广东省2018年5月极端高温天气的特征及成因分析

2020-05-12林汇丰张玫张秋明张亮马泽义刘建龙陈芳丽李明华

广东气象 2020年2期

林汇丰，张玫，张秋明，张亮，马泽义，刘建龙，陈芳丽，李明华

（1.惠州市气象局，广东惠州 516001；2.惠州市惠阳区气象局，广东惠州 516211；3.惠州市突发事件预警信息发布中心，广东惠州 516001；4深圳市气象局，广东深圳 518040）

高温是广东的高影响天气之一，目前有较多的学者和业务人员关注广东高温天气，研究内容主要包括3个方面：一是分析高温天气气候特征，包括时空分布和气候变化［1-2]、不同区域温度变化［3]、盛夏气温异常［4]、华南7月异常温度［5]，以及各市县夏季高温［6-9]等气候变化特征；二是研究影响高温的天气系统，如热带气旋对深圳和珠三角地区高温天气的作用［10-11]；三是对高温天气个例总结分析［12-14]和预报方法的研究［15]。

2018年5月广东省出现了罕见的大范围、持续长时间的高温炎热天气，对农业、电力、商业等行业造成一定影响，郭瑞玲等［14]只对该次佛山高温天气过程的成因进行了分析，主要指出了副热带高压中心的下沉增温配合低相对湿度和长日照时数可出现37℃以上的灾害性炎热天气。但该次过程是发生在大尺度环流形势影响下，广东出现的大范围、持续性高温天气，更应从全省范围内高温天气变化特征着手，分析和认识其时空分布特征并探讨其成因。因此本研究针对2018年5月中下旬发生在广东省境内极端高温天气特征和成因进行分析，以期为今后的气候预测和高温天气预报预警提供参考。

1 资料和方法

本研究采用1953—2018年5月NCEP／NCAR日平均和月平均再分析资料（空间分辨率2.5°×2.5°经纬度），以及广东省86个观测站的气温数据，通过合成分析等方法，分析了2018年5月广东省持续性极端高温天气过程。另外，根据《广东省突发气象灾害预警信号发布规定》中对高温预警信号的定义，将日最高气温≥35℃的高温天气定义为高温日。

2 广东省5月高温天气特征

2.1 五月高温空间变化特征

2018年5月广东省86个国家观测站中有48个站极端最高气温破本站常年同期最高纪录。月平均气温较常年同期平均值显著偏高1.1～3.7℃，月极端最高气温介于33.1～38.7℃。从5月极端最高气温分布（图1a）可以看出，绝大多数站点月极端最高气温≥35℃，尤其是粤东地区的梅州南部和揭阳北部等地超过了38℃，最高出现在梅州大埔38.7℃，超过1964年5月19日录得的37.1℃极端最高气温，位居全省第1。

从全省来看，除粤西西部和沿海的部分地区外，广东大部高温日数也创历史新高，全省平均高温日数为7.8 d，较常年同期显著偏多7.4 d，有71个观测站高温日数破5月本站纪录。粤东高温持续时间最长，其中梅州大埔和丰顺高温日数达15 d，沿海的部分县区未出现高温天气。从高温日数的距平分布特征（图1b）来看，偏多区域主要集中在沿23°N附近的粤中和粤东地区，其中梅州大埔和丰顺高温日数分别偏多14.2和14.7 d。

综上所述，2018年5月广东出现了罕见持续长时间的极端高温天气过程，气温呈自东向西逐渐递减的趋势，粤东地区的极端最高气温和高温日数均明显高于粤西，沿海地区温度较内陆偏低，高温日数明显偏少。

图1 2018年广东省5月极端最高气温（单位：℃）（a）和高温日数距平（单位：d）（b）的空间分布

2.2 五月高温时间变化特征

图2为5月1—31日广东省日最高气温和高温站点数分布。

图2 2018年5月1—31日广东省日最高气温和高温站点数分布

由图2并结合各单站最高气温变化趋势（图略）可以发现，5月上旬至中旬前期，气温波动较大，高温天气不明显，中旬中期开始，日最高气温呈上升趋势，下旬中期略有下降，至月底维持长时间的高温炎热天气，全省月极端最高气温出现在27日，达38.7℃。16日起高温站点数明显增多，至18日高温日站点数达26个，占总站数的30%，19—23日高温范围继续扩大，约占总站数的40% ～70%，下旬高温范围出现波动，5月26—27日和30—31日高温范围均超过了50%，其余时间略小，其中23日高温分布为该次过程中范围最广，高温站点达60个，约占70%。综上所述，5月中旬中期至下旬末，广东省出现了大范围、持续长时间的高温天气过程。

3 五月气温异常偏高的大气环流场特征

导致气温异常偏高的成因有大气环流异常、海温等外强迫因子影响、前冬青藏高原积雪，以及二氧化碳浓度不断升高等多种因素影响，本研究主要针对2018年5月主要影响天气系统特征进行讨论，包括南压高压、西太平洋副热带高压（以下简称副高）和850 hPa低空气流。此段高温过程内无热带气旋外围下沉增温影响。

3.1 对流层高层气流辐合下沉作用

从气候统计来看，5月南亚高压位于中南半岛［2]，当广东处于其中心东北或东北偏东方的高空辐散场时，往往有利于广东强降水的发生，若受其中心控制时，则不利于广东降水，下沉气流将导致晴热天气。由5月200 hPa月平均高度场和距平场（图略）可以明显看出，东亚到西太平洋一带高度距平场表现为正值区，即高度场显著偏高。

分析5月南亚高压候平均变化特征（图略）可以发现，南压高压逐渐加强东北伸，第3候开始其中心位置明显偏北，第5候1 248 dagpm线完全控制我国南方地区，华南上空主要受偏东-偏南气流的影响，散度场表现为负值，即对流层高层无辐散抽吸作用，有利于广东高温晴热天气的发生，第6候高度场为正距平，即华南上空南亚高压更强盛。

3.2 副热带高压下沉气流长时间作用

高温天气的主要影响系统是西太平洋副热带高压［2]，当副高长时间控制广东时，会导致广东降水偏少，下沉气流使得天空晴朗少云，气温快速升高，从而出现高温炎热天气。图3为5月北半球500 hPa月平均高度场和距平场，从图3可以看出，极涡为三极子型，最强中心位于西半球，东亚地区高度场等值线径向度小，距平场表现为正距平，东亚大槽强度明显偏弱，西太平洋副高强度偏强，为正距平，西脊点至110°E以西的中南半岛东侧，脊线略偏南，588 dagpm线至广东中北部。

为进一步阐明副高不同时间段内的演变特征，分析500 hPa候平均高度场变化特征发现，第1、2候东亚大槽槽底偏北，南支槽较活跃，不断东移影响华南地区，使得广东多降水发生。第3候（图4a）开始西太副高强度逐渐加强且西伸北抬，使得南支槽在华南西部沿副高边缘呈东北上滑趋势，广东降水逐渐减弱。第4—6候华南主要是受副高长时间控制，尤其是第5、6候，副高强度进一步加强，588 dagpm线稳定控制广东上空，第5候西脊点位于110°E附近，第6候（图4b）则在100°E以西，脊线略偏南，均位于20°N以南，广东受副高下沉气流长时间增温影响，维持高温炎热天气，至下旬后期多地出现了破历史记录的长时间、大范围的极端高温天气。

图3 2018年5月500 hPa月平均高度场（等值线，单位：dagpm）和距平场（阴影区，单位：dagpm）

图4 2018年5月500hPa第3候（a）和第6候（b）高度场（单位：dagpm）

3.3 低空弱西南风场的作用

从5月850 hPa月平均风场的特征来看，如图5所示，孟加拉湾-中南半岛-南海的纬向风距平为负值，西南季风明显偏弱，且华南西南风大风轴位于副高西侧的广西东部-湖南-长江下游地区一带，广东尤其是粤东地区处于其右侧的弱风场中。分析850 hPa风场候变化特征（图略）可以发现，广东区域的850 hPa候平均风速均＜10 m／s，第3、4候广西至湖南的西南风有所加大，但未达到急流状态，广东处于其右侧的弱西南风场中，第5、6候环流形势调整不大，但西南风大风轴呈减弱态势。

图5 2018年5月850 hPa月平均风场（矢量箭头，单位：m／s）和纬向风距平（阴影区，单位：m／s）

另外，高温时段在南海北部至广东上空气流均呈反气旋，结合散度场和相对湿度场（图略）可以看出，除个别时段外，5月中下旬广东上空850 hPa及其以下多为辐散场，相对湿度大值区主要集中在925 hPa及其以下的边界层中，850～700 hPa的相对湿度较小，大多数时间＜60%。

综上所述，广东上空弱的西南风场带来弱的水汽条件，对流层低层空气湿度较小，且多为辐散场形势，有利于广东出现高温炎热天气。

3.4 非绝热因子对高温的影响

尹东屏等［16]分析影响高温的热力条件时指出在副高控制的情况下，温度平流因子与一般情况不同，它对高温所起到的作用非常小，非绝热条件才是高温日出现的关键，云、风、湿度等非绝热因子对温度有较大的影响。根据实践经验，当副高控制广东，地面吹弱西南风，天空状况表现为晴朗少云时，白天气温上升迅速，且体感闷热。

为了更好的认识这一特征，以惠州惠阳为代表站进行分析（图略），结果可以看出，高温过程期间，日最高气温大多出现在13：00—17：00（北京时，下同），其中大多数主要出现14：00—16：00，期间无降水，风速1.8～4.1 m／s，相对湿度40%～53%，14：00总云量（只有08：00、14：00和20：00数据）为1～9成，其中约1／2为4～6成，日照时数0.7～1.0 h。再以5月27日出现月极端最高气温时为例，可以看出15：00出现日最高气温37.3℃，14：00—15：00总云量为7成，风速2.4～4.0 m／s，相对湿度45% ～50%，随后风速、相对湿度增大，云量增多，并出现降水，气温快速下降。

综上所述，高温时段主要表现为云量较少、风速偏小和相对湿度明显偏少，同时日照时数偏多，形成有利于辐射增温的大气环境，使得日间气温迅速上升，出现高温天气。