贵州省2020年5月极端性高温事件研究.pdf

第4 7 卷第4 期2023年8 月莫乙冬，苟杨，唐红忠，等.贵州省2 0 2 0 年5月极端性高温事件研究 J.中低纬山地气象，2 0 2 3，4 7（4）：8 7-91.中低纬山地气象Mid-low Latitude Mountain Meteorology贵州省2 0 2 0 年5月极端性高温事件研究Vol.47 No.4Aug,2023莫乙冬，苟方杨，唐红忠，潘启学（贵州省黔南布依族苗族自治州气象局，贵州都匀558 0 0 0)摘要：2 0 2 0 年5月贵州省出现极端高温天气事件，该文利用贵州省8 4 个气象观测站日平均气温和最高气温资料、美国气象环境预报中心的逐日再分析高度场资料以及美国海洋大气管理局的日平均海表面温度（SST)资料，利用超前滞后相关等方法分析贵州省2 0 2 0 年5月极端性高温事件。得出以下结论：（1)2 0 2 0 年5月贵州省约有2 9%的站点极端日最高气温超过了19 8 1年以来的历史极值，约58%的站点突破19 8 1年以来5月同期历史极值，西太平洋副热带高压异常西扩加强，同时伴随南亚高压东伸增强,2 个高压在不同高度上的配合导致异常深厚高压的出现,是此次贵州极端性高温事件发生的重要因素。（2）2 0 2 0 年5月在欧亚大陆中高纬对流层上层有明显的Rossby波列结构，有利于贵州极端性高温事件出现。（3）热带西大西洋SST在月尺度内异常阶段性增暖，可作为贵州省极端性高温天气发生的重要前期信号，并且增暖过程比高温事件提前约14d,具有一定的前期指示意义。关键词：极端高温；海温异常；超前滞后相关；大西洋中图分类号：P423文献标识码：BResearch on Extreme High Temperature Eventin May 2020 in Guizhou ProvinceMO Yidong,GOU Yang,TANG Hongzhong,PAN Qixue(Qiannan Buyei and Miao Autonmous Prefecture Meteorological Bureau of Guizhou Province,Duyun 558000,China)Abstract:An extreme hot weather event occurred in Guizhou Province in May 2020.In this paper,the dailymean and maximum temperature data of 84 meteorological observation stations in Guizhou Province,the daily re-analysis altitude field data of the Meteorological Environmental Prediction Center of the United States and the dailymean sea surface temperature(SST)data of the National Oceanic and Atmospheric Administration were used.Theextreme high temperature event in May 2020 in Guizhou Province was analyzed by using the methods of lead-lagcorrelation.The main conclusions obtained are as follows:(1)about 29%of the sites in Guizhou in May 2020exceeded the historical extreme value since 1981,and about 58%of the sites exceeded the same period since 1981(May).At the historical extreme,the West Pacific Subtropical High has shown an abnormally expanding westwardand strengthening trend.At the same time,it has been accompanied by an increase in the eastward extension of theSouth Asian High,which is an important factor to the occurrence of this extreme high temperature event inGuizhou.(2)The upper troposphere of the middle and high latitudes of the Eurasian continent showed a clearRossby wave train structure in May 2020,which is beneficial to the emergence of extreme high temperature eventsin Guizhou.(3)The abnormal phased warming of sea-level temperature in the tropical western Atlantic Ocean ona monthly scale can be an important early signal for the occurrence of extreme high temperature weather inGuizhou,and the warming process is about 14 days earlier than the high temperature event,which has certain earlyindications.收稿日期:2 0 2 2 -11-11第一作者简介：莫乙冬（19 9 5一），女，助工，主要从事短期天气预报工作，E-mail:。:87.第47 卷第4期2023年8 月Key words:extreme high temperature;sea surface temperature anomaly;lead-lag correlation;the Atlantic0引言极端性高温天气是主要气象灾害之一，尤其是持续时间较长的极端性高温对公众的生产生活、交通运输以及供水供电等产生重要影响。目前，随着全球气候不断变暖，极端性高温事件出现频次明显增多。一些学者对高温及其部分影响因子进行研究发现1-5：我国南方夏季异常高温事件的发生与南亚高压和西太平洋副热带高压有极为密切的关系，而西太平洋副热带高压的西伸常与南亚高压东伸加强相匹配。Chen等6 分析发现中国南方高温的异常与热带中东太平洋海温异常有密不可分的关联。王慧美等7 的研究揭示了热带西大西洋暖SST异常能够导致江南地区高温事件的发生与发展。海温在月尺度上的异常变化累积过后是否是海温异常的年际变化，仍是目前需要深人研究的问题。更值得探讨的是通过对海温月尺度的演变特征进行分析,是否可以为贵州省高温事件的月内预报提供一定的参考价值。因此,本文以贵州省2 0 2 0年5月极端性高温事件为例，深入研究热带大西洋海表面温度在月尺度内的变化对异常性高温事件的影响,以期为贵州极端性高温事件的预测提供一定的参考。1资料和方法本文采用贵州省8 4站19 8 12 0 2 0 年（共40 a)的日平均气温和最高气温资料、美国气象环境预报中心的2.52.5逐日再分析高度场资料、美国国家海洋大气管理局的0.2 50.2 5逐日海表面温度资料。主要研究时段为19 8 1一2 0 2 0 年，气候态为19912020年3 0 a平均。所计算处理的温度距平和SST异常都为同期3 0 a（19 9 12 0 2 0 年）的异常结果。采用超前滞后相关、合成等分析方法，利用Studentt 检验判断相关和合成结果的显著性水平8 。22020年5月极端性高温事件时空分布特征2020年5月贵州省出现了极端性高温事件（图1a）,极端高温明显，范围基本涵盖了整个贵州区域，通过计算该地区平均气温距平超过了1.8。为判断2 0 2 0 年5月贵州平均气温的异常偏暖是否是由全球气候变暖背景下的年代际升温而引起的，.88.中低纬山地气象Mid-low Latitude Mountain Meteorology计算了所有站点气温的线性变化趋势，并将其去除后得到新的去趋势后的平均气温距平（图1b）。发现将线性升温趋势去除后贵州省的气温距平仍在0.8以上，预示在年际尺度上贵州2 0 2 0 年5月的高温事件是明显异常的。29N(a)2827262529N(b)2827262529N(c)28272625图12 0 2 0 年贵州省5月平均气温距平（a）、去趋势后的气温距平（b）、极端最高气温空间分布（c）Fig.1 Average temperature anomaly(a),temperature anomalyafter trend removal(b),extreme maximum temperature spatialdistribution(c)（c o l o r f i l l i n g)i n G u i z h o u Pr o v i n c e i n M a y 2 0 2 0从2 0 2 0 年5月极端最高气温分布（图1c）可见Vol.47 No.4Aug,20231041051041051041051061061061071071071082108108109110E109110E109110EVol.47 No.4贵州省为显著高温区，高温范围大,贵州省8 4个气象观测站最高气温均在3 0 及以上，大部分站点最高气温超过3 5，其中，南部边缘的罗甸、册亨2 站高温尤为突出，最高气温超过40。5月49 日、1314日、18 2 0 日持续高温，大部分地区日最高气温持续超过3 5，贵州南部边缘气温持续4d（6 9 日）超过40。5月极端日最高气温共有2 4个观测站超过19 8 1年以来的历史极值，约占总站数的2 9%，累计有49 站突破19 8 1年以来5月历史同期极值，约占总站数的58%。贵州独特的喀斯特地貌导致高温事件在地理分布上差异明显，高山站与河谷站的高温差异大。为判别贵州省高温事件是否为局地性事件，本文研究了高温的逐日演变规律，计算了贵州省合成的逐日气温（图2）。从逐日平均气温及其距平的演变（图2 a)可知，极端性高温时段主要集中在5月上旬和中旬，上旬有4d日平均气温突破2 5，共有13d日平均气温距平超过2。因此，可以判定贵州此次高温事件为区域性高温事件。同时，也发现此次高温事件极端性极为显著，5月8 日贵州省合成日最高气温为3 3.8，较常年偏高9.8（图2 b），比较逐日最高气温和气候平均态也具有显著偏高的特点(图2 c)。3极端高温事件期间大气环流演变特征图3 给出了2 0 2 0 年5月贵州省平均50 0 hPa和200hPa大气环流异常的合成结果。同气候平均态比较可见，58 8 0 gpm等高线表示的副高异常偏强，位于华南地区并且未被切断,在一定程度上阻碍了暖湿气流北上，更有利于晴热少雨天气出现。同时,位势高度距平显示有大面积的正异常，这些均表明贵州极端高温事件的发生存在有利的大气环90N8070605040302010EQ0204060801001201401160180EEQ020406080100120140160180E60100806040莫乙冬，等：贵州省2 0 2 0 年5月极端性高温事件研究1140(b35302./225201540(c）352./书30252015图22020年5月贵州区域合成的逐日气温与其距平时间序列（a），逐日最高气温与其距平时间序列（b），逐日最高气温与气候平均时间序列（c）Fig.2The synthetic temperature and its anomaly timeseries(a),maximum temperature and its anomaly timeseries(b),maximum temperature and climate averagetime series(c)in Guizhou in May 2020流背景相配合（图3 a）。由2 0 0 hPa异常的合成结果分析得出，南亚高压范围明显扩大,强度显著增强(图3 b)。而南亚高压和西太平洋副热带高压在不同高度上异常配合，可导致深厚的高压系统异常控制中国南方地区,进一步导致高温异常的出现5。90N8048400560元80030(a）273./224211815一7060504030201010日平均气温距平25616日期/日61161117020121096/本30-32126日最高气温距平301621日期/日最高气温一最高气温气候平均1621日期/日202031-51096./耻30-3-526312631405030B0100120图3 2 0 2 0 年贵州省5月50 0 hPaa）和2 0 0 hPa(b)位势高度场及其距平（单位：gpm）Fig.3 The geopotential height field and its anomaly at 500 hPa(a),200 hPa(b)of Guizhou Province(unit:gpm)同时有显著的正负相间的波列结构在北半球中高纬地区对流层上层存在（图3 b），欧洲为负异常,西西伯利亚为正异常，鄂霍茨克海为负异常,这种波列结构与Wang等9 研究得到的热带大西洋89中低纬山地气象2023年8 月Mid-low Latitude Mountain MeteorologySST异常激起的中高纬度欧亚大陆Rossby波列结构相似度较高,表明贵州省极端性高温事件的出现与热带大西洋SST的异常存在一定程度的关联,因此，下文做了相应的分析。为更深入地研究西太平洋副热带高压和南亚高压的演变，分析2 0 2 0 年5月10 3 0 N平均12500gpm和58 8 0 gpm等高线的逐日变化特征（图4）,以此来研究南亚高压与西太副高的东、西变动。a5月2 6 日，第47 卷第4期2020年5月西太副高向西扩展的区域显著偏大，尤其在5月上旬明显西伸增强，西伸脊点甚至超过100E，之后开始东退,这对应着高温天气的持续和缓解。南亚高压向东伸展的时间与极端性高温事件的发生时间基本吻合。这2 个高压系统相互配合的情况形成深厚的高压异常，有助于贵州高温事件的发生。(b)5月2 6 日58805月2 1日，5月16 日5月11日5月6 日5月1日，120125130135140145150图42 0 2 0 年贵州省5月10 3 0 N平均2 0 0 hPa等压面上的12 50 0 gpm(a)，500hPa等压面上的58 8 0 gpm(b)等高线的逐日变化Fig.4 Daily variation of the mean contour of 10 30 N in Guizhou Province 200 hPa(a);500 hPa(b)4热带西大西洋SST信号的异常演变热带西大西洋（Wang等9）、北印度洋（Liu等10）以及热带东太平洋（Hu等1)3 个关键海域的SST异常对中国南方地区气温的异常有着至关重要的联系。贵州2 0 2 0 年5月极端性高温事件期间50NT40302010EQ10S203040500图52 0 2 0 年5月高温事件发生期合成的SST异常（填色，单位：）空间分布（斜线区域表示达到9 5%的置信水平，黑框表示3 个关键SST异常区，从左到右分别为北印度洋、热带中东太平洋、热带西大西洋）Fig.5 The spatial distribution of SST anomalies synthesized during the high temperature event in May 2020(colour,unit:)(The diagonal area represents 95%confidence level,and the black box represents three key SST anomaly areas)通过以上分析研究，我们更加关注热带大西洋海温的异常信号对此次高温事件的影响，因此，重点分析了此次极端性高温事件期间热带西大西洋关键区（10 S10 N,6 0 3 5W）（图6），以期探讨热带西大西洋SST异常在月尺度上的演变趋势是否也是此次贵州极端高温事件重要的关联因素之一。90.5月2 1日5月16 日5月11日5月6 日5月1日，155160165170E9092949698100102104106108110E海温的异常合成结果存在与年际尺度相一致的海温异常关键区,热带西大西洋和北印度洋的SST呈现出异常偏暖的现象,热带中东太平洋SST则表现出了显著偏冷的态势（图5）。由此推断在月尺度上，贵州省此次极端性高温事件的出现与这几个关键区海温的异常有着一定程度的关联。60120E-10.750.50.2501800.250.50.751分析2 0 2 0 年5月热带大西洋海温异常的强度和范围逐日演变特征得出，热带西大西洋地区在高温事件期间整体表现为SST正异常，并且在4月中旬存在显著阶段性增强,较贵州极端高温事件发生提前约15d左右。通过分析得到热带西大西洋关键海域SST距平序列与贵州省气温距平序列的超前滞后12060W0Vol.47 No.4相关分析结果（图6 b），表明热带西大西洋SST异常超前贵州高温14d时其正相关系数达到最大为0.61,超过9 9%的置信水平，也证明了热带西大西5月2 1日5月11日5月1日4月2 1日4月11日4月1日60555045403530252015105W0.5 0.250（0.250.50.7511,251.5图6 2 0 2 0 年5月热带大西洋(10 S10N)SST距平逐日演变（a)，2020年5月热带西大西洋（10 S10 N,6 0 3 5W)SST 距平与贵州逐日气温距平序列的超前滞后相关性（b）绿线表示相关系数达到9 9%的置信水平，横坐标负（正）值表示大西洋SST超前（滞后）贵州气温的时间Fig.6 Daily evolution of SST anomaly in the tropical Atlantic(10S 10N)(a),the SST anomaly in the tropical westernAtlantic(10S 10N,60 35W)is related to the leading and lagging of the daily temperature anomaly sequence in Guizhou(b)2张庆云，陶诗言.亚洲中高纬度环流对东亚夏季降水的影响J.5小结气象学报,19 9 8,56(2)：19 9-2 11.3赵杰,陈波,莫乙冬，等.EC细网格对黔南州温度预报的订正研本文以2 0 2 0 年5月贵州省极端性高温事件为究J.中低纬山地气象,2 0 2 2,46（1）：7 9-8 5.例,分析影响此次贵州省极端性高温事件发生和持【4莫乙冬，李青建，吴良标，杨帆.2 0 16 年江淮准梅雨特征分析J.续的大气环流背景，利用超前滞后相关等方法重点中低纬山地气象,2 0 2 0,44(1)：1-9.分析研究热带西大西洋海表面温度的月内演变对5 PENG J B.An investigation of the formation of the heat wave in贵州省2 0 2 0 年5月极端性高温事件的影响。southern China in summer 2013 and the relevant abnormalsubtropical high activities J.Atmospheric and Oceanic Science（1)2 0 2 0 年5月贵州省约有2 9%的站点极端Letters,2014,7(4):286-290.日最高气温超过19 8 1年以来历史极值，约58%的6 CHEN X L,ZHOU T J.Relative contributions of external SST forcing站点突破19 8 1年以来5月同期历史极值，西太平洋and internal atmospheric variability to July-August heat waves over副热带高压为异常西扩加强态势，伴随南亚高压东the Yangtze River valley J.Climate Dyn.,2018,51(1):44034419.伸增强，2 个高压在不同高度上的配合导致异常深7王慧美,刘,彭京备，等.热带大西洋海温异常季节内演变对中厚高压的出现，触发此次贵州极端性高温事件发生。国江南地区夏季持续性高温事件影响的初步研究J.大气科（2）2 0 2 0 年5月在欧亚大陆中高纬对流层上学,2 0 2 1,45(2):3 0 0-3 14.层有明显的Rossby波列结构,有助于贵州极端性高8魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术（第2 版）M.北京：气温事件出现。象出版社,2 0 0 7,2 7-2 9.（3）热带西大西洋SST在月尺度内异常阶段性9 WANG H M,LIU G.,CHEN J M.Contribution of the tropicalwestern Atlantic thermal conditions during the preceding winter to增暖，可作为贵州省极端性高温天气发生的重要前summer temperature anomalies over the lower reaches of the Yangtze期信号,并且增暖过程比高温事件发生提前约14d，River basin-Jiangnan region J.Int.J.Climatol.,2017,37(13):有一定的前期指示意义。4361 4642.本文仅对此次极端性高温事件进行了基础的10 LIU G,WU R G,SUN S Q,et al.Synergistic contribution of个例分析,相类似的海温异常演变是否具有普遍性precipitation anomalies over northwestern India and the South ChinaSea to high temperature over the Yangtze River valley J.Adv.有待于今后更多案例的深人研究，从而为类似极端Atmos.Sci.,2015,32(9):1255-1265.高温事件预测提供有益的参考。11HU K M,HUANG G,WU R G.A strengthened influence of ENSOon August high temperature extremes over the southern Yangtze参考文献River valley since the late 1980s J.J.Climate,2013,26(7):1邓自旺，丁裕国，陈业国.全球气候变暖对长江三角洲极端高温2205-2221.事件概率的影响J.南京气象学院学报，2 0 0 0,2 3（1）：42 47.莫乙冬，等：贵州省2 0 2 0 年5月极端性高温事件研究-5051015起前（滞后）时间/d洋SST月内异常增暖或许是触发贵州省极端性高温事件出现、发展的一个原因,同时,SST异常增暖过程比高温事件提前约14d,有一定的前期指示意义。(b)0.60.40.20.0-0.2-0.4-15-1091