周勍 冯佳玮 吴琼 曹阳 郭煜

摘  要：利用镇江1961—2017年逐日气温资料分析连续高温灾害的气候特征，同时结合2.5°×2.5°逐日NCEP再分析资料，以2017年夏季异常连续高温天气过程为典型进行诊断分析。结果表明：1961年以来镇江夏季高温日数、极端日最高气温和最长连续高温日数均呈现明显上升趋势;20世纪90年代后连续高温灾害发生更为频繁，同时连续高温灾害等级也显著上升;强盛的西太平洋副热带高压长时间盘踞镇江上空是产生连续高温灾害的主要原因;高温期间冷空气势力弱，海上台风、青藏高原暖高压的特殊活动路径，为副高的稳定维持提供有利条件;温度平流和垂直加热对高温的出现起重要作用，而高温的维持以及极端高温的出现更多的取决于非绝热加热。

关键词：连续高温;西太平洋副热带高压;热力诊断

中图分类号 S428文献标识码 A文章编号 1007-7731（2019）04-0116-05

Abstract：this article will use the daily temperature data of 4 stations in Zhenjiang from the year 1961 to 2017 to analyze the continuous high temperature disaster in this region;It will use the 2.5°× 2.5° daily NCEP reanalysis data to analyze the materials at the same time. It will take the continuous high temperature disaster in the summer of 2017 as a typical case to diagnosis analysis the cause of synoptic meteorology. The result shows：The high temperature days， the maximum temperature and the longest continuous hot days in the Zhenjiang region have shown a significant upward trend since 1961;After 1990s，continuous high temperature disasters had occurred more  frequently， while the level of continuous high temperature disasters also increased significantly;The main reason for the continuous high temperature disasters is long staying time of the strong western pacific subtropical highpressure;During the high temperature period， the weak air force and the special activity way of the typhoon in the sea and the warm and high pressure of the Tibetan Plateau provide a favorable condition for the stability of the western Pacific subtropical high pressure;Temperature advection and vertical heating are playing an important role in the appearance of high temperature， while the maintenance of high temperature maintenance and the present of extreme high temperature mostly depend on diabatic heating.

Key words：Continuous high temperature;Western Pacific subtropical high;Thermal diagnosis

在全球氣候变暖的背景下，极端天气事件频发，异常高温作为夏季主要气象灾害之一，影响着社会生产和人们的生活，特别是给农业生产带来了严重影响[1-4]。近年来，国内众多学者对我国的高温天气过程个例、高温的气候特征等已经进行了很多研究。例如，尹洁、彭海燕、方宇凌等分别就江西、长江中下游地区、华南2003年的罕见持续高温进行了分析，均认为主要原因是副高的异常强盛[5-7];夏扬等在2013年长江中下游地区高温事件分析中，特别强调了大气中水汽对高温的影响以及低纬度大气热源异常对副高的影响[8];陈雅子等制定了江苏省水稻高温热害保险的天气指数[9];包运轩、姜燕敏等研究了以高温持续时间的长短作为划分作物受到高温热害程度大小的标准[10-11]。从以上研究结果来看，对持续高温天气的大气环流背景或气候特征分析较多，而有关两者结合分析较少，同时进行热力学诊断分析的亦较少。本研究拟用多年实测资料，结合给农业带来影响的持续高温指标，分析镇江地区连续高温灾害的气候变化特征;并根据高温灾害发生程度择取2017年为典型的高温灾害年，分析环流背景和热力学成因，从而为提高连续高温灾害天气的预报能力提供理论依据，进而更好地为夏季农业生产提供保障服务。

1 资料与方法

1.1 研究资料 镇江1961—2017年逐日气温资料;1961—2017年分辨率2.5°×2.5°逐日NCEP再分析资料。

1.2 研究方法

1.2.1 连续高温灾害等级的划分 利用连续高温持续时间长短将连续高温灾害分为3级：若连续3～4d出现日最高气温≥35℃定义为轻度灾害，连续出现5～7d定义为中度，连续出现8d以上则定义为重度[9-11]。

1.2.2 热力学第一定律 利用热力学能量方程的一级简化方程来进行热力诊断分析，具体公式为：

即温度的局地变化取决于温度水平平流、垂直绝热变化和非绝热加热。由于非绝热加热项包括太阳辐射、感热输送和潜热释放等多方面因素，比较难以定量估算，故本文通过公式其他3项推算而得。

2 结果与分析

2.1 夏季连续高温灾害的气候特征 以镇江1961—2017年57年逐年夏季高温日数、极端日最高气温和最长连续高温日数为样本，运用Mann—Kendall方法分别检验发现：高温日数、极端日最高气温和最长连续高温日数均呈现明显上升趋势，三者均超过0.05显著水平（U0.05=1.96），其中高温日数和最长连续高温日数甚至超过了0.001显著水平（U0.001=2.56）。三者突变点均在1990年前后，即20世纪90年代开始镇江每年夏季高溫日数明显增多，高温强度也显著增强，而且更容易出现长时间连续高温。20世纪90年代后平均高温日数达13.2d，20世纪90年代前仅7.5d，20世纪90年代后镇江地区的平均高温日数较之前增加近6d。而最长连续高温日数在20世纪90年代后平均6.6d，20世纪90年代前4.7d，连续高温时长增加近2d。

对20世纪90年代后镇江地区历年连续高温灾害等级情况进行分析发现，1961—1989年29年中有13年出现连续高温灾害，占44.8%;而1990—2017年28年中则有23年出现连续高温灾害，占比高达82.1%，重度灾害的发生概率高达31.3%。可见，20世纪90年代后连续高温灾害发生更为频繁，同时连续高温灾害等级也明显上升。2017年7月14—29日出现长达16d的连续高温天气，其中≥37℃高温日10d，≥39℃高温日5d，≥40℃高温日2d，极端最高气温达40.6℃，持续时间之长、强度之强均创历史之最。因此，本文以2017年的连续高温灾害过程为典型，着重进行分析，以期对今后的高温预报有指导意义。

2.2 2017年异常高温的诊断分析

2.2.1 环流形势 一方面，分析连续高温时段500hPa平均位势高度及同期距平水平分布发现，副高西脊点越过110°E深入我国西南地区，较同期气候平均位置（130°E）西伸20个经度;5880gpm线北界超过35°N到达山东半岛中部，较同期常年水平（33°N）北推近5个纬度。我国大部分地区处于20gpm正距平内，其中在蒙古-我国华北-华东北部地区为40gpm的正距平中心。同时，从沿120°E的500hPa位势高度时间-纬度剖面来看，5880gpm线基本维持在35°N以北，120°E脊线基本稳定在30°N附近。可见，副高偏西偏北异常强盛，且长时间稳定。另外，高纬度西西伯利亚地区存在强大的正距平中心，中心距平值达80gpm，意味着北极涡强度偏弱，冷空气强度偏弱。有研究表明，当北极涡异常收缩减弱时，副高则明显扩大增强[12-13]。另一方面，夏季100hPa上空的南亚高压和500hPa上空的副高是“相向而行、相背而去”关系，同时两者强度有很好的正相关关系 [14-15]。通过分析100hPa平均位势高度及同期距平的水平分布发现，100hPa南亚高压东伸明显，且内蒙古西侧出现了100gpm的正距平中心，强度异常偏强，也就对应副高西伸明显，异常强盛。另外，2017年7号台风“洛克”西行对副高的“顶托”作用，130°E以东低值系统北上活动使得副高断裂后大陆高压一环盘踞我国东部上空，对副高长时间维持起积极作用。同时，青藏高原暖高压东移与副高合并，使得副高面积扩张，强度增强，高温持续。

2.2.2 热力学诊断 为进一步揭示此次连续高温的成因，本研究采用热力学第一定律的温度变化方程进行诊断分析。根据连续高温时段的逐日NCEP再分析资料，计算近地层温度平流、绝热变化和非绝热变化随时间推移对本地温度变化的贡献。

2.2.2.1 温度平流项 对沿120°E近地层温度平流的时间—纬度变化进行分析发现，17日前，也就是持续高温开始阶段，30～35°N区间处于暖平流区，温度平流的增温率达到2.0～2.5℃/d，对温度变化有着明显正贡献;而后副高稳定控制的时段内温度平流逐渐减弱，温度平流的增温率大部分时间稳定在-0.5～0.5℃/d，表现并不明显;其中在极端高温出现的25日前后，30～35°N之间甚至一度出现了-1.0～-1.5℃/d的负值区，对温度变化带来负贡献。可见，温度平流在高温起始阶段作用较大，但在副高稳定控制后的高温维持期间，温度平流较弱，作用并不明显。

2.2.2.2 绝热变化项 大气的绝热变化是指气块在垂直运动中所发生的绝热增温和绝热冷却变化。当气块作下降运动时，由于外界气压增大，气块体积被压缩，外界空气对气块作功，从而使气块内能增加温度升高;反之，气块作上升运动时，气块内能减少温度降低。首先对120°E，32°N上空的大气垂直运动时间变化进行分析发现，持续高温的起始阶段低层逐渐转为下沉气流，且在开始前一日出现了0.06pa/s正值中心，但高空仍然是上升气流;20日进入强高温时段，镇江地区上空转为一致的下沉气流;30日镇江地区上空转为上升气流，高温中断;同时可以看到在23-27日出现39℃以上极端高温天气的时间段内，近地层有0～0.03pa/s的弱上升运动。应该说，低层垂直运动的突变对高温时段开始和结束的预报在一定程度上有着指示意义。进一步对绝热变化与本地温度变化的关系进行研究，通过沿120°E 近地层大气绝热变化增温率的时间—纬度剖面图分析发现，持续高温的大部分时段内，由于近地层的下沉运动，使得空气增温，30～35°N之间垂直加热率0.0～1.0℃/d;且在高温开始阶段32°N附近出现了1.0℃/d的中心。然而在极端高温出现的时段内，由于近地层有弱的上升运动，使得垂直加热率变为负值。大部分情况下，垂直绝热变化对高温形成作出正贡献，但表现并不明显。

2.2.2.3 非绝热加热项 分析沿120°E近地层非绝热加热率的时间-纬度剖面图发现，持续高温开始时段内，在30～35°N非绝热加热率为负贡献;副高稳定控制后转正贡献，极端高温的时段内则出现了1.0～1.5℃/d的正贡献大值区。结合前文中的大气垂直运动情况分析其原因所在：高温前期由于中高层的上升气流，云量增加，到达地面的太阳辐射减少;副高稳定控制后，高空转为一致的下沉气流，天空晴朗少云，使得到达地面的太阳辐射明显增多，同时地面热量的逐步累积使得地面对大气的感热输送增加，另外，在极端高温出现的几天里近低层出现弱的上升运动，还带来了一定的潜热释放。可见，非绝热加热对高温的维持和极端高温的产生起到了很大的作用。

综上所述，在持续高温的过程中，温度平流和垂直加热对持续高温的开始起着重要作用，而高温的维持以及极端高温的产生更多的取決于非绝热加热。

3 结论与讨论

（1）1961年以来镇江夏季高温日数、极端日最高气温和最长连续高温日数均呈现明显上升趋势;1990年前后是三者明显增多的突变点，20世纪90年代后镇江高温日数较之前多近6d，最长连续高温日数增加近2d。

（2）20世纪90年代前镇江连续高温灾害发生率44.8%;20世纪90年代后则高达82.1%，重度灾害的发生概率为31.3%。20世纪90年代后连续高温灾害发生更为频繁，灾害等级也明显上升。

（3）副高异常强盛，偏西偏北且长时间稳定，是产生2017年7月14—29日历史罕见连续高温灾害天气过程的重要原因。期间南亚高压偏北偏东，冷空气偏弱，青藏高原暖高压以及热带低值系统的活动对副高长时间稳定维持起到重要作用。

（4）温度平流和垂直加热对高温出现起到重要作用，而高温维持以及极端高温出现更多取决于非绝热加热。

参考文献

[1]曹云，赵秀兰.2013年夏季气候特点及其对农业生产的影响[J].中国农业气象，2013，34（5）：619-620.

[2]任义方，高苹，王春乙.江苏高温热害对水稻的影响及成因分析[J].自然灾害学报，2010，19（5）：101-107.

[3]何辰宇，李蓓蓓，杨菲.高温干旱对茶叶生产的影响及应对措施[J].江苏农业科学，2016，44（4）：215-217.

[4]周广胜.气候变化对中国农业生产影响研究展望[J].气象与环境科学，2015，38（1）：80-94.

[5]尹洁，张传江，张超美.江西2003年夏季罕见高温气候诊断分析[J].南京气象学院学报，2005，28（6）：855-861.

[6]彭海燕，周曾奎，赵永玲，等.2003年夏季长江中下游地区异常高温的分析[J].气象科学，2005，25（4）：355-361.

[7]方宇凌，简茂球. 2003年夏季华南持续高温天气过程及热力诊断[J].热带海洋学报，2011，30（3）：30-37.

[8]夏扬，徐海明.2013年长江中下游地区夏季高温事件的环流特征及成因[J].气象科学，2017，37（1）：60-69.

[9]陈雅子，申双和.江苏省水稻高温热害保险的天气指数研制[J].江苏农业科学，2016，44（10）：461-464.

[10]包云轩，刘维，高苹，等.气候变暖背景下江苏省水稻热害发生规律及其对产量的影响[J].中国农业气象，2012，33（2）：289-296.

[11]姜燕敏，马军辉，李汉美，等.丽水市2013年7-8月高温热害对茶叶生产的影响[J].中国农学通报，2014，30（16）：158-163.

[12]张恒德，陆维松，高守亭，等.北极涡活动对同期及后期我国气温的影响[J].南京气象学院学报，2006，29（4）：507-516.

[13]张恒德，金荣花，张友姝.夏季北极涡与副热带高压的联系及对华北降水的影响[J].热带气象学报，2008，24（4）：417-422.

[14]任荣彩，刘屹岷，吴国雄.1998年7月南亚高压影响西太平洋副热带高压短期变异的过程和机制[J].气象学报，2007，65（2）：183-197.

[15]张琼，吴国雄.长江流域大范围旱涝与南亚高压的关系[J].气象学报，2001，59（5）：569-517.

（责编：张宏民）