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华北地区夏季高温闷热天气特征的分析

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维普资讯 http://www.cqvip.com 第12卷第3期 2007年5月 气候与环境研究 Vo1.12 No.3 Mav 2007 Climatic and Environmental Research 华北地区夏季 吉 日 同皿 闷热天气特征的分析 卫 捷 孙建华 中国科学院大气物理研究所,北京100029 摘要 依照日最高温度(了 )超过35℃为高温天气、最低温度(了 )超过25℃为闷热天气的定义,首先,讨论 2o世纪5o年代以后华北地区夏季高温和闷热天气的变化特点及其大气环流的统计特征,并将高温、闷热天气分为高 温、高温并闷热以及闷热这3类过程。之后,挑选1999和2002年夏季发生的3类过程进行个例分析。6O年代,夏季 亚洲中高纬500 hPa高度场在乌拉尔山、贝加尔湖及鄂霍茨克海地区分别出现长波槽、脊及槽的环流占优势,华北地 区易受高压脊的控制,出现了高温但不闷热天气的一个高峰。9o年代,夏季亚洲中高纬地区,再次出现类似6o 年代的环流,而且,盛夏西太平洋副热带高压的影响可以向北扩展到华北东部地区。华北地区受高压脊、西太 平洋副高或两者共同影响,出现高温闷热天气并重的峰值时段。华北地区夏季出现的3类高温天气过程,亚洲中高 纬度的大气环流在空间分布、垂直结构以及湿度和大气稳定度等方面存在明显差异。最后,利用反映温度、湿 度及风速大小等气象要素对人体影响的体感温度,分析了这些要素对高温闷热天气的综合影响。 关键词 文章编号高温闷热大气环流高压副热带高压 中图分类号P434 文献标识码A 1006-9585(2007)03-0453-11 The Analysis of Summer Heat Wave and Sultry Weather in North China WEI Jie and SUN Jian-Hua Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029 Abstract This work studies the heat wave,defined as the daily maximum temperature了 ≥35℃,and the sul— try weather,defined as the daily minimum temperature丁删 ≥25℃in summer over North China.Their variation during the past several decades and atmospheric circulation characteristics are discussed.Three cases of heat wave and sultry weather,occurred in June and July 1999 as well as late July 2002,are analyzed for their circulation and weather systems.In the 1960s,during summer when there was circulation over Asian mid—high latitude on 500 hPa, a high pressure ridge controlled most part of northern China,while a low pressure trough developed over Ural Mountain and Okhotsk Sea,the high pressure ridge leads to heat wave in northern China.In the 1 990s,during sum— met the combined influence of the high pressure ridge similar to the circulation in the 1 960s and the western Pacific subtropical high lead to both heat wave and sultry weather in northern China.The circulation and weather systems of the three cases differ in terms of the spacial distribution.vertical structure as well as the characteristics of humidi— ty and stability.This work uses the apparent temperature(AT)to discuss the case of sultry weather. Key words heat wave and sultry weather,atmospheric circulation,continental high,subtropical high 1 引言 我国定义日最高温度( )超过35℃为高 温天气、日最低温度( )超过25℃为闷热天 气 。高温闷热天气是一种灾害性天气,可造 成电力负荷持续升高、供水紧张,对工农业生产 收稿日期2007—03—06收到,2007—04—10收到修定稿 资助项目 国家科技部科技奥运项目2001BA904B09和中国科学院奥运科技项目KACX1—02 作者简介卫捷,女,1966年出生,博士,高级工程师,主要从事气候变化与预测方面的研究。E-mail:wjie@mail.iap.ac.cn 维普资讯 http://www.cqvip.com 气454 候与环境研究 12卷 Vo1.12 Climatic and Environmental Research 有很大影响。高温闷热会使人体不适,影响生理、 心理健康,引发疾病甚至导致死亡。 带高压的控制_1 ,受不同性质的高压脊控制, 产生高温天气的特征也会不同,有必要剖析这两 类高压系统对华北地区夏季高温影响的特点。此 外,由于高温闷热天气不仅与气温有关,还与湿 度与风力大小有关,需要在高温闷热天气分析中 综合考虑它们的影响。 本文首先利用华北地区北京、天津、石家庄、 太原、济南和青岛1961 ̄2004年夏季逐日最高和 最低气温资料,分析夏季高温与闷热日数的变化 在华北,特别是华北东部地区每年夏季都会出 现高温闷热天气,对华北地区高温闷热天气的研究以 某个地区的高温天气统计及其大气环流分析居 多_2叫]。张尚印等_1]指出北京、石家庄和济南夏季高 温日数在20世纪60 ̄70年代初偏多;70 ̄90年代初 偏少;90年代后期高温日数显著偏多。他们认为在 90年代后期,夏季西太平洋副热带高压脊线位置偏 北,副高控制华北地区,造成了华北地区高温日数和 高温过程偏多。谢庄等_4]利用北京1940 ̄1992年7 月的逐日最低和最高气温资料,发现40年代以来夏 特点及其大气环流特征,讨论高温和闷热天气出 现年代际变化不同步的可能原因。然后,以北京 高温、闷热天气过程为主,对近几十年的高温闷 热天气进行分型,并对每种天气型选择典型个例 进行了具体分析。 季最高气温呈下降趋势,而最低气温则缓陧增加。王 迎春等_2]统计分析了北京地区夏季高温闷热天气的季 节内分布特征,指出高温天气主要集中在6月下旬和 7月,而闷热天气约3/4以上集中在7月中旬至8月 上旬。谢庄等_5]研究了1999年夏季华北和北京持续 性高温酷暑天气的环流特征,孙建华等_6]对1999年 6、7月华北的两段高温过程进行了模拟研究。郑祚 芳等_7]探讨了河套高压的形成机理及其与北京高温天 气的联系,钱婷婷等_8]也指出河套高压所伴随的晴空 区辐射增温和绝热增温有利于北京持续性高温天气的 形成。华北其他地区夏季高温及闷热天气的分析得出 的主要结论基本上与北京一致 。 2华北地区高温闷热天气的年代际 与年际变化 2.1 华北地区夏季平均气温的变化 根据国家“九五”项目“我国短期气候预测 系统的研究”在华北地区均匀选取17个代表站 (承德、北京、天津、石家庄、德州、邢台、安 阳、烟台、青岛、潍坊、济南、临沂、荷泽、郑 州、长治、太原、临汾),将各站夏季气温距平进 近50年华北地区夏季高温总日数的变化呈双 行算术平均作为华北区域平均的气温距平(图1)。 对于华北地区,20世纪50年代夏季平均气温以基 本正常或偏低的年份居多,而60年代气温偏高 的年份较多。70年代气温又以偏低年份居多,到 了80年代至90年代初期气温在正常范围内波动。 自90年代中期以来气温表现出上升的趋势,特别 峰型_1],而最低气温则呈缓慢增加的特点_4],因 此,需要进一步综合分析近几十年高温和闷热总 日数的变化,研究形成高温和闷热天气不同变化 特点的大气环流差异。华北地区高温闷热天气的 主要成因是受高空暖高压脊或西太平洋副热 图1 1951 ̄2006年夏季气温距平(直方:华北17站平均,曲线:北京) Fig.1 The anomalies of temperature in the summer from 1951 2006,the mean anomalies of temperature of 17 stations in North China (bar)and Beijing(curve) 维普资讯 http://www.cqvip.com 3期 No.3 卫捷等:华北地区夏季高温闷热天气特征的分析 455 WEI Jie.et aI.The Analysis of Summer Heat Wave and Sultry Weather in North China 是1997 ̄2002年夏季连续6年气温偏高。北京地 区夏季平均气温的变化与华北地区基本一致,只 是单站气温的变率更大而已,而且,从90年代中 期开始气温显著偏高的特点更明显,1999~2006 年夏季连续8年气温偏高。 ℃为闷热天气的定义,对北京、天津、石家庄、 济南、青岛和太原1960 ̄2004年夏季高温与闷热 日数进行统计。结果显示:地处太行山以东、燕 山以南的华北东部地区,在60 ̄70年代初高温发 生的频率较高,另一个高峰出现在90年代中后期 (图2)。北京高温天气发生频率最高的年份出现在 1965、1999和2000年,为20天以上(图2a), 2.2华北地区夏季最高和最低气温的变化 按照 超过35℃为高温天气、Tm 超过25 Year 图2 1960 ̄2004年夏季(6~8月)高温天气日数(实线)和闷热天气日数(虚线):(a)北京;(b)天津;(c)石家庄;(d)济南; (e)青岛;(f)太原 Fig.2 The days of heat wave(solid line)and sultry weather(dashed line)in the summer from 1960 2004:(a)Beijing ̄(b)Tianiin(c) Shijiazhuang;(d)Jinan;(e)Qingdao;(f)Taiyuan 维普资讯 http://www.cqvip.com 气456 候与环境研究 12卷 Vo1.12 Climatic and Environmenta1 Research 天津的高温Et数与北京基本相当(图2b)。石家 庄与济南的高温日数一般比北京、天津多5~10 天(图2c、d),虽然高温日数的高峰时段与北京、 天津基本一致,但高温天气发生频率最高的年份 有所不同,其中1968和1997年的峰值更明显 (30天左右)。地处黄海之滨的青岛夏季最高温度 很少能达到高温标准。对闷热天气日数的统计表 现出与高温日数变化不同的特点:北京只有90年 代中后期一个高峰。石家庄和济南的闷热天气都 呈现双峰变化的特征,而济南的闷热日数一般比 石家庄多5~10天,双峰的特点也更显著。地处 渤海之滨的天津闷热日数在60年代比石家庄多10 天左右,而90年代则少5天左右,年际变化突 出。青岛夏季闷热天气较多,年际变化也比较显 著,闷热天气发生频率最高的年份依次出现在 1967、1978和1994年。位于华北中西部的太原,J一幛l姒I:r, = 一,一潞~  一 _砉.~一岫苎玳n  一 一曙l}1一 脯~始起 ℃期日 一~睁。~弧。一睁 。弧一睁 孤。一睁 。一m 。 。弧~~。孤一 。 夏季高温日数在多数年份少于2天,90年代中后 。一孤~ 。期达到5天左右的峰值,且鲜有闷热天气(图 2f)。 综上所述,华北地区夏季高温闷热天气的分 析主要针对东部地区。此外,高温和闷热天气在 华北中北部8O年代前很少同时发生,8O年代以后 高温和闷热天气同时发生的概率显著增加;在华 北南部高温和闷热天气同时发生的概率较大。夏 季分月统计分析表明:华北地区高温一般出现在 6、7月,6、7月的高温日数各占夏季总高温日数 的50 左右8月很少出现高温天气。与高温天气 不同,华北的闷热天气主要集中在7、8月,6月 很少出现(图略)。 2.3 1960~2004年夏季北京的高温与闷热天气 过程 由图1和2可以看出,不论是夏季平均气温、 还是高温和闷热日数的变化,北京与华北地区基 本一致。北京的高温和闷热天气过程具有一定代 表性。 表1中列出了北京1960 ̄2004年夏季持续3 天以上的高温天气过程(其中持续3、4和5天的 过程分别为9、8和7次)。持续5天以上的过程 除1965年的一次外,其他都出现在1997年以后。 90年代北京共发生了4次持续时间超过5天的高 温天气过程:1997年7月8~15日,1999年6月 2 4日~7月2日,1 9 9 9年7月2 3~2 9日,200 2年  。。孤一睁 。一弧。~瓣 。 睁~。孤一 。弧一㈣ 。 孤㈣一 ㈣一~睁。 。 ~扎一睁。 。 叭 。一弧~ 弧。~一一。~ 。 孤 睁~。 。一~一 。 孤。一~ 一。 7月12 ̄17日,其中以1999年6月24日~7月2 日的时间最长,为9天。在表1中的高温过程中 有两次也是持续的闷热天气,1981年7月 20 ̄23日和1999年7月23~29日。1981年的这 次过程虽然最低温度较高,但最高温度只有35 ℃,而1999年的过程最高温度也很高,因此, 1999年7月23 ̄29日的过程是40年来北京最强 的高温闷热天气过程。对夏季北京的高温天气过 程进行大气环流特征与形成机理分析时,我们主 要分析1999年的这两次过程。 表2中列出了北京1960~2004年夏季持续3 天以上闷热天气的过程。持续闷热天气比持续高 温天气少的多,5天以上的过程只有5次,除 1981年的一次外,其他几次在90年代后期。60~ 70年代基本无持续3天以上的闷热天气。 。弧一维普资讯 http://www.cqvip.com 3期 NO.3 卫捷等:华北地区夏季高温闷热天气特征的分析 457 WEI Jie,et a1.The Analysis of Summer Heat Wave and Sultry Weather in North China 表2 1960 ̄2004年北京持续3天以上的闷热天气 Table 2 The durative sultry weather(the days of ≥25 ℃are more than 3 days1 in the summer from 1960 to 2004 in Beijing 根据1960 ̄2004年北京夏季高温天气过程普 查分析,以北京地区温度的变化为代表,将华北 地区的高温天气分为3种类型: (1)高温型:最高气温≥35℃,最低气温一 般≤25℃,1980年以前多发,6~7月中旬多发; (2)闷热型:最低气温≥25℃,最高气温高 一般≤35℃,1980年以后多发,8月多发; (3)高温闷热混合型:由高温型演变为闷热 型,或由闷热型转化为高温型,1980年以后多 发,7月多发。 1960 ̄2004年北京持续3天以上的24次高温 天气过程中,高温型占17次,混合型都发生在 1980年以后,有7次。持续闷热天气除1981年的 一次外,其他几次在90年代后期。在闷热天气过 程中(10次),也以混合型居多(7次),单纯的 闷热型仅有3次。 3华北地区高温天气的环流特征 20世纪60与90年代持续3天的高温天气过 程较多,而持续3天以上的闷热天气,除1981年 的一次外,其他几次均出现在90年代后期。潘婕 等ElZ,la]将夏季欧亚中高纬500 hPa高度场持续流 型划分为w、E、C型,其中C型的特点是乌拉 尔山、贝加尔湖及鄂霍茨克海地区分别为长波槽、 脊、槽。他们指出在60年代,C型过程出现的频 数最高,90年代为次高。这种夏季欧亚中高纬流 型的年代际变化是形成华北地区高温与闷热天气 变化特点的主要原因。60年代,华北地区易受大 陆高压脊的控制。当暖高压发展强盛时,在 其上空出现空气强烈下沉运动,空气块下沉(压 缩)引起绝热增温;另外,空气的绝热增温会造 成静力稳定度加大抑制云层发展,而高压区的低 空辐散会抑制水汽通量辐合和锋生过程,使得增 温更为显著。到了夜间,天空无云的状况使得辐 射降温很显著,造成昼夜温差很大。因而,华北 出现高温但不闷热的天气。90年代,夏季亚洲中 高纬度地区出现类似于60年代的环流,华北地区 常常受高压脊的控制;另一方面,1979年以 来的卫星观测显示南北两半球纬度在14。~45。之 间对流层明显变暖[1 ,与60年代相比,90年代 西太平洋副热带高压的影响明显向北、向西扩展 (图略)。盛夏西太平洋副高从海上伸向我国, 其北界(588 dagpm线)可以到达35。以北地区, 在这种情况下,地处副高西北边缘的华北东部地 区,虽受下沉气流控制产生增温,但因空气湿度 大、云较多,不利于气温在日间升温及夜间降温, 最高气温虽不是特别高,但最低气温多高于25 ℃。由此可见,90年代以来,夏季华北地区经常 受到高空暖高压脊、西太平洋副热带高压的 共同影响,容易产生既高温又闷热的灾害性天气。 鉴于NCEP/NCAR再分析资料可靠性分 析_】 ,华北地区高温天气的环流分析采用NCEP/ NCAR 1981 ̄2004年逐日和每6 h一次的再分析 资料。图3是利用华北6站平均的1981 ̄2004年 夏季高温和闷热日数,回归分析得到的同期500 hPa高度距平场。高温天气的环流主要特征是: 在欧亚中高纬地区,存在显著的正负相间的相关 波列,欧洲中北部为正距平区,乌拉尔山地区与鄂 霍茨克海西南地区为负距平区,贝加尔湖以南地 区为正距平区,其中心位于(40。N,110。E)以北 地区;40。N以南的西太平洋上,距平场呈现纬向 正负相问的分布,表示西太平洋副高可能位置偏 东(图3a)。与闷热天气对应的500 hPa高度距平 场上,欧亚40。N以北地区的相关波列并不清 楚,中心位于(40。N,120。E)附近的正距平区范 围更大、强度更强;而40。N以南的西太平洋上, 距平场出现北正南负的特点,表示西太平洋 副高呈带状,位置偏北偏西(图3 b)。华北地区 维普资讯 http://www.cqvip.com 气458 候与环境研究 12卷 VolI 12 Climatic and Environmental Research 图3 由1981 ̄2004年夏季华北地区6站平均的(a)高温日数和(b)闷热天气日数回归得到的500 hPa高度距平场(单位:dagpm, 深、浅阴影区分别表示正、负异常的信度大于9O 区域) Fig.3 The distributions of the 500 hPa geopotential height anomalies,regressed by the mean days of(a)heat wave and(b)sultry weath— er for 6 stations in the summer from 1981 to 2004(units:dagpm,light and heavy shading indicates negative and positive anomalies signifi— cantly greater than the 90%confidence level,respectively) 出现高温闷热混合型过程的环流,兼有高温和闷 热环流的特点。由于有从高温型演变为闷热型的, 也有由闷热型转化为高温型的等等情况,过程之 间的差异明显。 次高温天气过程最低气温皆在闷热天气标准以下 (最高为6月27日的24.5℃),属于高温型过程。 6月24日~7月2日的平均场显示,500 hPa (图略)的特点是在中高纬度(约60。N)乌拉尔 4典型高温和闷热天气过程的个例 分析 以上对高温和闷热天气的大气环流进行了统 计分析,下面选取1999和2002年发生的3类典 山脉以西的欧洲,为一较强的脊所控制,而 俄罗斯亚洲沿岸也为一脊,其间西伯利亚为一宽 槽。在中纬度(约40 ̄50。N)里海至巴尔喀什湖 为一槽,而在朝鲜半岛至日本还为另一槽,在上 述二槽之间我国北方地区及蒙古为高压脊所控制。 表面看,此高压脊甚至向东北远伸至外兴安岭, 型高温闷热天气过程进行个例分析。 (1)1999年6月24日~7月2日,北京高温 其实后者是西风带的脊,与前面讲的高压及高压 脊是两个系统。这在700 hPa(图4a)清楚,700 hPa与500hPa的情况大体相似,但值得注意的 过程持续9天,7月2日最高气温为39.3℃,此 图4 l999年6月24日~7月2日的平均环流:(a)700 hPa平均高度场(实线,单位:gpm)和温度场(虚线,单位:℃,阴影为地 形高度大于3 000 m);(b)200 hPa平均高度场和温度场 Fig.4 The mean circulation of 24 Jun一2 Jul 1999:(a)The geopotential height(solid line,units:gpm)and temperature on 700 hPa (dashed line,units:℃,shaded represents topography higher than 3 000 m);(b)the geopotential height and temperature on 200 hPa 维普资讯 http://www.cqvip.com

3期 NO.3 卫捷等:华北地区夏季高温闷热天气特征的分析 459 WEI Jie,et a1.The Analysis of Summer Heat Wave and Sultry Weather in North China 是,在700 hPa上,渤海至我国华北地区为一大 陆高压所控制,此高压位于日本海槽的槽后。 此槽将高压与外兴安岭的西风带高压脊明显 地分隔开,也把高压与西太平洋副高分隔开, 它们是3个系统,正是这一高压与华北及北 京的高温天气有联系。高层(200 hPa)高纬度地 区为一低槽,3O~5O。N地区为平直的西风气流, 表明华北的高压位于中低层(图4b)。 这次过程中低层的湿度很低(图5),特别是 中层,相对湿度为2O%~3O 9/5,而低层为4O9/6~ 6O ,仅在6月28日达到了7O%以上。7月3日 图5 1999年6月22日~7月4日的北京探空风场(单位: m・s )和相对湿度(%)分布 Fig.5 The distribution of horizontal wind(units:m・s一 ) 以后,高温天气结束,中低层的湿度迅速增大到 8o 以上。在高温持续过程中,低层为偏南风 (南风或西南风),中层为偏东风,高层为西风。6 月25目的探空观测显示,早上8时(北京时,下 and relative humidity(%)from 22 Jun to 4 Jul 1999 地区(约40~5O。N),乌拉尔地区为一脊,但是 比6月24日~7月2日个例的欧洲脊要弱,未达 同)只有部分出现逆温层,但很明显,早上出现 逆温层,日最高气温一般较高,整层较干,晚上 逆温层消失,2O时地面气温为35℃(图略)。 到阻塞的程度,而在其东边,我国北方地区与蒙 古一带有明显的脊区。在500 hPa上,我国北方 (2)1999年7月23 ̄29日,北京高温持续7 天,这段时期也达到闷热天气标准,是近5O年来 北京地区高温闷热并重,而且维持时间较长的一 次过程。其中,7月24日最高气温达42.2℃,达 甚至有5 880 gpm等高线围成的闭合高压中心, 显然它与其北的西风带脊不是一个系统,而是属 于热高压(这从700 hPa更能清楚看出)。在 此高压东侧,朝鲜半岛处为一槽,槽前为西太平 洋副热带高压。所以,高压与西太平洋副高, 很清楚为两个系统。700 hPa的情况(图6a)与 到了5o年来北京最高气温极值,同时,最低气温 也是最高(26.7℃)。 7月23~29日高温天气的形势为:500 hPa 500 hPa相近,值得注意的是也有一个闭合的 高压在中蒙边境,中心达到3 140 gpm,不过比个 例一的位置更偏西些,强度更大些。高层强大的 高压脊控制我国北方地区(图6b),从高压的强 上(图略)在中高纬度(约60。N)为两槽一脊 型,欧洲为一宽槽,而俄罗斯亚洲沿岸也为一槽 区,在二槽之间西伯利亚为一脊区。而在中纬度 图6 1999年7月23--29日的平均环流:(a)700 hPa平均高度场(实线,单位:gpm)和温度场(虚线,单位:℃,阴影为地形高度 大于3 000 m),(b)200 hPa平均高度场和温度场 Fig.6 The mean circulation of 23—29 Jul 1999: (a)The geopotential height(solid line,units:gpm)and temperature on 700 hPa (dashed line,units:℃,dark shaded represents topography higher than 3 000 m);(b)the geopotential height and temperature on 200 hPa 维普资讯 http://www.cqvip.com

气460 候与环境研究 12卷 Vol_12 Climatic and Environmental Research 度、控制范围和伸展高度来说,该个例是最强的。 与强大的高压系统相对应,此次高温天气过程范 围广,持续时间长,强度大,是近年来华北地区 出现的最强的过程。 与前次过程不同,这次过程探空观测对流层 中上层为东北风(图7),而前一次过程中层为东 北,高层为西风(图5)。这说明造成这次高温过 程的高压系统更深厚。此外,这次过程中低层的 湿度相对也要高。7月24日的探空观测显示,早 上低层逆温层为2℃,925 hPa的温度达到了32 ℃(图略),按照干绝热递减率,只要逆温层消 失,地面温度就可以达到37℃左右,事实上20 时地面气温接近40℃。 (3)2002年7月31日~8月4日华北东部地 区的高湿闷热天气(俗称“桑拿天气”),7月30 日~8月4日郑州最高气温为36.0℃,14时的平 均相对湿度为61 。以温湿度组合的闷热指数衡 量,石家庄出现了近50年最强的持续闷热高温天 气。 在高温、高湿且风力不大的气象条件下,人 体从原来的向大气辐射热量散热反过来变成大气 向人体辐射热量,感到非常难受。高温闷热天气 的定义不尽相同,本文所用的体感温度(Appar— ent Temperature,简称AT)是Steadman ̄16,17]在 20世纪70年代末提出的,以露点达到14℃为参 照值对温度进行订正:如果湿度比参照值高,AT 高于温度;反之,如果湿度比参照值低,AT低于 温度,两者的偏差与温度、湿度和风力的大小有 关,由Steadman提出的模型来控制。体感温度能 直观地反映出高湿闷热天气的特点,在美国和澳 大利亚应用于天气服务业务。 我们计算了北京市2002年夏季逐日02与14 时的体感温度(图8),在2002年夏季的绝大多数 时间,体感温度与相应时次的气温相差无几,6 月10 ̄13日出现了体感温度低于气温的情形。从 7月27日~8月4日,体感温度开始明显连续高 于气温,在这段时间里8月2日气温最高,达到 了34.8℃,对应14时的体感温度高达40.4℃,8 月2日的最低气温为27.2℃,2时的体感温度为 35.3℃,体感温度增加7℃左右。高湿闷热天气 虽不如高温天气的气温高,但由于体感温度高, 昼夜温差小,对人体的危害大于高温天气。 图7 1999年7月22 ̄31日北京探空风场(单位:m・s ) 和相对湿度( )分布 Fig.7 The distribution of horizontal wind(units:m・s一 ) and relative humidity( )from 22 to 31 Jul 1999 2002年7月下旬,在对流层高层中国的大部 分地区除东北和的北部外,都处于青藏高压 的控制下。从7月31日开始,副高控制华北的大 部分地区和长江中下游地区(图9a),巴尔喀什 湖以东的外蒙地区为一小脊,北京处于副高的边 缘地区,另外,从环流场上可以看到青藏高原东 侧有一小高压。8月1日,副高与小高压 打通。从1日0时到2日12时,该高压系统控制 中国北方以及长江流域的大部分地区,2日12时 以后,副高开始减弱,3日12时以后,副高逐渐 东退到海上。从3日12时开始,巴尔喀什湖以西 有一低槽沿青藏高压北侧东移,4日12时以后达 到华北地区(图9b),这股较强的冷空气使高温 闷热天气结束。对流层低层,副高西侧盛行偏南 风,副高西侧的西南气流可以将水汽输送到华北 地区,使对流层低层比较潮湿,华北地区多次出 现强对流天气。 南北剖面分析表明,副高的西侧和北侧盛行 西南风,副高及其边缘地区的低层(85O hPa以 下)湿度比较大,但高层较干。在中高层副高北 侧与西风带之间有一个300~400 km的高湿区。 对北京站高温期间观测探空的分析表明(图lo), 高温期间低层的湿度较大,而中层是较干的,在 低层的高湿层之上有一逆温层,此逆温层阻碍了 低层水汽的向上输送。逆温层的存在使低层大气 较稳定,对流抑制能量到达3oJ,但逆温层之上 维普资讯 http://www.cqvip.com 3期 No.3 卫捷等:华北地区夏季高温闷热天气特征的分析 461 WEI Jie,et a1.The Analysis of Summer Heat Wave and Sultry Weather in North China 45 0。 Jn J3(I暑 _l _40 0。 Jn苗 QuJ0_l_ 35 3O 25 20 15 lO 40 35 3O 25 20 15 10 l6 Jul Time 图8 2002年6~8月北京气温(直方)、露点(虚线)及体感温度(实线)(单位:℃):(a)02时,(b)14时 Fig.8 The daily temperature(bar)、dew point(dashed line)and apparent temperature(solid line)in the summer of 2002 in Beijing (a)0200 LST;(b)1400 LST 图9 2002年500 hPa位势高度场(实线,单位:gpm)和1 000 hPa相对湿度(阴影区为相对湿度大于9O 的区域):(a)7月31日, (b)8月4 El Fig.9 The geopotential height(solid line,units:dagpm)on 500 hPa and relative humidity on 1 000 hPa(shallow shaded is relative hu’ midity greater than 9O )for(a)31 Jul and(b)4 Aug 2002 对流有效位能达到2 665 J。这种层结的分布,如 遇合适的触发机制(冷空气的活动,局地的上升 运动)使对流有效位能释放,就会有强对流发展。 2002年7月30日~8月4日华北地区的闷热 5 主要结论 本文对华北地区近几十年夏季的高温与闷热 天气是历史上罕见的。这次过程与一般的高温闷 天气做了统计分析和个例诊断,主要的结论如下: (1)华北地区的高温天气在20世纪60和90 热天气不同,在500 hPa位势高度场上,西太平 洋副高的588 dagpm线向西伸到110。E、向北伸 展到40。N附近(图9a),华北大部在副高的影响 下,下沉气流和低层逆温抑制低层的水汽向高空 输送,造成近地面空气层中湿度较大,加上风比 年代出现两个高峰期。高温和闷热天气在华北中 北部80年代前很少同时发生,80年代以后高温和 闷热天气同时发生的概率显著增加;在华北南部 高温和闷热天气同时发生的概率还是比较大的。 较小,表现出最高和最低气温虽然不是很高,但 体感温度明显增加,形成湿热天气。 90年代中后期出现多次持续性高温和闷热并重的 过程。 维普资讯 http://www.cqvip.com

气462 候与环境研究 12卷 Vo1.12 Climatic and Environmental Research 、 一 {f l f /////}i l/  | |||||||\\| f | {| }| } i| 卜 l /|||||||| | Temperature/'C 图10 2002年7月31日O8时北京的探空曲线(粗实线:温 度,粗虚线:露点) Fig.10 Composite sounding on skew T-logp diagrams on 0800 LST 31 Jul 2002 in Beijing(bold solid line:temperature bold dashed line:dew-point) (2)夏季欧亚中高纬度环流与西太平洋副高 的年代际变化,是造成近40年来华北高温和闷热 日数变化不同步的主要原因。在20世纪60年代, 华北地区易受高压脊的控制,气温具有白天 升高而夜晚降低的特点,出现高温但不闷热的天 气。90年代,夏季亚洲中高纬出现类似于60年代 的环流,同时,盛夏受西太平洋副高影响的区域 明显向北、向西扩展,华北地区受到高压脊、 西太平洋副高的共同影响,容易产生既高温又闷 热的天气。 (3)典型高温闷热天气过程的个例分析表明: 不同类型的高温天气,其大气环流在空间分布、 垂直结构、以及湿度和大气稳定度等方面存在明 显差异。高温型一般多为高压控制,天气干 热;闷热型一般多为副高影响;高温闷热型多受 高压和副高的共同影响。 参考文献(References) [1] 张尚印,宋艳玲,张德宽,等.华北主要城市夏季高温气 候特征及评估方法.地理学报,2004,59(3):383 ̄390 Zhang Shangyin,Song Yanling,Zhang Dekuan,et a1.The climatic characteristics of high temperature and the assess— ment method in the large cities of Northern Chin ̄Acta Geographica Sinic(in Chinese),2004,59(3):383 ̄390 [2] 王迎春,葛国庆,陶祖钰.北京夏季高温闷热天气的气候 特征和2008夏季奥运.气象,2003,29(9):23 ̄27 Wang Yingchun,Ge Guoqing,Tao Zuyu.Climatic charac— teristics of estival muggy weather in Beijing related to 2008 Olympics.Meteorological Monthly(in Chinese),2003, 29(9):23 ̄27 [3] 郑水红,王守荣,王有民.气候灾害对北京可持续发展的 影响及对策.地理学报,2000,55(增刊):119~127 Zheng Shuihong,Wang Shourong,Wang Youmim Impacts of climate disaster on Beijing sustainable development and relevant strategies.Acta Geographica Sinic(in Chinese), 2000,55(Supp1.):119 ̄127 [4] 谢庄,曹鸿兴.北京最高和最低气温的非对称变化.气象 学报,1996,54(4):501 ̄507 Xie Zhuang,Cao Hongxing.The asymmetric trend of change in maximum and rninmum temperature in Bering. Acta Geographica Sinic(in Chinese),1996,54(4):501 ~5O7 … L 5 J 谢庄,崔继良,刘海涛,等.华北和北京的酷暑天气I. 历史概况及个例分析.气象与环境研究,1999,4(4) 323~333 Xie Zhuang,Cui Jiliang,Liu Haitao,et a1.A study on the severe hot weather in Beijing and North China.part I:Sta— tistics and synoptic case study.Climatic and Environmen— tal Research(in Chinese),1999,4(4):323 ̄333 [6] 孙建华,陈红,赵思雄,等.华北和北京的酷暑天气Ⅱ. 模拟试验和机理研究.气象与环境研究,1999,4(4); 334~345 Sun Jianhua,Chen Hong,Zhao Siixong et a1.A study on the severe hot weather in Beijing and North China.Part II: Simulation and analysis.Cliamtic and Environmental Re— search(in Chinese),1999,4(4):334 ̄345 [7] 郑祚芳,王迎春.北京夏季持续高温过程特征分析.气 象,2005,31(1O):16~2O Zheng Zuofang,Wang Yingchum A composite analysis of severe heat wave events in Beijing.MeteorologicalMonthly (in Chinese),2005,31(1O):16~2O [8] 钱婷婷,王迎春,郑祚芳,等.造成北京连续高温的河套 高压结构分析.应用气象学报,2005,16(2):167 ̄173 Qian Tingting,Wang Yingchun,Zheng Zuofang,et a1.A case study of the structure of the Hetao high which caused long-lasting hot weather in Beijing.Journal of Appllied Meteorological Science(in Chinese),2005,16(2):167~ 173 [9] 赵世林,车少静.石家庄的高温闷热天气.气象,2001, 27(9):23~25 维普资讯 http://www.cqvip.com 3期 No.3 卫捷等:华北地区夏季高温闷热天气特征的分析 463 WEI Jie,et a1.The Analysis of Summer Heat Wave and Sultry Weather in North China Zhao Shilin,Che Sha@ng.High temperature and muggy weather in Shijiazhuang city.Meteorological Monthly(in Chinese),2001,27(9):23 ̄25 [10] 连志鸾,尤凤春.石家庄高温闷热天气气候特征与预报方 法.气象,2005,31(6):17 ̄21 Lian Zhiluan,You Fengchu ̄Prediction of high hempera— ture and muggy in Shijiazhuang,Hebei Province.Meteoro— logical Monthly(in Chinese),2005,31(6):17 ̄21 [11] 陈志梅,刘秦玉,沈小野,等.青岛近百年气温变化特 征.中国海洋大学学报,2005,35(2):189~194 Chen Zhimei.“u Qinyu,Shen Xiaoye,et a1.The charac- teristics of temperature change in Qingdao during the past one hundred years.Periodicof ean Univerity of China (in Chinese),2005,35(2):189~194 E123 潘婕,王盘兴,纪立人.夏季欧亚中高纬持续流型特征 I.流型指数与持续流型.气象科学,2004,24(2): 127~136 Pan Jie,Wang Panxing,Ji Liren.Study on the summer— time persistent circulation pattern features over Asian-Eu— ropean mid—high latitude.Part I:circulation pattern index and persistent circulation pattern.Scientla Meteorologica Sinic(in Chinese),2004,24(2):127 ̄136 E13] 潘婕,彭京备,王盘兴,等.夏季欧亚中高纬持续流型特 征Ⅱ.年代际变化和外源强迫.气象科学,2004,24 (3):253~260 Pan Jie,Peng Jingbei,Wang Panxing,et a1.Study on the summertime persistent circulation pattern features over A— sian—European mid—high latitude.Part II:decadal variance and external source force.Scientla Meteorologica Sinic(in Chinese),2004,24(3):253 ̄260 [14] Fu Qiang,Johanson C M,Wallace J M,et a1.Enhanced mid-latitude tropospheric warming in satellite measure— ments.Science,2006,312(26):1179(2006),doi: 10.1126/science.1125566 [15] 黄刚.NCEP/NCAR和ERA-40再分析资料以及探空观测 资料分析中国北方地区年代际气候变化.气候与环境研 究,2006,11(3):310 ̄320 Huang Gang.The assessment and difference of the inter— decadal variations of climate change in Northern part of China with the NCEP/NCAR and ERA-40 reanalysis data. Climatic and Environmental Research(in Chinese),2006, 11(3):310 ̄320 [16] Steadman R G.The assessment of sultriness.Part I:A temperature humidity index based on human physiology and clothing science.J.Cliamte App1.Meteor.,1979, 18:861~873 [17] Steadman R G.The assessment of sultriness.Part II: Effects of wlnd,extra radiation and barometric pressure on apparent temperature.J.Cliamte App1.Meteor.,1 979, 18:874~885 

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