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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