2010年夏季河西走廊东部持续高温气候特征及其对农业影响

孙占峰，李玲萍，刘明春，梁红霞

（甘肃省武威市气象局，甘肃武威733000）

2010年夏季河西走廊东部持续高温气候特征及其对农业影响

孙占峰，李玲萍，刘明春，梁红霞

（甘肃省武威市气象局，甘肃武威733000）

为了研究河西走廊东部高温天气的气候特征及预报着眼点，提高高温预报准确率，减轻对农业生产的影响。笔者运用天气统计学方法，对河西走廊东部2010年7月17—30日出现的高温天气从气候特征、环流形势和物理量场以及对农业的影响等方面进行分析，并提出了预警预报指标。结果表明：2010年7月高温强度和持续日数均创历史极值；长时间晴热少雨、大陆暖高压异常强大且持续稳定，是造成此次持续高温过程的主要原因；持续高温造成土壤墒情大幅度的下降、河流量倍增、多种农作物产量大受影响。

河西走廊东部；高温；特征；预报指标；农业影响

0 引言

随着全球气候变暖，中国夏季高温灾害频发，给人民生命财产和国民经济建设带来巨大损失。因此，对高温发生机制的探讨以及预报技术总结与改进始终是预报业务一线人员的工作重点之一[1-3]。未来在温室效应影响下，热事件、热浪的发生频率很可能会持续上升[4-6]。

河西走廊东部深居大陆腹地，属大陆性温带干旱、半干旱气候，高温灾害多发，成为制约当地农业生产发展的主要因素之一。在以往的研究中，张新荣等[7]、王有恒等[8]、孙兰东等[9]、李红英等[10]、李玲萍等[11]分别对甘肃省、河西走廊和河西走廊东部的极端最高气温进行了分析和研究；李岩瑛等[12]、李玲萍等[13-14]分别研究了祁连山和河西走廊东部的高温天气气候特征及成因。2010年7月出现在河西走廊东部的持续时间长、范围大、高强度的高温天气，给工农业生产和人民生活带来严重影响，使河西走廊东部5.4万hm2农作物受灾，其中成灾面积3.6万hm2，绝收面积0.6万hm2，直接经济损失达1.8亿元。因此，需要在前人研究基础上，进一步深入总结分析河西走廊东部高温天气的特征、预报着眼点及对农业的影响，有助于提升气象服务能力和水平，防御高温灾害提供科学依据[15-17]，对促进地方经济发展都有着极其重要的意义。

1 资料与方法

本研究资料来自河西走廊东部永昌、民勤、凉州、古浪4个气象观测站建站以来7月气温观测资料以及2010年7月17—30日常规观测资料、物理量场及高度场资料，运用天气统计学方法，讨论此次持续高温天气的特征、成因及对农业生产的影响。

2 天气实况

2010年入夏以来河西走廊东部降水偏少，气温异常偏高。6月平均气温全市比常年偏高2.4℃，降水正常，7月平均气温全市比常年偏高3.3℃，降水量偏少6成。按照甘肃省气象部门高温标准，河西走廊东部武威市5站中有1站日极端最高气温≥35℃定为高温日，≥37℃之日定为强高温日。日极端最高气温≥35℃持续2天或以上，定为1次高温天气过程。据此，2010年7月17—30日武威市持续出现了≥35℃高温天气，其中25—30日全市出现强高温天气（见表1）。

表1 2010年7月≥35℃高温天气与历史同期对比分析

2.1 ≥35℃高温日数

凉州区出现8天、民勤10天、古浪1天、永昌2天，全市各地均突破历年极值。

2.2 ≥35℃高温持续日数

中北部民勤、凉州达6天，与历年高温持续日数最多值持平（分别出现在1952、1999年）。7月29日古浪极端最高气温达到35.0℃，7月30日民勤、永昌极端最高气温分别达到41.7、35.3℃，均突破历年同期极值，凉州区极端最高气温达到38.8℃，为有气象记录以来为次大值（最大值为40.8℃，出现在1997年7月22日）。

3 高温天气成因分析

3.1 100 hPa环流形势特征

100 hPa高空图上，南压高压是北半球对流层上部的超长波系统，它的季节变化与东西振荡对北半球大气环流演变有着重要的影响。南压高压在青藏高原上空的建立，是东亚地区入夏的重要标志之一[18-20]，是中国大范围旱涝天气出现的环流背景条件。

18日8时（见图1a）南亚高压登上青藏高原，中心位于80°—90°E，即西部型过程。22日8时南亚高压中心登上青藏高原，其中心位于90°—100°E，30°—40°N之间，中心值为1692 dagpm，属于东部型过程。24日8时南亚高压北抬发展扩大，高压中心值增大，中心发展为1696 dagpm，中心位于，30°—40°N之间，25—26日高压继续增强，到27日8时（见图1b）中心高度发展为1700 dagpm。整个高温天气过程中，100 hPa高空图上，青藏高原及邻近地区上空为稳定强盛的南亚高压控制，即高层辐散形成高压环流。

图1 2010年7月18日8时和7月27日0时100 hPa高度场

3.2 500 hPa环流形势特征

对于同属于副热带的青藏高压，它在青藏高原东侧的维持与加强，是盛夏造成河西走廊东部高温天气的影响系统之一。2010年7月17—20日出现在河西走廊东部的高温天气主要是由伊朗高压东移与高原本地发展形成的高压脊合并发展成为强大的大陆高压所致。16日8时开始，588 dagpm高压在青藏高原发展，18日8时（见图2a）开始扩大东移。25—30日河西走廊东部持续出现强高温天气，主要由西太平洋副热带高压西伸被截断后,在青藏高原东侧形成的副高单体控制西北地区东部，25日8时，西太平洋副热带高压西伸，588线西伸到哈密至河西走廊西部，同原在青藏高原的高压脊打通，整个河西走廊为588线控制，到27日8时（见图2b），西伸的西太平洋副热带高压被截断，河西走廊为大陆高压控制，而西太平洋副热带高压维持少动，尤其是东亚大槽特别深厚,青藏高压不易东退,有利于整个河西走廊或河西走廊东部高温天气的出现。

3.3 中低层和地面环流形势特征

17—30日河西走廊东部持续出现的强高温天气在中低层表现为辐合形成低压环流。700 hPa和850 hPa，青藏高原为热低压控制，在850 hPa表现的尤为显著，7月18日8时（见图3a）、7月27日8时（见图3b）140 dagpm线闭合线在高原发展加强、扩大，控制河西走廊中西部。

高温天气出现在中低层还表现有明显暖平流。700 hPa，17日在90°E以东出现16℃暖中心，18日加强北抬，19日扩大到整个80°—110°E为16℃线控制；25日8时，在80°—110°E出现16℃暖中心，到26、27日暖中心继续扩大，到28日8时在河西中部暖中心值达到20℃。

图2 2010年7月18日8时和7月27日8时500 hPa高度场

图3 2010年7月18日8时和7月27日8时850 hPa高度场

850 hPa，17日28℃暖中心在80°—100°E开始发展，7月18日8时（见图4a）暖中心加强，中心值达32℃；25日8时28℃暖中心在80°—110°E开始发展，到27日扩大到整个河西中西部，7月27日8时（见图4b）在南疆出现32℃暖中心。

地面图上在 80°—110°E、30°—50°N 有强盛的990 hPa热低压维持，≥35℃的高温站点存在，14时52267（额济纳旗）、52378（拐子湖）两站气温≥35℃；高温出现当日08—14时天空晴朗少云。

3.4 物理量场反映

3.4.1 散度场垂直分布 分析30日8时(88°—112°E，40°N)散度场（见图5a）的垂直分布，发现河西走廊中东部(100°—105°E，40°N)700 hpa存在1个辐合中心，在500 hPa附近为无辐散层，500 hPa以上均为辐散气流。说明河西中东部高温区近地面由于地面加热场作用，空气加热后辐合上升外，到对流层中上部存在深厚的辐散下沉气流。

3.4.2 垂直运动特征 分析30日8时(104°E，40°N)的垂直速度（见图5b），发现850～100 hPa均为下沉运动，且下沉运动最强处在300 hPa，达9×10-3hPa/s。从垂直运动可以看出深厚而又强盛的下沉运动。

从散度和垂直速度场的垂直变化可以看出，正是由于在河西走廊中东部存在深厚的辐散下沉气流，才促使大陆暖高压在此地发展维持。

3.5 地面气象要素变化

图4 2010年7月18日8时和7月27日8时850 hPa温度场

图5 2010年7月30日8时物理量场分布图

以极端气温最高、持续时间最长的民勤站7月15—31日民勤县自动气象站气温、气压和空气相对湿度变化图（见图6）可以看出，17日随着高温天气出现，日最高气压和14时相对湿度明显下降，21日开始明显上升，高温天气结束。26—30日，日最高气压和14时相对湿度又有一明显的下降阶段，31日的日最高气压和14时相对湿度迅速上升，高温天气过程结束。整个过程中，民勤无降水，风向主要以偏东风为主。除18日外，整个过程8时，14时低云量小于3成。表明与高温天气过程相伴的天气特点是：少雨、湿度小、气压低、低云量少、白天吹明显的偏东风。

图6 2010年7月15—31日民勤县自动气象站气温、气压和空气相对湿度变化图

4 高温对农业生产影响

4.1 土壤墒情

从凉州区固定观测地段0～30 cm土壤墒情大幅度的下降。7月8日测得0～30 cm土壤相对湿度在87%～91%之间，至7月23日测得0～30 cm土壤相对湿度为35%～48%，半月时间降幅达43%～52%。

4.2 河流来水量

祁连山积雪及冰川加速消融，各河流旬平均流量与常年和去年同期相比，上旬偏多74%～2.8倍，中旬较常年偏少30%，较去年偏多35%。石羊河旬平均流量好于去年和常年，比常年同期上旬偏多94%～100%，中旬偏多1.3～36.4倍。

对玉米花期授粉籽粒形成、春小麦灌浆千粒重增和马铃薯块茎膨大等极为不利。此外，由于牧草生长缓慢、产量下降，不利于牲畜啃食和打秋草。正值酿酒葡萄陆续进入果实快速膨大、果径生长关键期，高温更不利于葡萄果粒快速膨大。

5 盛夏高温预报着眼点

利用河西走廊东部1971—2005年盛夏大于等于35℃高温个例，分析单站资料和解释应用ECMWF产品，确定了盛夏高温预报指标。

河西走廊东部盛夏高温天气在高低空反映明显。100 hPa存在强大稳定的南亚高压系统，500 hPa存在强盛的大陆高压和西太平洋副热带高压，低层主要是热低压控制，具体预报指标如下：

消空指标：武威最高气温＜29℃；700 hPa民勤气温＜11℃；850 hPa民勤气温＜17℃；52267（额济纳旗）、52378（拐子湖）两站14时地面气温＜35℃。满足其中3条即可消空。

预报指标：（1）500 hPa民勤(52681)、格尔木(52818)H≥580、581 dagpm；T(52681)-T(51076或51463)最大差值≤7℃；700 hPa、850 hPa在80°—110°E、35°—50°N分别有15、28℃的暖中心；700 hPa民勤、张掖T≥14、15℃；850 hPa民勤T≥17℃；（2）武威8时气温≥20℃，最高气温≥31℃；14时地面图在80°—100°E、35°—50°N至少有4个以上≥35℃站点存在，额济纳旗(52267)、拐子湖(52378)2站14时地面气温≥36℃；高温当日最低气温≥11℃；（3）14时武威本站气压＜840 hPa；（4）高温当日本站14时低云量为0；（5）Ec 850 hPa 20时温度预报场100°—105°E、38°—40°N存在≥32℃以上的暖中心。

6 结论与讨论

长时间晴热少雨，西太平洋副热带高压动力抬升、青藏高压热力加强是造成极端高温事件发生的直接原因；河西走廊东部高温天气出现的天气形势为：青藏高原及邻近地区在100 hPa层上有强大稳定的南亚高压系统，且都出现在南压高压为东部型和西部型2种环流形势下；500 hPa上，青藏高压在高原本地维持加强，西太平洋副热带高压西伸被截断后，在青藏高原东侧形成的副高单体；低空700hPa和850hPa在80°—110°E、35°—50°N有16℃和28℃的暖中心存在；地面80°—110°E、30°—50°N内有发展强盛的热低压；Ec 850 hPa 20时温度预报场100°—105°E、38°—40°N存在≥32℃以上的暖中心；高温发生前有一段晴热少雨、气温持续偏高时段，与高温天气过程相伴的天气特点是：少雨、湿度小、气压低、低云量少、白天吹明显的偏东风；农业生产中，高温天气造成土壤墒情大幅度的下降、河流量倍增、多种农作物产量大受影响。

本研究在前人研究基础上，进一步解释应用ECMWF格数值预报产品，深入总结分析河西走廊东部高温天气的特征、预报着眼点及对农业的影响。

本研究中解释应用的是ECMWF粗网格数值预报产品，对高温预报指标的精细度有一定影响。

有待于利用ECMWF细网格数值预报产品，对河西走廊东部高温天气的特征、预报着眼点做进一步精细化优化，建立预报模型，并在此基础上进一步研究高温对当地农业的影响。

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Continuous High Temperature:the Climatic Characteristics and Its Impact on Agriculture in East of Hexi Corridor in Summer of 2010

Sun Zhanfeng,Li Lingping,Liu Mingchun,Liang Hongxia
(Wuwei Meteorological Bureau of Gansu,Wuwei 733000,Gansu,China)

The paper aims to study the climatic characteristics and forecast focus of high temperature in East of Hexi Corridor,so as to improve the accuracy of high temperature forecast and to reduce the impact on agricultural production,the authors analyzed high temperature in East of Hexi Corridor from July 17 to 30,2010 by means of synoptic and statistical method from the aspects of climatic characteristics,circulation patterns,physical field and its impact on agriculture,and put forward an early warning index of forecast.The results showed that:the strength of high temperature and the days of duration were historical extremes in July 2010;long duration of hot and dry weather as well as the strong and continuous stability of the continental warm high pressure was the main reasons for the continuous high temperature process;sustained high temperature caused a significant decline in soil moisture,doubled the river flow,and greatly affected a variety of crop production.

East of Hexi Corridor;High Temperature;Characteristics;Forecast Index;Impact on Agriculture

P429

A论文编号：cjas17010017

公益性行业（气象）科研专项“干旱气象科学研究——我国北方干旱致灾过程及机理”(GYHY201506001-2)。

孙占峰，男，1982年出生，甘肃临洮人，助理工程师，本科，主要从事人工影响天气和天气预报研究工作。通信地址：733000甘肃省武威市凉州区荣宁路87号武威市气象局（人工影响天气办公室），E-mail：1617423685@qq.com。

2017-01-17，

2017-06-16。