2017年陕西高温事件的大气环流异常及成因

屈丽玮，徐娟娟，朱庆亮，黄少妮

(陕西省气象台，西安 710014)

极端高温是中国夏季主要的极端天气气候事件之一。它的异常变化往往会对局部地区的气候产生重要影响[1-4]，使水资源短缺，诱发干旱火灾，用电量急增，对人类生产生活造成严重影响。国内气象学者对极端高温天气的研究已取得一些有意义的成果。西北地区作为气候敏感区，极端事件的发生发展有着自身特点，翟盘茂等[5]研究指出，北方极端高温日数明显增多，极端低温日数显著减少。任朝霞等[6]指出，西北干旱区近40年最低温度的天数有减少的趋势，而最高温度的天数略有增加趋势。赵庆云等[7]对2010年夏季6—8月北半球异常高温现象进行了分析，发现该年北半球对流层平均气温正距平值达近30年以来最大值。陈磊等[8]对西北5省地区出现大范围极端高温事件时的大气环流特征进行分析，揭示了西北地区大范围极端高温事件的大气环流异常特征。

中国气象局2018年《中国气候变化蓝皮书》显示，2017年是全球有完整气象观测记录以来的第二暖年份，也是有完整气象观测记录以来最暖的非厄尔尼诺年份。2017年中国属异常偏暖年份。中国北方增温速率明显大于南方地区，西部地区大于东部。2017年夏季位于西北地区东部的陕西发生持续性极端高温天气过程，其持续时间之长、最高气温之高为历史同期罕见，造成居民生活用水困难, 电力供应紧张，秋粮大面积减产，给社会经济生产和人民群众的生活带来严重影响。本文利用2017年7月陕西省自动气象站逐日降水、气温资料，1960—2017年NCEP/NCAR全球再分析资料的2.5°×2.5°逐月风场、相对湿度、位势高度、温度等，采用1960—2017年的平均值作为气候平均态，对2017年极端高温事件进行分析，研究大气环流异常特征，以期对高温热浪天气过程有客观全面的认识，为该区域极端高温事件的成因及预测提供参考借鉴。

1 2017年7月高温天气概况

2017年夏季陕西区域性高温天气的极端性十分突出，其日最高气温、日最低气温、日平均气温以及高温日数都打破最高纪录，为历史罕见。高温天气范围广、强度大、持续时间长，7月共出现26个高温日(日最高气温≥35 ℃)，超过35 ℃和40 ℃高温站次分别达1 309和217站次，均为1961年以来同期第一高值。关中渭河河谷和安康汉江河谷地带在7月7—13日、19—27日出现持续大范围日最高气温大于40 ℃的高温天气。全省除华山和太白2个高山站外，其余县、市均出现高温天气，7月10日高温范围最广，波及85个县。7月共有29站日最高气温突破历史极值，27日旬阳日最高气温达44.7 ℃，突破该站建站以来极值，同时也突破了全省日最高气温极值。

据陕西省气候中心统计，7月月降水量与常年同期比较关中、陕南大部偏少1～7成。陕西省持续高温少雨天气，多地出现旱情。

2 大气环流特征分析

2.1 副热带高压和南亚高压

副热带高压(简称副高)与西太平洋和东亚地区的天气变化有极其密切的关系。图1为2017年7月500 hPa的平均高度场和距平分布，虚线为1960—2017年副高588 dagpm线的多年平均。西太平洋副高的强度、范围及其位置变化直接决定了盛夏陕西高温出现的强度及其持续时间。从图1可以看出，乌拉尔山高压脊较强，乌山以东至贝加尔湖以西有一低槽维持，高脊和低槽分别对应距平场上的正负距平区域，说明乌山高脊及东侧低槽异常偏强，阻塞高压稳定维持，阻碍上游天气系统东移，导致中纬度地区冷空气活动偏弱，且中纬度环流平直，以纬向环流为主，这一形势有利于副高稳定少动。2017年7月西太平洋副热带高压588 dagpm线的平均西脊点位于112°E的长江中游地区，比常年平均偏西10°左右，西伸显著，且副高面积较常年偏大。此外，我国位于中纬度地区的北方大部有2～4 dagpm的正距平，华北中部正距平达到6 dagpm。2017年7月陕西受持续异常的副高控制，盛行下沉气流，有利于高温天气产生。

南亚高压是北半球夏季100 hPa上最强大、最稳定的控制性环流系统，对夏季我国大范围旱涝分布以及亚洲天气都有重大影响。陶诗言等[9]早在20世纪60年代就提出南亚高压两类基本型及其与西太平洋副高在大陆上的进退关系。多数研究也表明[10]100 hPa上空的南亚高压与500 hPa

虚线为1960—2017年副高588 dagpm线的多年平均图1 2017年7月500 hPa平均高度场(实线)及距平场(阴影，单位：dagpm)

上空的西太平洋副高是在对流层上部和对流层中部分别形成的高空反气旋环流，且存在相互制约的关系，当南亚高压东伸加强时副高西进，当南亚高压西退时，副压也相应东撤。图2为2017年7月100 hPa的平均形势场和距平分布，虚线为1979—2015年南亚高压(1676 dagpm线区域) 的多年平均。从图2可以看出，2017年7月北半球大部分地区均为高度正距平，我国30°N以北的大部分地区距平值达4 dagpm以上，中心距平值达到6～8 dagpm。7月多年平均的南亚高压1676 dagpm等值线的东脊点平均位置位于124°E附近，2017年7月该脊点位于130°E附近，较气候平均偏东约6个经度，控制范围更广。2017年7月南亚高压偏东偏北，副高偏西，在两个系统共同影响之下，陕西出现了持续高温少雨天气。

虚线为1979—2015年南亚高压(1 676 dagpm线区域) 的多年平均图2 2017年7月100 hPa平均高度场(实线)及距平场(阴影，单位：dagpm)

2.2 850 hPa流场特征

在东亚夏季风控制下， 7月850 hPa多年平均的环流场上陕西上空盛行偏南风(图略)，偏南风自孟加拉湾从南海向北抵达陕西地区。从2017年7月850 hPa流场距平图(图3)上可见，华南至南海海面上有一异常的气旋式环流，蒙古—华北—陕西一带为异常的反气旋环流，陕西呈现偏北风异常，抑制了来自南海的西南气流北上，使得到达陕西的暖湿气流输送较常年偏弱。由此可见，2017年7月低层环流形势不利于暖湿空气自南向北输送，导致水汽输送减弱，与常年相比，这种环流形势不利于冷暖空气在陕西相遇，导致降水偏少，气温较常年偏高。

图3 2017年7月850 hPa流场距平图

3 物理量场分析

3.1 垂直运动特征

从30°N～45°N平均垂直速度距平经度-高度剖面图(图4)可以看出，100°E～110°E的西北地区东部垂直速度从低层到高层为一致的正距平区，表明垂直下沉运动较常年明显加强，特别是陕西中南部地区高层出现明显负涡度区(图略)，与副高中低层负涡度垂直叠加，产生一致下沉气流，绝热增温效应明显，高层空气下沉增温，使中低层气温维持偏高[11]。从2017年7月30°N～45°N平均温度距平的经度-高度剖面上看到，近地面到500 hPa有明显的正距平分布，105°E～120°E上空低层为正异常，高值中心可达3 ℃。这是导致是陕西高温持续异常的原因之一。

图4 30°N～45°N平均垂直速度(单位：10-2 Pa/s)距平(等值线)和温度场(单位：℃)距平(阴影)的经度-高度剖面图

3.2 水汽输送特征

水汽是形成降水的必要条件之一，水汽条件异常是某一地区干旱或洪涝发生的重要影响因子[12]。从2017年7月850 hPa相对湿度平均场和距平场(图5)可看出，西北地区、内蒙、河套北部和华北地区相对湿度在60%以下，相对湿度场上，陕西南部伸向四川盆地有一湿度场的低值区。新疆、东北、华北被负距平控制，陕西为一个负距平中心，关中南部和陕南西部负距平达到了10%，表明2017年7月陕西湿度条件较常年差。持续高温干旱是不利于降水的异常环流持续发展和长期维持的结果[13-14]。多年平均水汽通量场上(图略)，7月到达陕西有两条水汽输送通道，一部分从孟加拉湾北上经青藏高原到达陕西，另一支从南海随西南季风北上影响陕西。而2017年7月水汽通量距平图上(图6)，在南海附近形成一个气旋式异常水汽通道，减弱了孟加拉湾和南海的水汽输送。陕西地区的水汽通量异常表现为自北向南的北风通量，与常年的偏南风通量相反，不利于水汽输送和降水天气形成，易造成高温少雨天气。进一步分析水汽输送的经向输送异常特征，从东北、华北经陕西至广西有一负经向水汽输送异常带，大值中心位于长江以南一带，陕西在负异常的控制之下，由南向北的水汽输送大大减弱，导致该地区形成高温少雨的天气。

图5 2017年7月850 hPa相对湿度场(%，等值线)及距平(%，阴影)

图6 2017年7月水汽通量矢量距平(箭头)和经向距平(等值线，单位：g/(cm·hPa·s))

4 结论

(1)2017年7月陕西的持续性极端高温天气过程，持续时间长、极端高温强，为历史同期罕见。西太平洋副高比常年强度偏强，面积偏大，西伸明显，南亚高压偏东偏北，是导致陕西地区高温天气强度超历史的直接原因。

(2)2017年7月陕西呈现偏北风异常，抑制了西南气流北上，到达陕西的偏南气流输送较常年偏弱，导致降水较少，有利于出现高温。西北地区东部地区垂直下沉运动比常年剧烈，副高中心强烈的晴空辐射和深厚的下沉增温作用使整层气温持续偏高，造成这一地区高温天气形成。

(3)2017年7月陕西水汽通量异常表现为自北向南的北风通量，与常年的偏南风通量相反，不利于水汽输送和降水天气形成，湿度条件较常年差，易造成高温少雨天气。