2018 年7 月吉林省持续大范围异常高温天气成因分析

孙 妍 关 浩 孙鸿雁 姚 凯

（1.吉林省气象台，吉林长春 130062；2.民航吉林空管分局气象台，吉林长春 130501）

1 引言

高温天气是灾害性天气之一， 持续的高温致使城市用水、用电明显增加，并且给人们生活、工作及身体健康带来极大影响。 国内学者对高温天气进行了一系列研究。史印山等[1]分析了京津冀地区高温天气的时空分布特征及环流特征；邹燕等[2]指出西太平洋副热带高压是影响福建省高温过程的主要天气系统；贺哲等[3]则针对郑州的特定地理位置， 探讨了河套高压形成和影响及其与副热带急流相互作用对郑州高温的贡献；郑祚芳等[4]通过对北京地区1996—2000 年11 个连续性高温天气共同特征的探讨， 建立了北京夏季高温天气的概念模型；方宇凌等[5]对2003 年夏季华南持续高温天气过程进行了热力诊断；张宇等[6]指出2013 年7 月南方异常持续高温与西太平洋副热带高压异常密切相关。本文针对2018 年7 月吉林省出现的持续性大范围异常高温天气， 研究此次高温天气的成因， 并讨论相同环流背景下最高气温出现空间差异的原因。

2 资料与方法

文中使用吉林省50 个自动气象站逐日平均气温、 最高气温、 最低气温观测资料和1981—2018 年NCEP/NCAR 2.5°×2.5°再分析资料。 将5站以上日最高气温≥32℃定义为一个高温日。

西太平洋副热带高压西脊点用500hPa 高度场588dagpm 线的经度位置进行统计；南亚高压东脊点使用100hPa 高度场1 676dagpm 线的经度位置进行统计。

3 高温天气概况

2018 年7 月19—24 日，吉林省连续6d 出现高温天气，其中4d 超过1/3 站点（17 个站）出现高温天气；24 日全省50 站均出现高温。 19—23 日，吉林省平均日最高气温呈上升趋势，23 日达到峰值，为34℃。 吉林省6d 平均日最高气温及最高气温极值空间分布基本一致（图1），吉林省西南部及东部较高，又以延边地区东部最高，其平均日最高气温超过34℃，最高气温极值超过36℃。

图1 2018 年7 月19—24 日平均最高气温（a，填色区大于32℃）及最高气温极值分布（b，单位：℃）

进一步分析此次高温天气的极端性，7 月19—24 日平均日最高气温、 平均日最低气温、日平均气温分别为32.5℃、22.7℃、27.2℃， 均突破1951 年 以 来 历 史 同 期 极 值 （32.4℃、22.4℃、26.7℃）。 统计2018 年7 月19—24 日省内各站平均最高气温距平均表现为正值，中西部距平为3～5℃，延边地区距平达到8～9℃；比较各站建站以来同期平均最高气温，共计19 站平均最高气温排在历史同期第1 位，排名第2 位的达到17 站，排名前5 的站数占96%。

总之，2018 年7 月19—24 日吉林省的高温天气强度之强、范围之大、持续时间之长自1951年以来罕见。

4 高温天气的环流背景

7 月19 日500 hPa 形势场贝加尔湖附近有一大陆高压脊存在， 西太平洋副热带高压强盛。 20日大陆高压脊东移与西太平洋副热带高压合并形成强盛的高压脊，高压脊伴有0℃暖中心。 21—24日，高压脊及暖中心自西向东缓慢移动，持续影响吉林省。

从588dagpm 线动态图（图2a）来看，19—22日西太平洋副热带高压呈纬向型带状分布， 其北界位于45°N 左右， 且稳定少动， 西伸脊点位于109°E～110°E， 中心强度始终维持在592dagpm。23—24 日， 副热带高压转为经向型块状分布，中心强度减弱为588dagpm 并略有南落。 分析2018年7 月19—24 日西太平洋副热带高压脊线指数，西太平洋副热带高压较常年明显偏北， 脊线最北达 到35°N 左 右。 从2018 年7 月19—24 日500hPa 平均高度场及其距平场（图2b）可以看到，东北地区存在明显的高度场正距平， 西太平洋副热带高压较常年明显偏西、偏北、偏强。偏北、偏强的副热带高压致使西风槽北缩，冷空气影响减弱，明显偏西的副热带高压切断了水汽向吉林省的输送，不利于高空湿度的增加和云系的形成。

图2 2018 年7 月19—24 日588dagpm 线动态图（a）及500hPa 高度平均场及其距平（b，单位：dagpm）

综上可以看到， 贝加尔湖高压与异常的西太平洋副热带高压合并使得吉林省长时间受暖高压脊控制，是7 月19—24 日吉林省出现持续大范围罕见高温天气过程的主要原因。

5 西太平洋副热带高压异常的成因分析

5.1 平均经向环流异常

为分析太平洋越赤道气流，图3 给出了2018年7 月13—24 日80°E—180°E、20°S—20°N 逐日850hPa 经向风时间—经度剖面及其距平剖面。 由图3 可见，20°S—20°N 纬度带以持续的南风为主，并且80°E—135°E 范围内存在明显南风增强的特征。 偏强的越赤道气流推动西太平洋副热带高压北上，致使西太平洋副热带高压较常年明显偏北。

图3 2018 年7 月13—24 日80°E—180°E、20°S—20°N 逐日850hPa 经向风时间-经度剖面（a，单位：m/s）及其距平剖面（b，单位：m/s）

图4 为100°E—140°E、0°N—50°N，7 月19—24 日常年及2018 年的平均经向垂直环流图。 可见2018 年7 月19—24 日北半球Hadley 环流的上升支位于18°N 附近，较常年上升支位置（10°N附近） 明显偏北， 并且上升支强度较常年明显偏强，在辐合、辐射冷却作用后，空气下沉运动相应位置偏北，致使西太平洋副热带高压位置偏北。

图4 2018 年7 月19—24 日（a）及常年同期（b）平均经向垂直环流（箭头表示经向风，单位：m/s；填色表示上升速度，单位：10e-2·Pa-1·s-1）

5.2 南亚高压的影响

南亚高压对西太平洋副热带高压的东西振荡有一定的影响。 陶诗言[7]研究指出，夏季亚洲南部100hPa 环流型出现明显调整时，西太平洋副热带高压在中国大陆上出现一次明显进退过程。 南亚高压东脊点采用1 676dagpm 表示，西太平洋副热带高压西脊点用588dagpm 表示。 2018 年7 月，南亚高压东脊点异常持续偏东， 同时西太平洋副热带高压西脊点异常持续偏西， 南亚高压东脊点和西太平洋副热带高压西脊点呈现出同进同退的特征， 西太洋平副热带高压持续异常偏西与南亚高压持续异常偏东有很好的对应关系。

6 高温天气空间分布差异的成因分析

分析大气环流形势发现， 吉林省均处于有利于高温天气出现的影响条件之下。 计算2018 年7月19—24 日全省50 站平均日最高气温与最低气温差，总体分布与平均日最高气温基本一致，呈现东部气温变化最大，达到10～14.5℃；西部次之，为8.5～10℃； 中部最小， 仅为7～8.5℃。 为什么7 月19—24 日高温天气的分布会出现西部及东部最高气温高，而中部最高气温相对低的空间差异呢？

根据简化后的热流量方程：

式中，-V·塄T 为温度平流项；-ω（γd-γ）为垂直运动项；为非绝热因子项。 以此对某一地方的温度变化进行讨论。

6.1 温度平流对气温局地变化的影响

图5a 是2018 年7 月17—26 日40.5°N—46.5°N、121.5°E—131.5°E 范围内温度平流区域平均的时间—高度剖面。 吉林省区域内基本受暖平流影响， 暖平流深厚，25 日开始吉林省受冷平流影响，高温天气缓解。

图5b 给出了7 月17—26 日850 hPa 温度平流沿43°N 时间剖面。 吉林省西部18 日及20—22日有两次暖平流活动， 暖平流中心均位于吉林省西部，19—20 日有一次冷平流活动， 因冷暖平流交替影响，不利于西部累积升温；吉林省中部同样存在冷暖平流的交替活动， 并且暖平流强度小于西部，致使其气温累积升温幅度最小；而吉林省东部基本持续受暖平流影响， 暖平流维持的时间更长，对于东部的累积升温是十分有利的。

6.2 垂直运动对气温局地变化的影响

垂直运动对局地气温影响， 主要是通过垂直运动的方向、强度和大气的稳定度来实现的[8]。

沿43°N 对7 月19—24 日平均假相当位温进行垂直剖面，可以看到在110°E—130°E，假相当位温均随高度升高而增大， 基本上吉林省范围内大气层结均是稳定的，即γd-γ＞0。

计算2018 年7 月19—24 日平均的925hPa和200hPa 散度场。 200hPa 上吉林省大部分地区是辐合区，辐合中心位于朝鲜半岛附近，吉林省省内辐合强度自西向东增强；925hPa 上， 吉林省西部为辐合区，吉林省中东部为辐散区，辐散中心位于吉林省与朝鲜半岛交界处， 东部辐散强度强于中部，中东部地区低层辐散、高层辐合使其上空存在明显下沉运动。因此，垂直运动对于吉林省西部高温天气没有明显贡献， 对于吉林省中部和东部出现高温天气是有正贡献的， 且延边东部地区下沉运动强度最强。

6.3 非绝热因子对气温局地变化的影响

从2018 年7 月19—24 日逐日12:00 卫星云图可以看出，19—24 日白天吉林省东部天空状况始终保持晴空或少云状态， 地面获得更多太阳辐射持续加温，有利于东部地区出现高温天气；而吉林省西部和中部在20 日及24 日白天天空有云，减弱了地面获得的太阳辐射， 因此吉林省西部和中部的累积升温较东部低。

从逐日地面感热通量空间分布来看 （图6），吉林省东部7 月19—24 日均存在感热通量大值区，其值达到100～140W/m2，地面辐射对大气加热贡献明显强于西部及中部地区； 西部虽然在7 月19—20 日地面辐射作用为负贡献， 但21—24 日连续多日存在20～60W/m2感热通量正值区， 对其气温升高有较明显的正贡献；中部地区19—24 日感热通量始终处于-40～40W/m2的低正值区或负值区， 地面辐射对大气加热贡献明显小于西部和东部，致使其最高气温较其他地区偏低。

吉林省西部位于大兴安岭背风坡， 延边地区为盆地地形， 因此以上两个区域因地形所产生的下沉增温对气温升高有一定增幅作用。

此外，分析2018 年7 月19—24 日850hPa 平均相对湿度发现， 吉林省中部较西部和东部相对湿度偏高，不利于空气加温，因此吉林省西部和东部最高气温高于中部。

7 结语

（1） 吉林省此次持续大范围异常高温天气与西太平洋副热带高压、 贝加尔湖高压脊合并形成强盛暖高压脊的天气背景有关。

（2）西太平副热带高压异常偏西、偏北、偏强有利于高温天气的出现。 越赤道气流偏强、Hadley环流上升支异常偏北致使西太平洋副热带高压明显偏北、偏强；南亚高压整体异常偏东对西太平洋副热带高压异常偏西有明显影响。

（3）吉林省东部暖平流持续时间最长、晴空辐射增温及地面长波辐射最强，使其最高气温最高；中部暖平流持续时间、 晴空辐射增温及地面长波辐射强度均小于东部和西部， 因此其最高气温最低；西部和东部更干燥的空气、地形作用所产生的下沉增温也是造成其最高气温高于中部的原因。