广西沿海高温概念模型建立及预报要点分析

林文桦,莫权芳,黄 滢,陈 静

(1．广西壮族自治区防城港市气象局，广西 防城港 538001；2.四川省米易县气象局，四川 米易 617200)

0 引言

20世纪全球年平均气温上升了0.4～0.8 ℃，我国近100 a来年平均气温上升幅度在0.5～0.8 ℃，与全球上升幅度基本持平[1-3]。高温能使新陈代谢加速，能量消耗加大，人体疲劳，严重的可引起中暑休克[4]。极端气温事件的研究对于了解气候变化规律与探讨气候变化、区域风险预警及防灾减灾和经济建设具有重大意义[5]。近年来，国内对高温事件的研究较多，主要从3个角度分析：一是从高温时空变化特征进行分析[6-8]，这是研究最多的方向；二是从高温对人体健康及生命活动的危害影响方面分析[9-11]；三是从环流形势、城市热岛效应及下垫面情况等角度对高温成因进行诊断分析[6,12-15]，研究说明高温事件发生时，大气环流是有特定形势的。而两广地区的预报员对高温事件的分析多为对高温事件的时空变化特征[8,16，18-19]及成因[17,19-20]进行研究,分析的成因中导致高温出现的系统多为副高及热带气旋，较少涉及到西南暖低压这一导致广西沿海高温的系统，更没有对导致高温事件出现的天气系统的垂直空间分布及其相互作用进行系统的阐述和总结。

近年来，广西沿海北部湾城市利用自身优势着力打造“向海经济”、“一带一路建设”、海湾城市品牌的建设。而高温事件又直接影响城市的水电资源、经济社会和生态环境的发展,阻碍城市的发展。因此，预报员准确提前预报高温事件，有利于社会各界提前做好科学有效的预防高温危害措施，积极应对高温带来的灾害影响，非常有必要。

广西预报员手册[22]中有建立广西高温概念模型，主要考虑副高和热带气旋这2类天气系统，分为副高型、热带气旋型和副高+热带气旋型3类。但由于分析的范围不同，本文概念模型建立与该手册有不同：第一，本文中根据广西沿海高温分布的环流特点，考虑了西南暖低压这一影响系统，增加了副高+西南暖低压模型及其特征，这一系统在该手册的高温概念模型中没有具体体现。第二，文中建立了高温天气里广西沿海上空各层的平均气温、平均风向风速等本地性的特征，更有针对广西沿海高温预报的指标。第三，文中非常直观而又概括性地在图中指出地面、850 hPa、700 hPa和500 hPa导致高温天气出现的主要影响系统和环流特征。

1 数据资料和研究方法

中国气象局规定：日最高气温达到或超过35 ℃为高温天气，且以日最高温极值和持续时间为标准制定了高温预警信号等级[21]。本文分析的高温指的是日最高气温≥35 ℃的高温天气。基于2009—2019年广西沿海钦州、防城港和北海152个气象站气温≥35 ℃的资料，本文运用统计分析方法、GIS作图软件等分析了广西沿海高温日的时空分布特征，并筛选出连续3 d及以上有30%以上的站点出现≥35 ℃的典型高温个例共38个如表1。再通过分析中低层环流形势、地面要素分布、温度分布及物理量分布等，总结形成广西沿海高温天气的概念模型。高温概念模型的建立，为预报员预报高温天气提供较为直观和简单的线索和依据，为广西沿海高温的预报预测提供科学的技术支持。

表1 38次典型高温天气过程时间表Tab.1 Schedule of 38 typical high temperature weather processes

本文总结的38个典型个例中，有19个个例广西沿海受到台风外围偏北气流影响，高温期间热带气旋的活动范围基本在112～128°E，16～23°N，本文称该区域为台风影响位置。

对于副高+热带气旋型和热带气旋型，这2种类型都有副高和热带气旋2个天气系统，主要区别为副高的位置及其副高底部的偏北气流能否与热带气旋外围气流叠加。副高+热带气旋型中的副高平均脊线在30°N，700 hPa的312 dagpm线可南压至广西北部，以至于高压底部的偏北气流和台风外围的偏北气流出现叠加，广西沿海为叠加的偏北下沉气流共同影响。而热带气旋型中的副高平均脊线在38°N，西脊点在115°E以东，700 hPa的312 dagpm线在长江下游以北，由于副高偏东偏北，其底部的偏北气流不能和热带环流的偏北气流叠加，影响广西沿海的气流主要为台风外围偏北下沉气流。

对于副高+热带气旋型和热带气旋型2类模型与副高型的划分，主要根据广西沿海有无受到热带气旋外围环流影响及副高分布2个标准。标准1：副高+热带气旋型和热带气旋型中，在台风影响位置有热带气旋活动，广西沿海受其外围偏北下沉气流影响；而副高型中，在台风影响位置没有热带气旋活动。标准2主要为副高的位置及强度：副高型+热带气旋型、热带气旋型这2类的副高比较偏北，平均脊线分别在30°N和38°N，588 dagpm线南界基本在25°N或30°N以北，广西沿海不在588 dagpm线控制范围内。副高型中的副高较强盛，副高脊线在30°N或22°N，588 dagpm线与110°E的南北侧交点在21°N以南和40°N以北或17°N以南和26°N以北，广西沿海为588 dagpm线控制下的强盛的反气旋环流影响。

本文根据直接导致广西沿海高温天气出现的主要天气系统分型，分别为：副高(大陆高压和西太平洋副热带高压)、热带气旋和西南暖低压。副高和热带气旋都是相对比较深厚的系统，在500 hPa中的环流特征都很完整且明显，特别是副高，在500 hPa的环流要比地面更加完整和明显。而西南暖低压是一个浅薄的系统[22]，主要分布在850 hPa到地面，其中在地面的低压环流最完整且明显，而在500 hPa没有明显的低压环流，甚至转为副高控制。所以副高+热带气旋型、副高型和热带气旋型主要从500 hPa划分，而副高+西南热低压型主要从500 hPa和地面划分。

2 结果与分析

2.1 高温日的时空分布特征

2009—2019年共出现970个高温日。过去11 a高温日主要出现在每年的7月和8月，占全年比例分别为26%和25%。其次是6月份，占全年比例为20%。5月和9月高温日占全年比例分别为13%和11%。每年的11月—次年的1月无高温天气，其他月份高温日占全年比例约为6%。图1给出2009—2019年高温日数的空间分布图，广西沿海由于南部濒临北部湾，有海洋调节作用，高温出现频率较少，而北部受山地影响，高温出现频率较多。钦州钦北区大部、钦南区东部、灵山和浦北县的中部及南部地区、合浦东部地区年平均高温日数最多，为31～79 d，防城港上思县大部年高温日数在21～40 d，其他近海地区年平均高温日数为0～20 d。

图1 2009—2019年高温年平均日数空间分布Fig.1 Spatial distribution of high temperature days from 2009 to 2019

通过对表1中38个典型高温天气过程进行分析，总结出直接导致广西沿海高温天气出现的系统主要为副高(大陆高压和西太平洋副热带高压)、热带气旋和西南暖低压。其中副高影响占比最高达82%，其次是热带气旋占比例50%。根据以上4个系统的分布，沿海高温天气主要分为4种类型：副高+热带气旋型、副高型、副高+西南暖低压型和热带气旋型，分别占总数比例为41%、27%、15%和9%。

2.2 副高+热带气旋型

如图2，副高+热带气旋型中台风多经过菲律宾东北洋面，然后西北路径移动或偏西路径移动，在台风影响位置有台风活动。西北路径移动的台风多在福建和浙江沿海一带登陆影响华东及其以东一带海面。偏西路径移动的台风一般在广东沿海一带登陆后继续西行。

图2 副高+热带气旋型Fig.2 Subtropical high+tropical cyclone type

500 hPa副高位置偏北，平均脊线在30°N，588 dagpm线没有控制广西。华北一带有高空槽东移，或东移北收对副高影响不大，或加深东移促使副高分裂为东西两环并使得东环副高东退减弱。副高分布有两种类型：类型1，副高分为东西2环，东环副高控制着我国华东一带及以东的太平洋地区，东环副高的西脊点约在113°E。西环为大陆高压，控制着我国西藏及青海一带，这一类型的台风多为西北路径移动。类型2，东西两环副高打通，呈带状分布，西脊点西伸至四川或以西的内陆一带(100°E以西)，台风多为偏西路径。广西处在-4 ℃等温线控制下的暖区里，受副高脊前偏北及台风外围偏北气流共同影响，沿海地区通常能维持3～4级的偏北风。

700 hPa中316 dagpm线控制着山东、浙江、江苏和安徽等一带地区，广西为312 dagpm线底部和台风外围的东北气流控制，沿海地区的东北风一般为3～4级。广西沿海为12 ℃等温线控制。

850 hPa 148 dagpm线控制我国26～40°N的大部地区，广西沿海地区为148 dagpm线底部和台风外围的偏北气流控制，沿海东北风多为3～4级，广西大部为22 ℃等温线控制的暖区里。

地面广西北面为副高底部的偏北气流及台风外围的偏北气流共同影响，沿海地面风力不强，通常为2～3级的偏北风。

2.3 副高型

如图3，副高型中500 hPa东亚中高纬为两槽一脊的稳定形势，两槽分别位于新疆北部和我国东北地区，脊主要位于蒙古一带。副高分布主要有2种类型。类型1，大陆高压强盛，脊线在30°N，高压588 dagpm线控制着中国除新疆、东北等大部地区，588 dagpm线与110°E的南北侧交点分别在21°N以南和40°N以北，西脊点在100°E以西，广西沿海为大陆高压反气旋环流底部的偏东气流控制。大陆高压南侧无东风波或热带扰动生成。沿海地区偏东风4～5级。广西沿海地区处在-2～-4 ℃的相对暖区里。类型2，副高呈带状分布控制着长江流域以南的大部地区，副高脊线在22°N左右，西脊点在100°E以西，588 dagpm线与110°E的南侧交点在17°N以南，北侧交点在26°N以北，广西沿海为副高控制下的3～4级的东南气流影响，此类型要比类型一气温更低，广西沿海一般处在-4 ℃～-6 ℃的相对冷区里。2种类型中，广西沿海处在平均值约为10m/s的下沉速度区域。

图3 副高型Fig.3 Subtropical high type

700 hPa 2种类型广西均为12 ℃等温线控制，平均下沉速度为10 m/s。类型1：大陆高压控制的312 dagpm线几乎与500 hPa的588 dagpm线重合，广西大部为312 dagpm线控制。广西沿海为高压反气旋环流底部的5级左右的较强偏东风控制。类型2：312 dagpm线与588 dagpm线一样位置偏南，控制着我国江南南部、华南及云南东部，广西大部为312 dagpm线控制下的反气旋环流影响，广西沿海风力较类型1明显偏弱，为2～3级的偏南气流影响。

850 hPa广西沿海为反气旋环流控制，类型1对应沿海为反气旋环流南侧的3～4级的偏东风，类型2对应沿海为反气旋西侧的2～3级的风速辐散的偏南气流。广西大部为20 ℃的等温线控制。广西沿海地区平均下沉速度为5 m/s的下沉气流影响。

地面风力不强，在2级左右。可分为有弱低压发展和均压场2种形势。弱低压：四川盆地到贵州云南一带通常有弱的低压发展，中心值约在1 000 hPa，广西沿海处在低压东南侧边缘的2级左右的风力影响。低压北侧通常有高压中心值小于1 020 hPa的较弱的冷空气逐渐南下。低压边缘偏南气流一方面利于把低纬的高能量向沿海地区输送，另一方面风力小更利于地面能量的聚集。均压场：长江流域以南的大部地区为均压场控制，风力在2级以下，利于能量在地面聚集。

2.4 副高+西南暖低压型

如图4，副高+西南暖低压型中500 hPa副高呈带状分布，脊线在18°N左右，向西延伸至中南半岛北部(西脊点在104°E以西)，588 dagpm线与110°E的南侧交点在18°N以南，北侧交点在24°N以北，588 dagpm线控制广西南部或整个广西，广西南部为副高控制下的反气旋环流影响，利于形成晴好天气。副高以北有2种形势：形势1，多波动槽东移。我国青海东部及四川盆地西部经常出现高压脊，脊前为西北下沉气流，利于西南暖低压的形成。高压脊以东的长江中下游地区常常有波动槽东移。形势2，东低西高的形势。东北到华北东部维持1个深厚的低涡槽，我国大部地区为槽后的偏西北气流控制。这两种形势的共同点是我国四川盆地一带经常维持槽后脊前西北气流形势，西北下沉气流利于西南暖低压的形成[22]。广西为-4 ℃等温线控制的暖区里。

700 hPa广西南部为312 dagpm线或316 dagpm线控制下的反气旋环流影响。西川盆地暖低压中心维持，广西大部为低压槽前及副高反气旋环流西侧的风力达5级左右的西南气流影响。广西处在12 ℃等温线控制的暖区里。东北及华北东部地区有低压槽，低压槽比较浅薄，低压槽后西北气流主要影响长江以北，对广西南部无影响。

850 hPa的144 dagpm线或148 dagpm线呈西南—东北向穿过广西中东部地区，风速达6～7级的强西南急流风速带沿着144 dagpm线或148 dagpm线控制着华南大部地区。四川盆地维持一个低压，广西位于低压东南侧。广西南部处在24 ℃等温线控制的暖区里。广西南部由水汽通量散度达30 g·s-1·hPa-1·cm-2以上的正值区控制，为强水汽通量辐散区，不利于降雨，云贵交界为中心值为-40 g·s-1·hPa-1·cm-2的水汽通量辐合中心区控制，2个正负中心呈对称性分布。

地面在云贵交界一带通常有中心值低于995 hPa的西南暖低压发展，广西沿海处在暖低压东南侧，维持4～5级的强西南风。

2.5 热带气旋型

如图5，热带气旋型中500 hPa副高偏北偏东，副高脊线在38°N左右，西脊点在115°E以东，588 dagpm线只控制我国山东、河北东部及辽宁一带，副高环流不能与台风环流叠加。台风多经过菲律宾东北部洋面并向偏北或偏西路径移动，广西沿海为台风外围的偏北气流控制。当台风向偏北路径移动时，离台风中心较远，一般为台风外围2～3级的偏北气流控制，直到台风进入华东内陆减弱消失或继续北抬远离，广西转为偏南风，高温结束。当台风移入南海并向西移动时，离台风中心较近，一般为4级左右的偏北风控制，当台风西移至113°E以西、20°N以北时，受台风云团影响，高温结束。广西大部为-4 ℃的暖区控制。

700 hPa的312 dagpm线位置基本和588 dagpm线控制一致，范围要比588 dagpm线大，控制着山东、山西、内蒙东部及河北一带及以东的海洋。广西沿海为12 ℃等温线控制范围内。对于向偏北移动路径的台风，广西沿海一般维持3级左右的偏北风，对于向偏西移动路径的台风，广西沿海的风力要强，为4级左右的偏北风。

850 hPa的148 dagpm线控制范围和312 dagpm线基本一致。对于偏北移动路径的台风，沿海为2～3级的偏北风影响，对于偏西路径的台风，为4级左右的偏北风影响。广西沿海为22 ℃等温线控制。当低层转偏南风时，或受台风外围云系影响时，高温结束。

地面的高压带范围和700 hPa的312 dagpm线基本一致，控制着山东半岛、辽宁半岛、内蒙古东部、山西河北大部及其以东的海洋。广西沿海多为台风西侧的偏北气流控制，处在台风外围等压线疏散区，为台风外围的下沉气流控制，地面风速较弱，为2级左右，风向不定。

3 结论

通过对过去11 a中38个典型高温个例的分析，总结出广西沿海高温天气概念模型有4类，分别为：副高+热带气旋型、副高型、副高+西南暖低压型和热带气旋型，预报要点分别是：

①广西沿海高温主要出现在7—8月，约占全年的一半。高温出现频率北部多，南部少。

②副高+热带气旋型：副高位置较偏北，平均脊线在30°N，588 hPa线没有控制广西，台风影响位置有台风活动。从中层500 hPa到地面，广西沿海均为副高底部外围及台风外围的偏北气流影响。500 hPa、700 hPa及850 hPa广西沿海分别处在-4 ℃、12 ℃和22 ℃等温线控制的暖区里。

③副高型：台风影响位置没有台风活动。副高脊线在30°N或 22°N，从中层到低层广西沿海为588 hPa线控制下的反气旋环流影响。地面气压场弱，风力为2级左右。500 hPa、700 hPa及850 hPa广西沿海分别处在-2～-6 ℃、12 ℃等温线和20 ℃等温线控制的暖区里，平均下沉气流值分别为10 m/s、10 m/s和5 m/s。

④副高+西南暖低压型：500 hPa副高位置偏南，脊线在18°N左右，广西南部为588 dagpm线控制下的反气旋环流影响。700 hPa和850 hPa广西大部为西南急流控制。地面云贵交界有中心值低于995 hPa的暖低压发展，广西沿海为暖低压东南侧的4～5级的强西南风控制。500、700和850 hPa广西南部分别为-4 ℃、12 ℃和24 ℃等温线控制的暖区里。

⑤热带气旋型：500 hPa副高偏北偏东，脊线在38°N，西脊点在115°E以东，副高环流不能和台风环流叠加影响。台风经过台风影响位置。广西沿海从地面到500 hPa均为台风外围偏北气流影响。500、700和850 hPa广西沿海分别为-4 ℃、12 ℃和22 ℃等温线控制。