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本论文利用中国均一化站点温度资料和ERA-Interim、NCEP/NCAR再分析资料对中国东部不同地区的高温环流特征进行分析,发现不同区域高温的发生机制有明显差异,夜间高温和日间高温的发生机制也明显不同。 中国东部地区极端高温(Extreme heat)的平均环流特征是在上空有一个反气旋异常,反气旋一方面带来绝热增温,另一方面减少云量,增加入射地表的太阳辐射。但是,不同地区的高温环流还存在明显差异。中国东部的高温环流型基本可以分为三类:典型的热带外型、季风型和焚风型。东北和华北东部的高温是典型的热带外型,上空对应异常的反气旋和下沉,整个对流层出现增温。长江流域和华南地区的高温属于季风型。高温对应其西北侧出现异常的西南风,加强了气候态的西南夏季风及其往北输出的水汽,使这些区域上空的湿度明显减小,有利于地表接收更多的太阳辐射。同时,高空还出现反气旋和下沉异常,共同引起高温。季风型的增温仅局限在对流层低层,高层的降温是由于降水明显减少导致潜热加热减少。相比之下,位于太行山东麓的华北西部的高温属于焚风型,明显受到焚风效应的影响。高温天对应华北西部的东北侧出现显著的气旋异常,与之伴随的西北风异常控制该区域。西北风从山上吹向平原,把干热空气带到背风坡并产生下沉,形成焚风效应,造成地表气温急剧上升。 华北西部的极端高温除了受到焚风效应的影响,还受到大尺度的反气旋异常的影响。本文进一步把华北西部的高温分为焚风高温和非焚风高温,以比较焚风和大尺度环流的作用。结果表明,焚风高温的环流异常与所有高温的类似:东北侧出现气旋异常,上空受西北风控制。西北风带来明显的焚风效应,华北西部呈现显著的局地增温。相比之下,非焚风高温对应高空出现显著的反气旋异常,华北西部及其北侧呈现大范围的下沉增温。由此可见,异常的气旋和反气旋均能引起华北西部高温的发生。为了理解这种现象,本文进一步分析夏季气候一般情况的非高温天,比较引起增温和降温的环流异常。结果表明华北西部地表气温的变化受到大尺度环流和局地环流,即高层反气旋和低层爬坡风或者高层气旋和低层下坡风的共同影响,而它们对温度的作用是相反的。此外,普通增温的合成结果与极端高温的类似,说明它们的增温机制是一致的。 作为华北的一个典型大城市,北京的极端高温也受到焚风效应的影响。发生在白天的极端高温与发生在夜间的热带夜(Tropical night)表现出明显不同的形成机制。热带夜对应北京上空出现显著的反气旋异常,对流层低层的反气旋在北京南侧产生南风异常,加强西南夏季风并带来更多的水汽。水汽的增多将抑制长波辐射冷却,有利于夜间增温。相比之下,北京极端高温对应的环流异常与华北西部焚风高温的类似,其东北侧出现气旋异常,上空受偏北风控制,造成下沉异常和水汽减少,带来焚风效应和显著增温。 由此可见,北京的典型热带夜对应大气偏湿,典型极端高温对应大气偏干。但还存在非典型的情况,即干热带夜(占热带夜总数的30%)和湿极端高温(占极端高温总数的20%)。本文进一步分析了这些非典型高温发生的物理机制,发现典型和非典型高温对应的大尺度环流异常存在相似性:干热带夜的合成异常与干极端高温的相似,湿极端高温的合成异常与湿热带夜的相似。例如,对干极端高温起重要作用的下沉异常出现在70%的干热带夜中。此外,从白天到夜间和从夜间到白天的高温持续性也对干热带夜和湿极端高温的出现起重要作用。50%的干热带夜和70%的湿极端高温在前期分别有极端高温和热带夜发生。因此,气象条件和高温持续性都是引起非典型干热带夜和湿极端高温的重要因子。 本文结果表明中国东部高温的发生机制具有复杂性,分析不同区域的气温变化时,必须全面地考虑季风和地形对高温环流的影响、地形和大尺度环流的相互作用、以及日间高温和夜间高温的持续性。