2015年7月14—27日石河子地区异常高温过程分析

丁 虎， 王 科

(新疆石河子气象局，新疆石河子 832000)



2015年7月14—27日石河子地区异常高温过程分析

丁 虎， 王 科

(新疆石河子气象局，新疆石河子 832000)

利用1961—2015年历史气象资料，普查石河子地区持续10 d以上≥35 ℃的高温过程，分析了石河子地区持续异常高温过程的环流形势以及太阳黑子年际变化与高温过程的对应关系；在此基础上分析了2015年7月中下旬的持续异常高温过程发生的物理机制，并对数值预报进行了检验。结果表明，石河子地区持续高温过程主要是在高压脊型和纬向带状型2种环流背景下发生，500 hPa 580 dagpm等高线北上越过天山进入北疆地区，极锋锋区北缩至60°N以北；850 hPa温度场上24 ℃等温线北上控制北疆地区；该地区高温过程多发生在太阳黑子活动低谷期；高温期间极涡在65°N以北至极地附近，位置显著偏西偏北；副热带高压显著发展，异常强大的暖高压、持续的下沉增温和地形效应造成了此次持续的高温过程；ECMWF模式准确预报了此次高温过程的环流形势和物理场，单站检验结果显示地面气压和850 hPa温度预报误差分别在2 hPa以内和1 ℃以内，环流形势场和要素预报稳定且时效长，检验结果表明ECMWF产品可以作为石河子地区连续高温过程预报的参考。

高温；环流特征；物理机制；数值预报；石河子地区

高温天气对各行各业及社会公众的日常生活均有较大影响。高温天气出现时，轻则影响正常的工作效率，重则造成人畜中暑死亡。近年来，随着人民生活水平的提高，空调设施的增加，增强了抵御高温灾害的能力，但高温对水、电需求所带来的压力显著增加。作为重要的高影响天气，对其生成机理和规律的研究也是气象工作者密切关注的内容之一[1-4]。

2015年7月14—27日石河子地区出现了持续的35 ℃以上的极端高温天气，7月21—22日各地最高气温普遍上升至40 ℃以上，135团29连出现44.8 ℃，持续高温影响棉花、葡萄生长，致使葡萄品质下降、棉花产量和品质降低，高温使石河子市对水、电需求量剧增，造成了多条供电线路因不堪重负出现跳闸断电现象。来自医院信息显示，2016年由于高温持续时间长、温度高，中暑和死亡人数较往年明显增加。由于自来水供应量不足，市区许多居民楼高层不能上水，停水断电严重影响了市民正常的工作和生活。在全球气候变暖的大背景下，近年来石河子高温出现的次数和强度均有所增加，因此做好高温预报非常重要。笔者从历史和实况资料出发，通过对此次高温过程的气候特征、天气形势分析，归纳出高温出现的天气学特征、形成原因，并从环流形势和要素预报对数值预报结果进行了检验。

1 高温天气实况

2015年7月石河子地区出现历史少见的持续高温(日最高气温≥35.0 ℃)天气过程(表1)，各地累计高温日数13～18 d，最高气温38.7～42.0 ℃，高温日数之多分别位居各地有资料以来的1～7位，其中石河子市与1974、1986年并列第1位，乌兰乌苏居第3位，炮台、莫索湾分别位居第6、7位。此次高温是1991年以来同期高温日数最多的一年，尤其7月14—28日出现持续高于35 ℃的高温过程,是石河子市、乌兰乌苏站有记录以来同期最长高温持续日数，持续高温对棉花、林果造成一定危害，因高温也导致中暑患者和致死人数较历年明显增加。

2 环流特征分析

普查1961年以来同期出现的连续高温过程(表1)，通过对比分析历史同期10次持续10 d以上高温过程，发现石河子地区持续高温天气过程主要有高压脊型和纬向带状型2种环流型。高压脊型占绝大多数，典型年份有1974、1983、1985、1986、1987、1992、2002、2005、2015年，此型共同特征是新疆及以北地区为高压脊控制，高压脊轴线或伸向西北至乌拉尔山中北部，或向东北伸向中西伯利亚至贝加尔湖地区，580 dagpm等高线越过天山，深入准噶尔盆地腹地；另一类是纬向环流型也会导致持续高温天气，如1980、1981年，其共同特征是环流呈纬向带状分布，中纬度锋区位于48°N以北，极锋锋区收缩至60°N，580 dagpm等高线北伸至天山山区以北。而1962年7月17—30日石河子地区持续处于低槽控制下，576 dagpm特征线尚在天山以南，在地区北部的炮台、莫索湾也出现了连续大于35 ℃的高温天气，但均未出现超过40 ℃的极热天气，2012年处于平均槽底部，580 dagpm等高线位于天山上，与其他年份有所不同。

表1 历史上7月份日最高气温≥35 ℃连续10 d以上初、终日及持续日数

2.1 100 hPa环流异常特征 高温期间，100 hPa伊朗副热带高压东移加强与青藏高压叠加并稳定于高原至中西伯利亚一带，新疆处于高压中心区域；7月中旬后期—下旬中期，100 hPa在高原东北侧有1 680 dagpm、-65 ℃以上的冷高脊，稳定较强，最强时高压中心达1 692 dagpm (7月21日20：00)，当天垦区出现2015年的最高气温。伊朗高压与西太平洋副高的部分叠加，使副高更加趋于稳定，而高压中心区下沉气流的压缩效应导致绝热温度梯度增大而致下沉增温，利于低层温度升高。7月29日副热带高压明显东移南落，高温结束。

2.2 500 hPa环流异常特征 与历史同期比较(图1)，2015年500 hPa新疆高压脊异常偏强，8 dagpm正变高中心正好位于北疆至萨彦岭地区，平均槽从西西伯利亚—巴尔喀什湖一线西退至乌拉尔山—咸海一带位相西退了约15个经度，相对应新疆处于高压中心附近，受强盛的西南气流控制，高温期间副高从新疆东北伸至贝加尔湖，其高压中心位于新疆，控制了我国西部地区和中西伯利亚地区，强大的暖高压完全阻挡了北方冷空气的南下活动。

3 高温与太阳黑子活动

图1 2015年7月14—28日500 hPa环流平均及距平Fig.1 Average and anomalous circulation of 500 hPa in July 14-28, 2015

图2 1961—2015年太阳黑子相对数距平与同期7月石河子市温度距平Fig.2 The sunspot relative number anomaly and temperature anomaly over the same period in Shihezi in July during 1961-2015

太阳活动的强弱常用太阳黑子相对数的多少来表示，太阳活动较强期对应的太阳黑子相对数较多，太阳活动较弱期对应的太阳黑子相对较少。20世纪60年代至今，太阳黑子数的年际变化曲线(图2)已形成4个峰值区和5个谷值区，2015年太阳活动频率处于小幅下降阶段。结合石河子地区气温变化发现，太阳黑子低值年前后对应着7月气温易偏高，在所统计的10次连续高温过程中，有8次是在黑子活动低谷期发生。石河子市2015年7月平均气温为27.3 ℃,其值超过1974年，为历史同期最高记录，而1970、1980、1990、2000、2009年均为太阳活动的峰值期，其对应的7月气温易偏低。4 高温过程中的物理场特征

4.1 温度变化特征 克拉玛依探空站紧邻石河子地区，直线距离最近处不足60 km，且位于该地区上游，其高空资料基本能反映石河子地区上空的温压湿状况。由图3可见，克拉玛依站500 hPa高度7月13日上升至580 dagpm以上，持续到27日，其中22日20：00达593 dagpm，而温度也上升至-6 ℃；850 hPa温度场上13日20：00上升至24 ℃，其后维持22 ℃以上直到27日20：00，而22日20：00达33 ℃。

图3 2015年7月克拉玛依站500 hPa高度(a)和850 hPa温度(b)时间变化Fig.3 500 hPa height(a) and 850 hPa temperature (b) in Karamay station in July,2015

4.2 中低层持续维持强盛的暖气团 7月14—28日850 hPa温度场(图4)显示，高空高压脊维持期间，新疆地区始终维持温度高值区，且暖中心位于南疆腹地，另有一暖脊伸向北疆沿天山地区，28 ℃线西伸至北疆西部，北疆地区除山区外全部被高于24 ℃的暖气团控制。

图4 2015年7月14—28日850 hPa平均温度Fig.4 850 hPa average temperature field in July 14-28,2015

4.3 地面为持续的热低压控制 从此次高温过程的海平面气压场可以看出，南、北疆盆地中心分别维持一个强的暖低压。新疆地处内陆，陆地为热源，接受太阳辐射升温较快，高温天气发生时石子河地区地面盛行西南风场或偏南风，结合地形分布可知，该地区南部为天山，北部为盆地，地形自北向南倾斜，该地区偏南风有利于下沉增温。持续的偏南风场造成的增温效应也是其出现高温的因素之一。

4.4 垂直环流特征 从图5可以看出，除了7月18和25日由于低槽过境扰动出现弱上升运动外，高温期间下沉运动明显，且呈现从高层到低层深厚的下沉区，下沉区在300 hPa以下为明显下沉运动区，中心位于对流层中层，在大气高层400～100 hPa有一个西风急流中心，急流带位于45°～55°N，其出口处右侧辐合，向南的辐合气流绝大部分进入45°N以南的下沉气流中，而35°～45°N为副热带高压控制区(图1)，由此可见，高空西风急流引起的辐合气流加强了高压的下沉气流[5]，较强的下沉增温是导致高温的一个重要因素之一。

图5 2015年7月11—27日石河子市(a)和炮台(b)垂直速度的时间-高度剖面(单位：10-2 Pa/s)Fig.5 Time height profile of vertical velocity in Shihezi city(a) and Paotai(b) in July 11-27,2015

5 数值预报检验

5.1 高空形势 500 hPa形势预报(图6)显示，欧洲中心的预报与实况相当吻合。新疆受高压控制，上游为西南气流，高压脊移动缓慢。700、850 hPa温度场有较高的准确度，850 hPa温度预报有很强的指示意义，预报值与实况吻合，具有很好的指导意义，克拉玛依站21、22日预报值相差2 ℃以内。19日850 hPa预报新疆为28 ℃线包围，石河子地区处在暖气团脊线附近，温度达31 ℃，区域内大部分地方最高温度蹿升到40 ℃以上，直至29日20 ℃线侵入北疆，该地区高温过程结束。

5.2 单站要素检验 此次高温过程无论是形势场还是要素场，模式预报的特点是趋势预报稳定、要素预报精度高，时效长。检验比较结果可以看出，高温时段内各站点气压场预报误差在2 hPa以内，850 hPa温度场预报误差平均在1 ℃以内。

6 结论

(1)石河子地区连续高温过程主要在高压脊型和纬向带状型2种环流背景下出现，500 hPa 580 dagpm等高线北上越过天山进入北疆地区，极锋锋区北缩至60°N以北；850 hPa温度场上24 ℃等温线北上控制北疆地区。

(2)石河子地区高温过程多发生在太阳黑子活动低谷期。

图6 2015年 7月14日未来240 h ECMWF模式预报的平均高度场(红线)与同期实况场(黑线)对比(单位：dagpm)Fig.6 The average height field of ECMWF model forecast(red line) and live field over the same period(black line) in July 14-23,2015

(3)此次高温天气过程持续时间长、强度高为近年来所少见。高温期间极涡在65°N以北至极地附近，位置显著偏西

偏北，强度偏弱，伊朗高压东移与副高叠加并长期在新疆维持，持续的强暖气团控制和持续的下沉增温及地形作用是这次高温天气的主要原因。

(4)ECMWF数值预报检验结果表明，形势场、温度场预报与实况吻合高度一致，预报准确率高，并具有较长的预报时效；气压场在单站的检验误差在2 hPa以内，温度场的检验误差在1 ℃以内。ECMWF产品可以作为石河子地区连续高温过程预报的参考。

[1] 丁一汇,戴晓苏.中国近百年来的温度变化[J].气象,1994,20(12):19-26.

[2] 任福民,翟盘茂.1951-1990年中国极端气温变化分析[J].大气科学,1998,22(2):217-227.

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[4] 范丽红，崔彦军，何清，等.新疆石河子地区近40a来气候变化特征分析[J].干旱区研究，2006，23(2)：334-338.

[5] 朱乾根,林锦瑞,寿绍文，等.天气学原理和方法[M].北京:气象出版社,1993:40.

Analysis of Abnormal High Temperature Process in Shihezi Region during 14-17 July,2015

DING Hu,WANG Ke

(Shihezi Meteorological Bureau,Shihezi,Xinjiang 832000)

Using the historical meteorological data from 1961 to 2015, ≥35 ℃ high temperature process of lasting more than 10 d in Shihezi region was investigated,the circulation pattern of the continuous abnormal high temperature process in Shihezi region and the corresponding relationship between the annual change of sunspot and the high temperature process were analyzed.Based on this, the physical mechanism of continuous high temperature process in late-middle of July 2015 was analyzed, and the numerical prediction was tested.The results showed that the continuous high temperature processes in Shihezi region occurmainly in the two kinds of circulation backgrounds of high pressure ridge and zonal band type,500 hPa 580 dagpm contour line north across the Tianshan Mountains into the northern region of Xinjiang, the north front of the polar frontal region was reduced to 60 °N.850 hPa temperature fields 24 ℃ isotherm northward controlled northern region;the high temperature processes of the region occur in the sunspot activity trough.During the high temperature period,the polar vortex location was obviously west to north in north of 65 °N and near the poles.Significant development of the subtropical high, unusually strong warm high pressure, sustained subsidence warming and topographic effects caused the continued high temperature process.The circulation and physical field of the high temperature process were accurately predicted by ECMWF model.The results of single station test showed that the prediction errors of the surface pressure and the 850 hPa temperature were within 2 hPa and 1 ℃, respectively;the circulation field and element forecast were stable and long-term.The test results showed that ECMWF can be used as a reference for continuous high temperature process prediction in Shihezi region.

High temperature; Circulation characteristics;Physical mechanism;Numerical prediction;Shihezi region

丁虎(1964- )，男，山东乳山人，高级工程师，从事中短期天气预报研究。

2016-09-07

S 161.2

A

0517-6611(2016)31-0187-03