2018年夏季东北极端高温事件物理机制分析

基于观测资料和再分析资料,研究分析了2018年夏季中国东北地区持续多日出现高温异常事件的形成机理。首先分析了整个夏季该地区观测台站逐日的温度资料,计算了观测台站的超热因子（Excess Heat Factor,EHF）指数,发现东北地区出现高温异常的时段主要是7月和8月,异常高温的发生区域集中在东北南部。在此期间,东亚大气环流形势的异常主要表现为南亚高压和西太平洋副热带高压强度异常增强,作用相互重叠和位置持续偏北。进一步的分析可以注意到,二者的重叠造成研究区域内有负涡度异常增强,使得南亚高压和西太平洋副热带高压在北推的过程中不断带动东北南部上空负涡度异常增强,并伴随有异常下沉气流,下沉绝热增温与晴空辐射增温,这可能是东北南部地表增温的一个重要原因。相关分析证实,在整个夏季东北南部地表气温与其上空300 hPa至500 hPa涡度异常都有显著的负相关关系。因此,南亚高压和西太平洋副热带高压之间的相互叠加组合是导致东北南部在2018年夏季7、8月份出现高温异常的主要原因。进一步的研究发现,夏季副热带西风急流中准定常Rossby波能量的传播与南亚高压和西太平洋副热带高压异常增强有密切联系,同时夏季西太平洋暖池的显著增暖导致了菲律宾地区异常旺盛的对流活动,进而在500 hPa高度场上激发出PJ（太平洋—日本涛动）波列,从另一个路径上促进了西太平洋副热带高压偏强偏北。     

夏季西太平洋副热带高压异常时的东亚大气环流特征

利用NCAR/NCEP月平均再分析资料,探讨夏季西太平洋副热带高压异常时东亚热带季风、梅雨锋及中高纬环流的变化特征.研究表明:夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏南或脊点异常偏西时,东亚夏季风环流偏弱,850 hPa矢量风距平场上东亚热带地区出现反气旋性环流,副热带地区呈气旋性环流,500 hPa垂直速度距平场上东亚热带地区上升运动减弱,梅雨锋区上升运动加强,500 hPa高度上东亚高纬鄂霍次克海区域出现阻塞高压,高纬冷空气直达中纬度,梅雨锋扰动加强,造成江淮流域汛期降水偏多.夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏北或脊点异常偏东时,东亚夏季风环流偏强,东亚大气环流系统的活动出现了与上述情况相反的异常型,江淮流域汛期降水偏少.     

夏季西太平洋副热带高压的不同类型与中国汛期大尺度旱涝的分布

利用历史数据,研究了西太平洋副热带高压指数的特征,证实脊线指数和西伸脊点指数可以较好地描述西太平洋副热带高压,同时也指出这两个指数的年际和年代际变化及其不同的配置,是造成中国夏季降水时空分布和旱涝异常的复杂性、多变性的主要原因之一。据此,将西太平洋副热带高压西伸脊点指数和脊线指数的距平投影到二维平面上,对西太平洋副热带高压进行了分类,并对其各种类型下中国夏季降水进行了合成分析,发现夏季西太平洋副热带高压西伸脊点和脊线不同配置下中国夏季降水的总体分布具有明显的规律性:在西太平洋副热带高压脊线偏北的情况下,夏季降水总体表现出南北两条雨带;在西太平洋副热带高压脊线正常的情况下,夏季降水总体表现为北多南少,长江以北降水偏多;在西太平洋副热带高压脊线偏南的情况下,夏季降水总体表现为南多北少,长江流域及其以南地区降水偏多;上述3种情况下西伸脊点越偏西,降水范围越大。此外,通过计算1951—2010年各年夏季降水实况与其西太平洋副热带高压所属年份夏季降水合成的距平相关系数,发现同一类型下各年夏季降水与其合成分布总体相似,说明了西太平洋副热带高压位置对中国降水具有明显的影响,同时也说明此种分类具有一定的合理性。最后,通过对9种西太平洋副热带高压类型下北半球夏季500hPa高度场和850hPa风场距平分别进行合成,对不同西太平洋副热带高压类型下中国夏季降水的大尺度环流背景和可能机理进行了分析。     

2019年6月西太平洋副热带高压脊线位置异常的机制分析

以2019年6月为例,采用统计和诊断分析方法研究了夏季西太平洋副热带高压脊线位置的变化特征,并分析了其位置较6月气候平均状态偏南的可能机制。结果表明：虽然2019年6月西太平洋副热带高压脊线位置总体偏南,但其经向位置异常存在纬向差异,在150°E以西区域,西太平洋副热带高压脊线平均位置偏南,而在150°~160°E区域内,脊线位置反而偏北。西太平洋副热带高压脊线位置变化与其附近异常涡度的经向分布有很好的对应关系,2019年6月西太平洋副热带高压脊线位置出现异常的原因在于其附近出现的异常扰动引起的异常涡度,而由于异常涡度分布存在纬向差异,造成西太平洋副热带高压脊线经向位置异常也出现了纬向差异。经过尺度分析简化的全型涡度方程的诊断发现,异常非绝热加热在导致2019年6月西太平洋副热带高压位置总体偏南的过程中起到了关键作用,而动力因子则对150°E以东的西太平洋副热带高压脊线向北偏移的贡献更大。     

5月南亚高压与云南地区夏季降水的关系

应用1961—2012年NCEP/NCAR月平均再分析资料和云南124个测站逐月降水资料,分析了5月南亚高压与云南夏季降水的关系,发现高压脊线位置与降水有显著的相关。利用滤波处理和合成分析方法,分析了5月南亚高压脊线位置变化及其异常与云南夏季降水异常的联系。结果表明:5月南亚高压脊线位置偏北(南)时,夏季云南降水偏多(少);5月南亚高压脊线位置和云南夏季降水都存在显著的年代际变化,去除年代际变化影响之后两者之间的年际变化相关较为显著。5月南亚高压脊线位置偏北年,夏季南亚高压强度偏弱、范围偏小,500 hPa上西太平洋副高东移南压、强度减弱。低层700 hPa上副高西伸加强、云南上空出现明显的风场辐合,反之亦然。5月脊线位置偏北年,夏季南海和西太平洋向云南输送水汽,而脊线偏南年没有明显的水汽来源。     

夏季东亚西风急流扰动异常与副热带高压关系研究

利用1979—2003年NCEP/NCAR月平均再分析资料, 探讨夏季 (6—8月) 200 hPa东亚西风急流扰动异常与南亚高压和西太平洋副热带高压的关系。研究指出:夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 东亚西风急流位置偏南 (偏北)、强度偏强 (偏弱); 东亚西风急流扰动动能强弱不仅与北半球西风急流强弱和沿急流的定常扰动有关, 而且还与东亚地区高、中、低纬南北向的扰动波列有关, 亚洲地区是北半球中纬度环球带状波列异常最大的区域。夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 南亚高压的特征为位置偏东 (偏西)、强度加强 (减弱); 西太平洋副热带高压的特征为位置偏南 (偏北)。东亚环流特别是500 hPa西太平洋副热带高压对东亚西风带扰动异常的响应由高空东亚西风急流南侧的散度场及其对流层中下层热带和副热带地区的垂直速度距平场变化完成。     

1999年夏季青海多雨形势分析

利用1959-1999年降水，气温、高度场等资料分析得出，1999年夏季青海省多雨与乌拉尔山高压脊偏强，西太平洋副热带高压位置偏北及西伸脊点位置偏东，极涡强度偏强等因素有关，其中，中高纬度地区乌拉尔山高压脊多次建立和稳定维持，以及西太平洋副热带高压脊线位置异常偏北，西伸脊点位置偏东是造成青海省夏季多雨的最关键因子。     

平凉市崆峒区夏季高温特征

利用平凉市崆峒区1951~2006年夏季(6~8月)的气象资料,分析了该区高温过程的特征。结果表明:崆峒区平均每年发生3.5次高温天气,最多可发生18次高温天气。近56 a共出现了6次持续4~9 d的高温天气过程;1997年以来是高温频繁发生期;年高温日数与6~8月平均气温、总日照时数呈正相关,与6~8月总降水量呈反相关。持续高温与东亚上空500 hPa的新疆暖高压脊或西太平洋副热带暖高压关系密切。     

黄山地区高温气候特征及一次持续性高温诊断分析

基于1981-2017年安徽省黄山地区观测资料以及EC再分析资料,利用数学统计方法对黄山地区的夏季高温特征进行分析,并重点对2017年7月的极端气温高、连续时间长、强度大、范围广的高温天气及成因进行诊断分析。结果表明：副热带高压是黄山夏季高温的主要影响系统,夏季高温具有明显的时空分布特征,高温日数7月最多（占48%）、8月次之（占37%）,主要集中7月中旬至8月上旬;空间分布上呈盆地、丘陵地区多,高海拔山区少的特点。副热带高压强、脊线稳定在黄山地区、副热带高压脊线附近的下沉增温与低层暖中心配合,是2017年7月12-29日黄山地区持续高温产生的主要原因;盛夏期间热带低值系统不活跃且高温期间登陆台风少,为黄山地区出现持续性高温提供了有利条件;海拔高度等地形地貌导致高温分布不均匀。此外,副热带高压脊线位置、副热带高压强度、相对湿度廓线、降雨量、台风、地形等要素对高温的预报预警有较好指示意义。     

2013年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

本文对2013年海洋和大气环流异常特征进行分析,讨论这些异常特征对中国气温和降水的主要影响。结果表明：2012/2013年冬季,北极涛动持续维持负位相,500 hPa位势高度场上,欧亚大陆中高纬环流呈“两槽一脊”的环流形势,乌拉尔山的高压脊持续偏强,而东亚槽也异常偏强,导致全国平均气温较常年同期偏低。季内,西伯利亚高压强度变化显著,与之相对应,我国气温季内阶段性变化大,前冬冷、后冬暖。进一步研究表明,前秋北极海冰的大幅偏少是造成东亚冬季风偏强的重要原因。2013年冬季至夏季,赤道中东太平洋海温异常偏低而海洋性大陆至西太平洋海温异常偏高,受此影响,夏季西太平洋副热带高压位置明显偏北,导致我国北方夏季多雨。与此同时,受西太平洋副热带高压下沉气流的控制,我国南方大部高温持续。2013年南海夏季风爆发偏早两候,结束偏晚4候,强度偏弱。     

2013年长江中下游夏季高温干旱演变过程及环流异常成因简析

利用改进的CIn指数,结合NCEP/NCAR再分析资料,逐候分析2013年夏季长江中下游地区高温干旱演变过程和高温异常成因。结果表明：改进后的CIn指数能够准确识别此次干旱过程,整体持续时间近一个月。旱情从7月第4候湖南南部开始,8月第3候干旱程度最强,特旱中心位于湖南省中东部,浙江省为高温中心,8月第4候旱情得到缓解。在干旱成因上,极涡位置异常偏西,影响长江中下游地区冷空气偏弱,南亚高压东伸与西太平洋副热带高压西伸明显;鄂霍次克海至菲律宾一带呈较强的EAP遥相关型,其中长江中下游地区位势高度的正异常加强了西太平洋副热带高压的中心强度并使其位置偏西;乌拉尔山地区的阻塞高压与西太平洋副热带高压相对峙,有利于西太平洋副热带高压长期稳定地控制在长江中下游地区;同时欧亚大陆与西太平洋海陆温差增大,东亚夏季风偏强,西太平洋副热带高压异常偏北,长江中下游地区下沉气流强盛,在西太平洋副热带高压和南亚高压共同作用下,造成持续的高温干旱过程。     

2010年辽宁主汛期暴雨过程副高、急流及层结特征分析

利用辽宁逐日降雨量、NCEP/NCAR逐日再分析资料、副热带高压等资料,对2010年6-8月西太平洋副热带高压脊线、北界、西界和高、低空急流及层结结构的特征与6次暴雨过程的起止时间、降雨强度、降雨性质的关系进行了分析.结果表明:2010年7-8月110°～130°E平均副热带高压脊线在81％的时间较常年同期偏北,平均副高脊线位置较常年偏北了2.7°;6次暴雨发生期间,副高脊线均位于27°～35°N之间,130°E附近副高588 dagpm线北界均位于38°～45°N之间,35°N附近副高588 dagpm线西界均位于110°～130°E之间;强降雨主要出现在850hPa低空急流建立下,200 hPa高空急流发展到最强后、强度逐渐减弱、急流核逐渐南下的过程中;在分析特征的基础上,凝练预报指标,为今后类似的区域性暴雨预报提供参考.     

安徽省酷热天气分析及预报指标

基于安徽省1961-2017年逐日地面最高气温资料,采用Mann-Kendall法对安徽省高温天气事件进行突变分析,发现安徽省2000年后高温事件明显增加。为分析安徽省酷热天气特征和产生机理,文中挑选了35~37℃高温天气个例对比分析。结果发现:1)500 hPa西太平洋副高位置和850 hPa气温对酷热天气预报的指示性最好。2)受西太平洋副热带高压不同位置控制,安徽省增温机制不同:当为高压中心控制时,太阳辐射在增温过程中起决定性作用,安徽省易出现酷热天气;当高压中心位于海上,脊线位于安徽省附近时,安徽省高温强度较弱。通过酷热天气个例研究和合成平均分析,文中总结了安徽省酷热天气预报指标。     

夏季西太平洋副热带高压的振荡

本文用1965年,1976—1985年夏季(6—8月)500hPa逐日西太平洋副热带高压脊线位置的复经验正交函数(CEOF)展开讨论了夏季西太平洋副热带高压的振荡特征。发现西太平洋副热带高压主要存在15—20d以及10d左右的振荡周期,它们一般都是从西太平洋的东部(180°E)向西部(110°E)传播的,其速度为5—7long./d。西太平洋副热带高压10d以下的短周期振荡一般自西(110°E)向东(180°E)传播。其东西部的振荡呈反位相。15—20d周期的振荡能量主要集中在西太平洋东、中部(150—170°E),而10d左右周期的振荡能量主要集中在西太平洋的西部(120一140°E)。一般6月下旬至7月中旬是西太平洋副热带高压的低振荡能量期,而7月中旬以后有一段高振荡能量期。     

2013年夏季西太平洋副高异常特征及其对湖南高温干旱的影响

利用湖南96个测站的逐日降水、日最高气温和NCEP/NCAR再分析资料、海温资料,分析了2013年夏季西太平洋副热带高压异常活动特征、成因及其对湖南高温干旱的影响。结果表明,2013年夏季西太平洋副高异常偏西、偏强,使得湖南一直处在高压下沉气流控制下,形成持续高温干旱天气。造成副高变异的原因主要有:(1)2012年冬季至2013年春季,赤道东太平洋海表温度持续偏低,印度洋—赤道西太平洋海表温度持续偏高,使得Walker环流和Hadley环流的上升和下沉运动得到加强,西太平洋副高西伸、加强;(2)南亚高压一次次东伸,通过强烈高空负涡度平流的动力强迫,造成西太平洋副高区内的下沉运动,导致副高稳定维持,天气晴热高温;(3)西风急流较常年偏北,纬向环流偏强,导致副热带高压在偏北位置稳定维持,200 h Pa高空辐合增强,辐合中心位于30°N以北,造成500 h Pa副高下沉运动区位置偏北、偏强。     

资料(2005年4月)

2005年4月500hPa环流指数、环流特征量资料国家气候中心气候预测室环流指数西太平洋副热带高压东亚槽极涡月平均候平均123456中心位置经度纬度强度亚欧地区IZ IM1.150.521.500.651.460.480.420.430.950.491.170.651.370.42亚洲地区IZ IM1.420.471.780.381.290.431.290.441.100.371.360.631.690.54224390152114319975W80N13面积指数强度指数西伸脊点脊线位置北界位置2005年4月亚洲地区逐日500hPa西风环流指数及副热带高压脊线(120°E、130°E、140°E)位置中央气象台中期预报科日123456789101112131415161718192021222324252627282930…     

1951—2011年临沂高温天气特征及高温预警

采用临沂1951—2011年逐日最高气温资料和1997—2011年实况天气图资料,研究了临沂高温天气特征及高温预警制作,结果表明：（1）临沂35ºC以上的高温天气最早出现在5月8日,最晚结束在9月2日;高温日数以7月最多,其次是6月和8月,分别占40%,34.5%和19%;高温日数50年代—80年代呈现由多到少的趋势,80年代至今又开始逐渐增多。（2）35℃以上的高温天气主要影响系统是副热带高压,37℃以上的高温天气多由大陆暖高压脊影响产生;临沂高温预警信号主要为黄色和橙色预警,红色高温天气仅出现过两次。（3）850hPa≧20ºC是高温黄色预警的主要指标;橙色以上级别高温天气的预报预警需根据影响系统区别对待,副热带高压影响时可以更多参考前一日的最高气温和副热带高压是否有进一步加强的趋势;大陆暖高压脊影响时需要综合考虑850hPa,925hPa的温度及湿度、高压脊是否加强、其它影响系统（如东北冷涡对气温的影响）影响、前一日的最高气温等多个要素。     

资料

2005年6月500hPa环流指数、环流特征量资料国家气候中心气候预测室环流指数西太平洋副热带高压东亚槽极涡月平均候平均123456中心位置经度纬度强度亚欧地区IZ IM0.920.441.050.310.520.710.790.361.270.521.050.330.860.38亚洲地区IZ IM0.900.410.850.330.350.661.000.331.480.461.080.290.640.362962115202565W65N37面积指数强度指数西伸脊点脊线位置2005年6月亚洲地区逐日500hPa西风环流指数及副热带高压脊线(120°E、130°E、140°E)位置中央气象台中期预报科日123456789101112131415161718192021222324252627282930数215191174138…     

资料

2005年5月500hPa环流指数、环流特征量资料国家气候中心气候预测室环流指数西太平洋副热带高压东亚槽极涡月平均候平均123456面积指数强度指数西伸脊点脊线位置中心位置经度纬度强度亚欧地区IZ IM0.980.550.880.500.730.520.750.650.940.681.070.631.480.33亚洲地区IZ IM0.800.480.680.460.530.350.550.610.710.661.090.481.230.32253990132013625315E75N322005年5月亚洲地区逐日500hPa西风环流指数及副热带高压脊线(120°E、130°E、140°E)位置中央气象台中期预报科日12345678910111213141516171819202122232425262728293031数15313…     

资料

2005年3月500hPa环流指数、环流特征量资料国家气候中心气候预测室环流指数西太平洋副热带高压东亚槽极涡月平均候平均123456中心位置经度纬度强度亚欧地区IZ IM1.280.851.380.640.881.001.480.621.810.901.131.040.990.88亚洲地区IZ IM1.400.791.550.721.040.771.400.641.870.691.261.021.250.87204690131914311290E80N3面积指数强度指数西伸脊点脊线位置2005年3月亚洲地区逐日500hPa西风环流指数及副热带高压脊线(120°E、130°E、140°E)位置中央气象台中期预报科日12345678910111213141516171819202122232425262728293031数157147…