中国东北及邻近地区夏半年极端暖事件的时空和环流特征分析

付强; 石剑; 徐梦阳; 艾阳; 钱维宏

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2022.010

中国东北及邻近地区夏半年极端暖事件的时空和环流特征分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.010

付强^{1, 2},
石剑^{3, 4},
徐梦阳¹,
艾阳¹,
钱维宏^1, ,

1.
北京大学物理学院大气与海洋科学系，北京 100871
2.
中国人民解放军31099部队，北京 100080
3.
中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室，山东青岛 266100
4.
中国海洋大学海洋与大气学院，山东青岛 266100

基金项目:

国家自然科学基金 41775067

国家自然科学基金 42006013

青岛市博士后基金 862005040001

详细信息

通讯作者:
钱维宏，男，江苏省人，教授，博士，主要从事极端天气和气候异常的研究。E-mail: qianwh@pku.edu.cn

中图分类号: P423.3.6
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出版历程
- 收稿日期: 2020-12-29
- 修回日期: 2021-11-28
- 网络出版日期: 2022-04-12
- 刊出日期: 2022-02-20

SPATIO-TEMPORAL AND CIRCULATION FEATURES OF EXTREME WARM EVENTS DURING SUMMER HALF YEAR IN NORTHEAST CHINA AND ADJACENT AREA

FU Qiang^{1, 2},
SHI Jian^{3, 4},
XU Mengyang¹,
AI Yang¹,
QIAN Weihong^{1
, ,}

1.
Department of Atmospheric and Oceanic Sciences, School of Physics, Peking University, Beijing 100871, China
2.
The Chinese People's Liberation Army 93420, Shijiazhuang 050003, China
3.
Key Laboratory of Physical Oceanography, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao, Shandong 266100, China
4.
College of Oceanography and Atmospheric Sciences, Ocean University of China, Qingdao, Shandong 266100, China

摘要

摘要: 夏半年（5—10月）是我国东北农作物生长的关键期，但偏高的气温尤其是大范围极端偏暖事件会对农业生产造成不良影响。基于强度、范围和持续时间等指标，对1980—2019年夏半年发生在我国东北及其邻近地区的16个极端暖事件进行分析。结果表明，东北及邻近地区的极端暖事件的强度和频率呈明显增加的趋势，夏初（5—6月）和秋初（9—10月）发生的暖事件频次较多。地面极端增暖事件发生时，东北区域的西北侧大陆地面低压异常和东侧西北太平洋海上高压异常导致东北地区出现异常偏南风及暖平流；对流层至平流层呈现出准正压的结构，最大位势高度异常中心多出现在250 hPa附近，其下方的正温度异常（暖气柱）会延伸到地面，有利于地面异常增温。暖事件发生时，地面增暖区位于对流层上层急流入口区的左侧，利于下沉气流出现。上述大气温压场扰动结构和环流特征通过影响短波辐射和绝热增温过程，共同导致地面极端暖事件的发生。在预报意义上，有90%以上的东北极端暖事件可以在250 hPa上至少提前10天追踪到位势高度的扰动信号。
- 中国东北 /
- 夏半年 /
- 暖事件 /
- 变化趋势 /
- 环流特征 /
- 扰动信号
Abstract: The summer half year (May-October) is a critical period for the growth of crops in Northeast China. The extreme warm events can greatly affect the growth of crops and their harvest. In this paper, an integrated criterion involving intensity, coverage and duration are used to study the 16 extreme warm events in Northeast China and its adjacent area during the summer half years from 1980 to 2019. Results show the intensity and frequency of warm events in these areas increase significantly with the majority occurring in early summer (May-June) and early autumn (September-October). During extreme warm events, the anomalous surface continental low-pressure system and marine high-pressure system, which are respectively located on the western and eastern sides of the study area, result in anomalous southerlies and warm advection in the focus area. Positive geopotential height (GPH) anomalies extend from troposphere to stratosphere with a quasi-barotropic feature, which peaks at around 250 hPa. The anomalous warm column under the height anomalies can reach the surface. Northeast China is located to the left of the entrance region of the upper-level jet stream in the upper troposphere, which is favorable for the sinking motion and associated heating. These circulation features cause the extreme warm events by affecting the shortwave radiation and adiabatic heating. The anomalous GPH signal at 250 hPa can be tracked 10 days in advance for more than 90% events.
- Northeast China /
- summer half year /
- warm event /
- trend /
- circulation characteristics /
- anomalous signal

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图 1 两种资料对东北暖事件期间地表温度距平（等值线和阴影，4 ℃间隔）的比较

a、c. NCEP资料气温距平；b、d. 中国地面气温格点数据集的气温距平。

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图 2 地表温度扰动正异常超过7 ℃时的日平均强度（绿线，单位：℃）、覆盖范围（带点红线，单位：10⁵ km²）和相邻的两天异常中心之间距离（黑线，单位：10³ km）的逐日序列

红色粗线表示覆盖面积为5.0×10⁵ km²。顶部括号内的数字表示当年覆盖面积大于5.0×10⁵ km²的天数和暖事件的个数。红和蓝填色指示两次不同的暖事件。a、b和c为综合强度前三的年份，分别为2010、2019和2018年。

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图 3 1980—2019年东北地区极端暖事件累积强度（单位：10⁵ km²·℃）的年际变化

累积强度是本年内所有事件综合强度之和。黑色虚线表示置信水平达到95% t检验的线性趋势。

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图 4 综合强度前三个事件中增暖覆盖面积最大日2010年6月26日（a）、2019年9月27日（b）和2018年6月1日（c）的地表温度距平（填色及等值线，单位：℃）

黑色虚线框为所选研究区域（下同）。

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图 5 所有16次暖事件中最大覆盖日的合成海平面气压（蓝色等值线，间隔2 hPa）和10 m风（箭头）（a），海平面气压距平（填色及等值线，间隔2 hPa）和10 m风距平（b），925 hPa温度平流（填色，间隔1×10^-5 ℃/s）和风（箭头）（c）

其中，只保留通过显著性检验的风，打点区域为通过0.05显著性水平的t检验区域。

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图 6 所有16次暖事件开始日的合成分析

a为250 hPa位势高度距平（填色，单位：gpm）、纬向风速（蓝色等值线，间隔8m/s）及同期气候纬向风速（红色等值线，间隔8 m/s），加粗等值线表示30 m/s的纬向风速；b、c分别为500 hPa和850 hPa位势高度距平（填色，单位: gpm）、位势高度原始场（黑色等值线，单位：gpm）、温度距平（红、蓝线，间隔2 ℃）、风（箭头）、温度原始场（绿线，间隔2 ℃）。d、e、f同a、b、c，但为暖事件结束日的合成分析。打点区域为通过0.05显著性水平t检验的区域。

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图 7 所有16次暖事件沿47.5 °N垂直速度距平（填色，正值为下沉气流，单位：Pa/s）事件开始日（a）和事件结束日（b）的合成分析

打点区域为通过0.05显著性水平t检验的区域。

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图 8 三个最强暖事件中覆盖面积最大日分别沿125 °E（a~c）和47.5 °N（d~f）高度距平（红蓝等值线，50 gpm间隔）和温度距平（填色和白色等值线，3 ℃间隔）的垂直剖面

字母H和L分别为高度异常正、负中心; 字母W和C分别为温度异常正、负中心。

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图 9 所有16次暖事件沿125 °E和47.5 °N高度距平（红蓝等值线，20 gpm间隔）和温度距平（填色及白色等值线，3 ℃间隔）垂直剖面的合成分析。字母H和L分别为高度异常正、负中心; 字母W和C分别为温度异常正、负中心。

打点区域表示温度异常超过了0.05显著性水平t检验。

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图 10 所有16次暖事件的250 hPa位势高度扰动（填色）和500 hPa温度扰动（红蓝等值线、间隔1 ℃）随时间的演变

打点区域表示高度异常超过了0.05显著性水平的t检验。

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图 11 250 hPa高度扰动信号的传播路径

空心符号表示扰动中心开始位置，实心符号表示暖事件开始时的扰动中心位置。起始位置前的数字表示暖事件的序号。

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表 1 中国东北及邻近地区1980—2019年夏半年极端暖事件

序号	年份	起始日期	结束日期	持续天数	综合强度	排序
1	1992	5月23日	5月30日	8	52.14	8
2	1998	5月11日	5月16日	6	63.02	6
3	2004	10月6日	10月10日	5	37.02	13
4	2005	9月23日	9月27日	5	26.90	15
5	2006	9月30日	10月7日	8	64.64	5
6	2007	6月07日	6月11日	5	32.72	14
7	2008	10月17日	10月23日	7	56.40	7
8	2010	6月23日	6月29日	7	90.83	1
9	2010	9月9日	9月15日	7	68.41	4
10	2012	5月8日	5月12日	5	25.61	16
11	2017	6月22日	6月28日	7	38.72	12
12	2017	7月3日	7月7日	5	45.28	9
13	2018	5月28日	6月3日	7	68.56	3
14	2018	10月19日	10月23日	5	39.60	11
15	2019	9月25日	10月2日	8	86.13	2
16	2019	10月17日	10月22日	6	41.18	10

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