莫乙冬,茍 楊,唐紅忠,潘啟學(xué)

(貴州省黔南布依族苗族自治州氣象局,貴州 都勻 558000)

0 引言

極端性高溫天氣是主要?dú)庀鬄?zāi)害之一,尤其是持續(xù)時(shí)間較長的極端性高溫對公眾的生產(chǎn)生活、交通運(yùn)輸以及供水供電等產(chǎn)生重要影響。目前,隨著全球氣候不斷變暖,極端性高溫事件出現(xiàn)頻次明顯增多。

一些學(xué)者對高溫及其部分影響因子進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)[1-5]:我國南方夏季異常高溫事件的發(fā)生與南亞高壓和西太平洋副熱帶高壓有極為密切的關(guān)系,而西太平洋副熱帶高壓的西伸常與南亞高壓東伸加強(qiáng)相匹配。Chen 等[6]分析發(fā)現(xiàn)中國南方高溫的異常與熱帶中東太平洋海溫異常有密不可分的關(guān)聯(lián)。王慧美等[7]的研究揭示了熱帶西大西洋暖SST異常能夠?qū)е陆系貐^(qū)高溫事件的發(fā)生與發(fā)展。

海溫在月尺度上的異常變化累積過后是否是海溫異常的年際變化,仍是目前需要深入研究的問題。更值得探討的是通過對海溫月尺度的演變特征進(jìn)行分析,是否可以為貴州省高溫事件的月內(nèi)預(yù)報(bào)提供一定的參考價(jià)值。因此,本文以貴州省2020年5月極端性高溫事件為例,深入研究熱帶大西洋海表面溫度在月尺度內(nèi)的變化對異常性高溫事件的影響,以期為貴州極端性高溫事件的預(yù)測提供一定的參考。

1 資料和方法

本文采用貴州省84站1981—2020年(共40 a)的日平均氣溫和最高氣溫資料、美國氣象環(huán)境預(yù)報(bào)中心的2.5°×2.5°逐日再分析高度場資料、美國國家海洋大氣管理局的0.25°×0.25°逐日海表面溫度資料。主要研究時(shí)段為1981—2020年,氣候態(tài)為1991—2020年30 a平均。所計(jì)算處理的溫度距平和SST異常都為同期30 a(1991—2020年)的異常結(jié)果。采用超前滯后相關(guān)、合成等分析方法,利用Student-t檢驗(yàn)判斷相關(guān)和合成結(jié)果的顯著性水平[8]。

2 2020年5月極端性高溫事件時(shí)空分布特征

2020年5月貴州省出現(xiàn)了極端性高溫事件(圖1a),極端高溫明顯,范圍基本涵蓋了整個(gè)貴州區(qū)域,通過計(jì)算該地區(qū)平均氣溫距平超過了1.8 ℃。為判斷2020年5月貴州平均氣溫的異常偏暖是否是由全球氣候變暖背景下的年代際升溫而引起的,計(jì)算了所有站點(diǎn)氣溫的線性變化趨勢,并將其去除后得到新的去趨勢后的平均氣溫距平(圖1b)。發(fā)現(xiàn)將線性升溫趨勢去除后貴州省的氣溫距平仍在0.8 ℃以上,預(yù)示在年際尺度上貴州2020年5月的高溫事件是明顯異常的。

圖1 2020 年貴州省5月平均氣溫距平(a)、去趨勢后的氣溫距平(b)、極端最高氣溫空間分布(c)

從2020年5月極端最高氣溫分布(圖1c)可見貴州省為顯著高溫區(qū),高溫范圍大,貴州省84個(gè)氣象觀測站最高氣溫均在30 ℃及以上,大部分站點(diǎn)最高氣溫超過35 ℃,其中,南部邊緣的羅甸、冊亨2站高溫尤為突出,最高氣溫超過40 ℃。5月4—9日、13—14日、18—20日持續(xù)高溫,大部分地區(qū)日最高氣溫持續(xù)超過35 ℃,貴州南部邊緣氣溫持續(xù)4 d(6—9日)超過40 ℃。5月極端日最高氣溫共有24個(gè)觀測站超過1981年以來的歷史極值,約占總站數(shù)的29%,累計(jì)有49站突破1981年以來5月歷史同期極值,約占總站數(shù)的58%。

貴州獨(dú)特的喀斯特地貌導(dǎo)致高溫事件在地理分布上差異明顯,高山站與河谷站的高溫差異大。為判別貴州省高溫事件是否為局地性事件,本文研究了高溫的逐日演變規(guī)律,計(jì)算了貴州省合成的逐日氣溫(圖2)。從逐日平均氣溫及其距平的演變(圖2a)可知,極端性高溫時(shí)段主要集中在5月上旬和中旬,上旬有4 d日平均氣溫突破25 ℃,共有13 d日平均氣溫距平超過2 ℃。因此,可以判定貴州此次高溫事件為區(qū)域性高溫事件。同時(shí),也發(fā)現(xiàn)此次高溫事件極端性極為顯著,5月8日貴州省合成日最高氣溫為33.8 ℃,較常年偏高9.8 ℃(圖2b),比較逐日最高氣溫和氣候平均態(tài)也具有顯著偏高的特點(diǎn)(圖2c)。

圖2 2020年5月貴州區(qū)域合成的逐日氣溫與其距平時(shí)間序列(a),逐日最高氣溫與其距平時(shí)間序列(b),逐日最高氣溫與氣候平均時(shí)間序列(c)

3 極端高溫事件期間大氣環(huán)流演變特征

圖3給出了2020年5月貴州省平均500hPa和200hPa大氣環(huán)流異常的合成結(jié)果。同氣候平均態(tài)比較可見,5880 gpm 等高線表示的副高異常偏強(qiáng),位于華南地區(qū)并且未被切斷,在一定程度上阻礙了暖濕氣流北上,更有利于晴熱少雨天氣出現(xiàn)。同時(shí),位勢高度距平顯示有大面積的正異常,這些均表明貴州極端高溫事件的發(fā)生存在有利的大氣環(huán)流背景相配合(圖3a)。由200 hPa異常的合成結(jié)果分析得出,南亞高壓范圍明顯擴(kuò)大,強(qiáng)度顯著增強(qiáng)(圖3b)。而南亞高壓和西太平洋副熱帶高壓在不同高度上異常配合,可導(dǎo)致深厚的高壓系統(tǒng)異常控制中國南方地區(qū),進(jìn)一步導(dǎo)致高溫異常的出現(xiàn)[5]。

圖3 2020 年貴州省5月500 hPa(a)和200 hPa(b)位勢高度場及其距平(單位:gpm)

圖4 2020年貴州省5月10～30°N平均200 hPa 等壓面上的12500 gpm(a),500 hPa 等壓面上的5880 gpm(b)等高線的逐日變化

圖5 2020年5月高溫事件發(fā)生期合成的SST異常(填色,單位:℃)空間分布(斜線區(qū)域表示達(dá)到 95%的置信水平,黑框表示3個(gè)關(guān)鍵SST異常區(qū),從左到右分別為北印度洋、熱帶中東太平洋、熱帶西大西洋)

圖6 2020年5月熱帶大西洋(10°S～10°N)SST距平逐日演變(a),2020年5月熱帶西大西洋(10°S～10°N,60～35°W)SST距平與貴州逐日氣溫距平序列的超前滯后相關(guān)性(b)綠線表示相關(guān)系數(shù)達(dá)到 99% 的置信水平,橫坐標(biāo)負(fù)(正)值表示大西洋SST超前(滯后)貴州氣溫的時(shí)間

同時(shí)有顯著的正負(fù)相間的波列結(jié)構(gòu)在北半球中高緯地區(qū)對流層上層存在(圖 3b),歐洲為負(fù)異常,西西伯利亞為正異常,鄂霍茨克海為負(fù)異常,這種波列結(jié)構(gòu)與 Wang等[9]研究得到的熱帶大西洋SST異常激起的中高緯度歐亞大陸 Rossby 波列結(jié)構(gòu)相似度較高,表明貴州省極端性高溫事件的出現(xiàn)與熱帶大西洋SST的異常存在一定程度的關(guān)聯(lián),因此,下文做了相應(yīng)的分析。

為更深入地研究西太平洋副熱帶高壓和南亞高壓的演變,分析2020年5月10～30°N平均12500 gpm 和5880 gpm 等高線的逐日變化特征(圖 4),以此來研究南亞高壓與西太副高的東、西變動(dòng)。2020年5月西太副高向西擴(kuò)展的區(qū)域顯著偏大,尤其在5月上旬明顯西伸增強(qiáng),西伸脊點(diǎn)甚至超過100°E ,之后開始東退,這對應(yīng)著高溫天氣的持續(xù)和緩解。南亞高壓向東伸展的時(shí)間與極端性高溫事件的發(fā)生時(shí)間基本吻合。這2個(gè)高壓系統(tǒng)相互配合的情況形成深厚的高壓異常,有助于貴州高溫事件的發(fā)生。

4 熱帶西大西洋SST信號的異常演變及其影響

熱帶西大西洋(Wang等[9])、北印度洋(Liu等[10])以及熱帶東太平洋(Hu等[11])3個(gè)關(guān)鍵海域的SST異常對中國南方地區(qū)氣溫的異常有著至關(guān)重要的聯(lián)系。貴州2020年5月極端性高溫事件期間海溫的異常合成結(jié)果存在與年際尺度相一致的海溫異常關(guān)鍵區(qū),熱帶西大西洋和北印度洋的SST呈現(xiàn)出異常偏暖的現(xiàn)象,熱帶中東太平洋SST則表現(xiàn)出了顯著偏冷的態(tài)勢(圖 5)。由此推斷在月尺度上,貴州省此次極端性高溫事件的出現(xiàn)與這幾個(gè)關(guān)鍵區(qū)海溫的異常有著一定程度的關(guān)聯(lián)。

通過以上分析研究,我們更加關(guān)注熱帶大西洋海溫的異常信號對此次高溫事件的影響,因此,重點(diǎn)分析了此次極端性高溫事件期間熱帶西大西洋關(guān)鍵區(qū)(10°S～10°N,60～35°W)(圖 6),以期探討熱帶西大西洋SST異常在月尺度上的演變趨勢是否也是此次貴州極端高溫事件重要的關(guān)聯(lián)因素之一。分析2020年5月熱帶大西洋海溫異常的強(qiáng)度和范圍逐日演變特征得出,熱帶西大西洋地區(qū)在高溫事件期間整體表現(xiàn)為SST正異常,并且在4月中旬存在顯著階段性增強(qiáng),較貴州極端高溫事件發(fā)生提前約15 d左右。通過分析得到熱帶西大西洋關(guān)鍵海域SST距平序列與貴州省氣溫距平序列的超前滯后相關(guān)分析結(jié)果(圖 6b),表明熱帶西大西洋SST異常超前貴州高溫14 d時(shí)其正相關(guān)系數(shù)達(dá)到最大為0.61,超過99%的置信水平,也證明了熱帶西大西洋SST月內(nèi)異常增暖或許是觸發(fā)貴州省極端性高溫事件出現(xiàn)、發(fā)展的一個(gè)原因,同時(shí),SST異常增暖過程比高溫事件提前約14 d,有一定的前期指示意義。

5 小結(jié)

本文以2020年5月貴州省極端性高溫事件為例,分析影響此次貴州省極端性高溫事件發(fā)生和持續(xù)的大氣環(huán)流背景,利用超前滯后相關(guān)等方法重點(diǎn)分析研究熱帶西大西洋海表面溫度的月內(nèi)演變對貴州省2020年5月極端性高溫事件的影響。

(1)2020年5月貴州省約有29%的站點(diǎn)極端日最高氣溫超過1981年以來歷史極值,約58%的站點(diǎn)突破1981年以來5月同期歷史極值,西太平洋副熱帶高壓為異常西擴(kuò)加強(qiáng)態(tài)勢,伴隨南亞高壓東伸增強(qiáng),2個(gè)高壓在不同高度上的配合導(dǎo)致異常深厚高壓的出現(xiàn),觸發(fā)此次貴州極端性高溫事件發(fā)生。

(2) 2020年5月在歐亞大陸中高緯對流層上層有明顯的Rossby波列結(jié)構(gòu),有助于貴州極端性高溫事件出現(xiàn)。

(3)熱帶西大西洋SST在月尺度內(nèi)異常階段性增暖,可作為貴州省極端性高溫天氣發(fā)生的重要前期信號,并且增暖過程比高溫事件發(fā)生提前約14 d,有一定的前期指示意義。

本文僅對此次極端性高溫事件進(jìn)行了基礎(chǔ)的個(gè)例分析,相類似的海溫異常演變是否具有普遍性有待于今后更多案例的深入研究,從而為類似極端高溫事件預(yù)測提供有益的參考。