1961—2018年内蒙古夏季极端高温特征及其与大气环流异常的关系

刘诗梦，吴和俐

（1.内蒙古气候中心，内蒙古 呼和浩特 010051；2. 贵阳市气象局，贵州 贵阳 550001）

引言

在全球变暖环境下，极端天气、气候现象频发，极端高温事件也显著增多，由此引发的灾害不仅破坏了良好的生态环境，更影响了人类社会的健康发展[1-2]。全球大陆超过一半地区的冷夜、冷日正在减少，暖夜、暖日数量增多[3]。中国近百年来平均地表气温明显增加，增幅高于同期全球升温幅度平均值，北方地区升温趋势尤为显著，升温速率随纬度增长而增大[4]。尤其是到20世纪90年代以后，北方地区极端气温有一个明显的增加趋势[5]。对于北方而言，影响地面气温最重要的因子即是其上空的异常环流形势[6-7]。当控制蒙古地区的高度场异常时，地面降水、气温和相对湿度将发生变化，可能会加剧极端气候事件的发展[8-9]。因此，首先分析了内蒙古夏季极端高温的时空分布特征，接着研究了极端高温的突变时间，最后，利用夏季200 hPa位势高度场，探讨了影响内蒙古夏季极端高温天气的环流因子，为内蒙古夏季气候预测提供理论依据。

1 资料和方法

1.1 资料

使用的站点资料为1961—2018 年内蒙古具有代表性且序列一致，资料完整的71个国家级地面气象观测站夏季逐日最高气温和平均气温资料[10]；再分析资料采用欧洲中期天气预报中心提供的全球逐月再分析数据，该资料的水平分辨率为0.75 °×0.75 °。

1.2 极端高温事件的定义

利用百分位法，把每站日最高气温序列的第95个百分位值定义为该站点极端高温事件的阈值。当某日最高气温高于极端高温阈值时，将该日定为一次极端高温事件。

2 极端高温事件时空分布特征

2.1 时间分布特征

根据1961—2018 年内蒙古夏季平均气温随时间变化特征（图1），近60 年夏季平均气温在19.0~23.0 ℃之间，整体呈波动上升趋势，增幅为0.36 ℃/10 a，其趋势线的相关性通过了0.05置信水平，上升趋势显著，尤其从20 世纪90 年代末开始大部分年份平均气温均高于多年平均值。图2为1961—2018年夏季单站平均的年极端高温发生日数的时间序列，单站平均的极端高温事件年际变化较大，其中2000 年发生日数最多，1993 年发生日数最少；1996 年以前大部分年份的极端高温事件发生日数均低于58 年平均值，1996—2018年高温事件发生日数大部分位于平均值之上。从趋势上可以看到，出现极端高温事件的日数呈显著增长趋势（通过了0.05的置信水平）。计算极端高温发生日数和夏季平均气温（时间序列）两条曲线的相关系数为0.81，呈现明显的正相关（通过了0.05的置信水平），说明极端高温事件的发生日数整体增多的趋势与夏季平均气温上升是对应的。从历年夏季平均极端最高气温的时间变化序列（图3）看，同样年际变化波动大，2017 年夏季极端最高气温达到37.9 ℃，创历史新高。从趋势线上看，极端最高气温的年际变化趋势显著升高（通过了0.05的置信水平），与极端高温事件发生日数曲线的相关系数为0.95，通过了0.05的置信水平。

图1 1961—2018年内蒙古夏季平均气温事件发生频次

图2 1961—2018年内蒙古夏季单站平均极端高温事件

图3 1961—2018年内蒙古夏季极端最高气温

2.2 空间分布特征

图4为内蒙古1961—2018 年夏季平均最高气温，呈西高东低分布，其中阿拉善盟西部地区的平均最高气温为全区最高，达33.2 ℃；呼伦贝尔北部地区最高气温较低，为22.9 ℃，东西最高气温的气温差最大达10.3 ℃。从58 年内蒙古极端高温事件的发生频次（图5）可以看出，与平均最高气温分布相反，全区总体是东多西少，地区差异大，其中极端高温事件的多发区主要位于内蒙古东部地区，巴彦淖尔市极端高温事件发生次数较少。从58 年平均的极端最高气温分布（图6）可以看到，与平均最高气温分布相似，全区的极端最高气温在40.9 ℃，位于阿拉善盟，极端高温向东递减。

图4 内蒙古1961—2018年夏季平均最高气温

图5 内蒙古1961—2018年夏季极端高温发生频次

图6 内蒙古1961—2018年夏季极端最高气温

2.3 突变检验

对夏季极端高温事件的时间序列进行滑动t检验（图7），可以看出，t统计量在1996 年为负值，超过0.01置信水平，说明近60 年来内蒙古夏季极端高温在1996 年发生了转暖突变，这与图2中极端高温事件发生次数在20 世纪90 年代发生明显变化的特征基本一致。

图7 内蒙古夏季最高气温10 年滑动t检验

3 200 hPa异常环流形势特征

高空异常环流形势可以直接引起地面气候异常，根据夏季极端最高气温的时间序列，从中挑出极端高温发生频次较高的年份（1997、2000、2005、2007、2010、2017 年），对其夏季高度场进行合成分析。图8为合成后的200 hPa环流场距平和位势高度气候平均场，北半球中纬度地区呈纬向环流分布，从高度距平场中可以看到：北极的极涡处为负变高，极涡减弱，不利于冷空气南下。且内蒙古上空的弱脊处的正变高，可以加强脊前的下沉气流，有利于内蒙古高温的维持。

图8 内蒙古夏季200 hPa典型极端高温年份的高度场距平和位势高度气候平均场（等值线，单位：10-4 m2•s2）

从内蒙古夏季极端最高气温与200 hPa高度场距平的相关分布可以看出（图9），从大西洋到内蒙古存在“-、+、-、+”的波列结构环流异常。北大西洋和咸海地区出现较弱负异常中心，而欧洲、蒙古高原上空为显著正异常中心，结合图8 位势高度气候平均场，当夏季内蒙古上空为正异常位势高度时，有利于晴好天气维持，不利于降水形成，易出现高温。由此可见，内蒙古上空的环流异常对内蒙古高温有着显著的指示作用。

图9 内蒙古夏季极端最高气温与200 hPa高度场距平的相关分布（实线内为通过0.01的置信水平）

4 结论与讨论

（1）从时间上看，内蒙古1961—2018 年夏季极端高温呈增长趋势，在1996 年发生了转暖突变，与其出现日数为显著正相关，表明极端高温与其发生次数相互叠加，使内蒙古夏季旱情得到迅速发展。

（2）从空间上看，1961—2018 年内蒙古极端最高气温分布，地区差异大，呈西高东低分布；极端高温的发生频次分布与气温相反，全区总体是东多西少。

（3）内蒙古夏季极端最高气温与其上空200 hPa高度场为显著正相关，当高空位势高度为正异常时，地面极易发生极端高温事件。

文章讨论了大气环流对高温的影响，但造成气温异常的原因还有很多，如海温、夏季风等因子，对这方面问题的进一步探讨将有助于深入了解内蒙古夏季高温的成因。