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2003年高温高峰期与缓和期天气形势及物理量诊断对比分析
许爱华 , 郭达烽 , 朱星球
（江西省环境预报中心，江西 南昌 330046）
摘 要：利用1°×1°的T213分析资料和实时常规探测资料，对2003年高温高峰期与缓和期的天气形势和物理量进行对比分析，结果发现：高温高峰期副高强盛和稳定，低层有暖中心和反气旋环流对应，500
hPa及以上表现为更明显的负涡度、下沉运动，以及低层相对湿度≤60%，且层结特别稳定；而在高温缓和期，500 hPa副高不稳定，且对应低层辐合、冷空气活动频繁，700
hPa及以下表现为正涡度、上升运动和水汽辐合。另外，分析还发现，高温高峰期到缓和期天气突变的主要原因是贝加尔湖及东北地区低压明显发展，并替代了前期的脊区；中心位于中国东北地区的低压维持，并不断分裂低槽东移，引导低层冷空气南下，使副高不稳定，强度减弱，低层的暖性结构发生了变化。
关键词：高温 天气形势 物理量 诊断 分析
中图分类号：P458.1+1；P426.616 文献标识码：A 文章编号：1007-9033（2005）02-0014-0５
2003年7月1日～9月9日，江西出现了超历史高温天气。我们把2003年夏季高温少雨天气分为2个阶段：第一个阶段为7月1日～8月10日。其中7月14日～8月10日，江西出现了大范围日最高气温≥38
℃、局部≥40
℃的酷热天气。第二个阶段为8月23日～9月9日。文中把7月14日～8月10日定义为高温高峰期。8月11～20日，全省多次出现了午后到夜间雷阵雨天气，气温降到35
℃以下。该时间段定义为高温缓和期。
文献［１］分析了高温干旱的强度、气候历史地位，指出500 hPa环流形势特殊的分布和海温场特征对预测具有一定的预报意义。文献［２］应用500
hPa月平均高度及西太平洋副高（简称副高）特征量、海温资料，分析了盛夏高温干旱与副高、海温的关系，得出了有利于全省盛夏高温干旱发生的一些强信号。文献［３］从副高演变、台风活动及850
hPa温度场变化等方面，分析了2003年超历史高温天气的成因，并通过与历史上酷热天气形势的对比，得出了一些高温酷热天气的预报着眼点。然而，过去对这样一个天气突变的形势分析的不多。文中对高温高峰期（7月14日～8月10日）与缓和时段（8月11～20日）的天气形势和物理量进行对比分析，力图找出造成天气突变的主要原因，以及２个时段的天气形势和物理量的主要差别，从而为高温和在高温、少雨季节中的降水预报提供一些预报着眼点。
1 高温高峰期与缓和期的天气特征
1.1 高温高峰期的天气特征
通过7月10日～8月10日全省最高气温≥35 ℃、≥38 ℃、≥40 ℃站数变化分析，可以发现，≥40
℃的酷热天气出现在7月14～17日和7月27日～8月3日。7月1～5日，江西出现入夏以来第一次≥35 ℃的高温天气；12日开始出现第二次≥35
℃的高温天气；14日以后，江西、浙江、福建3省及广东东部地区局部县、市出现≥40
℃的酷热天气。7月14～17日，江西有58个县（市）次日最高气温≥40 ℃。7月17～18日，江西北部大部分地区出现雷阵雨，≥35
℃的高温范围明显缩小。其中≥35
℃的高温站数，由17日的85个，减少到18日的39个。7月20～26日，江西50%以上的县、市气温达到38～40 ℃，并有15个县（市）次≥40
℃。其中于都县出现高达41 ℃的酷热天气。7月27日～8月3日，江西出现≥40 ℃的次数累积达208县（市）次，超过有气象记录以来≥40
℃高温县（市）次的总和。其中资溪高达41.7 ℃，高温天气达到最强。8月4～10日，江西除8月5日没有出现≥38 ℃的高温外，仍维持38～40
℃的高温天气，但≥40 ℃的高温范围明显减小。由此可见，7月27日～8月10日是2003年江西高温最强盛的时段。
1.2 高温缓和期的天气特征
在经历了1个多月的罕见高温干旱后，8月11～20日，江西出现了连续性阵雨、雷阵雨天气过程。8月10～11日，江西高温酷热天气出现重大转折，≥35
℃和≥38
℃的高温站数分别由81、46站降到27、8站；12日继续下降到14、0站，高温酷热天气急转为多雷阵雨天气。11～21日，全省平均雨量达91
mm（分宜最大，达278 mm）。期间除18日20时～19日20时没有暴雨外，其它9
d全省都出现了1～4站暴雨。其中16日20时～17日20时，九江市和罗霄山脉普遍下了中～大雨，9站出现暴雨。
２ 高温高峰期与缓和期的天气形势对比分析
2.1 高温高峰期天气形势特征
分析逐日天气图和2003年7月和8月500 hPa
20时沿115°E高度—时间剖面图（图１），可以看出，高温高峰期天气形势特征有以下３个方面：一是对应副高第二次和第三次加强；二是西风带低槽偏北东移和热带风暴（台风）西行；三是500
hPa副高对应850 hPa暖性反气旋环流。
2.1.1 高温高峰期对应副高第二次和第三次加强
7月1日～8月10日，副高经历了３次加强西伸和东退过程。7月5～7日、17～19日、8月10日，先后有3次低槽东移和影响江西，使副高南落东退。高温高峰期（7月14日～8月10日）副高第二次（7月12～16日）和第三次（7月20日～8月4日）加强，并分别稳定了5
d和15
d左右。这２次副高加强，与西风带高压脊东移并入副高，以及日本海强烈发展的低槽后部高压脊西移并入副高有密切关系［3］。7月11～13日，副高西伸脊点从115°E西伸到107°E，北界在30～31°N，592位势什米的副高环流中心第一次控制江西、浙江、福建3省，以及广东东部地区。7月14～17日江西出现了≥40
℃的酷热天气。7月27日～8月3日，副高稳定控制长江中下游及江南地区，588线北界在35°N附近，脊线则在28～32°N，592位势什米的副高环流中心位于华东地区上空，造成江西第二次较大范围≥40
℃的酷热天气。
图1 500hPa 20时沿115oE高度时间剖面
2.1.2 西风带低槽偏北东移和热带风暴（台风）西行
7月17～19日，受低槽东移影响，副高短暂东退2～3
d。由于槽底位置较偏北，槽后冷空气在南下过程中变性快，江西北部部分地区出现雷阵雨天气，但大部地区仍持续≥35
℃的高温天气。7月23～24日，7号台风“伊布都”和8月4～6日9号台风“莫拉克”偏西移动，台风没有正面影响江西，而只是它们的外围云系影响江西，江西高温天气没有明显缓和。
2.1.3 500 hPa副高对应850 hPa暖性反气旋环流
分析850 hPa温度场和风场发现，7月14～17日20时、23日20时、27～29日20时，江西上空及附近均为24
℃的暖性反气旋环流控制；≥40 ℃的酷热天气与江南24
℃的暖中心（24～31°N、108～120°E）分布呈同位相变化。而暖中心范围越大，越有利于酷热天气的出现。从7月30日20时开始，低层增暖更加明显，并一直持续到8月3日。期间的08时和20时，长江流域及江南北部均为大范围24～27
℃的暖区控制，江西出现超历史的高温酷热天气。
2.2 高温缓和期天气形势特征
2.2.1 500 hPa欧亚中高纬度形势发生了重大调整
从8月4日开始，500 hPa欧亚中高纬度形势发生了调整:贝加尔湖及东部地区低压明显发展，并向东南方向移动，代替了前期的脊区。9日08时，低压中心在我国东北地区。这一大范围低压带维持到8月20日，并不断分裂低槽东移。此后，西风带锋区南压，并稳定在35～45°N。8月10～17日，有4次低槽东移，从而对江西天气产生了影响（图1b）。
2.2.2 500 hPa副高不稳定且垂直结构变化较大
8月10～18日，副高的垂直结构发生了较大变化：前期副高强盛时期，低层为暖性的反气旋环流；8月10日以后，低层转为有冷平流的辐合环流。这种低层辐合、高层辐散的形势，为雷雨天气的形成提供了动力条件。分析8月10～21日850
hPa风场和天气系统可以发现，10～17日冷切变在长江流域到华南北部上空维持或摆动，其中16日08时冷切变北侧偏北风达12～14
m/s。这表明低层有明显的冷空气从偏西路径南下到湖南，辐合区位于湖南东部、江西北部和西部。16日20时～17日20时，江西全省普降阵雨或雷阵雨，其中北部和西部9个县市下了暴雨。18～20日，受长江流域和台风倒槽影响，全省大部分地区还下了阵雨或雷阵雨。
2.2.３ 低层冷空气活动频繁且势力强
利用8月10～21日925 hPa逐日风场、降温变化资料（图2），对低层冷空气活动情况进行分析，可以发现，8月10～16日08时，江西上空有6
d降温，且其中10～12日和16日这4 d在长江流域及江南、华南地区有大范围明显降温，降温普遍达到-2～-4 ℃，局部达到-5～-6
℃（图2a～g）。这说明低层冷空气活动频繁，且有较强的势力。分析图2h～i可以发现，17～18日江西到湖南还有弱降温。另外，11日和16日江南有2次偏北风加大过程。冷空气不仅加大了低层辐合，同时也是触发对流发展的重要抬升条件，从而致使全省普降小到中雨。
2.2.4 850 hPa江南和华南很少出现≥24 ℃的高温
850 hPa≥24 ℃的高温范围和持续时间是判断高温炎热天气的一个重要因子。8月下旬～9月上旬，850 hPa江南和华南温度一般在19～22
℃，少数站达到23 ℃，≥24 ℃的站数仅有9站次。和第一阶段高温酷热天气相比，≥24 ℃的站数大大减少，因而没有出现大范围≥38
℃的高温天气。
图2 8月10～18日08时925hPa风场和变温
3 T213数值预报场物理量的诊断分析
3.１ 高温高峰期物理量的诊断分析
3.1.１ 动力条件分析
通过分析可以发现，7月14日～8月10日的动力场上没有大的峰值，表现为大范围的小均值。
3.1.1.1 散度场分析
在200 hPa高空，江南大部多为辐合区，量值为-2×10-5～-10×10-5 s-1，没有较强的辐合、辐散中心。平均来看，江西为弱辐合区。在500、700、850
hPa，江南大部为辐散区或弱的辐合，其值一般较小，江西多处于辐合、辐散场0值线附近。在副热带高压区内，低层以辐散占优势，辐散区主要位于高压南部；而在高压北部，尤其是西北侧多为辐合区。在高层高压区内，存在高压北部辐散、南部辐合的特征（图3）。
图3
7月14日～8月10日08时散度多日平均场（单位：10-5s-1）
图4 7月14日～8月10日平均垂直速度场沿115oE垂直剖面图（单位：10-3hPa·s-1）
3.1.1.2 涡度场分析
在200 hPa高空，27°N以北为大范围负涡度区，值为0～-10×10-5 s-1；而27°Ν以南有时有弱的正涡度区，江西一般在0值区附近。在500
hPa层，江南为大片的负涡度区，值为-0.1×10-5～-5.0×10-5 s-1；在700
hPa层，江南也为大片的负涡度区，值为-0.1×10-5～-3.0×10-5 s-1；在850
hPa层，江南为大片的负涡度区，值为-0.1×10-5～-2.0×10-5 s-1。另外，负涡度区的范围和强度均随高度而增大。
3.1.1.3 垂直速度场分析
在200 hPa层，江南多为正值区，值为0.1～15.0×10-3 hPa·s-1，江西表现为较明显的下沉气流。这种下沉气流，一直到500
hPa层还有反映，只是强度有所减弱；到700、850 hPa层，下沉运动变的不太明显，有时还有上升运动，江西一般在0值线附近。这主要是由于在对流层中，上层副热带高压脊轴南侧存在广大的下沉运动，而北侧有上升运动。即在高压脊轴南北，有一明显的反经圈环流（图4）。
３.1.２ 水汽条件分析
以700 hPa层为例进行分析，可以发现高温期间没有明显的水汽辐合和输入，不利于降水的发生、发展。其中水汽通量散度场在江南为大片的辐散区或弱的辐合，江西多处0值附近；江西的相对湿度一般维持在50%～60%，有时更小。
３.1.3 大气能量（θse）和大气对流稳定度（Δθse）分析
在850 hPa，江南θse一般≥80 ℃；而在500 hPa，则≤70 ℃。若用500 hPa θse减去850 hPa θse的差值Δθse来代表中低层大气的稳定度，则可以发现整个江南为大范围的Δθse正值区，长江中下游（副高平均轴线附近）有正值中心轴，江西处8～10
℃区域中。由此可见，高温期间大气是持续稳定的。
3.2 高温缓和期物理量的诊断分析
3.2.１ 动力条件分析
（1）散度场。在低层850 hPa，江西为辐合区；在500、700 hPa，江西则为辐散或弱的辐合。与高温高峰期间不同的是，低层有较明显的辐合中心。
（2）涡度场。在低层850 hPa，江西为正涡度区；在500 hPa，江西为负涡度区。与高温高峰期间相比，500 hPa及以上同样为大范围的负涡度，但量值小一些；而不同之处也是在低层有较明显的正涡度中心。
（3）垂直速度场。在700、850 hPa江西上升运动区，尤其在24～26°Ν有较明显的上升运动中心；500 hPa及以上除小范围有上升运动外，江西多为下沉运动。从8月14日08时115°E平均垂直速度场南北剖面图可以看出，垂直上升运动向南倾斜（图5）。
图5 8月14日08时平均垂直速度场沿115oE垂直剖面图（单位：10-3hPa·s-1）
从动力场分析可见，在异常高温干旱天气背景下的降水过程，其物理量特征主要表现为：涡度、散度场上中心值不大，一般比汛期暴雨过程的中心小。垂直速度场上升运动也相对较小。在8月11～20日的过程中，最大中心值为-26×10-3
hPa·ｓ-1，比江西汛期暴雨平均值-53×10-3 hPa·ｓ-1要弱许多，高度也较低。另外，K指数在上述过程中普遍较大，一般≥37 ℃，比汛期暴雨平均值32 ℃大了5
℃以上。这表明在异常高温干旱的天气背景下，由于热力条件充分，只要有较小的扰动，就会产生较明显的降水。同时由于高层仍受副高控制，这种降水多表现为局地性或分散性。
3.2.2 水汽条件分析
在水汽通量散度场上，低层850 hPa江西为辐合区。与高温干旱期间0值区相比，有明显的负值区，并有-4×10-8
g·cm-2·hPa-1·s-1或-8×10-8
g·cm-2·hPa-1·s-1的辐合中心。500、700 hPa则为辐散或弱的辐合。相对湿度值比高温干旱期大了许多，一般700
hPa达75%左右，而850 hPa则≥87%。
4 结语
通过上述分析可以发现，高温高峰期到缓和期天气突变的主要原因是大气环流发生明显调整，贝加尔湖及东部地区低压明显发展，并替代了前期的脊区；中心位于我国东北地区的低压维持，并不断分裂低槽东移，引导低层冷空气南下，使副高不稳定，强度减弱，低层的暖性结构发生了变化。２个阶段的形势和物理量特征的最大差异在于：
（1）副高的强度、稳定性和垂直结构不同。高温高峰期副高强盛和稳定，低层有暖中心和反气旋环流对应；而缓和期500 hPa副高不稳定，且对应低层辐合，冷空气活动频繁。
（2）物理量场的最大差异是：在高温高峰期，500 hPa及以上表现为更明显的负涡度和下沉运动，低层相对湿度≤60%，且层结特别稳定；在缓和期，700
hPa及以下表现为更清楚的正涡度、上升运动和水汽辐合。
参考文献
１尹 洁，张传江,张超美，等.江西2003年夏季罕见高温气候特征及成因分析［J］.江西气象科技，2003，26（4）：19～22.
2 张超美，文绮新，尹 洁，等.江西盛夏高温干旱的气候分析及预测研究［J］.江西气象科技，2003，26（4）：23～26.
3 许 彬，许爱华，唐传师，等.2003年江西高温酷热天气特征分析［J］.江西气象科技，2003，26（4）：27～29.
Compared The Weather
Circulations
And Related Physical Quatities
In Fastigium And Suspend In 2003
XU Ai-hua , GUO Da-feng , ZHU Xing-qiu
（Environment Forecast Center of Jiangxi Province , Nanchang 330046 ,
China）
Abstract: Based on 1°×1°T213
analysis data and real-time conventionally detected data, the weather
circulations and related physical quantities are compared in fastigium
and suspend. Results show that the biggest differences of weather
circulations and physical quantities in fastigium and suspend are as
follows: In fastigium the subtropical high became strong and stable,
there was a warm center on the lower level corresponding to the
anti-cyclone. On the 500hPa and higher levels, there was negative vortex
center and down-moving airflow. On the contrary, in suspend, the
subtropical high became unstable and cold air moved actively, there were
a positive vortex center on 700 hPa level and the air flowed upward.
Furthermore, the main reason of the weather abrupt from fastigium to
suspend was the low pressure, which lying lake Baikal and North-east
China, developed obviously and replaced the previous ridge. The low
pressure, with its center at North-east China, maintained and moved
eastward, leading cold air on the low level flowed south, resulting in
the subtropical unstable and weakened and the warm structure changed.
Key words: High temperature Weather circulation Physical
quantities Diagnostic Analysis
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收稿日期：2005年04月16日
第一作者简介：许爱华（1961－），女，高级工程师，主要从事天气预报业务与科研工作。 |
