孫占峰，李玲萍，劉明春，梁紅霞

（甘肅省武威市氣象局，甘肅武威733000）

2010年夏季河西走廊東部持續(xù)高溫氣候特征及其對(duì)農(nóng)業(yè)影響

孫占峰，李玲萍，劉明春，梁紅霞

（甘肅省武威市氣象局，甘肅武威733000）

為了研究河西走廊東部高溫天氣的氣候特征及預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，提高高溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，減輕對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。筆者運(yùn)用天氣統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對(duì)河西走廊東部2010年7月17—30日出現(xiàn)的高溫天氣從氣候特征、環(huán)流形勢(shì)和物理量場(chǎng)以及對(duì)農(nóng)業(yè)的影響等方面進(jìn)行分析，并提出了預(yù)警預(yù)報(bào)指標(biāo)。結(jié)果表明：2010年7月高溫強(qiáng)度和持續(xù)日數(shù)均創(chuàng)歷史極值；長(zhǎng)時(shí)間晴熱少雨、大陸暖高壓異常強(qiáng)大且持續(xù)穩(wěn)定，是造成此次持續(xù)高溫過(guò)程的主要原因；持續(xù)高溫造成土壤墑情大幅度的下降、河流量倍增、多種農(nóng)作物產(chǎn)量大受影響。

河西走廊東部；高溫；特征；預(yù)報(bào)指標(biāo)；農(nóng)業(yè)影響

0 引言

隨著全球氣候變暖，中國(guó)夏季高溫災(zāi)害頻發(fā)，給人民生命財(cái)產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)巨大損失。因此，對(duì)高溫發(fā)生機(jī)制的探討以及預(yù)報(bào)技術(shù)總結(jié)與改進(jìn)始終是預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)一線人員的工作重點(diǎn)之一[1-3]。未來(lái)在溫室效應(yīng)影響下，熱事件、熱浪的發(fā)生頻率很可能會(huì)持續(xù)上升[4-6]。

河西走廊東部深居大陸腹地，屬大陸性溫帶干旱、半干旱氣候，高溫災(zāi)害多發(fā)，成為制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主要因素之一。在以往的研究中，張新榮等[7]、王有恒等[8]、孫蘭東等[9]、李紅英等[10]、李玲萍等[11]分別對(duì)甘肅省、河西走廊和河西走廊東部的極端最高氣溫進(jìn)行了分析和研究；李巖瑛等[12]、李玲萍等[13-14]分別研究了祁連山和河西走廊東部的高溫天氣氣候特征及成因。2010年7月出現(xiàn)在河西走廊東部的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、范圍大、高強(qiáng)度的高溫天氣，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)嚴(yán)重影響，使河西走廊東部5.4萬(wàn)hm2農(nóng)作物受災(zāi)，其中成災(zāi)面積3.6萬(wàn)hm2，絕收面積0.6萬(wàn)hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1.8億元。因此，需要在前人研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入總結(jié)分析河西走廊東部高溫天氣的特征、預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)及對(duì)農(nóng)業(yè)的影響，有助于提升氣象服務(wù)能力和水平，防御高溫災(zāi)害提供科學(xué)依據(jù)[15-17]，對(duì)促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展都有著極其重要的意義。

1 資料與方法

本研究資料來(lái)自河西走廊東部永昌、民勤、涼州、古浪4個(gè)氣象觀測(cè)站建站以來(lái)7月氣溫觀測(cè)資料以及2010年7月17—30日常規(guī)觀測(cè)資料、物理量場(chǎng)及高度場(chǎng)資料，運(yùn)用天氣統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，討論此次持續(xù)高溫天氣的特征、成因及對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。

2 天氣實(shí)況

2010年入夏以來(lái)河西走廊東部降水偏少，氣溫異常偏高。6月平均氣溫全市比常年偏高2.4℃，降水正常，7月平均氣溫全市比常年偏高3.3℃，降水量偏少6成。按照甘肅省氣象部門高溫標(biāo)準(zhǔn)，河西走廊東部武威市5站中有1站日極端最高氣溫≥35℃定為高溫日，≥37℃之日定為強(qiáng)高溫日。日極端最高氣溫≥35℃持續(xù)2天或以上，定為1次高溫天氣過(guò)程。據(jù)此，2010年7月17—30日武威市持續(xù)出現(xiàn)了≥35℃高溫天氣，其中25—30日全市出現(xiàn)強(qiáng)高溫天氣（見(jiàn)表1）。

表1 2010年7月≥35℃高溫天氣與歷史同期對(duì)比分析

2.1 ≥35℃高溫日數(shù)

涼州區(qū)出現(xiàn)8天、民勤10天、古浪1天、永昌2天，全市各地均突破歷年極值。

2.2 ≥35℃高溫持續(xù)日數(shù)

中北部民勤、涼州達(dá)6天，與歷年高溫持續(xù)日數(shù)最多值持平（分別出現(xiàn)在1952、1999年）。7月29日古浪極端最高氣溫達(dá)到35.0℃，7月30日民勤、永昌極端最高氣溫分別達(dá)到41.7、35.3℃，均突破歷年同期極值，涼州區(qū)極端最高氣溫達(dá)到38.8℃，為有氣象記錄以來(lái)為次大值（最大值為40.8℃，出現(xiàn)在1997年7月22日）。

3 高溫天氣成因分析

3.1 100 hPa環(huán)流形勢(shì)特征

100 hPa高空?qǐng)D上，南壓高壓是北半球?qū)α鲗由喜康某L(zhǎng)波系統(tǒng)，它的季節(jié)變化與東西振蕩對(duì)北半球大氣環(huán)流演變有著重要的影響。南壓高壓在青藏高原上空的建立，是東亞地區(qū)入夏的重要標(biāo)志之一[18-20]，是中國(guó)大范圍旱澇天氣出現(xiàn)的環(huán)流背景條件。

18日8時(shí)（見(jiàn)圖1a）南亞高壓登上青藏高原，中心位于80°—90°E，即西部型過(guò)程。22日8時(shí)南亞高壓中心登上青藏高原，其中心位于90°—100°E，30°—40°N之間，中心值為1692 dagpm，屬于東部型過(guò)程。24日8時(shí)南亞高壓北抬發(fā)展擴(kuò)大，高壓中心值增大，中心發(fā)展為1696 dagpm，中心位于，30°—40°N之間，25—26日高壓繼續(xù)增強(qiáng)，到27日8時(shí)（見(jiàn)圖1b）中心高度發(fā)展為1700 dagpm。整個(gè)高溫天氣過(guò)程中，100 hPa高空?qǐng)D上，青藏高原及鄰近地區(qū)上空為穩(wěn)定強(qiáng)盛的南亞高壓控制，即高層輻散形成高壓環(huán)流。

圖1 2010年7月18日8時(shí)和7月27日0時(shí)100 hPa高度場(chǎng)

3.2 500 hPa環(huán)流形勢(shì)特征

對(duì)于同屬于副熱帶的青藏高壓，它在青藏高原東側(cè)的維持與加強(qiáng)，是盛夏造成河西走廊東部高溫天氣的影響系統(tǒng)之一。2010年7月17—20日出現(xiàn)在河西走廊東部的高溫天氣主要是由伊朗高壓東移與高原本地發(fā)展形成的高壓脊合并發(fā)展成為強(qiáng)大的大陸高壓所致。16日8時(shí)開(kāi)始，588 dagpm高壓在青藏高原發(fā)展，18日8時(shí)（見(jiàn)圖2a）開(kāi)始擴(kuò)大東移。25—30日河西走廊東部持續(xù)出現(xiàn)強(qiáng)高溫天氣，主要由西太平洋副熱帶高壓西伸被截?cái)嗪?在青藏高原東側(cè)形成的副高單體控制西北地區(qū)東部，25日8時(shí)，西太平洋副熱帶高壓西伸，588線西伸到哈密至河西走廊西部，同原在青藏高原的高壓脊打通，整個(gè)河西走廊為588線控制，到27日8時(shí)（見(jiàn)圖2b），西伸的西太平洋副熱帶高壓被截?cái)?，河西走廊為大陸高壓控制，而西太平洋副熱帶高壓維持少動(dòng)，尤其是東亞大槽特別深厚,青藏高壓不易東退,有利于整個(gè)河西走廊或河西走廊東部高溫天氣的出現(xiàn)。

3.3 中低層和地面環(huán)流形勢(shì)特征

17—30日河西走廊東部持續(xù)出現(xiàn)的強(qiáng)高溫天氣在中低層表現(xiàn)為輻合形成低壓環(huán)流。700 hPa和850 hPa，青藏高原為熱低壓控制，在850 hPa表現(xiàn)的尤為顯著，7月18日8時(shí)（見(jiàn)圖3a）、7月27日8時(shí)（見(jiàn)圖3b）140 dagpm線閉合線在高原發(fā)展加強(qiáng)、擴(kuò)大，控制河西走廊中西部。

高溫天氣出現(xiàn)在中低層還表現(xiàn)有明顯暖平流。700 hPa，17日在90°E以東出現(xiàn)16℃暖中心，18日加強(qiáng)北抬，19日擴(kuò)大到整個(gè)80°—110°E為16℃線控制；25日8時(shí)，在80°—110°E出現(xiàn)16℃暖中心，到26、27日暖中心繼續(xù)擴(kuò)大，到28日8時(shí)在河西中部暖中心值達(dá)到20℃。

圖2 2010年7月18日8時(shí)和7月27日8時(shí)500 hPa高度場(chǎng)

圖3 2010年7月18日8時(shí)和7月27日8時(shí)850 hPa高度場(chǎng)

850 hPa，17日28℃暖中心在80°—100°E開(kāi)始發(fā)展，7月18日8時(shí)（見(jiàn)圖4a）暖中心加強(qiáng)，中心值達(dá)32℃；25日8時(shí)28℃暖中心在80°—110°E開(kāi)始發(fā)展，到27日擴(kuò)大到整個(gè)河西中西部，7月27日8時(shí)（見(jiàn)圖4b）在南疆出現(xiàn)32℃暖中心。

地面圖上在 80°—110°E、30°—50°N 有強(qiáng)盛的990 hPa熱低壓維持，≥35℃的高溫站點(diǎn)存在，14時(shí)52267（額濟(jì)納旗）、52378（拐子湖）兩站氣溫≥35℃；高溫出現(xiàn)當(dāng)日08—14時(shí)天空晴朗少云。

3.4 物理量場(chǎng)反映

3.4.1 散度場(chǎng)垂直分布 分析30日8時(shí)(88°—112°E，40°N)散度場(chǎng)（見(jiàn)圖5a）的垂直分布，發(fā)現(xiàn)河西走廊中東部(100°—105°E，40°N)700 hpa存在1個(gè)輻合中心，在500 hPa附近為無(wú)輻散層，500 hPa以上均為輻散氣流。說(shuō)明河西中東部高溫區(qū)近地面由于地面加熱場(chǎng)作用，空氣加熱后輻合上升外，到對(duì)流層中上部存在深厚的輻散下沉氣流。

3.4.2 垂直運(yùn)動(dòng)特征 分析30日8時(shí)(104°E，40°N)的垂直速度（見(jiàn)圖5b），發(fā)現(xiàn)850～100 hPa均為下沉運(yùn)動(dòng)，且下沉運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)處在300 hPa，達(dá)9×10-3hPa/s。從垂直運(yùn)動(dòng)可以看出深厚而又強(qiáng)盛的下沉運(yùn)動(dòng)。

從散度和垂直速度場(chǎng)的垂直變化可以看出，正是由于在河西走廊中東部存在深厚的輻散下沉氣流，才促使大陸暖高壓在此地發(fā)展維持。

3.5 地面氣象要素變化

圖4 2010年7月18日8時(shí)和7月27日8時(shí)850 hPa溫度場(chǎng)

圖5 2010年7月30日8時(shí)物理量場(chǎng)分布圖

以極端氣溫最高、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的民勤站7月15—31日民勤縣自動(dòng)氣象站氣溫、氣壓和空氣相對(duì)濕度變化圖（見(jiàn)圖6）可以看出，17日隨著高溫天氣出現(xiàn)，日最高氣壓和14時(shí)相對(duì)濕度明顯下降，21日開(kāi)始明顯上升，高溫天氣結(jié)束。26—30日，日最高氣壓和14時(shí)相對(duì)濕度又有一明顯的下降階段，31日的日最高氣壓和14時(shí)相對(duì)濕度迅速上升，高溫天氣過(guò)程結(jié)束。整個(gè)過(guò)程中，民勤無(wú)降水，風(fēng)向主要以偏東風(fēng)為主。除18日外，整個(gè)過(guò)程8時(shí)，14時(shí)低云量小于3成。表明與高溫天氣過(guò)程相伴的天氣特點(diǎn)是：少雨、濕度小、氣壓低、低云量少、白天吹明顯的偏東風(fēng)。

圖6 2010年7月15—31日民勤縣自動(dòng)氣象站氣溫、氣壓和空氣相對(duì)濕度變化圖

4 高溫對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響

4.1 土壤墑情

從涼州區(qū)固定觀測(cè)地段0～30 cm土壤墑情大幅度的下降。7月8日測(cè)得0～30 cm土壤相對(duì)濕度在87%～91%之間，至7月23日測(cè)得0～30 cm土壤相對(duì)濕度為35%～48%，半月時(shí)間降幅達(dá)43%～52%。

4.2 河流來(lái)水量

祁連山積雪及冰川加速消融，各河流旬平均流量與常年和去年同期相比，上旬偏多74%～2.8倍，中旬較常年偏少30%，較去年偏多35%。石羊河旬平均流量好于去年和常年，比常年同期上旬偏多94%～100%，中旬偏多1.3～36.4倍。

對(duì)玉米花期授粉籽粒形成、春小麥灌漿千粒重增和馬鈴薯塊莖膨大等極為不利。此外，由于牧草生長(zhǎng)緩慢、產(chǎn)量下降，不利于牲畜啃食和打秋草。正值釀酒葡萄陸續(xù)進(jìn)入果實(shí)快速膨大、果徑生長(zhǎng)關(guān)鍵期，高溫更不利于葡萄果?？焖倥虼蟆?/p>

5 盛夏高溫預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)

利用河西走廊東部1971—2005年盛夏大于等于35℃高溫個(gè)例，分析單站資料和解釋?xiě)?yīng)用ECMWF產(chǎn)品，確定了盛夏高溫預(yù)報(bào)指標(biāo)。

河西走廊東部盛夏高溫天氣在高低空反映明顯。100 hPa存在強(qiáng)大穩(wěn)定的南亞高壓系統(tǒng)，500 hPa存在強(qiáng)盛的大陸高壓和西太平洋副熱帶高壓，低層主要是熱低壓控制，具體預(yù)報(bào)指標(biāo)如下：

消空指標(biāo)：武威最高氣溫＜29℃；700 hPa民勤氣溫＜11℃；850 hPa民勤氣溫＜17℃；52267（額濟(jì)納旗）、52378（拐子湖）兩站14時(shí)地面氣溫＜35℃。滿足其中3條即可消空。

預(yù)報(bào)指標(biāo)：（1）500 hPa民勤(52681)、格爾木(52818)H≥580、581 dagpm；T(52681)-T(51076或51463)最大差值≤7℃；700 hPa、850 hPa在80°—110°E、35°—50°N分別有15、28℃的暖中心；700 hPa民勤、張掖T≥14、15℃；850 hPa民勤T≥17℃；（2）武威8時(shí)氣溫≥20℃，最高氣溫≥31℃；14時(shí)地面圖在80°—100°E、35°—50°N至少有4個(gè)以上≥35℃站點(diǎn)存在，額濟(jì)納旗(52267)、拐子湖(52378)2站14時(shí)地面氣溫≥36℃；高溫當(dāng)日最低氣溫≥11℃；（3）14時(shí)武威本站氣壓＜840 hPa；（4）高溫當(dāng)日本站14時(shí)低云量為0；（5）Ec 850 hPa 20時(shí)溫度預(yù)報(bào)場(chǎng)100°—105°E、38°—40°N存在≥32℃以上的暖中心。

6 結(jié)論與討論

長(zhǎng)時(shí)間晴熱少雨，西太平洋副熱帶高壓動(dòng)力抬升、青藏高壓熱力加強(qiáng)是造成極端高溫事件發(fā)生的直接原因；河西走廊東部高溫天氣出現(xiàn)的天氣形勢(shì)為：青藏高原及鄰近地區(qū)在100 hPa層上有強(qiáng)大穩(wěn)定的南亞高壓系統(tǒng)，且都出現(xiàn)在南壓高壓為東部型和西部型2種環(huán)流形勢(shì)下；500 hPa上，青藏高壓在高原本地維持加強(qiáng)，西太平洋副熱帶高壓西伸被截?cái)嗪螅谇嗖馗咴瓥|側(cè)形成的副高單體；低空700hPa和850hPa在80°—110°E、35°—50°N有16℃和28℃的暖中心存在；地面80°—110°E、30°—50°N內(nèi)有發(fā)展強(qiáng)盛的熱低壓；Ec 850 hPa 20時(shí)溫度預(yù)報(bào)場(chǎng)100°—105°E、38°—40°N存在≥32℃以上的暖中心；高溫發(fā)生前有一段晴熱少雨、氣溫持續(xù)偏高時(shí)段，與高溫天氣過(guò)程相伴的天氣特點(diǎn)是：少雨、濕度小、氣壓低、低云量少、白天吹明顯的偏東風(fēng)；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，高溫天氣造成土壤墑情大幅度的下降、河流量倍增、多種農(nóng)作物產(chǎn)量大受影響。

本研究在前人研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步解釋?xiě)?yīng)用ECMWF格數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，深入總結(jié)分析河西走廊東部高溫天氣的特征、預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)及對(duì)農(nóng)業(yè)的影響。

本研究中解釋?xiě)?yīng)用的是ECMWF粗網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，對(duì)高溫預(yù)報(bào)指標(biāo)的精細(xì)度有一定影響。

有待于利用ECMWF細(xì)網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，對(duì)河西走廊東部高溫天氣的特征、預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)做進(jìn)一步精細(xì)化優(yōu)化，建立預(yù)報(bào)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究高溫對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的影響。

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Continuous High Temperature:the Climatic Characteristics and Its Impact on Agriculture in East of Hexi Corridor in Summer of 2010

Sun Zhanfeng,Li Lingping,Liu Mingchun,Liang Hongxia
(Wuwei Meteorological Bureau of Gansu,Wuwei 733000,Gansu,China)

The paper aims to study the climatic characteristics and forecast focus of high temperature in East of Hexi Corridor,so as to improve the accuracy of high temperature forecast and to reduce the impact on agricultural production,the authors analyzed high temperature in East of Hexi Corridor from July 17 to 30,2010 by means of synoptic and statistical method from the aspects of climatic characteristics,circulation patterns,physical field and its impact on agriculture,and put forward an early warning index of forecast.The results showed that:the strength of high temperature and the days of duration were historical extremes in July 2010;long duration of hot and dry weather as well as the strong and continuous stability of the continental warm high pressure was the main reasons for the continuous high temperature process;sustained high temperature caused a significant decline in soil moisture,doubled the river flow,and greatly affected a variety of crop production.

East of Hexi Corridor;High Temperature;Characteristics;Forecast Index;Impact on Agriculture

P429

A論文編號(hào)：cjas17010017

公益性行業(yè)（氣象）科研專項(xiàng)“干旱氣象科學(xué)研究——我國(guó)北方干旱致災(zāi)過(guò)程及機(jī)理”(GYHY201506001-2)。

孫占峰，男，1982年出生，甘肅臨洮人，助理工程師，本科，主要從事人工影響天氣和天氣預(yù)報(bào)研究工作。通信地址：733000甘肅省武威市涼州區(qū)榮寧路87號(hào)武威市氣象局（人工影響天氣辦公室），E-mail：1617423685@qq.com。

2017-01-17，

2017-06-16。