阿拉山口地区高温天气的气候特征及典型个例分析

孙 蕾,屈信军,芦阿咪,张金柱

(1.新疆自治区阿拉山口气象局,新疆 阿拉山口 833418;2.新疆自治区博州气象局,新疆 博乐 833400;3.河南省鹤壁市气象局,河南 鹤壁 458030)

阿拉山口地区高温天气的气候特征及典型个例分析

孙 蕾1,屈信军2,芦阿咪3,张金柱1

(1.新疆自治区阿拉山口气象局,新疆 阿拉山口 833418;2.新疆自治区博州气象局,新疆 博乐 833400;3.河南省鹤壁市气象局,河南 鹤壁 458030)

该文对阿拉山口 1957—2009年极端最高气温≥35℃的高温日和高温天气过程进行统计分析,普查近 20 a高温灾害天气过程环流形势场并对 2010年 6月的一次高温天气过程进行具体分析,得出:阿拉山口极端最高气温 44.1℃,4-9月均有高温出现,其中 7月出现高温日最多,最长连续≥35℃高温日数是 25 d,≥40℃的最长连续日数是 6 d,属高温低湿的干热天气,阿拉山口的高温天气主要与伊朗高压东北上和西太平洋副高西伸北抬并在新疆形成稳定的暖高压环流有密切关系。

阿拉山口;高温;天气特征;成因

1 引言

阿拉山口地处阿拉套山和巴尔克鲁山之间的狭长谷地中,属中温带干旱的戈壁荒漠地区,植被稀少,干旱少雨,阿拉山口的高温天气突出的特点是天空晴朗,大气透光度极好、气温极高、相对湿度小 (在 20%以下),属高温低湿的干热天气,这种天气易引起人中暑、偏头痛、眩晕、抑郁、心肾绞痛等病症[1],高温是一种经常出现的极端天气气候事件[2],阿拉山口是我国西部地区唯一的铁路、公路、管道三通的国家一类口岸[3],很多工厂企业在此落户,尤其木材加工厂最多,干热的高温天气正是火灾产生的有利天气条件,火灾是各种灾害中极为频繁而危害甚烈的灾害之一[4]提前预报出高温天气能有效防止灾害的发生,本文通过对阿拉山口 53 a高温天气气候特征及个例的分析,得出一些结论,可为今后阿拉山口高温天气的预报预警提供依据,为口岸的快速、高效、安全发展提供保障。

2 资料的选取和高温标准

选取阿拉山口站 1957—2009年每日最高气温资料,日最高气温 T≥35℃为 1个高温日,日最高气温 T≥40℃为 1个极端高温日,以 1957—2009年 53 a平均值作为气候平均值进行资料的距平统计,规定连续 3 d以上≥35℃高温称为一个高温天气过程,两个过程之间只间隔 1 d的算是同一个过程,持续 3～5 d为一个短过程,6～9 d为中过程,10 d以上为长过程[5]。

3 高温气候特征

3.1 年际变化

根据阿拉山口 1957—2009年地面气象资料统计,53 a来阿拉山口每年都有高温天气出现,出现的极端高温值是 44.2℃(1965年、1968年),高温天气出现最早的时间是 1997年 4月 30日 (36.2℃),最晚出现在 2003年 9月 10日 (37.0℃),53 a间阿拉山口共出现≥35℃高温天气 1 708 d,其中出现高温最多的年份是 1974年 54 d,最少的年份是 1957年 10 d,由图 1可以看出≥35℃的高温日数平均每年 32 d,进入 20世纪 90年代以后偏少,在平均值上下波动,年际变化较大;≥40℃以上的高温日数 119 d,从图 2可以看出平均每年 2 d,出现最多的年份是1965年 11 d,没有出现≥40℃高温天气的年份是1957—1961年,1989—1993年,另外还有 1999、2002、2003、2007、2009年 ,进入 2000年后 ≥40 ℃的极端高温日数明显减少,且年际变化较大。

图 1 阿拉山口 1957—2009年≥35℃高温日数年际变化

3.2 年代际变化

图 2 阿拉山口 1957—2009年≥40℃高温日数年际变化

阿拉山口高温天气具有明显的年代际变化,近53 a来阿拉山口≥35℃的高温天气 20世纪 60—80年代较多,进入 90年代后高温日数减少,高温强度也减弱,线性趋势是每 10 a增加 0.1 d(没有通过显著性检验)[8],≥40℃的极端高温日数是 20世纪 60和 70年代较多,80年代以后逐年递减,每 10 a减少0.3 d(显著性水平 0.1)。

表 1 1957—2009阿拉山口高温日数年代际变化(d)

3.3 月际变化

从图 3可以看出阿拉山口的高温天气主要集中在 7月,共出现 719 d,平均每年 13.6 d,其次是 8月和 6月,分别是 457 d、427 d,5月和 9月的高温天气较少,4月只出现过 1 d高温天气。53 a来每年 6、7、8月几乎都有高温,只有 1999年 8月没有高温日,2000年 7、8月没有高温日。

图 3 阿拉山口 1957—2009年各月平均高温日数

3.4高温天气过程的特征

53a来阿拉山口共出现短过程 128次,平均每年 2.4次,中过程 69次,平均每年 1.3次,长过程 41次,平均每年 0.8 d,最长连续≥35℃高温日达 25 d(1979年 7月 6日—8月 19日),最长连续 ≥40℃高温天数是 6 d(1968年 8月 7—12日),由图 4可以看到 7月各种过程都出现最多,短过程、中过程5—9月都出现过,长过程只出现在 6—8月。

图 4 阿拉山口 1957—2009年各月高温天气过程

4 高温天气个例分析

2010年 6月 15—20日阿拉山口地区出现了一次高温天气过程。这次高温持续 6 d,属于中过程,极端最高气温出现在 18日,最高气温 40.2℃,最小相对湿度 11%,地面最高温度 70.9℃。

4.1 高空环流背景分析

高空环流是对流层大气运动的主导形势[9]。高温天气需要上游地区高空环流形势稳定,中低层有小短波将副热带的暖热空气不断推动到中亚地区,与新疆地形脊重合,使高温天气得以维持和增强[10]。

图 5 2010年 6月 12日—18日 100 hPa位势高度场演变形势图

100 hPa位于平流层底部,由于不受下垫面大地形的影响,能够较好的体现极地冷空气和副热带暖热空气相互作用的变化规律[11]。通过对 100 hPa高度场的分析来把握天气变化的大环流背景。从 6月 8日 08时—12日 08时,在 100 hPa上,泰梅尔半岛到新地岛以西的东北欧地区一直维持较明显的极涡系统。北非到南亚地区一直维持较明显的高值区,并在阿拉伯半岛地区和印度半岛上空维持 2个高值中心。由于阿拉伯半岛为较强的中心,中亚地区时常出现较弱的低值区。中亚的低值系统前的偏南风带,不断将南亚高值中心的暖热空气输送到新疆西部北部,形成新疆西北部的高温天气,见图5a。

从 6月 13日 08时开始,受天文因子动力扰动的影响,北半球对流层大气开始进入强烈的震荡调整阶段。13日 08时,欧洲高压迅速增强并整体东移到乌拉尔地区,同时阿拉伯半岛的高值中心也配合东移到中亚地区南侧,使原来位于乌拉山地区的低槽整体迅速东移到西西伯利亚地区,到 15日 08时,位于乌拉山的高压脊和西西伯利亚的低涡槽迅速减弱东移。减弱的乌拉山高压脊东南垮到里咸海地区,与南支的阿拉伯半岛高值中心同相位叠加,使南支暖热空气进一步北抬东移,在中亚弱低槽的扰动下新疆西北地区的高温天气开始,见图5b。

6月 15日 08时—16日 08时,阿拉伯半岛的高值中心维持并继续向东北方向扩展,高温天气维持,17日 08时,同样受木星、天王星、海王星冲月和土星合月的影响,位于新地岛附近的极涡系统突然加强并向里咸海地区南伸,使里咸海到中亚 17地区形成较强的低槽,强行从阿拉伯半岛地区高压区切下一个暖热空气团,使其沿槽前强劲的偏南风带北上到新疆地区,使阿拉山口地区的最高气温急剧上升,与 18日达到最高值,见图 5c、5d。

19日 08时—20日 08时,受西欧低涡的引导,位于东欧到乌拉尔山地区的深厚低槽开始减弱西退,使里咸海地区的低槽也明显迅速减弱东北上,从新疆西北侧掠过。虽然使最高气温有所减弱,但高温天气继续维持。

4.2 主导系统和影响系统

按照实际的作用机制,阿拉山口地区 6月 15日—20日的高温天气过程的主导系统是极涡系统,影响系统是以阿拉伯半岛高值中心为主体的副热带高压系统。简单地说,就是极涡系统不断在西退南下过程中,在阿拉山口地区上游地区形成低槽系统,强迫切去阿拉伯半岛地区的暖热空气东移北上,使暖热空气在新疆西北部维持停留,形成持续的高温天气过程。

图 6 2010年 6月 9日—18日 500 hPa位势高度场演变形势图

见图 6a,9日 08时 500 hPa上新地岛地区附近维持较大范围的极涡冷空气团,在中低纬度的西南欧、阿拉伯半岛地区、南亚地区却一直维持稳定的高压脊区。在副热带高压带上,里黑海地区、中亚地区、蒙古地区维持小短波槽。新疆受南支脊控制,气温开始明显上升。

见图 6b,13日 08时,受日月相合天文因子的影响,欧洲高压脊迅速加强并整体东移到乌拉尔山地区,同时推动东欧的深厚低槽东移到西西伯利亚地区。东移的乌拉尔山脊随后减弱东移南下,先与阿拉伯半岛地区的副热带中心叠加,再受北侧平直西风急流的推动,部分正变高东移到新疆地区上空,使新疆北部地区进入高温天气阶段。见图 6c。

17—19日,极涡突然加强并南伸,在乌拉尔山东南部形成深厚的低槽系统,槽前强劲的西南急流向新疆北疆地区输送大量的干热空气,使阿拉山口地区的最高气温达到最高。见图 6d。

4.3 850 hPa温度场分析

850 hPa温度场对高温预报很重要,在 850 hPa温度场上从 14日起伊朗至新疆都有 20℃或 24℃的暖中心影响,18日暖中心增强为 28℃(图 7)。

4.4 地面图分析

对应的地面图上高温前期阿拉山口处在宽广的东西向暖低压带里,后期缓慢演变成深厚的西南—东北向暖低压区,且地面一直处在热低压前部的偏南气流里。

4.5 热力学要素分析

某一地方的温度变化可以用热量方程表示 (方程式略),据此得知对温度局地变化产生影响主要因素有温度平流、垂直运动和非绝热因子[12]。就本次持续高温天气过程而言,上述三个因素都有直接影响,从 2010年 6月 15日 08时—20日 08时的地

图 7 2010年 6月 14日和 6月 18日 850 hPa温度形势图

面和高空温度场变化可知,阿拉山口地区为一致的暖平流区,而且在此期间的大气层不稳定,地面辐合、高空辐散的垂直上升运动,就会引起局地气温上升。就非绝热因子而言,主要从天气现象和下垫面性质两个方面进行分析。自 6月 15日—20日,阿拉山口一直以晴好天气为主,风力不大,加上太阳辐射的热力作用,不致于热量的失散;同时,西部的暖气团随暖舌将热量不停地向本地区输入,从而使阿拉山口地区的气温升高并得以维持。

5 结论

①阿拉山口高温天气具有明显的年代际变化,20世纪 60—80年代高温日数及极端高温值都较 90年代以后偏多、偏高,高温主要集中在 7月,最早出现在 4月,最晚结束在 9月。

②阿拉山口持续高温天气的发生与伊朗高压东北上和西太平洋副高西伸北抬并在新疆形成稳定的暖高压环流有密切关系,高、中、低层为一致的暖高区,并有自西南伸向本地区的暖舌存在与维持,为当地高温天气的持续提供了热力条件。

③高温天气过程的主导系统一般都是强势的冷空气系统,影响系统都是暖热的南支副热带系统,这一点与大风、降温、降水天气有很大的不同。

④850 hPa温度场上的暖中心对高温预报很重要,当暧中心温度达到 28℃或以上,阿拉山口就会出现 40℃以上的高温天气。

⑤日月与太阳系行星的冲、合位置关系对高温天气过程的发生和维持有明显的因果关系,但是具体的作用机制需要进一步对比研究。

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P423

B

1003-6598(2011)01-0010-05

2011-01-16

孙蕾 (1979-),女,助工,主要从事地面测报工作。