永兴岛夏半年气温变化特征及其环流背景分析①

邢旭煌 黄海静

(海南省气象服务中心 海南海口570203)

由于区域性和阶段性的气候变暖，伴随而来的极端事件也不断增加，人类生活生产环境面临巨大挑战与风险。气温直接关系到人体健康和能源危机，可能导致电网运行负荷增加［1-2］。

20世纪90年代以前，中国气候变暖主要位于长江以北地区［3］；90年代以后，长江流域出现明显的增温趋势［4］。中国夏季（3～5月）气温还有全国一致型、三极子型和南北型3种模态［5-6］。华南地区为增温趋势［7］，在1997年左右存在突变［8］。

夏季（3～5月）中国季风区有6个气候空间类型，中国东部夏季气温分布在EL Niño次年与500 hPa西太副高的强度和范围有关［9-10］。东北夏季气温与鄂霍次克海和北太平洋中部海平面气压场偶极子关系密切［11］。湖北夏季气温与副高和南亚高压脊线位置有关［9］。长江三角洲的气温变暖与城市化过程有关［12］。海口市近年气温上升明显［13］，南海海域可能是影响海南省夏季气温年际变化的关键区［14］。

研究位于南海中北部的永兴岛气温变化及其影响因子，对海南岛夏季气温的年际变化有一定的指示意义。从西北太平洋夏季风经过的地理位置看，永兴岛相对于海南岛能相对较早遭遇西北太平洋夏季风系统。本文从永兴岛气温特征分析入手，解释其对应的环流异常，以对海南岛的夏季气温提供相应参考。

1 材料与方法

1.1 材料

采用永兴岛国家气象观测站地面逐月平均气温、NECP/NCAR再分析u、v风场、omega风场逐月资料。

1.2 方法

利用标准化和MK检验的计算方法，分析永兴岛夏半年气温的变化特征，对标准化结果筛选对应风场资料进行合成分析。

2 结果与分析

2.1 永兴岛夏半年气温特征分析

根据永兴岛1975～2018年地面逐月平均气温数据计算历年各月平均气温，图1中红色折现为历年各月月平均气温，红色直线为其平均值；蓝色折现为各月历年同期序列的标准差，蓝色直线为其平均值。据图1可以看到，4～10月平均气温都在年平均值之上，但其标准差仅4～9月在平均值之下，所研究的月气温标准差能反映该月气温的变率是否稳定，标准差越大说明该月气温变率越大，反之气温变率越小。因此，选取气温较年均值高且变率较为稳定的4～9月作为研究时段，定义为永兴岛夏半年。

图1 1975～2018年各月历史平均气温及其标准差

根据永兴岛历年4～9月平均气温可以发现，最高为29.6℃，出现在2016年；最低为28.1℃，出现在1985年。对永兴岛历年4～9月平均气温进行MK检验可以发现，在2003年左右，存在显著突变，这种突变可能与气候变化有一定关系。对永兴岛历年4～9月平均气温进行数学标准化处理，为方便合成分析研究，保留较多的个例，采取±0.4个标准差为界，可以看到气温偏低年分别为1976、1982、1984、1985、1989、1996年；气温偏高年分别为 1998、2010、2014、2015、2016、2017 年。整体来看，偏低年分布于所选年份前期，偏高年分布于所选年份后期。见图2。

2.2 永兴岛夏半年气温的环流异常

采用气温偏低年和气温偏高年200、500、850 hPa风场和气压高度场进行合成分析，可以看到，气温偏低年200 hPa风场上（图3-a），在中国西南部和中南半岛地区有一反气旋异常存在，15°N附近太平洋西部地区有一反气旋异常存在，南海区域为异常偏东气流，蒙古地区、日本海区域有明显的气压高度场负距平；而在气温偏高年200 hPa风场上（图3-b），15°N附近太平洋西部地区有一气旋异常存在，南海区域为异常偏西气流，蒙古地区、日本海区域有明显的气压高度场正距平。气温偏低年500 hPa风场上（图3-d），在印度半岛和云南地区有一反气旋存在，10°N附近太平洋西部地区有一气旋异常存在，15°N以南南海区域为异常偏西偏北气流，蒙古地区、日本东部区域有明显的气压高度场负距平；而在气温偏高年500 hPa风场上（图3-e），15°N附近太平洋西部地区有一反气旋异常存在，15°N以南南海区域为异常偏东气流，蒙古地区、太平洋西部海域有明显的气压高度场正距平。气温偏低年850 hPa风场上（图3-g），在西藏地区有一气旋异常存在，20°N附近太平洋西部地区有一气旋异常存在，并伴有气压高度场负距平，15°N以北南海区域为异常偏东偏北气流、以南为异常偏西偏北气流，日本区域有明显的气压高度场正距平；而在气温偏高年850 hPa风场上（图3-h），在西藏地区有一反气旋异常存在，20°N附近太平洋西部地区有一反气旋异常存在，并伴有气压高度场正距平，15°N以北南海区域为异常偏西偏南气流、以南为异常偏东偏南气流，蒙古地区有明显的气压高度场正距平。

图2 永兴岛历年4～9月平均气温、MK检验及平均气温标准化结果

图3 永兴岛夏半年气温偏低年、偏高年、正常年200 hPa（a、b、c）、500 hPa（d、e、f）、850 hPa（g、h、i）风场和气压高度场合成图

采用气温偏低年和气温偏高年沿15°N的纬圈垂直风场进行合成分析，可以看到，从1 000～200 hPa，气温偏低年，110°E～125°E为上升运动；气温偏高年，110°E～125°E为下沉运动。这样的垂直环流场分别与气温偏低年的气压高度场负距平和气温偏高年的气压高度场正距平一一对应，永兴岛地区4～9月气温偏低和偏高年分别受偏低气压高度场和偏高气压高度场影响，对应于环流场的气旋式异常和反气旋式异常。见图4。

3 结论

采用永兴岛1975～2018年逐月平均气温资料，根据各月气温特征分析定义出永兴岛夏半年为4～9月。并对永兴岛夏半年气温异常进行环流场分析，结果发现：（1）气温偏低（高）年，200 hPa风场上，15°N附近太平洋西部地区有一反气旋（气旋）异常存在，南海区域为异常偏东（偏西）气流；（2）气温偏低（高）年，500 hPa风场上，10°N附近太平洋西部地区有一气旋（反气旋）异常存在，15°N以南南海区域为异常偏西偏北（偏东）气流；（3）气温偏低（高）年，850 hPa风场上，20°N附近太平洋西部地区有一气旋（反气旋）异常存在，并伴有气压高度场负距平（正距平），15°N以北南海区域为异常偏东偏北（偏西偏南）气流、以南为异常偏西偏北（偏东偏南）气流；（4）气温偏低（高）年，1 000～200 hPa垂直风场中，气温偏低（偏高）年，110°E～125°E为上升（下沉）运动。

图4 永兴岛夏半年气温偏低年（a）、偏高年（b）和正常年（c）垂直风场合成图

本文研究一定程度上反映了年代际特征，与全球大尺度环流系统有较大关系，说明永兴岛的气温变化不是一个独立事件，可能与全球性的气温变化有较大联系，南海地区大气活动受全球大气活动影响，值得进一步研究分析。