华东高温期的大气环流特征分析

第25卷第6期热带气象学报Vol.25,No.62009年12月JOURNALOFTROPICALMETEOROLOGYDec.,2009文章编号：1004-4965(2009)06-0753-07华东高温期的大气环流特征分析史军1，崔林丽2，周伟东1（1.上海市气候中心，上海200030；2.上海市卫星遥感与测量应用中心，上海201100）摘要：利用NCEP/NCAR再分析资料和地面气象站点资料，对1951—2005年华东高温日数较多（少）月和高温过程各阶段的500hPa位势高度、850hPa温度和相对湿度及700hPa垂直速度的环流特征进行对比分析。结果表明：在高温日数较多月，副高西伸，850hPa温度较高而相对湿度较低，华东中南部下沉气流明显，华东多为位势高度、温度和垂直速度正距平及相对湿度负距平；而在高温日数较少月，副高东退，850hPa温度较低而相对湿度较高，整个华东为上升气流，并为位势高度、温度和垂直速度负距平及相对湿度正距平。与高温前期和衰退期相比，高温盛期副高北抬西进，华东850hPa温度较高而相对湿度较低，华东南部下沉气流强盛，各要素距平值增加，多数要素距平中心移向华东或其周边。高温间断期则比盛期各要素距平减弱。大气环流要素场及其距平场的变动可以作为预报华东7—8月高温日数多寡和高温进程的参考依据。关键词：华东高温；环流特征；500hPa位势高度；850hPa温度和相对湿度；700hPa垂直速度中图分类号：P423.3.3文献标识码：ADoi：10.3969/j.issn.1004-4965.2009.06.015收稿日期：2008-05-09；修订日期：2008-08-26基金项目：上海市自然科学基金（09ZR1428800）；上海市科委课题（072512021）共同资助通讯作者：史军，男，山西省人，博士，主要从事气候变化及监测评估研究。E-mail：[e-mail]1引言近年来，我国高温天气变化的显著特点是开始早、范围广、历时久[1]，在长江流域及其以南地区，每年都会出现持续10天以上的极端高温天气[2－3]。高温给自然生态系统和社会经济系统带来重要影响[4]，严重时可威胁到人的生命及能源、水资源和粮食安全等，其引发的灾难甚至不亚于海啸、台风等突发性灾害[2]。因此，分析高温天气气候背景及其影响系统的演变规律，对提高高温预报的科学性和对国家经济建设都具有重要的现实意义。由自然气候波动和人类活动增强的温室效应共同引起的全球气候变暖是每年高温热浪出现的大气候背景，已有研究表明，年极端高温事件发生频次同区域性增暖具有一定的响应关系[5－6]，但控制每年极端高温热浪事件爆发频次和强度的直接因素则是大气环流异常[2,7]。因此，研究大气环流的发展规律是高温天气预报的主要物理基础[8]。大范围的持续气候异常普遍都与大气环流的长时间异常有密切关系[9－10]，其中西太平洋副热带高压(简称副高，下同)对高温的影响受到普遍重视。一些研究从较长时间尺度对华东个别省(市)高温天气的环流进行分析，如项素清等[11]发现，副高的强弱和位置与舟山市定海的高温天气有很好的对应关系；邹燕等[12]分析表明，副高是影响福建省高温过程的主要天气系统；张尚印等[13]认为，强盛并持续的副高和大陆变性高压控制是我国东部地区高温日数和强高温过程偏多的主要原因。副高的偏强和西伸也是我国东部和南方2003年异常高温的重要原因[8－9,14－16]。也有一些研究对高温的前期环流形势特征进行分析，如缪国华等[17]分析了苏州多高温年和754热带气象学报25卷少高温年的前期环流形势特征的差异，以及影响高温的主要环流系统的变化；尹洁等[18]分析了江西省2003年夏季罕见高温干旱的前期500hPa环流形势特征和海温特征。然而，上述研究或者只在空间上针对华东地区特定省或市，或者是在时间上只对2003年异常高温的分析，研究结果缺乏地域性和代表性，所分析的环流要素多以位势高度和温度场为主，很少考虑相对湿度和垂直速度，而且对高温过程不同阶段的环流特征演变研究也很少[19]。考虑到高温气候变化的连续性和区域性，本研究对华东高温日数较多和较少月、高温过程各时期的环流要素及其距平进行对比和动态变化分析，并对华东高温预报提出简要建议。2研究资料与方法2.1研究资料利用美国NCEP/NCAR1951—2005年逐日平均、月平均及其常年(1971—2000年)平均再分析资料，环流要素主要包括500hPa平均位势高度、850hPa平均温度和相对湿度以及700hPa垂直速度，资料格距为2.5×2.5经纬网格，空间范围为90～150E，15～55N。文中利用华东(包括山东、江苏、安徽、江西、浙江、福建省和上海市)的基本/基准气象站点自建站到2005年12月31日的逐日最高气温资料。在1950年代，华东气象站较少并快速增加，从1951年的28个增加到1960年的108个；在1961—2005年期间，华东气象站点数变化不大，介于110～116个之间。2.2研究方法按照中国气象局规定，日最高气温≥35℃为一个高温日。对华东地面气象观测资料统计发现，华东每年高温日主要集中于7—8月[20]。根据1951—2005年华东每年7月和8月出现总高温日数与当年的台站总数，从中挑选出7月和8月高温日数较多和较少的前8个作为典型月(表1)，基于月平均再分析资料和常年(1971—2000年)月平均值，利用GrADSv1.8从500hPa平均位势高度、850hPa平均温度和相对湿度及700hPa平均垂直速度进行合成和对比分析。按照一般高温发生发展的特点，文中将高温过程划分为高温前期、高温盛期和高温衰退期，并规定高温盛期为某年华东现有观测站中45％的站点发生高温的日期，高温盛期的前3天和后3天分别视为高温前期和衰退期。当两个高温盛期之间间隔的天数＜6天，则将该间隔天数视为高温间断期，尽管多数高温过程都没有间断期。为使结果更具一般性和代表性，文中选取典型高温过程时，除了考虑前面平均高温日数较多的7月和8月外，也考虑1951—2005年华东平均高温日数较多的前10年，从中选取6—9月所有满足上述定义的典型高温过程，共选出43个典型高温过程分布于17年中(表2)。基于日平均再分析资料和常年日平均值分析高温过程不同阶段的平均500hPa位势高度、850hPa温度和相对湿度及700hPa垂直速度的特征和距平。表1华东7月和8月的高温日数较多和较少的年份及月平均高温日数7月高温日数较多日数7月高温日数较少日数8月高温日数较多日数8月高温日数较少日数年份高温日数年份高温日数年份高温日数年份高温日数195313.819731.8195313.419600.9197113.119992.2196712.219800.9200312.319542.3196611.719751.0195611.719743.1195111.219971.3198811.619753.619989.919991.4196410.619973.619598.719821.7199010.219873.820038.619721.8199410.019933.819767.720001.9表2华东典型高温过程及阶段划分*为平均高温日数较多的前10年。6期史军等：华东高温期的大气环流特征分析755年份站数/个平均高温日数高温盛期高温间断期*19512830.56.19-6.21;7.21-7.23;8.5-8.9;9.21-9.23*19535631.86.18-6.19;7.9-8.15;8.23-8.277.19-7.23;8.819568819.37.9-7.11;7.21-7.26;8.9-8.10*195810219.66.27;7.6;7.20-7.22195910618.87.22-8.1;8.19-8.287.25-7.26;8.23;8.25-8.26*196411120.17.7-7.22;9.37.18-7.21*196611120.37.17-7.20;8.1-8.10;8.31*196711126.97.16-7.20;8.4-8.9;8.23-8.28*197111123.97.5-7.6;7.13-8.1;8.15-8.217.22-7.24;7.26-7.28;8.17-8.19197611213.57.21-7.24;8.4-8.5*197811222.06.30-7.14;8.2-8.47.11-7.13198811418.87.4-7.197.11-7.14199011316.37.6;7.8-7.9;7.22-7.25;8.13-8.147.7199411318.76.29-7.10;7.28-8.3;8.126.30;7.6-7.7;7.29-8.1199811617.97.10-7.16;8.9-8.157.13;8.11-8.12*200311523.97.13-7.14;7.24-8.3*200511422.27.3-7.5;8.11-8.123研究结果与分析3.1华东高温日数较多与较少月的环流特征差异3.1.1华东高温日数较多月环流要素场及距平在高温日数较多月，华东多数地区500hPa的月均位势高度均大于5860gpm，副高西伸脊点位于日本南面(132E,30N)，华东除南部少部分地区外，500hPa位势高度均为正距平，距平中心位于黄海附近(123E,35N)(图1a)。华东850hPa月均温度为20～22℃，其暖中心位于安徽、江西和湖北交界，月均温＞21℃，华东基本都为温度正距平，正距平中心位于江苏北部，中心距平值＞1.2℃(图1b)。华东850hPa月均相对湿度介于65%～70%，且基本为负距平，负距平中心位于长江三角洲地区，中心距平值＜-6%(图1c)。华东700hPa月平均垂直速度多为-30×10-3～10×10-3hPa/s，其中东南部为正值，西北负值较高，除北部外，垂直速度均为正距平，在江西北部距平值＞20×10-3hPa/s(图1d)。在华东中部和南部，垂直速度在850hPa和925hPa均为正值，表现为较明显的下沉气流(图略)。下沉气流的压缩效应导致绝热温度梯度加大，造成下沉增温，利于850hPa温度升高和空气相对湿度降低。图1高温日数较多月的各要素距平a.500hPa平均位势高度(单位:10gpm);b.850hPa平均温度(单位:℃);c.850hPa平均相对湿度(单位:％);d.700hPa平均垂直速度(单位:10-3hPa/s)。3.1.2华东高温日数较少月环流要素场及距平在高温日数较少月，华东500hPa的月均位势高度均小于5860gpm，副高明显减弱东退，西伸脊点位于日本东南面(138E,27N)，华东为位势高度负距平，距平中心位于安徽南部，中心值＜-90gpm(图2a)。850hPa月均温度＜20℃，其中江西和福建＞19.5℃，山东则＜18℃，华东均为温度负距平，距平中心位于江苏和安徽，中心值＜-0.6℃(图2b)。dcab756热带气象学报25卷华东除山东外，850hPa月均相对湿度＞70%，华东西南部的相对湿度＞75%，整个华东都为相对湿度正距平，正距平中心位于江苏、安徽、江西和浙江四省交界处，中心值＞4%(图2c)。华东700hPa的月均垂直速度为-50×10-3～-20×10-3hPa/s，以江西北部负值最高，除西北部外，华东均为垂直速度负距平，负距平中心位于东海(122E,28N)，中心值＜-10×10-3hPa/s(图2d)。平均垂直速度在200～850hPa均为负值，其中500hPa的垂直速度负值中心＜-60×10-3hPa/s(图略)，表明期间华东大气为明显的上升运动。3.2典型高温过程环流要素的演变特征3.2.1高温过程各阶段500hPa平均位势高度及距平在高温前期、盛期、衰退期和高温间断期，副高位置明显不同(图略)。在高温前期和盛期，副高西伸脊点分别位于浙江东南沿海(121E,27N)和江