2015, Vol. 73
中国气象学会主办。
文章信息
- 邹海波, 吴珊珊, 单九生, 王四化. 2015.
- ZOU Haibo, WU Shanshan, SHAN Jiusheng, WANG Sihua. 2015.
- 2013年盛夏中国中东部高温天气的成因分析
- Diagnostic study of the severe high temperature event over Mid-East China in 2013 summer
- 气象学报, 73(3): 481-445
- Acta Meteorologica Sinica, 73(3): 481-445.
- http://dx.doi.org/10.11676/qxxb2015.035
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文章历史
- 收稿日期：2014-04-04
- 改回日期：2014-01-23
2. 江西省气候中心, 南昌, 330046;
3. 广州市气象局, 广州, 511430
2. Jiangxi Climate Center, Nanchang 330046, China;
3. Guangzhou Meteorological Bureau, Guangzhou 511430, China
2013年夏季中国中东部出现了少有的持续异常高温天气，许多地区连续高温日数和日最高气温突破历史极值，刷新了气象记录。这次高温天气过程有三大特点：一是覆盖范围广，覆盖了江南、江淮、江汉及重庆等中东部大部分地区；二是强度大，许多县市极端日最高气温超过40℃；三是持续时间长，从7月下旬开始，中国中央气象台连续发布了29 d高温预警，直至8月19日才取消。
中国学者对高温天气的成因分析做了许多研究。谢庄等(1999)指出，华北地区酷暑天气主要是由副热带大陆热高压边缘的下沉气流压缩增温引起，城市热岛效应也有一定的作用。卫捷等(2004，2007)发现华北地区夏季的高温天气多为大陆高压控制，西太平洋副热带高压(西太副高)的位置偏东，且偏东的西太副高为大陆高压的东进和加强提供了大尺度的背景条件。邹燕等(2001)指出，西太副高和热带系统外围西风是影响福建省高温天气过程的主要天气系统。杨群等(2011)、陈丽华等(2010)和严文莲等(2012)均发现西太副高的持续异常是导致南方异常高温的主要原因。刘还珠等(2006)利用涡度方程诊断分析，发现西风带、副热带和热带系统相互作用，动力和热力因素的综合影响是造成2003年高温天气的原因。王兰宁等(2000)和徐双柱等(2005)指出高温天气主要由暖平流引起。尹东屏等(2006)则表明，非绝热加热是2003年7—8月江苏高温日出现的关键，而温度平流和绝热加热对高温的贡献非常小。方宇凌等(2011)发现，在2003年6月29日—8月15日的3段持续性高温期间，大气升温主要是由非绝热加热造成，而水平温度平流对升温起负贡献。
对高温天气的研究，许多学者(杨义文等，2004；刘春玲等，2005；史军等，2009；雷杨娜等，2009；朱周平等，2010)还发现，它与外强迫源(海温)密切相关。杨义文等(2004)指出，厄尔尼诺事件是2003年夏季华南、江南的异常高温、伏旱天气发生的主要原因之一。刘春玲等(2005)指出，第二类厄尔尼诺事件(海温异常升高区位于赤道东太平洋中部)影响年，长三角地区夏季高温天气出现的概率大。史军等(2009)指出，华东南部地区高温日数与Nino 4区的海表温度(SST)成显著的正相关。朱周平等(2010)发现，中国东部地区夏季高温日数的南北分布与印度洋海温有很好的相关性。雷杨娜等(2009)指出，ENSO、赤道印度洋和西太平洋暖池海表温度异常(SSTA)会影响中国夏季的高温日数。海温对高温天气的影响是通过影响大气环流实现的(雷杨娜，2009)，海温对大气环流的影响主要有两种：一种是哈得来型环流(包含沃克环流)(Carllimore et al，1981；Hack et al，1989；Yuan et al，2000；况雪源等，2008；Qin et al，2011)，即加热引起低空辐合、高空辐散，这种环流实际上是准静止的斜压响应；另一种就是大气遥相关(Hoskins et al，1981；Horel et al，1981；Ting et al，1995；于润玲等，2002；周明森等，2013)，这种类型的响应可以传播至很高的纬度，且响应基本上是正压的。其中，Hoskins等(1981)指出，纬向不对称的热带热源分布是中纬度准静止环流的重要强迫之一。Horel等(1981)指出，太平洋-北美(PNA)型遥相关的出现是大气环流对赤道东太平洋海温异常的响应。周明森等(2013)指出，赤道中太平洋的海温正距平，会通过罗斯贝波的响应在其西侧即西太平洋赤道南北两侧低空强迫形成气旋性环流异常。王晓芳等(2013)指出，暖池热含量异常会激发出东亚-太平洋型遥相关(EAP)，导致西太副高的加强西伸。相比低纬度热源的强迫，中纬度热源的强迫对大气环流的影响要复杂得多，目前关于中纬度热源强迫对环流影响的了解还相当有限，于润玲等(2002)认为，北太平洋海温异常会使华北至蒙古高原、北太平洋北部、西太平洋副热带等地区的大气环流异常。Ting等(1995)发现，相同的正海表温度异常，11月和1月大气500 hPa的响应完全不一样，这与11月和1月的大气基本气流有关。
以上研究工作主要集中于2010年以前。目前，对于2013年盛夏(7—8月，下同)中国中东部地区异常高温天气研究较少，且主要基于统计分析和天气分析，如项素清等(2014)总结了这次高温天气的特点，并从天气分析角度分析了这次高温的成因，林玉成等(2013)和杨舒楠等(2013)分别分析了7月和8月的大气环流形势。本研究将从热力学方程出发，结合大气环流和海温异常诊断分析，找出2013年盛夏中国中东部地区异常高温天气的主要原因，为提升高温天气的预报、预测水平服务。2 资料与方法 2.1 资料来源
用于诊断分析的资料选用水平分辨率为2.5°× 2.5°经纬网格的逐日NCEP/NCAR再分析资料。高空气象要素包括12层(1000、925、850、700、600、500、400、300、250、200、150、100hPa)的经向风、纬向风、位势高度、温度及垂直速度，地表气象要素包括地表长波净辐射通量、地表向外长波辐射通量和向下太阳短波辐射通量。地表感热通量和边界层高度来源于NASA MERRA再分析资料，其水平分辨率为0.667°× 0.5°经纬网格。向外长波辐射(OLR)资料来源于NOAA，水平分辨率为2.5°× 2.5°经纬网格。用于高温分析的温度资料来源于中国地面国际交换站气候资料日值数据集(V3.0)的191个地面观测站(图 1中的黑点)的日平均气温和日最高气温资料。海表温度资料来源于NOAA的OI(Optimum interpolation)V2资料，其水平分辨率为1°×1°经纬网格。海表温度的资料长度为1982年1月1日至2013年12月31日(北京时，下同)，其他资料的时间长度为1981年1月1日至2013年12月31日。
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| 图 1 2013年7—8月(a)平均气温距平和(b)高温日数距平(黑点代表观测站点)Fig. 1 Air temperature anomaly(a) and the days of high temperature anomaly(b)over China during July-August 2013 |
为了诊断分析造成2013年盛夏中国中东部异常高温天气的主要因子，将运用热力学第一定律进行诊断分析。p坐标系下的热力学方程为
从式(1)可以看出，影响局地气温变化的因子主要有3个，即式(1)右边的3项。第1项为- V h∇lnθ，即温度平流项；第2项为-ω∂lnθ/∂p，即绝热加热项；第3项为Q/cpT，即非绝热加热项。式(1)右边各项的符号可以反应出相应物理过程对局地温度的正负贡献，其值的大小可以反应出贡献的大小。在定量计算式(1)右边各项的具体数值时，水平方向的差分采用中央差格式，垂直方向的差分采用前差格式。3 2013年夏季南方地区高温天气特征
由2013年7—8月中国平均气温距平和高温日数距平(图 1)可见，2013年7—8月中国大部分地区的平均气温都较常年偏高，偏高显著(气温距平大于1℃)的地区位于重庆至华东沿海的中国中东部地区，其中，江南、江淮、江汉以及重庆等地的气温距平超过了2℃，河南、江苏和湖南的部分地区超过了3℃(图 1a)。与平均气温距平分布相似，从重庆至华东沿海的中国中东部地区均为正高温日数距平区，高温日数较常年同期偏多超过5 d，其中，重庆、湖南、江西、湖北、安徽、河南、浙江、上海和江苏等省市的部分地区高温日数超过常年同期15 d(图 1b)。以上分析表明，无论平均气温还是高温日数均显示，2013年7—8月重庆至华东沿海的中国中东部地区(26°—35°N，105°—121.5°E)为异常高温天气区。
2013年7—8月中国中东部地区高温日数分布(图 2a)显示，超过30 d的高温日数的分布与超过15 d的高温日数距平分布(图 1b)相似，主要位于重庆西部、湖北中南部、河南中南部、安徽中北部、江苏南部、浙江北部、福建北部、湖南中东部、江西和上海等地区，其中，重庆西部、湖南东部、江西东北部和浙江北部的高温日数更是超过了45 d，湖南的长沙高温日数为全国之最，达50 d。从1981—2013年盛夏中国中东部地区平均气温和高温日站数的演变(图 2b)可以看出，中国中东部地区的高温日站数和平均气温年际变化显著，且自1981年以来整体均呈上升趋势。2013年的高温日站数和平均气温均为1981年以来的最高值，其中，高温日站数为1134日站，比常年同期(540 日站)的2倍还多，平均气温为29.12℃，较常年同期(27.18℃)高1.94℃。可见，2013年盛夏中国中东部地区的高温天气的强度、范围和持续时间均为历史罕见。
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| 图 2 2013年7—8月中国中东部地区的高温日数分布(a)和1981—2013年中国中东部地区高温日站数与平均气温的演变(b)Fig. 2 Distribution of the high temperature days over Mid-East China during July-August 2013(a)，and the numbers of the high temperature day stations as well as the averaged air temperature over 1981-2013(b) |
什么原因造成了2013年盛夏中国中东部区异常高温天气？为了弄清楚这一问题，从热力学方程出发诊断分析了各因子对2013年盛夏中国中东部异常高温天气的贡献(表 1)。从表 1可见，2013年盛夏非绝热加热对925 hPa中国中东部地区气温的贡献为130.964×10-4 K/d，较其他两项的贡献大一个量级，不仅2013年有这一规律，1981—2013年非绝热加热的贡献也均较绝热加热和温度平流的贡献大一个量级(图 3)，表 1中非绝热加热、绝热加热和温度平流贡献的常年平均值也说明了这一点，表明非绝热加热是盛夏中国中东部地区增温最为主要的因子，这与尹东屏等(2006)和方宇凌等(2011)的研究结果相似。虽然非绝热加热贡献较其他两项贡献要大一个量级，但表 1中非绝热加热贡献的标准差(8.365×10-4 K/d)和图 3中非绝热加热贡献的波动幅度均表明其年际变化较小(相对平均而言)，比本身小一个量级。表 1显示绝热加热贡献的标准差为9.176×10-4 K/d，与非绝热加热贡献的标准差相当，图 3也显示绝热加热贡献的波动幅度与非绝热加热贡献的波动幅度相当，这表明虽然绝热加热的贡献较非绝热加热的贡献小一个量级，但其年际变化相当。表 1还显示温度平流贡献的标准差为3.335×10-4 K/d，约为绝热加热的35%和非绝热加热的39%，这表明盛夏中国中东部地区气温的年际变化主要由非绝热加热和绝热加热的变化引起，但温度平流变化也不可忽略。
| 名称 | 温度平流项(K/d) | 绝热加热项(K/d) | 非绝热加热项(K/d) |
| 2013年盛夏 | -6.817×10-4 | 27.035×10-4 | 130.964×10-4 |
| 常年盛夏平均 | 2.074×10-4 | -2.065×10-4 | 129.210×10-4 |
| 标准差 | 3.335×10-4 | 9.176×10-4 | 8.365×10-4 |
| 2013年盛夏距平 | -8.891×10-4 | 29.1×10-4 | 1.754×10-4 |
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| 图 3 1981—2013年盛夏中国中东部地区近地层(925 hPa)各因子对气温的贡献Fig. 3 Contributions of the temperature advection，adiabatic heating and diabatic heating to 925 hPa temperature over Mid-East China from 1981 to 2013 |
2013年盛夏中国中东部地区非绝热加热、绝热加热和温度平流贡献的距平显示，非绝热加热贡献的距平为1.754×10-4 K/d(约为标准差的21%)，绝热加热贡献的距平为29.1×10-4 K/d(约为标准差的320%)，温度平流贡献的距平为-8.891×10-4 K/d(约为标准差的-270%)，这表明2013年中国中东部地区的异常高温天气主要由异常强的绝热加热引起，偏强的非绝热加热也有一定的正贡献，而异常的温度平流则做负贡献。下面将详细分析2013年盛夏中国中东部地区温度平流、绝热加热和非绝热加热异常的原因。4.1 温度平流
从2013年盛夏850 hPa的温度场、流场和温度平流距平场(图 4a)可以看出，中国中东部地区处于高温脊内，温度脊线位于33°N附近。与此同时，中国中东部地区还位于西太副高西北侧，受西南风气流控制(这种环流形势从925 hPa一直延伸至500 hPa)，这种温度场和环流形势场的配置有利于温度脊以南相对较冷的气流向中国中东部地区输送，中国中东部地区为冷平流控制，温度平流距平场也显示整个中东部地区为距平冷平流，即中东部地区的冷平流较常年强。根据式(1)有lnθ/t∝- V h∇lnθ<0 ℃/s，即冷平流有利于局地温度的降低，不利于高温天气的形成。这表明2013年盛夏偏强的冷平流对中国中东部地区的高温天气做负贡献。
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| 图 4 2013年盛夏(a)850 hPa 温度场(等值线，单位：K)、风场(矢线，单位: m/s)和温度平流距平场 (阴影，单位K/s)，(b)925 hPa位势高度(等值线，单位：gpm)和垂直运动(阴影，Pa/s)距平场Fig. 4(a)Distributions of 850 hPa temperature(solid，unit: K)，wind(arrow，unit: m/s)，and temperature anomaly(shadow，unit: gpm)，and (b)925 hPa geopotential height anomaly(contour，unit: gpm) and omega anomaly(shading，unit: Pa/s)during July-August 2013 |
2013年盛夏925 hPa东亚垂直运动(ω)距平场(图 4b)显示，中国中东部地区为ω正距平区，这个正距平区从925 hPa一直延伸至700 hPa(图略)。根据式(1)垂直运动对温度的影响可表示为∂lnθ/t∝-∂ωlnθ/∂p，通常大气处于稳定状态，位温θ随高度的增加而增加，即∂lnθ/∂p<0，故在ω正值区∂lnθ/t∝-∂ωlnθ/∂p>0，即下沉运动有利于局地温度的升高，即所谓的下沉加热。可见，2013年盛夏中国中东部地区中低层偏强的下沉气流是异常高温天气形成的主要原因之一。图 4b中ω正距平区与图 1中的气温正距平区和高温日数正距平区吻合较好，进一步说明了下沉加热对2013年盛夏异常高温天气的正贡献。4.3 非绝热加热
根据式(1)非绝热加热对局地气温的影响可表示为lnθ/t∝Q/cpT，当非绝热加热(Q>0)时，lnθ/t∝Q/cpT>0，即局地温度增加。相反，非绝热冷却(Q<0)则会使局地温度降低。表 1显示，2013年盛夏中国中东部地区非绝热加热偏强，可见偏强的非绝热加热对2013年盛夏该地区的异常高温天气也有一定的贡献。
非绝热加热主要包含长波净辐射通量加热、感热通量加热和凝结潜热加热。1981—2013年盛夏中国中东部地区925 hPa上这3种非绝热加热的演变(图 5)和相应的统计量(表 2)均显示，长波净辐射是非绝热加热最为主要的因子，平均为2696.0 J/(m2·d)，约为其他两者的4—6倍。长波净辐射虽然是非绝热加热最为主要的因子，但其标准差较小，为213.5 J/(m2·d)，与凝结潜热加热标准差(146.9 J/(m2·d))和感热通量标准差(225.2 J/(m2·d))相当，表明这三者的年际变化幅度相当，图 5中三者的波动幅度也说明了这一点。表 2显示2013年盛夏中国中东部地区925 hPa的凝结潜热加热距平为-181.4 J/(m2·d)(约为标准差的-120%)，即凝结潜热加热异常偏弱，这主要是由2013年中国中东部地区降水偏少，凝结潜热释放少造成的。长波净辐射通量(向上为正)距平为220.0 J/(m2·d)(约为标准差的103%)，感热通量的距平为23.5 J/(m2·d)(约为标准差的11%)，这表明2013年盛夏中国中东部地区非绝热加热偏强主要由异常偏强的长波净辐射和偏强的感热通量造成，而异常偏弱的凝结潜热加热则做负贡献。
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| 图 5 1981—2013年盛夏中国中东部地区近地层(925 hPa)非绝热加热的演变Fig. 5 Evolutions of latent heating，long wave radiation，and sensible heat flux heating at 925 hPa over Mid-East China from 1981 to 2013 |
| 名称 | 凝结潜热加热(J/(m2·d)) | 长波净辐射通量(J/(m2·d)) | 感热通量(J/(m2·d)) |
| 2013年盛夏 | 302.4 | 2916.0 | 714.8 |
| 常年盛夏平均 | 483.8 | 2696.0 | 691.3 |
| 标准差 | 146.9 | 213.5 | 225.2 |
| 2013年盛夏距平 | -181.4 | 220.0 | 23.5 |
以上分析表明2013年盛夏中国中东部地区中低层偏强的下沉运动、偏强的长波净辐射通量和偏强的感热通量是2013年盛夏中国中东部地区异常高温天气形成的直接原因。那么是什么原因造成2013年盛夏中国中东部地区中低层下沉运动偏强、长波净辐射偏强和感热通量偏强？以下结合向外长波辐射和大尺度环流形势，分析找出引起下沉运动、长波净辐射和感热通量偏强的原因，为提升异常高温天气的预报服务。
2013年盛夏500 hPa位势高度场(图 6a)显示，2013年盛夏西太副高主体(5860 gpm范围内)控制着中低纬度西太平洋地区和中国中东部地区，副高脊线位于30°N附近，5880 gpm线西脊点位于118°E附近。对比分析图 6中的实线、粗实线和阴影还可以发现，2013年盛夏西太副高较常年偏强、偏北和偏西，其中偏北约3个纬度、偏西约12个经度。当西太副高偏西、偏强时，副高内部(低层)的下沉气流强盛(史军等，2009)，这表明西太副高偏强、偏西是2013年中国中东部地区低层下沉气流偏强的主要原因之一。此外，2013年盛夏200 hPa上南亚高压较常年偏强、偏北和偏东(图 6b)，南亚高压控制着37.5°N以南中国大部分地区，中国中东部地区位于南亚高压的东部。与之对应，散度场上中国中东部地区200 hPa上2013年盛夏和常年均为辐散(图略)，但2013年的辐散较常年偏弱，其距平场表现为辐合(图 6b)，根据连续方程可以发现，高层偏弱的辐散(偏强的辐合)有利于中低层上升运动的减弱(下沉运动加强)，即有利于距平下沉气流的生成。可见，2013年盛夏南亚高压偏强、偏东和偏北也是中国中东部地区下沉气流偏强的主要原因之一。此外，一些研究还指出200 hPa南亚高压的东伸有利于500 hPa上西太副高的加强西伸(任荣彩等，2007；赵兵科等，2005)，有利于中国中东部地区中低层下沉运动的加强。
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| 图 6 2013年盛夏(a)500 hPa位势高度场(实线，单位：gpm)和距平场(阴影)(粗实线为气候平均态的5880 gpm线)及(b)200 hPa位势高度场(实线)、位势高度距平场(虚线)和距平散度场(阴影，单位：s-1)(粗实线为气候平均态的12500 gpm线)Fig. 6 Distributions of geopotential height and geopotential height anomaly at 500 hPa(a) and 200 hPa(b)during July-August 2013(Thick solid line indicates the lines of climatological mean 5880 gpm and 12500 gpm) |
由于受偏强、偏北、偏西的西太副高控制，中国中东部地区的下沉运动偏强，强盛的下沉气流不利于云雨的形成，致使对流层顶向外长波辐射较常年偏高，中国中东部地区的正向外长波辐射距平区正好说明了这一点(图 7a)。向外长波辐射高、云雨少会使太阳短波辐射在穿越大气层到达地面的过程中被反射和吸收减少，进而到达地面的太阳短波辐射增加(图 7b)，地表吸收的短波辐射也随之增加，地表温度也将升高。高的地表温度不仅有利于地表向外长波辐射的增大，还会加大地表向上的感热通量输送。综上所述，2013年盛夏中国中东部地区长波辐射偏强和感热通量偏强主要还是由于偏强、偏西的西太副高控制着中国中东部地区造成的。
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| 图 7 2013年盛夏(a)向外长波辐射距平场及(b)向下的太阳辐射距平场Fig. 7 OLR anomaly field(a) and downward solar radiation anomaly field(b)during July-August 2013 |
以上分析表明，2013年盛夏中国中东部地区低层偏强的下沉运动和近地层偏强的非绝热加热主要为西太副高的异常(偏强、偏西和偏北)所致，而大气环流的长期异常与海表温度距平密切相关(雷杨娜等，2009；Hack et al，1989；Carllimore et al，1981；Yuan et al，2000；况雪源等，2008；Hoskins et al，1981；Horel et al，1981；于润玲等，2002；Ting et al，1995)。海表温度距平(图 8)显示，2013年盛夏太平洋海表温度明显异常，其中，赤道中东太平洋为负距平区，负距平中心位于赤道东太平洋，其值超过了-1.5℃。澳大利亚以北至菲律宾附近的赤道西太平洋为正距平区，正距平中心位于赤道西太平洋岛屿附近，其值超过了1.5℃。整个10°N以北的北太平洋海表温度都为正距平，正距平中心有3个，其值均超过了3.0℃，一个位于黑潮附近，一个位于北半球西风漂流区(40°N附近)，另一个位于42°N北太平洋东部(150°W附近)。
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| 图 8 2013年盛夏海表温度距平场及500 hPa风场距平Fig. 8 SST anomaly field and the wind anomaly field during July-August 2013 |
赤道西太平洋的海表温度正距平除了直接以感热通量加热低层大气，在低层形成辐合上升(图 9)外，还会使赤道西太平洋地区海表向高空输送的水汽较常年偏多(图略)，富含水汽的空气在上升中凝结释放的潜热也会增多，凝结潜热的增多会进一步加强赤道西太平洋地区的上升运动，特别是中高层。从图 9还可以看出，强烈的上升气流(上升运动中心超过了0.05 Pa/s)在高空(200 hPa附近)向外辐散，向北辐散的气流在0°—10°N内下沉至300 hPa并继续向北流动，与北面高层(300 hPa以上)南下的偏南气流交汇于30°N附近，高空气流呈明显辐合，图 6b也反映了这一点。高层气流的堆积辐合致使空气在30°N附近下沉(下沉运动中心超过了0.03 Pa/s)，形成距平哈得来环流，距平哈得来环流北侧的下沉气流(位于30°N附近)有利于中低层气流辐散加强，而中低层强的辐散会导致反气旋环流的加强，通过地转适应，偏强的反气旋环流会加强中低层气压，即距平哈得来环流的下沉支有利于西太副高的加强。黄士松等(1977)指出，高空气流堆积下沉对西太副高的形成和维持起着重要作用，况雪源等(2008)也指出，强(弱)的哈得来环流有利于西太副高的加强(减弱)。潘敖大等(2009)用NCAR/CAM3.0模拟也发现，夏季低纬度太平洋海表温度的上升将引起哈得来环流和西太副高的加强。这表明赤道西太平洋地区异常的海表温度正距平是2013年盛夏西太副高偏强、偏北的主要原因之一。图 10为1982—2013年中国中东部地区(27.5°—32.5°N，110°—122.5°E)500 hPa位势高度标准化序列和赤道西太平洋(5°S—5°N，105°—125°E)海表温度标准化序列。可见，中国中东部地区500 hPa位势高度与赤道西太平洋海表温度成较强的正相关趋势，且两者的相关系数为0.532，通过了0.01水平的显著性检验，其中2013年赤道西太平洋海表温度和中国中东部地区500 hPa的位势高度都异常偏高，这进一步表明了赤道西太平洋地区异常偏高的海表温度是2013年盛夏西太副高偏强的主要原因之一。黄荣辉等(1994)也指出夏季热带西太平洋增暖后，菲律宾附近的对流活动旺盛，西太副高偏强、偏北。
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| 图 9 2013年盛夏110°—130°E范围内的距平经向环流、(阴影为下沉区，等值线表示垂直速度距平，单位：Pa/s)Fig. 9 Hadley circulation anomalies averaged over 110°-130°E during July-August 2013(shadow indicates the subsidence area，and contour indicates omega anomaly，unit:Pa/s) |
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| 图 10 1982—2013年盛夏中国中东部至日本地区(27.5°—32.5°N，110°—125°E)500 hPa位势高度与赤道西太平洋地区(5°S—5°N，105°—125°E)海表温度(两者的相关系数r=0.532)的标准化序列Fig. 10 St and ardized sequence of 500 hPa geopotential height over region(27.5°-32.5°N，110°-125°E) and the equatorial western Pacific(5°S-5°N，105°-125°E)SST from 1982 to 2013 |
图 8显示，2013年盛夏北太平洋海表温度异常偏高。北太平洋的海表温度对西太副高有何影响？图 11为盛夏北半球西风漂流区(38°—43°N，165—178°E)海表温度与500位势高度的相关分布。可以看出，正的高相关区位于北半球西风漂流区西侧附近(中心超过0.7)、中国中东部至朝鲜半岛一带(中心超过0.5)、中印边界附近(中心超过0.5)和北美西海岸(中心超过0.6)，负的高相关区主要位于西太平洋副热带地区(中心超过-0.4)。盛夏黑潮附近(38°—43°N，130°—140°E)海表温度与500 hPa的相关系数分布形势(图 12)与图 11非常相似，仅相关系数的大值中心与位置稍有不同，这表明黑潮附近海表温度与西风漂流区西侧海表温度对亚洲太平洋地区500 hPa大气环流的影响相似。对比分析图 11、12和8可以发现，图 11和12中相关系数正的高值区正好位于图 8中的反气旋环流处，而西太平洋副热带负的相关系数区正好位于气旋环流处，结合图 6a还可以发现，中国中东部至日本附近的正相关中心与2013年盛夏500 hPa位势高度正距平中心吻合得非常好。北太平洋东部(42°—45°N，165—145°W)海表温度与500 hPa位势高度的相关(图略)显示，东亚至西太平洋的大部分地区其相关系数都较小，不到0.2。综上所述，北半球西风漂流区海表温度和黑潮附近海表温度的异常升高也是2013年盛夏西太副高偏强、偏北的主要原因之一。于润玲等(2002)和朱平盛等(1997)都指出北太平洋的海表温度正距平会以遥相关的形式影响亚洲太平洋地区的大气环流，致使西太平洋副高加强北抬。赵汉光等(1992)也指出黑潮地区海表温度异常偏高也有利于西太副高的加强北抬。
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| 图 11 北半球西风漂流区(38°—43°N，165°—178°E)海表温度与500 hPa位势高度的相关系数分布(阴影区表示相关系数通过了95%的信度检验)Fig. 11 Correlation coefficent distrbution between the westerly wind drift region(38°-43°N，165°-178°E)SST and 500 hPa geopotential height(Shadow denotes the correlation being significant at the 95% confidence level) |
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| 图 12 黑潮附近(38°—43°N，130°—140°E)海表温度与500 hPa位势高度的相关系数分布 (阴影区表示相关系数通过了95%的信度检验)Fig. 12 Correlation coefficent distrbution between Kuroshio Current area(38°-43°N，130°-140°E)SST and 500 hPa geopotential height (shadow denotes the correlation being significant at the 95% confidence level) |
对2013年盛夏中国高温天气特征分析发现，2013年中国高温天气主要发生在中国中东部地区(26°—35°N，105°—121.5°E)，这次高温天气的影响范围之广、持续时间之久均为历史罕见，中国中东部地区的高温日站数和平均温度都是自1981年以来的最高值，其中高温日站数为1134日站，比常年(540 日站)的2倍还多，平均温度为29.12℃，较常年(27.18℃)偏高1.94℃。利用热力学方程，并结合对应天气形势和海表温度分布形势诊断分析发现：
(1)非绝热加热(主要为长波净辐射通量)是盛夏中国中东部地区升温最为主要的因子，但2013年盛夏中国中东部的温度异常(距平)偏高主要是由中低层异常偏强(相对常年平均)的下沉运动造成，偏强的非绝热加热也有一定的贡献，而异常的温度平流(冷平流)却做负贡献。
(2)500 hPa上西太副高的偏强、偏西和偏北，是造成2013年中国中东部地区中低层下沉气流异常偏强的主要原因之一。200 hPa上南亚高压的偏强、偏东、偏北也对中国中东部地区中低层的下沉运动有一定的贡献。
(3)中国中东部地区的非绝热加热偏强主要是由长波净辐射通量加热的异常偏强和感热通量的偏强造成，这主要是由中国中东部地区偏强的下沉运动会阻碍云雨的发生、发展，到达地表的太阳短波辐射增多，地表温度升高所致。而凝结潜热加热则对非绝热加热的增强做负贡献，这主要是2013年中国中东部地区降水偏少所致。
(4)赤道西太平洋海表温度异常偏高是2013年盛夏西太副高偏强的主要原因之一。西太平洋地区偏高的海表温度会通过热通量加热(低层)和凝结潜热加热(中高层)来加强哈得来环流的上升支，与之对应，位于30°N附近哈得来环流的下沉支也随之加强，强的下沉气流有利于中低层辐散和反气旋环流的加强，通过地转适应，偏强的反气旋环流会加强中低层气压，即有利于西太副高的加强。
(5)除了赤道西太平洋地区海表温度异常可通过哈得来环流影响西太副高外，北太平洋西风漂流区和黑潮附近海表温度也与中国中东部至日本一带500 hPa位势高度有很强的相关关系，相关系数中心都超过了0.5。而2013年盛夏北太平洋西风漂流区和黑潮附近的海表温度异常偏强，这也是2013年盛夏西太副高偏强、偏北的主要原因之一。
由于中纬度热源的强迫对大气环流的影响非常复杂，所以要揭示黑潮海域和北太平洋西风漂流区海域影响西太副高的物理机制尚需深入研究，不仅要考虑海洋、积雪、陆面影响，还要考虑大气环流的相互作用。
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