張嬌 王東勇 童金 余金龍 徐怡 鄭淋淋 陶瑋

摘要 基于安徽省1961—2017年逐日地面最高氣溫資料，采用Mann-Kendall法對(duì)安徽省高溫天氣事件進(jìn)行突變分析，發(fā)現(xiàn)安徽省2000年后高溫事件明顯增加。為分析安徽省酷熱天氣特征和產(chǎn)生機(jī)理，文中挑選了35～37 ℃高溫天氣個(gè)例對(duì)比分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1）500 hPa西太平洋副高位置和850 hPa氣溫對(duì)酷熱天氣預(yù)報(bào)的指示性最好。2）受西太平洋副熱帶高壓不同位置控制，安徽省增溫機(jī)制不同：當(dāng)為高壓中心控制時(shí)，太陽輻射在增溫過程中起決定性作用，安徽省易出現(xiàn)酷熱天氣;當(dāng)高壓中心位于海上，脊線位于安徽省附近時(shí)，安徽省高溫強(qiáng)度較弱。通過酷熱天氣個(gè)例研究和合成平均分析，文中總結(jié)了安徽省酷熱天氣預(yù)報(bào)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞酷熱天氣;西太平洋副熱帶高壓;850 hPa氣溫;因子估算;預(yù)報(bào)指標(biāo)

安徽省東鄰南京，西鄰武漢兩大火爐，是酷熱天氣的高發(fā)區(qū)域，酷熱天氣對(duì)安徽省電力、農(nóng)業(yè)及醫(yī)療等方面都有不利影響（付偉等，2014）。IPCC（2007）指出近50 a來已經(jīng)觀測(cè)到了極端溫度大范圍的變化。在極端高溫的界定上，主要有兩種方法：一是采用百分位相對(duì)閾值法（唐恬等，2014），但李慶祥和黃嘉佑（2011）指出我國夏季最高氣溫序列大部分臺(tái)站既不遵從均勻分布，也不遵從正態(tài)分布，在用此方法進(jìn)行極值統(tǒng)計(jì)時(shí)用有一定弊端;另一種是采用35、38和40 ℃的絕對(duì)閾值（鄧自旺等，2000;姜榮等，2016），這種劃分方法無論在科研上還是在國家局及省市的高溫預(yù)警、預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中都較為普遍，各行業(yè)對(duì)高溫天氣的認(rèn)知也都基于絕對(duì)閾值。在全球變暖的背景下，目前對(duì)極端高溫酷熱天氣的關(guān)注度已非常高（Bonsal et al.，2001;Ke and Wen，2009;Iqbal et al.，2016）。鄧自旺等（2000）發(fā)現(xiàn)1980年以來隨著全球氣候的快速增暖，長江三角洲極端高溫事件（EHTE）發(fā)生的頻數(shù)有增加的趨勢(shì)。很多研究發(fā)現(xiàn)1960年以來華東地區(qū)最高氣溫的演變以“高-低-高”的年代際振蕩為主（侯依玲和陳葆德，2009;史軍等，2009），但張英華等（2016）在研究中國東部夏季極端高溫的空間分布特征中發(fā)現(xiàn)，江淮、黃淮地區(qū)極端高溫增多趨勢(shì)并不是很明顯，甚至出現(xiàn)減少趨勢(shì)。安徽省位于江淮之間，同時(shí)又位于我國華東西部，靠近華中地區(qū)，極端氣溫變化究竟遵循什么樣的規(guī)律，是否有明顯的年代際變化還需要深入分析。對(duì)于極端高溫天氣時(shí)空分布特征目前也有很多研究：史印山等（2009）發(fā)現(xiàn)京津冀地區(qū)40 ℃以上的極端高溫天氣90%以上都出現(xiàn)在6、7月。梁梅和吳立廣（2015）發(fā)現(xiàn)淮河以北地區(qū)的極端高溫天氣主要集中在6、7月，而以南的區(qū)域主要集中在7、8月。不同區(qū)域，極端高溫天氣的天氣氣候背景有明顯差異。連志鸞和王麗榮（2003）分析了2002年夏季石家莊兩類歷史極端高溫成因，發(fā)現(xiàn)大陸暖高壓和副熱帶高壓（下文簡稱副高）暖氣團(tuán)控制是造成兩類高溫出現(xiàn)的根本原因。賀哲等（2007）發(fā)現(xiàn)2005年6月22—23日鄭州出現(xiàn)的40 ℃以上的極端高溫天氣是由河套高壓和副熱帶急流兩系統(tǒng)相互作用引起的強(qiáng)下沉氣流造成。鄒海波等（2015）發(fā)現(xiàn)偏強(qiáng)的下沉運(yùn)動(dòng)會(huì)使空中云雨減少，地表吸收的太陽短波輻射偏強(qiáng)，地表溫度偏高，地表向上的感熱通量和長波輻射也隨之增大。任永建等（2012）發(fā)現(xiàn)低海拔的臺(tái)站極端高溫發(fā)生的頻率偏多。譚紅建和蔡榕碩（2015）發(fā)現(xiàn)近10 a來，西太平副高明顯西伸有利于夏季中國南方城市的極端高溫事件的頻繁發(fā)生。目前對(duì)于淮河以北地區(qū)極端高溫酷熱天氣的發(fā)生機(jī)理已經(jīng)有了很深入的研究，但對(duì)于沿淮淮河以南地區(qū)，許多研究指出西太平洋副高較強(qiáng)時(shí)該區(qū)域易出現(xiàn)高溫天氣，但高溫天氣與降雨一樣，也有強(qiáng)弱之分，副高控制的高溫天氣的強(qiáng)弱、范圍與副高的強(qiáng)度、范圍、位置哪些指標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系好·高溫預(yù)報(bào)，尤其是酷熱天氣預(yù)報(bào)中的關(guān)鍵因子是什么·在西太平洋副高不同位置控制下的高溫天氣形成機(jī)理是否一致等，均需要聯(lián)系預(yù)報(bào)實(shí)務(wù)進(jìn)行深入研究。

1 資料和方法

應(yīng)用1961—2017年逐日08時(shí)—次日08時(shí)安徽省72站高溫整編資料。NCEP 2.5°×2.5°再分析高度場(chǎng)、氣溫和風(fēng)場(chǎng)資料以及2013年和2002年NCEP 1°×1°網(wǎng)格距再分析高度場(chǎng)、氣溫和風(fēng)場(chǎng)資料。文中依據(jù)安徽省氣象臺(tái)發(fā)布黃色、橙色和紅色預(yù)警信號(hào)的氣溫值對(duì)安徽省高溫進(jìn)行界定，大于等于35 ℃為高溫天氣，大于等于37 ℃為極端高溫天氣，大于等于40 ℃為酷熱天氣。同時(shí)規(guī)定安徽省72站中出現(xiàn)大于等于36個(gè)市縣大于等于35 ℃的高溫天氣時(shí)為一個(gè)高溫日，出現(xiàn)大于等于18個(gè)市縣大于等于37 ℃的高溫天氣時(shí)為一個(gè)極端高溫日，出現(xiàn)大于等于9個(gè)市縣大于等于40 ℃的高溫天氣時(shí)為一個(gè)酷熱日。

在計(jì)算太陽輻射值時(shí)應(yīng)用了2013年8月11日安徽省合肥站和江蘇省南京市以及2002年8月3日合肥站的太陽靜輻射能值。

文中應(yīng)用Mann-Kendall法對(duì)安徽省高溫天氣和極端高溫天氣事件進(jìn)行氣候突變檢驗(yàn)（魏鳳英，1999）。該方法可以明確突變開始時(shí)間，并指出突變區(qū)域。

在安徽省極端高溫天氣因子估算中采用文獻(xiàn)（朱乾根等，2000）中熱力學(xué)公式：

Tt=-v·T-（Yd-Y）·ω+1cpdQdT。（1）

2 安徽省極端高溫天氣分布特征

2.1 安徽省最高氣溫極值分布特征

圖1為1961—2017年安徽省80個(gè)市縣最高氣溫最大值分布，可以發(fā)現(xiàn)安徽省1961年以來的最高氣溫出現(xiàn)在大別山區(qū)的霍山，達(dá)到43.3 ℃。全省最高氣溫極大值的高值區(qū)分布在安徽省淮河以北地區(qū)北部、大別山區(qū)和皖南低海拔山區(qū)以及合肥、蕪湖和馬鞍山等人口密集城市，極值普遍在41～43 ℃之間，其中大別山區(qū)和皖南山區(qū)低海拔山區(qū)站點(diǎn)的平均海拔高度值約95 m，海拔最低在江南西部的東至縣為23 m，最高在安徽東部旌德縣218 m;黃山、九華山和岳西高海拔山區(qū)高溫最大值分別為28.1 ℃（海拔1 841 m）、36.1 ℃（海拔648 m）和38.8 ℃（海拔435 m）;其他大部分市縣高溫極大值普遍在40～41 ℃。從高溫極值的分布年份來看，全省80個(gè)市縣高溫極值有25個(gè)出現(xiàn)在2013年，其次是2017年和1967年各9個(gè)市縣，1966和1988年各8個(gè)市縣，2003年7個(gè)市縣，其余年份均小于3個(gè)市縣，安徽省80市縣中高溫極值出現(xiàn)在2000年后的共43個(gè)，占所有市縣的54%，表明近年來極端高溫出現(xiàn)范圍或頻次明顯增大。

2.2 安徽省高溫和極端高溫天氣時(shí)間分布特征

在統(tǒng)計(jì)安徽省高溫日數(shù)中，按照前文資料方法統(tǒng)計(jì)安徽省的高溫日、極端高溫日和和酷熱日。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用Mann-Kendall法（魏鳳英，1999）統(tǒng)計(jì)了1961—2017年安徽省高溫日的年分布特征，圖中Uf是按時(shí)間序列順序計(jì)算的高溫事件統(tǒng)計(jì)量序列，可以表征高溫事件隨時(shí)間的增減，Ub為時(shí)間序列逆序，其與Uf交叉點(diǎn)的值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間一般為氣候突變點(diǎn)。兩圖中Uf值均在2000年后開始大于0并持續(xù)增大，Uf時(shí)間曲線和Ub時(shí)間序列逆序相交于2000年，同時(shí)圖2a中Uf值在2013年后都接近或超過了α=1.64的0.1信度檢驗(yàn);圖2b中Uf值2013年后均達(dá)到或超過α=1.64的0.1信度的顯著性水平檢驗(yàn)，2017年值為1.98，已達(dá)到0.05信度的顯著性水平檢驗(yàn)。以上分析說明安徽省高溫事件和極端高溫事件在2000年發(fā)生突變，2000年后有增加趨勢(shì)，尤其2013年后顯著增加。酷熱日數(shù)用此方法無突變點(diǎn)，總體呈上升趨勢(shì)。1961—2017年共有27個(gè)酷熱日，其中2000年后有15個(gè)，將近56%，尤其是2013年和2017年，極端高溫日明顯偏多，2013年連續(xù)8天酷熱日，為歷史酷熱日最多年份。

3 安徽省酷熱天氣區(qū)域劃分

為進(jìn)一步分析安徽省酷熱天氣的區(qū)域特征，將27個(gè)酷熱天氣個(gè)例進(jìn)行區(qū)域劃分?；春雍烷L江將安徽省天然劃分為5個(gè)區(qū)域：淮北地區(qū)、沿淮、江淮之間、沿江和江南。統(tǒng)計(jì)27個(gè)極端高溫酷熱天氣每個(gè)個(gè)例5個(gè)區(qū)域極端高溫站點(diǎn)占當(dāng)日所有極端高溫站點(diǎn)的百分率，因?yàn)闅鉁胤植加幸欢ǖ倪B續(xù)性，因此統(tǒng)計(jì)時(shí)分別從北到南和從南到北進(jìn)行百分率累加，累加百分率超過80%，并且累加超過80%的區(qū)域中每一區(qū)域的酷熱站點(diǎn)達(dá)到或超過總的酷熱站數(shù)的15%，則認(rèn)為該區(qū)域?yàn)榭釤崽鞖獾闹饕l(fā)生區(qū)域，結(jié)果發(fā)現(xiàn)安徽省酷熱天氣的分布模態(tài)主要有三種：沿淮淮河以南（15個(gè)個(gè)例）、沿江江南（7個(gè)個(gè)例），沿淮淮北（3個(gè)個(gè)例）、這三種分布特征的個(gè)例累加有25個(gè)。由以上個(gè)例統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)安徽省酷熱天氣以沿淮淮河以南類型最多，近年來最強(qiáng)的一次出現(xiàn)在2017年7月27日（圖3a）;其次是沿江江南類，近年來最強(qiáng)的一次出現(xiàn)在2013年8月10日（圖3b）。安徽省地跨兩個(gè)氣候帶，淮北地區(qū)屬于暖溫帶，而淮河以南屬于亞熱帶，因此在高溫分布上首先表現(xiàn)為沿淮淮北地區(qū)與沿淮淮河以南的時(shí)空劃分，從時(shí)間分布來看沿淮淮北地區(qū)的酷熱天氣均發(fā)生在6月副高較弱時(shí)段，而沿淮淮河以南則均出現(xiàn)在7—8月，副高強(qiáng)盛期，這兩種極端高溫天氣的影響系統(tǒng)明顯不同，對(duì)于沿淮淮北地區(qū)極端高溫天氣的發(fā)生機(jī)理，文獻(xiàn)（張迎新和張守保，2009;任晨辰等，2017;高麗等，2019;李崇銀等，2019）已有深入的分析研究，指出在500 hPa西北氣流的控制下，非絕熱加熱和西北氣流下的垂直輸送項(xiàng)比較重要，因此文中不再贅述。文中將主要分析副高控制下的沿淮淮河以南和沿江江南這兩個(gè)安徽省有代表性區(qū)域分布特征的極端高溫天氣的主要因子。其中沿淮淮河以南區(qū)域中的1966年的4個(gè)個(gè)例并非典型的副高控制天氣形勢(shì)，在進(jìn)行合成平均時(shí)予以剔除。1966年8月6—9日安徽省連續(xù)4 d高溫，尤其是大別山區(qū)的霍山連續(xù)4 d≥42 ℃，其中8月9日43.3 ℃，為安徽省最高氣溫。這4 d的天氣形勢(shì)并非為西太平洋副熱帶高壓中心控制，而為西太平洋副熱帶高壓西北側(cè)的西南風(fēng)影響，早晨最低氣溫普遍在25 ℃左右，日溫差較大，平流增溫也并不明顯，大別山區(qū)上空850 hPa最高氣溫在23～24 ℃，氣溫值并不很高。1966年無太陽輻射資料，1966年后此天氣形勢(shì)下未出現(xiàn)酷熱天氣，因此目前還無法計(jì)算該天氣形勢(shì)下增溫原因，但山區(qū)特殊的地理性質(zhì)所導(dǎo)致的比熱容差異很可能是其迅速增溫的一個(gè)重要原因。

為分析酷熱天氣的主要因子，對(duì)比了沿淮淮河以南和沿江江南較弱高溫天氣的形勢(shì)和要素特征，挑選了1961—2017年所有較弱（35～37 ℃）的高溫天氣過程，同樣采用百分率累加方法劃分區(qū)域。沿淮淮河以南的個(gè)例選取，要求7—8月的日最高氣溫值在35～37 ℃之間的站數(shù)≥36站，全省沒有超過37 ℃站點(diǎn)，沿淮淮河以南的高溫站數(shù)占所有高溫站數(shù)的百分率≥85%，同時(shí)沿江江南的高溫百分率小于80%，1961—2017年符合以上條件的個(gè)例共13例。沿江江南高溫個(gè)例選取沿江江南7—8月的日最高氣溫值在35～37 ℃的站數(shù)≥23站的高溫日（小于此數(shù)，個(gè)例數(shù)成倍增長），且沿江江南35～37 ℃高溫站數(shù)占所有高溫站數(shù)的百分率≥80%，全省無37 ℃以上高溫，達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)例共6個(gè)。

4 安徽省酷熱天氣與35～37 ℃高溫天氣的對(duì)比

4.1 不同區(qū)域40 ℃以上酷熱天氣與35～37 ℃高溫天氣500 hPa高度對(duì)比

圖4分別給出了沿淮淮河以南出現(xiàn)≥40 ℃高溫（11個(gè)例）與出現(xiàn)35～37 ℃高溫天氣（13個(gè)例）和沿江江南出現(xiàn)≥40 ℃高溫天氣（7個(gè)例）與出現(xiàn)35～37 ℃高溫天氣（6個(gè)例）的500 hPa高度和850 hPa氣溫的平均場(chǎng)合成分布。從500 hPa高度分析可以發(fā)現(xiàn)，酷熱天氣時(shí)西太平洋副熱帶高壓的590 dagpm均控制安徽省淮河以南上空，沿淮淮河以南類的西太平洋副熱帶高壓中心位于沿淮淮河以南，而沿江江南類的副高中心僅接近沿江江南地區(qū)，中心位置偏東，位于120°～135°E、27°～33°N附近。35～37 ℃高溫天氣，588 dagpm恰好對(duì)應(yīng)高溫天氣的出現(xiàn)區(qū)域，副高中心都沒有伸展到我國大陸，位于海上。沿淮淮河以南類無論是≥40 ℃酷熱天氣還是35～37 ℃的高溫天氣，西太平洋副高脊線在安徽省上空的位置均位于30°～31°N附近。沿江江南類≥40 ℃酷熱天氣，西太平洋副高脊線位于安徽南邊界附近;35～37 ℃的高溫天氣，西太平洋副高脊線的位置明顯偏南，位于江西和浙江中部地區(qū)。

4.2 不同區(qū)域40 ℃以上酷熱天氣與35～37 ℃高溫天氣850 hPa氣溫對(duì)比

在預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，安徽省高溫天氣（某一區(qū)域氣溫普遍達(dá)到或超過35 ℃）的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)為850 hPa處溫度大于等于20 ℃;700 hPa處溫度大于等于12 ℃;500 hPa處溫度大于等于-4 ℃。由圖3可以發(fā)現(xiàn)，安徽省兩個(gè)區(qū)域35～37 ℃的高溫天氣850 hPa上空都為超過22 ℃的高溫中心，此值略大于安徽省35 ℃以上高溫天氣850 hPa處溫度大于等于20 ℃的經(jīng)驗(yàn)閾值，這很可能與文中所選取個(gè)例均需要較大范圍，因此平均值比安徽省經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)的最低閾值略偏高。對(duì)于酷熱天氣，安徽省無歷史經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)可遵循，但從圖3可以看出兩個(gè)區(qū)域酷熱天氣，淮河以南上空850 hPa氣溫均為高值中心，氣溫值均超過25 ℃。

為在高溫天氣預(yù)報(bào)中，能給預(yù)報(bào)員更詳細(xì)的參考，表1給出了文中統(tǒng)計(jì)的27個(gè)酷熱天氣每個(gè)個(gè)例超過40 ℃的站點(diǎn)數(shù)以及副高和850 hPa氣溫特征。表2根據(jù)文中所分析的500 hPa和850 hPa的平均特征，以及表1中的個(gè)例分析，總結(jié)了安徽省淮河以南和江南地區(qū)酷熱天氣、35～37 ℃高溫天氣的基本特征，為安徽省不同區(qū)域、不同程度高溫天氣的預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)，同時(shí)也可作為我國副高控制天氣形勢(shì)下高溫天氣預(yù)報(bào)的參考。

4.3 850 hPa高溫中心與西太平洋副熱帶高壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系

由圖4可以發(fā)現(xiàn)，酷熱天氣時(shí)850 hPa高溫中心比500 hPa西太平洋副熱帶高壓中心位置沿脊線向偏西方向平移。淮河以南35～37 ℃的高溫天氣時(shí)，華東地區(qū)的850 hPa高溫中心位于大陸的西太平洋副熱帶高壓脊線附近，沿江江南類35～37 ℃的高溫天氣時(shí)，850 hPa高溫中心位于588 dagpm線以南及西太平洋副熱帶高壓脊線以北的安徽境內(nèi)，這很可能由于該形勢(shì)下西太平洋副熱帶高壓的西北側(cè)同時(shí)有西風(fēng)槽影響，因此加大了副高與槽前區(qū)域的等高線密度，加大了此處的風(fēng)速，進(jìn)而使此處的暖平流增溫作用增大，形成高溫中心。從圖4還可以發(fā)現(xiàn)，盡管江蘇省更接近西太平洋副熱帶高壓中心，但可能由于江蘇近海，受海洋氣溫的調(diào)節(jié)，其850 hPa的氣溫要略低于安徽、湖北及江西北部區(qū)域。該結(jié)論與史軍等（2009）的結(jié)論：“華東日平均最高氣溫在華東中西部的浙江、安徽和江西大部分地區(qū)較高”有相似之處。

同樣對(duì)酷熱天氣的700 hPa和500 hPa氣溫值進(jìn)行以上的分區(qū)平均分析，發(fā)現(xiàn)這兩層氣溫高值中心與地面酷熱天氣區(qū)域的對(duì)應(yīng)關(guān)系并不好，并且不同個(gè)例氣溫最大值跨度也很大。因此從中低層氣溫場(chǎng)對(duì)高溫或酷熱天氣的指示效果來看，850 hPa氣溫的預(yù)報(bào)性最好，酷熱天氣時(shí)安徽省上空850 hPa最高氣溫值普遍大于25 ℃，在25～27 ℃之間，跨度較小，并且高溫區(qū)域與地面酷熱區(qū)域?qū)?yīng)關(guān)系也較好。

5 安徽省酷熱天氣因子估算及與35～37 ℃高溫天氣因子對(duì)比

為了進(jìn)一步分析西太平洋副熱帶高壓控制下安徽省酷熱天氣與35～37℃高溫天氣的主要影響因子，需要對(duì)兩種強(qiáng)度高溫天氣的主要影響因子進(jìn)行定量分析。

5.1 酷熱天氣因子估算

當(dāng)氣壓變化小，地面氣溫的局地變化主要取決于溫度平流、垂直輸送和非絕熱加熱因子（式（1））。為分析酷熱天氣的主要因子，以2013年8月11日為例，選取40 ℃以上極端氣溫頻率出現(xiàn)最高的區(qū)域118°E附近，應(yīng)用NCEP 1°×1°再分析資料，分別繪制了此過程氣溫平流、垂直速度分布。

5.1.1 平流作用分析

由118°E溫度平流剖面（圖5a）可以看出在600 hPa以下，高溫區(qū)域（118°E，30°～33°N）14時(shí)的溫度平流值普遍在-1×10-5～1×10-5K/S，即6 h由溫度平流引起的變化在-0.22～0.22 ℃之間，由溫度平流引起的溫度變化相對(duì)較小。

5.1.2 氣流下沉引起的增溫

圖5b中31°～33°N，500～1 000 hPa黑線為14時(shí)不同層次的副高脊線分布，脊線以南為東南風(fēng)，以北為西南風(fēng)，由圖中可以發(fā)現(xiàn)脊線下方為下沉運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)區(qū)域，從500 hPa至1 000 hPa脊線位置逐漸偏南，相對(duì)應(yīng)下沉速度最大區(qū)域也逐漸南移，在32°N附近700 hPa以下下沉速度最大為0.4 Pa/s，下沉氣流最明顯的層次為800～925 hPa，兩層高度差為2 041-761=1 280 m，氣溫差為31.5-20.5=11 ℃，r=0.86 ℃/（100 m），由垂直運(yùn)動(dòng)項(xiàng)公式（Yd-Y）·ω可以估算30°N附近由氣團(tuán)下沉引起的升溫：0.4/9.8×3 600×（1-0.86）/100=0.21 ℃/h，以4～6 h估算，引起的增溫為：0.8～1.3 ℃，即1 ℃左右。

5.1.3 太陽輻射增溫

在夏季，氣溫的局地變化中非常重要的一項(xiàng)為非絕熱加熱項(xiàng)，公式為：ΔTΔt=gcp·ΔEΔp

，其中cp為干空氣的定壓比熱。E為Z氣層的凈輻射能。安徽省的地面太陽凈輻射觀測(cè)站只有合肥站，因此參考合肥站太陽凈輻射能值，E為14.26×106 J/m2，850 hPa以上從08時(shí)至14時(shí)氣溫變化均小于0.5 ℃，即850 hPa以上各層的凈輻射為零，從地面到850 hPa氣壓差為989-850=139 hPa，代入公式計(jì)算可得08—14時(shí)由太陽輻射引起的增溫為6 ℃。若參考南京站的凈輻射能值，E為17.25×106 J/m2，則由太陽輻射引起的增溫約為7 ℃。

5.2 酷熱天氣與35～37 ℃高溫天氣因子對(duì)比

以離合肥較近的馬鞍山站分析，該站2013年8月11日早晨08時(shí)氣溫為33℃，由氣流下沉引起的增溫為1 ℃左右，由非絕熱加熱引起的增溫為6～7 ℃，以上結(jié)果總和恰好可達(dá)到40 ℃左右的高溫極值。由于500 hPa至1 000 hPa副高脊線向偏南方向移動(dòng)，因此安徽省酷熱天氣發(fā)生區(qū)域不僅對(duì)應(yīng)500 hPa脊線附近的下沉區(qū)域，與500 hPa脊線以南的區(qū)域?qū)?yīng)也較好。從同日全省14時(shí)的氣溫對(duì)比來看，副高脊線下方下沉氣流最旺盛的區(qū)域?qū)?yīng)的地面高溫普遍比同緯度、相似海拔其他區(qū)域偏高1 ℃，與由下沉增溫引起的氣溫增加估算值相當(dāng)。此外，該日安徽省江南東部地區(qū)08時(shí)早晨氣溫明顯低于平原地區(qū)2～4 ℃，但至14時(shí)，該區(qū)域氣溫相對(duì)于同緯度平原地區(qū)偏高，達(dá)到41 ℃，此區(qū)域?yàn)榘不帐⊥钅仙絽^(qū)，海拔普遍在200 m左右。馬紅云等（2018）指出不同下墊面升溫程度不同。山區(qū)的地理性質(zhì)，使其比熱容值一般比平原地區(qū)小，因此無論是夜晚降溫還是白天升溫都要快于、強(qiáng)于平原地區(qū)。

應(yīng)用以上方法同樣估算淮河以南地區(qū)35～37 ℃的高溫天氣20020803個(gè)例的影響因子：平流項(xiàng)增溫：0.2 ℃;太陽輻射增溫：2.3 ℃;下沉增溫：3 ℃;08時(shí)氣溫為28.6 ℃，累加以上各主要因子項(xiàng)，估算14時(shí)最高氣溫為34.1 ℃，接近當(dāng)日的最高氣溫35.7 ℃。由各項(xiàng)估值大小可以發(fā)現(xiàn)，該天氣形勢(shì)下，太陽輻射增溫值明顯小于酷熱天氣形勢(shì)的值，與下沉增溫值大小相近。

6 安徽省高溫酷熱天氣指標(biāo)

目前對(duì)極端高溫天氣的氣溫預(yù)報(bào)，模式都存在較大誤差（吳乃庚等，2017）。以2013和2017年為例，兩個(gè)年份酷熱天氣累加共計(jì)12 d，ECMWF的地面2 m氣溫預(yù)報(bào)中，這12 d的前10 d的共計(jì)120個(gè)時(shí)次的預(yù)報(bào)中，安徽省沿淮淮河以南所有格點(diǎn)中出現(xiàn)≥1個(gè)格點(diǎn)40 ℃以上高溫的時(shí)次僅3次，并且預(yù)報(bào)位置與實(shí)際40 ℃以上酷熱區(qū)域位置不符合，尤其2017年酷熱天氣的144～240 h預(yù)報(bào)中，預(yù)報(bào)氣溫值僅在35～36 ℃左右。因此酷熱天氣的預(yù)報(bào)，如果僅依賴于各數(shù)值預(yù)報(bào)模式的2 m氣溫預(yù)報(bào)有一定弊端。前文分析40 ℃以上酷熱天氣預(yù)報(bào)的重要因子為：500 hPa西太平洋副熱帶高壓中心位置和850 hPa氣溫，這兩因子在數(shù)值預(yù)報(bào)中穩(wěn)定度都相對(duì)較高，可以作為預(yù)報(bào)參考。

應(yīng)用表1中安徽省1961—2017年所有酷熱天氣500 hPa高度場(chǎng)和850 hPa氣溫特征，同時(shí)結(jié)合圖4a、b的高度場(chǎng)和氣溫特征，篩選安徽省酷熱天氣預(yù)報(bào)指標(biāo)：選取NCEP2.5°×2.5°格點(diǎn)資料，115°～120°E、30°～35°N區(qū)域內(nèi)共9個(gè)格點(diǎn)，對(duì)500 hPa高度和850 hPa氣溫組合實(shí)驗(yàn)，最終確定850 hPa氣溫場(chǎng)上≥23 ℃的格點(diǎn)數(shù)≥6，并且≥24.5 ℃的格點(diǎn)數(shù)≥4或≥25.5 ℃的格點(diǎn)數(shù)≥2，同時(shí)要求120°E 500 hPa副高脊線位置在30°～35°N之間（500 hPa緯向風(fēng)等于0）并且9個(gè)格點(diǎn)中500 hPa高度最大值≥592 dagpm，則記錄為該日達(dá)到出現(xiàn)酷熱天氣的指標(biāo)（表3）。按照以上條件進(jìn)行檢索，1961—2017年達(dá)到指標(biāo)的日數(shù)共56 d，在達(dá)到指標(biāo)的日期中發(fā)現(xiàn)，27個(gè)極端高溫天氣個(gè)例中除了3個(gè)淮北酷熱天氣和1966幾個(gè)非副高控制類的酷熱天氣，其余個(gè)例全部能通過以上指標(biāo)檢索出，并且在檢索出的56個(gè)日數(shù)中，其中連續(xù)三天達(dá)到指標(biāo)的過程中超過40 ℃的站點(diǎn)數(shù)均≥4站，過程中出現(xiàn)≥10站的酷熱天氣的概率達(dá)到87%。在連續(xù)3 d都達(dá)到指標(biāo)的所有過程中，只有2013年8月6日在第一天達(dá)到指標(biāo)就出現(xiàn)酷熱天氣，其余所有過程第一天達(dá)到指標(biāo)時(shí)都未出現(xiàn)10站以上40 ℃的酷熱天氣，甚至有些過程，當(dāng)天并沒有出現(xiàn)40 ℃以上高溫天氣，但從第二天起，全部都滿足出現(xiàn)40 ℃以上極端高溫天氣，說明滿足指標(biāo)持續(xù)時(shí)間越長，越有利于出現(xiàn)酷熱天氣。在應(yīng)用此指標(biāo)時(shí)同時(shí)要參考指標(biāo)出現(xiàn)的日期是否連續(xù)，如連續(xù)多天出現(xiàn)該指標(biāo)，則出現(xiàn)較大范圍的酷熱天氣的可能性大一些，而僅僅1～2 d出現(xiàn)該指標(biāo)，則可能局部地區(qū)出現(xiàn)40 ℃以上的酷熱天氣或會(huì)出現(xiàn)空?qǐng)?bào)，因此在預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，要同時(shí)考慮指標(biāo)的連續(xù)性應(yīng)用。

7 結(jié)論

1）1961—2017年安徽省高溫極大值中心分布在安徽省淮河以北地區(qū)北部、大別山區(qū)和皖南山區(qū)的低海拔地區(qū)以及合肥、蕪湖、馬鞍山等人口密集城市，極值普遍超過41 ℃。安徽省極端高溫事件在2000年發(fā)生突變，2000年后極端高溫事件增加尤為明顯。2013年高溫天氣范圍最大，極端性最強(qiáng)，其次是2017年和1967年。

2）安徽省沿淮淮河以南和沿江江南酷熱天氣主要發(fā)生在西太平洋副熱帶高壓控制的天氣形勢(shì)下，普遍出現(xiàn)在7—8月?？釤崽鞖鈺r(shí)，酷熱區(qū)域上空500 hPa平均位勢(shì)高度超過590 dagpm。安徽省沿淮淮河以南區(qū)域無論酷熱天氣還是35～37 ℃的高溫天氣，副高脊線在安徽省上空的平均位置均位于30～31°N附近，但酷熱天氣時(shí)副高中心位于安徽省南部，而35～37 ℃的高溫天氣時(shí)副高中心位于海上。沿江江南區(qū)域酷熱天氣時(shí)副高中心位于安徽南邊界附近;35～37 ℃高溫天氣副高脊線位于江西和浙江中部地區(qū)，副高中心位于海上。

3）850 hPa氣溫中心與地面高溫中心對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。安徽省酷熱天氣時(shí)，850 hPa高溫中心都超過25 ℃;35～37 ℃的高溫時(shí)，850 hPa平均氣溫為22 ℃，850 hPa氣溫中心與西太平洋副熱帶高壓中心西側(cè)伸向大陸脊線附近區(qū)域的對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。

4）安徽省處于副高的不同位置，增溫機(jī)制不同：當(dāng)安徽省為副高中心控制時(shí)，太陽輻射在增溫過程中起決定性作用，下沉增溫值相對(duì)較小，安徽省易出現(xiàn)酷熱天氣;當(dāng)副高中心位于海上，安徽省位于副高脊線附近時(shí)，太陽輻射增溫與下沉增溫值大小相近，對(duì)應(yīng)安徽省高溫天氣強(qiáng)度較弱。

5）文中融合了酷熱天氣預(yù)報(bào)中的關(guān)鍵因子，形成了安徽省酷熱天氣預(yù)報(bào)的客觀指標(biāo)，但在應(yīng)用時(shí)要同時(shí)結(jié)合指標(biāo)的持續(xù)日數(shù)進(jìn)行預(yù)報(bào)。文中指標(biāo)及所總結(jié)的安徽省酷熱天氣預(yù)報(bào)關(guān)鍵因子也可作為華東中西部副高控制區(qū)域高溫天氣預(yù)報(bào)的參考。

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Analysis and forecast indexes of extreme hot weather in Anhui Province

ZHANG Jiao1，WANG Dongyong1，TONG Jin1，YU Jinlong2，XU Yi1，ZHENG Linlin1，TAO Wei1

1Key Lab of Strong Weather Analysis and Forecast，Anhui Meteorological Observatory，Hefei 230031，China;

2Anhui Key Lab of Atmospheric Science and Satellite Remote Sensing，Anhui Institute of Meteorological，Hefei 230031，China

Based on the daily maximum ground temperature data in Anhui Province from 1961 to 2017，the mutation analysis of high temperature events in Anhui Province was carried out by using Mann Kendall method，and it was found that the high temperature events increased significantly after 2000.In order to analyze the characteristics and mechanism of the extreme hot weather in Anhui Province，35—37 ℃ high temperature weather cases were selected for comparative analysis.The results showed that：（1） location of subtropical high in the Western Pacific at 500 hPa and temperature at 850 hPa were the best indicators for surface high temperature prediction.（2） As the center of the western Pacific subtropical high was at different locations，the warming mechanism in Anhui Province was obviously different.If the area was controlled by the center of the subtropical high，the heat caused by solar radiation was much larger than that from the airflow subsidence，thus Anhui Province was prone to experience extreme hot weather.When the center of the western Pacific subtropical high was over the sea and Anhui Province was near its ridge，the intensity of high temperature weather was much weaker in Anhui Province.Based on case study and composite average analysis，the paper summarized the forecast indexes of extreme hot weather in Anhui Province.

extreme hot weather;the Western Pacific Subtropical High;850 hPa temperature;factor estimation;forecast index

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20190718001

（責(zé)任編輯：張福穎）