偏少，以干熱為主，進一步導致了強高溫天氣的出現。

圖6 2017-07-09—07-14，700 hPa 水汽通量與平均垂直速度

強高溫期間平均垂直速度場在700 hPa 上，高溫區為正值，代表下沉氣流，形成一定的下沉增溫效應，不利于水汽凝結形成降水；散度場顯示，高層輻合，低層輻散，代表有強烈的下沉運動，有利于高溫天氣的出現。

6 地形作用

運城盆地位于山西省的西南部，夏季盛行東南季風，盆地地形使坡地空氣受熱上升，大量暖空氣流入谷底，使得白天氣溫較高，同時地形原因使聚熱容易，散熱慢，易比周圍地區出現高溫天氣。中條山位于運城東南部，呈東北—西南走向，最高主峰舜王坪海拔高度為2 321.8 m，夏季東南季風在翻越中條山區時，在背風坡的鹽湖、永濟、新絳、稷山一帶形成下沉氣流，焚風效應使得河槽區出現最大高溫區。

7 結論

2017-07 運城市出現的強高溫天氣范圍廣、持續時間長，平均氣溫較歷年明顯偏高，高溫日數較歷年同期有顯著增加趨勢，均為歷史罕見。

強高溫天氣持續期間，中高緯環流起了關鍵作用。南亞高壓異常偏強，中心脊線維持在31°～35°N，較往年偏北，阻礙冷空氣南下；200 hPa 副熱帶西風急流異常偏北偏強，高溫區位于急流出口的東南側，下沉增溫效應明顯。

副熱帶高壓的異常是山西運城夏季出現持續高溫天氣最直接的原因。運城市在強高溫期間位于大陸高壓與副熱帶高壓之間，受西北氣流影響，阻礙了孟加拉灣以及沿海的水汽向運城盆地輸送，天氣晴熱少雨，輻射增溫明顯。

強高溫期間高溫區無明顯的水汽來源，邊界層水汽條件差，700 hPa 平均垂直速度場為正值，表現為下沉運動，中低層溫度偏高。

運城市屬盆地地形，聚熱容易，散熱慢，同時焚風效應對高溫天氣的形成非常有利。