廣西沿海高溫概念模型建立及預報要點分析

林文樺,莫權芳,黃 瀅,陳 靜

(1．廣西壯族自治區防城港市氣象局，廣西 防城港 538001；2.四川省米易縣氣象局，四川 米易 617200)

0 引言

20世紀全球年平均氣溫上升了0.4～0.8 ℃，我國近100 a來年平均氣溫上升幅度在0.5～0.8 ℃，與全球上升幅度基本持平[1-3]。高溫能使新陳代謝加速，能量消耗加大，人體疲勞，嚴重的可引起中暑休克[4]。極端氣溫事件的研究對于了解氣候變化規律與探討氣候變化、區域風險預警及防災減災和經濟建設具有重大意義[5]。近年來，國內對高溫事件的研究較多，主要從3個角度分析：一是從高溫時空變化特征進行分析[6-8]，這是研究最多的方向；二是從高溫對人體健康及生命活動的危害影響方面分析[9-11]；三是從環流形勢、城市熱島效應及下墊面情況等角度對高溫成因進行診斷分析[6,12-15]，研究說明高溫事件發生時，大氣環流是有特定形勢的。而兩廣地區的預報員對高溫事件的分析多為對高溫事件的時空變化特征[8,16，18-19]及成因[17,19-20]進行研究,分析的成因中導致高溫出現的系統多為副高及熱帶氣旋，較少涉及到西南暖低壓這一導致廣西沿海高溫的系統，更沒有對導致高溫事件出現的天氣系統的垂直空間分布及其相互作用進行系統的闡述和總結。

近年來，廣西沿海北部灣城市利用自身優勢著力打造“向海經濟”、“一帶一路建設”、海灣城市品牌的建設。而高溫事件又直接影響城市的水電資源、經濟社會和生態環境的發展,阻礙城市的發展。因此，預報員準確提前預報高溫事件，有利于社會各界提前做好科學有效的預防高溫危害措施，積極應對高溫帶來的災害影響，非常有必要。

廣西預報員手冊[22]中有建立廣西高溫概念模型，主要考慮副高和熱帶氣旋這2類天氣系統，分為副高型、熱帶氣旋型和副高+熱帶氣旋型3類。但由于分析的范圍不同，本文概念模型建立與該手冊有不同：第一，本文中根據廣西沿海高溫分布的環流特點，考慮了西南暖低壓這一影響系統，增加了副高+西南暖低壓模型及其特征，這一系統在該手冊的高溫概念模型中沒有具體體現。第二，文中建立了高溫天氣里廣西沿海上空各層的平均氣溫、平均風向風速等本地性的特征，更有針對廣西沿海高溫預報的指標。第三，文中非常直觀而又概括性地在圖中指出地面、850 hPa、700 hPa和500 hPa導致高溫天氣出現的主要影響系統和環流特征。

1 數據資料和研究方法

中國氣象局規定：日最高氣溫達到或超過35 ℃為高溫天氣，且以日最高溫極值和持續時間為標準制定了高溫預警信號等級[21]。本文分析的高溫指的是日最高氣溫≥35 ℃的高溫天氣?；?009—2019年廣西沿海欽州、防城港和北海152個氣象站氣溫≥35 ℃的資料，本文運用統計分析方法、GIS作圖軟件等分析了廣西沿海高溫日的時空分布特征，并篩選出連續3 d及以上有30%以上的站點出現≥35 ℃的典型高溫個例共38個如表1。再通過分析中低層環流形勢、地面要素分布、溫度分布及物理量分布等，總結形成廣西沿海高溫天氣的概念模型。高溫概念模型的建立，為預報員預報高溫天氣提供較為直觀和簡單的線索和依據，為廣西沿海高溫的預報預測提供科學的技術支持。

表1 38次典型高溫天氣過程時間表Tab.1 Schedule of 38 typical high temperature weather processes

本文總結的38個典型個例中，有19個個例廣西沿海受到臺風外圍偏北氣流影響，高溫期間熱帶氣旋的活動范圍基本在112～128°E，16～23°N，本文稱該區域為臺風影響位置。

對于副高+熱帶氣旋型和熱帶氣旋型，這2種類型都有副高和熱帶氣旋2個天氣系統，主要區別為副高的位置及其副高底部的偏北氣流能否與熱帶氣旋外圍氣流疊加。副高+熱帶氣旋型中的副高平均脊線在30°N，700 hPa的312 dagpm線可南壓至廣西北部，以至于高壓底部的偏北氣流和臺風外圍的偏北氣流出現疊加，廣西沿海為疊加的偏北下沉氣流共同影響。而熱帶氣旋型中的副高平均脊線在38°N，西脊點在115°E以東，700 hPa的312 dagpm線在長江下游以北，由于副高偏東偏北，其底部的偏北氣流不能和熱帶環流的偏北氣流疊加，影響廣西沿海的氣流主要為臺風外圍偏北下沉氣流。

對于副高+熱帶氣旋型和熱帶氣旋型2類模型與副高型的劃分，主要根據廣西沿海有無受到熱帶氣旋外圍環流影響及副高分布2個標準。標準1：副高+熱帶氣旋型和熱帶氣旋型中，在臺風影響位置有熱帶氣旋活動，廣西沿海受其外圍偏北下沉氣流影響；而副高型中，在臺風影響位置沒有熱帶氣旋活動。標準2主要為副高的位置及強度：副高型+熱帶氣旋型、熱帶氣旋型這2類的副高比較偏北，平均脊線分別在30°N和38°N，588 dagpm線南界基本在25°N或30°N以北，廣西沿海不在588 dagpm線控制范圍內。副高型中的副高較強盛，副高脊線在30°N或22°N，588 dagpm線與110°E的南北側交點在21°N以南和40°N以北或17°N以南和26°N以北，廣西沿海為588 dagpm線控制下的強盛的反氣旋環流影響。

本文根據直接導致廣西沿海高溫天氣出現的主要天氣系統分型，分別為：副高(大陸高壓和西太平洋副熱帶高壓)、熱帶氣旋和西南暖低壓。副高和熱帶氣旋都是相對比較深厚的系統，在500 hPa中的環流特征都很完整且明顯，特別是副高，在500 hPa的環流要比地面更加完整和明顯。而西南暖低壓是一個淺薄的系統[22]，主要分布在850 hPa到地面，其中在地面的低壓環流最完整且明顯，而在500 hPa沒有明顯的低壓環流，甚至轉為副高控制。所以副高+熱帶氣旋型、副高型和熱帶氣旋型主要從500 hPa劃分，而副高+西南熱低壓型主要從500 hPa和地面劃分。

2 結果與分析

2.1 高溫日的時空分布特征

2009—2019年共出現970個高溫日。過去11 a高溫日主要出現在每年的7月和8月，占全年比例分別為26%和25%。其次是6月份，占全年比例為20%。5月和9月高溫日占全年比例分別為13%和11%。每年的11月—次年的1月無高溫天氣，其他月份高溫日占全年比例約為6%。圖1給出2009—2019年高溫日數的空間分布圖，廣西沿海由于南部瀕臨北部灣，有海洋調節作用，高溫出現頻率較少，而北部受山地影響，高溫出現頻率較多。欽州欽北區大部、欽南區東部、靈山和浦北縣的中部及南部地區、合浦東部地區年平均高溫日數最多，為31～79 d，防城港上思縣大部年高溫日數在21～40 d，其他近海地區年平均高溫日數為0～20 d。

圖1 2009—2019年高溫年平均日數空間分布Fig.1 Spatial distribution of high temperature days from 2009 to 2019

通過對表1中38個典型高溫天氣過程進行分析，總結出直接導致廣西沿海高溫天氣出現的系統主要為副高(大陸高壓和西太平洋副熱帶高壓)、熱帶氣旋和西南暖低壓。其中副高影響占比最高達82%，其次是熱帶氣旋占比例50%。根據以上4個系統的分布，沿海高溫天氣主要分為4種類型：副高+熱帶氣旋型、副高型、副高+西南暖低壓型和熱帶氣旋型，分別占總數比例為41%、27%、15%和9%。

2.2 副高+熱帶氣旋型

如圖2，副高+熱帶氣旋型中臺風多經過菲律賓東北洋面，然后西北路徑移動或偏西路徑移動，在臺風影響位置有臺風活動。西北路徑移動的臺風多在福建和浙江沿海一帶登陸影響華東及其以東一帶海面。偏西路徑移動的臺風一般在廣東沿海一帶登陸后繼續西行。

圖2 副高+熱帶氣旋型Fig.2 Subtropical high+tropical cyclone type

500 hPa副高位置偏北，平均脊線在30°N，588 dagpm線沒有控制廣西。華北一帶有高空槽東移，或東移北收對副高影響不大，或加深東移促使副高分裂為東西兩環并使得東環副高東退減弱。副高分布有兩種類型：類型1，副高分為東西2環，東環副高控制著我國華東一帶及以東的太平洋地區，東環副高的西脊點約在113°E。西環為大陸高壓，控制著我國西藏及青海一帶，這一類型的臺風多為西北路徑移動。類型2，東西兩環副高打通，呈帶狀分布，西脊點西伸至四川或以西的內陸一帶(100°E以西)，臺風多為偏西路徑。廣西處在-4 ℃等溫線控制下的暖區里，受副高脊前偏北及臺風外圍偏北氣流共同影響，沿海地區通常能維持3～4級的偏北風。

700 hPa中316 dagpm線控制著山東、浙江、江蘇和安徽等一帶地區，廣西為312 dagpm線底部和臺風外圍的東北氣流控制，沿海地區的東北風一般為3～4級。廣西沿海為12 ℃等溫線控制。

850 hPa 148 dagpm線控制我國26～40°N的大部地區，廣西沿海地區為148 dagpm線底部和臺風外圍的偏北氣流控制，沿海東北風多為3～4級，廣西大部為22 ℃等溫線控制的暖區里。

地面廣西北面為副高底部的偏北氣流及臺風外圍的偏北氣流共同影響，沿海地面風力不強，通常為2～3級的偏北風。

2.3 副高型

如圖3，副高型中500 hPa東亞中高緯為兩槽一脊的穩定形勢，兩槽分別位于新疆北部和我國東北地區，脊主要位于蒙古一帶。副高分布主要有2種類型。類型1，大陸高壓強盛，脊線在30°N，高壓588 dagpm線控制著中國除新疆、東北等大部地區，588 dagpm線與110°E的南北側交點分別在21°N以南和40°N以北，西脊點在100°E以西，廣西沿海為大陸高壓反氣旋環流底部的偏東氣流控制。大陸高壓南側無東風波或熱帶擾動生成。沿海地區偏東風4～5級。廣西沿海地區處在-2～-4 ℃的相對暖區里。類型2，副高呈帶狀分布控制著長江流域以南的大部地區，副高脊線在22°N左右，西脊點在100°E以西，588 dagpm線與110°E的南側交點在17°N以南，北側交點在26°N以北，廣西沿海為副高控制下的3～4級的東南氣流影響，此類型要比類型一氣溫更低，廣西沿海一般處在-4 ℃～-6 ℃的相對冷區里。2種類型中，廣西沿海處在平均值約為10m/s的下沉速度區域。

圖3 副高型Fig.3 Subtropical high type

700 hPa 2種類型廣西均為12 ℃等溫線控制，平均下沉速度為10 m/s。類型1：大陸高壓控制的312 dagpm線幾乎與500 hPa的588 dagpm線重合，廣西大部為312 dagpm線控制。廣西沿海為高壓反氣旋環流底部的5級左右的較強偏東風控制。類型2：312 dagpm線與588 dagpm線一樣位置偏南，控制著我國江南南部、華南及云南東部，廣西大部為312 dagpm線控制下的反氣旋環流影響，廣西沿海風力較類型1明顯偏弱，為2～3級的偏南氣流影響。

850 hPa廣西沿海為反氣旋環流控制，類型1對應沿海為反氣旋環流南側的3～4級的偏東風，類型2對應沿海為反氣旋西側的2～3級的風速輻散的偏南氣流。廣西大部為20 ℃的等溫線控制。廣西沿海地區平均下沉速度為5 m/s的下沉氣流影響。

地面風力不強，在2級左右。可分為有弱低壓發展和均壓場2種形勢。弱低壓：四川盆地到貴州云南一帶通常有弱的低壓發展，中心值約在1 000 hPa，廣西沿海處在低壓東南側邊緣的2級左右的風力影響。低壓北側通常有高壓中心值小于1 020 hPa的較弱的冷空氣逐漸南下。低壓邊緣偏南氣流一方面利于把低緯的高能量向沿海地區輸送，另一方面風力小更利于地面能量的聚集。均壓場：長江流域以南的大部地區為均壓場控制，風力在2級以下，利于能量在地面聚集。

2.4 副高+西南暖低壓型

如圖4，副高+西南暖低壓型中500 hPa副高呈帶狀分布，脊線在18°N左右，向西延伸至中南半島北部(西脊點在104°E以西)，588 dagpm線與110°E的南側交點在18°N以南，北側交點在24°N以北，588 dagpm線控制廣西南部或整個廣西，廣西南部為副高控制下的反氣旋環流影響，利于形成晴好天氣。副高以北有2種形勢：形勢1，多波動槽東移。我國青海東部及四川盆地西部經常出現高壓脊，脊前為西北下沉氣流，利于西南暖低壓的形成。高壓脊以東的長江中下游地區常常有波動槽東移。形勢2，東低西高的形勢。東北到華北東部維持1個深厚的低渦槽，我國大部地區為槽后的偏西北氣流控制。這兩種形勢的共同點是我國四川盆地一帶經常維持槽后脊前西北氣流形勢，西北下沉氣流利于西南暖低壓的形成[22]。廣西為-4 ℃等溫線控制的暖區里。

700 hPa廣西南部為312 dagpm線或316 dagpm線控制下的反氣旋環流影響。西川盆地暖低壓中心維持，廣西大部為低壓槽前及副高反氣旋環流西側的風力達5級左右的西南氣流影響。廣西處在12 ℃等溫線控制的暖區里。東北及華北東部地區有低壓槽，低壓槽比較淺薄，低壓槽后西北氣流主要影響長江以北，對廣西南部無影響。

850 hPa的144 dagpm線或148 dagpm線呈西南—東北向穿過廣西中東部地區，風速達6～7級的強西南急流風速帶沿著144 dagpm線或148 dagpm線控制著華南大部地區。四川盆地維持一個低壓，廣西位于低壓東南側。廣西南部處在24 ℃等溫線控制的暖區里。廣西南部由水汽通量散度達30 g·s-1·hPa-1·cm-2以上的正值區控制，為強水汽通量輻散區，不利于降雨，云貴交界為中心值為-40 g·s-1·hPa-1·cm-2的水汽通量輻合中心區控制，2個正負中心呈對稱性分布。

地面在云貴交界一帶通常有中心值低于995 hPa的西南暖低壓發展，廣西沿海處在暖低壓東南側，維持4～5級的強西南風。

2.5 熱帶氣旋型

如圖5，熱帶氣旋型中500 hPa副高偏北偏東，副高脊線在38°N左右，西脊點在115°E以東，588 dagpm線只控制我國山東、河北東部及遼寧一帶，副高環流不能與臺風環流疊加。臺風多經過菲律賓東北部洋面并向偏北或偏西路徑移動，廣西沿海為臺風外圍的偏北氣流控制。當臺風向偏北路徑移動時，離臺風中心較遠，一般為臺風外圍2～3級的偏北氣流控制，直到臺風進入華東內陸減弱消失或繼續北抬遠離，廣西轉為偏南風，高溫結束。當臺風移入南海并向西移動時，離臺風中心較近，一般為4級左右的偏北風控制，當臺風西移至113°E以西、20°N以北時，受臺風云團影響，高溫結束。廣西大部為-4 ℃的暖區控制。

700 hPa的312 dagpm線位置基本和588 dagpm線控制一致，范圍要比588 dagpm線大，控制著山東、山西、內蒙東部及河北一帶及以東的海洋。廣西沿海為12 ℃等溫線控制范圍內。對于向偏北移動路徑的臺風，廣西沿海一般維持3級左右的偏北風，對于向偏西移動路徑的臺風，廣西沿海的風力要強，為4級左右的偏北風。

850 hPa的148 dagpm線控制范圍和312 dagpm線基本一致。對于偏北移動路徑的臺風，沿海為2～3級的偏北風影響，對于偏西路徑的臺風，為4級左右的偏北風影響。廣西沿海為22 ℃等溫線控制。當低層轉偏南風時，或受臺風外圍云系影響時，高溫結束。

地面的高壓帶范圍和700 hPa的312 dagpm線基本一致，控制著山東半島、遼寧半島、內蒙古東部、山西河北大部及其以東的海洋。廣西沿海多為臺風西側的偏北氣流控制，處在臺風外圍等壓線疏散區，為臺風外圍的下沉氣流控制，地面風速較弱，為2級左右，風向不定。

3 結論

通過對過去11 a中38個典型高溫個例的分析，總結出廣西沿海高溫天氣概念模型有4類，分別為：副高+熱帶氣旋型、副高型、副高+西南暖低壓型和熱帶氣旋型，預報要點分別是：

①廣西沿海高溫主要出現在7—8月，約占全年的一半。高溫出現頻率北部多，南部少。

②副高+熱帶氣旋型：副高位置較偏北，平均脊線在30°N，588 hPa線沒有控制廣西，臺風影響位置有臺風活動。從中層500 hPa到地面，廣西沿海均為副高底部外圍及臺風外圍的偏北氣流影響。500 hPa、700 hPa及850 hPa廣西沿海分別處在-4 ℃、12 ℃和22 ℃等溫線控制的暖區里。

③副高型：臺風影響位置沒有臺風活動。副高脊線在30°N或 22°N，從中層到低層廣西沿海為588 hPa線控制下的反氣旋環流影響。地面氣壓場弱，風力為2級左右。500 hPa、700 hPa及850 hPa廣西沿海分別處在-2～-6 ℃、12 ℃等溫線和20 ℃等溫線控制的暖區里，平均下沉氣流值分別為10 m/s、10 m/s和5 m/s。

④副高+西南暖低壓型：500 hPa副高位置偏南，脊線在18°N左右，廣西南部為588 dagpm線控制下的反氣旋環流影響。700 hPa和850 hPa廣西大部為西南急流控制。地面云貴交界有中心值低于995 hPa的暖低壓發展，廣西沿海為暖低壓東南側的4～5級的強西南風控制。500、700和850 hPa廣西南部分別為-4 ℃、12 ℃和24 ℃等溫線控制的暖區里。

⑤熱帶氣旋型：500 hPa副高偏北偏東，脊線在38°N，西脊點在115°E以東，副高環流不能和臺風環流疊加影響。臺風經過臺風影響位置。廣西沿海從地面到500 hPa均為臺風外圍偏北氣流影響。500、700和850 hPa廣西沿海分別為-4 ℃、12 ℃和22 ℃等溫線控制。