铜仁市高温天气时空特征及大气环流型分析

李小兰，陈 军，邓 岑，滕 林，喻义军

(1.贵州省玉屏县气象局，贵州 玉屏 554000；2.贵州省铜仁市气象局，贵州 铜仁 554300；3. 贵州省剑河县气象局，贵州 剑河 556400；4. 贵州省印江县气象局，贵州 印江 555200)

1 引言

随着经济和社会的快速发展，全球变暖已为不可否认的事实。IPCC第五次评估报告[1]指出气候变化比原来更严峻，而且有95%以上的把握认为气候变化是人类的行为造成的。全球气候的日益变暖趋势，最终结果是加剧了极端天气的频繁发生，如高温热浪、干旱、暴雨洪涝等。目前国内已有不少学者对高温气象灾害问题从高温气候统计、风险区划、影响评估等方面进行了研究[2-6]。张波等[7]研究了贵州省近50 a高温时空分布特征，指出贵州省年高温日数为7.3 d，铜仁市较多站点的高温日数呈上升趋势；常军等[8]利用正交函数分析了河南省夏季≥35 ℃的高温日数时空特征；胡峰等[9]利用山东省50 a的高温气象资料分析了高温气象灾害的变化趋势和风险特征；张书娟等[10]利用ArcGIS对华东地区高温灾害气象风险进行了区划，得出当高温天气持续一定时间时易引发干旱天气的发生。杨群等[11]对2009年铜仁市高温干旱特征进行诊断分析，指出西太平洋副热带高压较常年异常偏强、偏西和南亚高压中心偏西、东伸偏强，是铜仁地区高温干旱发生的主要原因；陈军等[12]统计分析了贵州旱涝变化特征。

铜仁市位于贵州高原东北侧，平均海拔800 m左右，山地起伏大，天气复杂多变，目前对铜仁高温天气过程的研究较少。对此，笔者在众多研究基础上，通过统计大量的高温天气过程，研究高温的时空特征，从大气环流、水汽输送等方面分析高温天气的形成机理，并建立典型天气模型，为当地高温气象灾害风险区划及预报提供一定的科学依据。

2 资料与方法

文中采用的资料为1986—2015年的MICAPS实况资料、1986—2015年铜仁市10个县(区)逐日气温资料。

利用线性趋势分析、统计分析等方法研究了铜仁市高温天气的时空分布特征，分析归纳了高温天气环流形势。并定义：1个及以上测站日最高气温≥35 ℃为一个高温日；4个及以上测站同时出现高温的过程，为一次高温天气过程。

3 高温天气时空特征分析

3.1 高温日数时间变化特征

统计了铜仁市1986—2015年高温日数的月分布情况(表1)，结果可知，近30 a里贵州铜仁高温日共出现1 258 d，约占总天数的11.5%，平均达41.9d/a；高温天气主要出现在4—9月，3月和10月分别出现了2 d，其中7—8月出现的概率最大，分别达34.6%和37.4%。

图1a为高温天气过程的持续时间分布，由图可知，持续3 d的高温天气过程最多，达45次，持续8～18 d的过程较少，最长持续日数达18 d。另外，从高温总日数的逐年分布情况来看(图1b)，2009年的高温日数最多，达116 d，这与2009年出现严重干旱事件对应，其次是1988年，达110 d；最少年份是1998年，仅20 d。从长期变化来看，近30 a来高温日数呈现线性下降趋势，且年际变化明显。从极端高温逐年变化来看(图1c)，近30 a铜仁市的极端高温呈现略微上升趋势，递增率为0.15 ℃/10 a，极端高温最大值为2002年41.6 ℃。

表1 1986—2015年贵州省铜仁市高温日数统计Tab.1 The statistics on high temperature days in in Tongren of Guizhou Province from 1986 to 2015 year

3.2 高温日数空间分布特征

图2a为铜仁市各县(区)近30 a的高温累计日数分布，从图可知，铜仁各县(区)高温累计日数有一个极值中心，位于北部沿河县，达1 080 d，年均高温日数为36d，德江累计高温日数最少仅349d，年均高温日数仅11.6d；另外，从各县(区)极端高温空间分布图(图2b)来看，极端高温出现在北部沿河县和东部碧江区一带，其中沿河极端最高气温出现在2002年，达41.6 ℃，碧江区则达40.8 ℃，铜仁市极端最高气温在39.3～41.6 ℃之间。

4 大气环流特征分析

高温天气的出现不仅与地形地貌、海拔高度等因素相关，还与大气环流息息相关。统计1986—2015年贵州省铜仁市出现高温日的天气形势，根据中层500hPa环流的不同可归纳为3类(表2)：即偏南风型、大陆高压型、588线控制型。

图1 1986—2015年贵州省铜仁市高温持续时间与过程次数的关系(a)、高温日数(b)及极端高温随时间的变化(c)Fig.1 The relationship between the duration of high temperature and the number of processes, the number of hot days and the change of extreme high temperature over time in in Tongren of Guizhou Province from 1986 to 2015 year

当出现偏南风型时(图3a)，中层500 hPa大气环流是西南风或南风控制，此时西太平洋副热带高压(以下简称副高)位于沿海大陆或海上，西南地区存在热低压系统，贵州受热低压系统影响，铜仁处于热低压东部，在这种天气形势下，铜仁出现高温天气，此类高温天气过程出现29次，占14%。大陆高压型(图3b)是由于高空槽后带来冷空气影响或者大陆副高较强，588线控制了贵州省，其地面为对应的高压外围或热低压南部边缘，尽管高层为西北气流控制，但低层冷空气并不能到达贵州一带，贵州一带仍然是低压系统控制，此类高温天气过程出现了54次，占30%。副高588线控制型(图3c)是较为常见的高温天气形势，由于副高控制区为下沉气流，天气晴好易出现高温，其地面为副高的外围环流，由于副高较强，地面热低压中心已移至四川—青海一带，铜仁处于热低压的东南部边缘。有时热带台风系统登录沿海时，副高588线控制铜仁市，地面对应为台风外围西北侧的东北风气流控制，铜仁也会出现高温，当副高逐渐东退，台风逐渐西进时，高温天气结束。此类天气形势是形成铜仁高温天气的主要形势，共出现了121次，占3种类型的60%。分析3种类型发现，地面上均有热低压出现，且位置偏北，热低压东南侧即为西南风，当热低压位置偏北时，西南风的辐合整体偏北，因此水汽输送偏北，另外，中高层为高压控制，气流下沉运动不易出现降水，因此导致铜仁出现高温少雨天气。

表2 1986—2015年贵州省铜仁市高温天气环流形势分类Tab.2 The classification of high temperature weather circulation in Tongren of Guizhou Province from 1986 to 2015 year

图2 1986—2015年贵州省铜仁市高温日数(a)和各县极端高温(40 ℃+)(b)空间分布Fig.2 The digital distribution of extreme high temperature (40 ℃+) and the number of hot days in in Tongren of Guizhou Province from 1986 to 2015 year

图3 1986—2015年贵州省铜仁市3类高温天气环流形势：偏南风型、大陆高压型、588线控制型(粗实线：588线，细实线：地面等压线)Fig.3 The three types of high temperature weather circulation situation: the south wind type, the mainland high pressure type, 588 line control in Tongren of Guizhou Province from 1986 to 2015 year(Thick solid line: 588 line, thin solid line: ground pressure line)

对于偏南风型，一般副热带高压位于沿海或海上，低层700 hPa和850 hPa西南风急流较强，辐合区位于贵州省北部，地面图上铜仁一般为热低压控制。如图4a和图4b分别为2013年5月23日08时500 hPa和地面形势，由图可知，副高位于沿海，铜仁为副高外围西南气流控制，低层(图略)西南气流在河套以南地区辐合，铜仁上空只是一支水汽输送通道，水汽未辐合；地面图上，铜仁处于热低压东南部，白天铜仁8个县出现了高温，最高气温达36.7 ℃，且连续2 d出现高温。

图4 2013年5月23日08时500 hPa(a)和地面(b)形势Fig.4 The circulation situation for 500 hPa and ground at 08∶00 BST on on May 23 2013

对于大陆高压型，一般是大陆副热带高压增强，有时并未出现“588线”，贵州省为大陆高压外围东北气流控制，而海上的西太平洋副高减弱东退，低层与中层一直为东北气流控制，但有时850 hPa为西南气流控制，地面则以热低压控制为主导，东北气流控制的偏少，这种形势下，高原中高层为高压，低层为低压，冷空气停留在河套地区，铜仁地区容易出现高温。如图5为1994年7月13日一次大陆高压型高温形势，铜仁大部分县连续出现4日的高温，最高气温37.7 ℃。

对于588线控制型，一般是西太平洋副高较强，副高“588线”已完全控制铜仁市或贵州省，由于副高较强，其控制地区气流下沉绝热增温作用强，天气晴朗，易出现高温天气。地面图上一般为热低压控制，当副高减弱东退，地面有冷空气南下时，热低压填塞，其边缘易激发强对流天气，从而导致高温天气结束。图6为2003年7月14日08时500 hPa典型的副高588线控制型，在这种形势下，铜仁市出现了连续6 d的高温天气，其中沿河县最高气温达38.4 ℃。

5 结论

①近30 a里铜仁高温日共出现1 258 d，约占总天数的11.5%，平均达41.9d/a，其中7—8月出现的概率最大，分别达34.6%和37.4%；持续3 d的高温天气过程最多，达45次，持续8～18 d的过程较少，最长持续日数达18 d；从长期变化来看，30 a来高温日数呈现线性下降趋势，且年际变化明显，极端高温呈现略微上升趋势，递增率为0.15 ℃/10 a，极端高温最大值为2002年41.6 ℃。

图5 1994年7月13日08时500hPa(a)和地面(b)环流形势Fig.5 The circulation situation for 500hPa and ground at 08∶00 BST on Jul 13 1994

图6 2003年7月14日08时500 hPa(a)和地面(b)环流形势Fig.6 The circulation situation for 500 hPa and ground at 08∶00 BST on on Jul 14 2003

②近30 a沿河县是高温中心，达1 080 d，年均高温日数为36 d，德江累计高温日数最少仅349 d，年均高温日数仅11.6 d；极端高温出现在北部沿河县和东部碧江区一带，其中沿河极端最高气温出现在2002年，达41.6 ℃，碧江区则达40.8 ℃，铜仁市极端最高气温在39.3～41.6 ℃之间。

③统计铜仁市近30 a高温日的环流形势，可归纳为3种类型，即偏南风型、大陆高压型和588线控制型，其中588线控制型占121次；中高层气流下沉、西南季风偏强导致水汽辐合偏北是铜仁出现高温的直接原因。

[1] IPCC.Climate change 2013:The physical science basis[C]//Contribution of Working Group I to fifth ssessment report of the Intergovermental Panel on Climate change.Cambridge,United Kingdom:Cambridge University Press,2013.

[2] 许薇,汤强,陈欢欢.1961—2010年广东省高温天气时空变化特征分析[J].气象, 2013, 29(6).

[2] 徐金芳,邓振镛,陈敏.中国高温热浪危害特征的研究综述[J].干旱气象,2009,27(2):163-167.

[3] 张国华,张江涛,金晓青,等.京津冀城市高温的气候特征及城市化效应[J].生态环境学报,2012,21(3):455-463.

[4] 黄慧琳,缪启龙,潘文卓,等.杭州市高温致灾因子危险性风险区划[J].气象与减灾研究,2012,35(2):51-56.

[6] 张志薇,王式功,尚可政,等.华中地区近50年高温事件及大气环流成因分析[J].兰州大学学报:自然科学版, 2011, 47(2):50-55.

[7] 张波,谷晓平,易俊莲.1961-2010年贵州省高温气候的时空分布特征[J].贵州农业科学,2015,43(6):210-213.

[8] 常军,李素萍,王纪军,等.河南夏季高温日数的时空分布特征及500hPa环流型[J].气象与环境科学, 2007.

[9] 胡峰,卢振礼.1951-2000 年山东省高温灾害的变化趋势和风险特征分析[J].中国农学通报,2010,26(19): 354-358.

[10]张书娟,尹占娥,刘耀龙,等.基于GIS 的华东地区高温灾害危险性分析[J].灾害学,2011,26(2):59-65.

[11]杨群，晏理华，周长志，等.2009年铜仁地区高温干旱特征及其成因诊断分析[J].高原气象2011，30(4):1018-1026.

[12]陈军,李小兰,喻义军,等.贵州旱涝变化特征及其与西太平洋副高和海温的联系[J].干旱气象,2016,34(3): 440-447.