贵州省2019年8月极端高温成因分析

刘红双，幸筱炯，杨 熠，武正敏，田 端

(贵州省遵义市气象局，贵州 遵义 563000)

0 引言

国家气候中心2020年2月发布的气候公报指出，2019年我国极端高温事件站次比为0.38，较常年明显偏高0.26，有64站日最高气温突破历史极值，多数分布在四川、贵州及云南等地，8月大部分城市平均气温较常年偏高造成降温耗能增加[1]。王国复等[2]认为在全球变暖的大环境下，我国夏季破纪录的高温事件在大范围的区域接连发生，任福民等[3]认为讨论极端高温区域及季节变化特征，有助于认识区域的气候变化规律。方启云等[4]研究表明贵州印江降水量与最高温度在8月有显著的负相关，蔡军等[5]研究表明贵州威宁夏季最高温度空间分布与地形基本一致。罗四维和钱永甫等[6-7]研究指出青藏高压东部型和带状型过程中，贵州少雨干旱。丁华君等[8]在研究2003年江南异常高温时指出青藏高压加强和向东扩张,可作为预测长江流域以南高温干旱短期气候变化的强信号。杨辉等[9]研究表明2003年夏季由于西太平洋副热带高压异常偏强,且持续西伸控制我国江南地区,使得江南地区气温持续异常偏高。池再香等[10]在研究贵州干旱特征时指出冷空气强度偏弱，活动路径偏北、偏东，南支槽偏弱且较平直，西太平洋副热带高压强度偏强、位置偏西，是造成贵州气温偏高的重要原因。彭京备等[11]研究表明南亚高压偏强与西太平洋副热带高压西伸,使2006年川渝出现形成了少见的高温天气。

上述研究主要针对大区域，针对贵州的研究主要集中在最高温度和干旱等，贵州极端高温的研究很少有人涉及，因而缺乏对贵州极端高温的整体分析及认识。贵州地处我国西南地区东部，自东向西海拔逐渐增高，夏季主要受东亚季风和青藏高原环流系统影响。因此，研究贵州省极端高温事件与东亚大气环流和南压高压的关系，对贵州极端高温事件分析、预测具有重要的指导意义。同时极端高温事件给百姓的日常生活及劳动生产均造成严重影响，也给城市的供电和供水带来了极大的挑战。因而，本文利用NCEP/NCAR再分析资料和贵州省82个地面观测站逐日最高温度资料，分析2019年贵州省极端高温事件发生的地域特征及成因。

1 资料选取和极端高温阈值计算

本文所用数据：①贵州省气象信息中心1960—2019年贵州省82个地面观测站逐日最高温度资料；②NCEP/NCAR 1981—2019年逐月的100 hPa、500 hPa高度场及海平面气压场再分析资料，分辨率为2.5°×2.5° ；③国家气候中心1960—2019年逐月和2019年8月1—31日逐日西太平洋副热带高压指数；④中国台风网2019年7月末—8月西太平洋台风路径信息。

贵州省极端高温阈值计算：依据中国气象局2015年发布的《极端高温的监测指标》[12](QX/T280-2015)，极端高温主要存在2个阈值，一是极端日高温阈值，二是极端连续高温日数阈值。本文主要研究极端日高温的变化，某站极端日高温阈值由第95位百分位数确定，即某站1981—2010年逐日高温的每年极值和次值，构建成共由60个按照从小到大进行排序的高温样本序列，取排位第58的数值作为该站极端高温的阈值。利用上述方法计算出贵州省82个地面观测站的极端高温阈值。

贵州省某年(某月)极端高温站次数：贵州省82个站点某年(某月)共出现极端高温的总次数。

贵州省某年(某月)极端高温站次比：贵州省某年(某月)共出现极端高温的站数/贵州省82个地面观测站。

2 贵州省2019年极端高温时空分布特征及原因分析

2.1 贵州省极端高温阈值及2019年极端高温空间分布情况

由图1可知，贵州省极端高温阈值(图1a)空间分布由东向西递减，与贵州地形高度由东向西递增一致，阈值36 ℃以上主要集中在遵义中北部、铜仁大部、黔东南东部，其中赤水、沿河高于40.0 ℃，赤水极端高温阈值为41.8 ℃(赤水站海拔高度：354.6 m)、沿河为41 ℃(沿河站海拔高度：334.6 m)，最低为威宁站30.0 ℃(威宁站海拔高度：2238.6 m)。贵州省2019年极端高温(图1b)主要出现在贵阳、黔东南、黔南等地，其中有4站出现3次，20站出现2次，19站出现1次，全省共计43站出现极端高温，站次比为0.52，极端高温主要出现在阈值小值区32.0～35.9 ℃之间。

图1 贵州省1981—2010年极端高温阈值空间分布(a)、2019年极端高温出现次数空间分布(b)

2.2 贵州省极端高温时间分布及2019年8月贵州省极端高温特征

由图2a可知，极端高温在1966年、2011年、2013年、2019年发生站次数最多，均在70站次以上，其中以2011年83站次最多，全省82个站平均出现1.01站次极端高温，次多为1966年的81站次，每年平均有17.3站次极端高温。20世纪60—70年代初、80年代末—90年代初、21世纪00—10年代贵州省极端高温发生的站次较多，而在20世纪70年代中期—80年代中期、90年代中后期贵州省极端高温很少发生，甚至有些年都没有极端高温发生。极端高温出现在3—9月(图2b)，5月、7月、8月发生的站次较多，其中以8月最多达到503站次占全年的48.5%，次多为7月达到280站次占全年的27.0%。3月、4月、6月、9月发生站次较少，其中以3月最少仅有4站次，占全年的0.4%。因而贵州省极端高温主要发生在5月、7月、8月，占全年的87.1%。

图2 贵州省1960—2019年极端高温年站次数(a)、总站次数逐月变化(b)、1960—2019年8月极端高温年站次数(c)、2019年极端高温站次数逐月变化(d)

8月的极端高温(图2c)在1966年、2013年、2019年发生站次数最多，均在60站次以上，其中以1966年75站次最多，次多为2019年63站次，8月极端高温站次数的变化趋势与全年趋势一致。而极端高温站次数最多的2011年仅有一半发生在8月。2019年全省出现极端高温(图2d)共计71站次，比60 a平均高4.1倍，2019年全省极端高温仅在5月、6月、8月出现，其中8月最多63站次，占总数的88.7%，比8月的60 a平均高7.5倍。

由图3可知，贵州省极端高温站次比(图3a)在1988年、2013年、2019年均在0.52以上,意味着全省82个测站有43个及以上测站出现极端高温，其中1988年最大达到0.6,即该年60次极端高温站次数分布于49个测站。20世纪60—70年代中期、80年代后期—90年代前期、21世纪00—10年代是极端高温站次比的大值区。1960—2019年的8月极端高温站次比大值区主要集中在2005—2019年，其中，1966年、2013年、2019年均在0.45以上，2013年最大为0.52,2019年为第3。

图3 贵州省1960—2019年贵州省极端高温站次比(a)、8月极端高温站次比(b)，贵州省2019年8月最高气温分布及距平分布(c)、极端高温出现1次以上站点逐日平均最高气温随时间的演变(d)

综上，极端高温主要出现在8月，其中2019年8月的极端高温站次数和站次比分别是60 a同期的第3和第2。从2019年8月的全省最高温度的分布来看(图3c)，8月最高温度较常年偏高，特别在省的东部、贵阳—黔南北部、毕节南部—黔西南的北部偏高1～2 ℃，局地偏高达到3 ℃，最高温度的大值中心36 ℃在省的东部及东南部，33 ℃主要在省的东部及赤水，其余地区在33 ℃，个别地区低于27 ℃。为进一步了解极端高温的变化情况，将2019年8月出现极端高温站点的逐日最高温度进行平均(图3d)，可知最高温度的变化前期以升温为主，从8月2日29.0 ℃到8月12日的35.4 ℃，平均每天升温0.6 ℃，8月21日温度降至平均值以下。

2.3 2019年与2013年极端高温8月环流对比分析

21世纪10年代是极端高温的频发时段，其中2013年8月的极端高温站次数和站次比分别是60 a同期的第1和第3，2019年8月的极端高温站次数和站次比分别是60 a同期的第3和第2。大气环流异常是高温热浪形成的直接原因[13]。下面将从100 hPa和500 hPa高度场及海平面气压场对贵州省这2 a 8月极端高温环流形势进行分析。

从2019年8月的100 hPa高度及距平场(图4a)看出，在32°N附近有2个高压中心，强高压中心在青藏高原—伊朗高原，中心值>1685 dagpm，1685线西至50°E以西，东至100°E，东西跨度在40个经度以上，1680线控制了我国东部以西地区，其东伸脊点在115°E附近，贵州上空处于1680线控制，整个欧亚大陆及西太平洋较常年都是正距平，且我国中部以西地区较常年偏高3 dagpm及以上，贵州地区上空较常年偏高2～3 dagpm。而2013年8月的100 hPa环流场在青藏高原至伊朗高原也有1个高压中心(图4b)，中心值在1680 dagpm以上，1680线东伸至100°E附近，贵州上空处于1675线控制，我国30°N以北地区较常年偏高，西南地区较常年接近，贵州接近常年同期。2019年8月的青藏高压强度较常年明显偏强，相比2013年8月也是明显偏强，东伸脊点也是明显的偏东，特别在西南地区上空青藏高压明显控制且强度较常年明显偏强，而2013年8月较常年偏弱。

图4 2019年8月(a、c、e)2013年8月(b、d、f)高度场及距平(单位：dagpm)和气压场及距平(单位：hPa)(a、b)100 hPa，(c、d)500 hPa，(e、f)海平面气压，1960—2019年8月西太平洋副热带高压指数距平历年变化(g)

从2019年8月500 hPa高度及距平场(图4c)看出，我国东部以西地区为正距平，且受高压脊控制，说明我国东部以西地区较常年受较强高压控制，有较强的下沉气流，利于地面白天辐射增温。在西北太平洋上有副热带高压的强中心，中心强度>592 dagpm，与100 hPa日本海南部大值中心相对应，青藏高原存在大陆高压，中心强度>588 dagpm，较常年偏高2 dagpm左右。从东北地区到长江流域有低压槽，且低压槽较常年偏强，贵州处于586线控制，且位于槽后脊前，同时孟加拉湾至我国西南地区的高度场偏高1 dagpm左右，不利于孟加拉湾的水汽向我国西南地区输送。而2013年8月副热带高压明显西伸北抬(图4d)，西南地区受586线控制，与常年强度相当。由图4(h)可知，2013年和2019年8月西太平洋副热带高压强度较常年同期明显偏强，且2019年8月最强，2013年和2019年8月西太平洋副热带高压面积同样较常年同期明显偏大，但2013年8月最大；2019年8月西太平洋副热带高压位置偏西明显，而2013年8月西伸脊点位置偏西不明显，且2013—2019年的8月西太平洋副热带高压较常年同期都呈现面积明显偏大，强度明显偏强，西伸脊点位置偏西的特点。

从2019年8月海平面气压及距平场(图4e)看出，我国华南地区、长江中下游地区、华北地区东部、东北地区南部为负距平，四川盆地东部气压场较常年偏低或相当，特别在贵州东部较常年偏低1个 hPa，说明在四川盆地东部冷空气影响较弱或与常年相当，且在贵州东部有热低压活动。而2013年8月我国除新疆西北外均为负距平(图4f)，且在四川盆地东部气压场较常年也是偏低，贵州东部受热低压1004 hPa外围控制，我国整个东部均受低压控制，且较常年偏强。与2013年相比2019年8月负距平控制区域偏东偏少，四川盆地东部负距平的值较小，因而2019年8月的热低压没有2013年活跃。

综上，2019年8月贵州地区受100 hPa强盛的青藏高压东伸控制，500 hPa大陆副高外围受槽后偏北气流控制，地面上贵州东部受热低压活动影响，导致贵州极端高温，其中全省82个地面观测站有11个测站最高气温突破历史极值，8个测站与历史极值相当。

校园尺度上，地方满意度和地方依恋维度均值(3.93)大于量表总均值；地方认同维度均值(3.83)较低，此维度所有测量项的得分均值均小于量表总均值。说明留学生对云南大学的自然与物质文化环境和社交环境有较高的感知，而对学校功能环境的评价相对较低。

由2019年8月西太副高逐日变化可知(图5a)，西北太平洋副热带高压脊线8月1—9日位于30°N以北地区，较常年同期偏北，最高温度升高不明显，8月10 日迅速南落，持续到8月15日，9—15日西北太平洋副热带高压脊线南落16.8个纬度。西太平洋副高逐渐南落的过程，最高温度逐渐升高，8月12日升至最高35.4 ℃，8月15—20日西太平洋副高逐渐北跳，19日脊线位于31°N附近，8月14日之后最高温度缓慢降低。可见，西太平洋副高的南落伴随着贵州省最高温度的先升高后缓慢降低，北跳后最高温度继续缓慢降低。2019年7月31日—8月30日西太平洋共产生6个台风，有4个在我国登陆，其中超强台风“利奇马”北上，8月7日进入我国台风监测24 h警戒线，8月9—10日在浙江登录。超强台风“利奇马”登陆与西太副高南落时间基本一致，其西进使副高向内陆收缩增强，有利于极端高温事件的出现。

图5 2019年8月西太平洋副热带高压脊线位置日变化(a)(实线表示实际值、直方图表示与8月气候值的距平、虚线表示贵州省2019年8月极端高温出现1次以上站点最高气温随时间的演变)2019年7月末—8月西太平洋台风路径(b)

3 总结与讨论

本文依据《极端高温的监测指标》计算出贵州省1981—2010年极端高温阈值，分析1960—2019年贵州省极端高温发生情况，并从100 hPa和500 hPa高度场及海平面气压场对贵州省2013、2019年8月极端高温环流形势进行分析，得出以下结论：

①贵州省极端高温阈值空间分布由东向西递减，与贵州省地形分布一致，36 ℃以上大值区集中在省的东部和南部边缘，其中最高为赤水41.8 ℃，最低为威宁30.0 ℃，2019年极端高温主要发生在32.0～35.9 ℃阈值区间。

②贵州省极端高温站次数的年际变化：在20世纪60—70年代初、80年代末—90年代初、21世纪00—10年代贵州省极端高温发生的站次较多，而在20世纪70年代中期—80年代中期、90年代中后期贵州省极端高温很少发生，有些年甚至没有极端高温出现。

④ 21世纪10年代是极端高温的频发时段，其中2013年8月的极端高温站次数和站次比分别是60 a 同期的第1和第3，2019年8月的极端高温站次数和站次比分别是60 a 同期的第3和第2。

⑤ 2019年8月贵州受100 hPa青藏高压异常北抬东伸控制，500 hPa受大陆副高外围及槽后偏北气流控制，地面有热低压的活动及北上超强台风“利奇马”影响，导致了贵州极端高温，全省82个地面观测站有11个测站最高气温突破历史极值。虽然2013年100 hPa青藏高压和500 hPa没有2019年强，但在海平面气压场热低压的活跃程度比2019年强。

⑥贵州极端高温的升温与台风“利奇马”的西进导致副高向内陆收缩增强有关，同时高温没有进一步发展与北上超强台风“利奇马”对大气环流的影响有关。