引言

随着人类活动影响的扩大，温室效应气体排放的增加，由此引起的地球表面温度的上升越来越受到人们关注。在这种全球气候变暖的大背景下，近年来，我国的极端高温事件也有不同程度的增加^[1]。高温天气对经济发展、生态环境和人民生活都造成了严重的影响^[2-4]。因此，夏季高温也越来越受到人们的普遍关注^[5-9]。高温预报也成为年度气候预测的重要组成部分。分析以往的研究，对某些区域整体高温异常及其相关因子的关注较多^[9-12]，而对区域分布异常的情况关注较少。例如2002年，总体来看我国东部地区高温为正常年份，但事实上，长江以南的地区高温日数平均偏少20%左右，而长江以北地区高温日数平均则偏多20%左右，其中如安徽亳州比常年偏多1倍以上。因此2002年对江南地区为高温偏弱年，而对江淮地区则是高温偏强年。这种总体正常而南北反相的分布无疑增加了预报员对高温气候预测的难度。本文对1958—2007年我国东部地区102个站点盛夏(6—8月)高温日数进行了分析，找出高温日数南北分布异常的典型年份，并对这种分布变化的海气相关及异常典型年份的环流特征进行了分析，希望找出一些前期预报因子，对高温的分区域预报有所帮助。

1 资料与方法

本文研究区域为我国东部地区(25°~35°N、110°~122°E)，剔除高山站和海岛站，在综合考虑站点数据的缺测情况、时间长度、完整性和代表性的基础上，从中选出102个国家基本观测站(图略)，时间范围为1958—2007年。研究中使用了这些站点(6—8月)逐日地面最高气温，并定义高温日条件为该日最高气温≥35.0 ℃。我们先用经验正交函数(EOF)方法对这些站点的夏季高温日数距平进行分析，得到主要特征向量及其时间系数序列，发现第二特征向量的空间分布大致以长江为界呈南北反相变化，且占有较大的方差贡献，即本文重点讨论的高温日数南北非均匀分布特征。再利用NCEP月平均再分析资料集(水平分辨率2.5°×2.5°)和美国国家海洋和大气管理局(NOAA)提供的ERSST (Extended Reconstructed Sea Surface Temperature V3) 资料，分析了高温日数南北分布异常典型年份的大气环流特征和该分布变化与前期的海温、大气环流的相关性。

2 高温日数非均匀分布特征

对102站50年高温日数距平场进行EOF分析，得到前3个特征向量的累积方差贡献率达75.9%(表 1)，其中第一特征向量占52.0%，所有值为正(图略)，可知其空间分布特点是整体同位相变化，它的时间系数序列可以表征该区域高温日数整体的变化。第二特征向量的方差贡献率为16.6%，其分布特点是约以长江为界，呈南北反相变化(图 1)，即南部高温日数偏多时北部高温日数偏少，反之亦然。其时间系数序列可以反映这种分布的年际变化(图 2中细实线)。为验证这些年份高温日数在南北区域非均匀分布特征，又计算了南北各51个站(分别为图 1中负值区和正值区)50年高温日数南北分布比例的变化。具体算法为：以常年平均分布比例为基准，算出每年分布比例与常年平均的偏差，然后对数据标准化，结果如图 2中黑色实线所示。可以看到它与第二特征向量的时间序列的变化率几乎是一致的。所以第二特征向量的时间序列可以非常好地反映高温日数在南北区域分布的年际变化及其异常情况。从图中可以看出1959年、1966年、1994年、1997年、2002年是较典型的高温区偏北年份(实况偏离大于一个标准差，下同)，而较典型的高温区偏南年份多出现在20世纪80年代如1980年、1982年、1983年、1987年、1989年，其他还有如1993年、2007年等共10年，这些年份的高温日数南北分布比例都大大偏离了常年值。另外我们也可以看到这种南北分布的异常与该区域高温整体的强弱变化(图 2中细虚线)没有显著的联系。这种异常可以发生在高温偏强年份如1966年、2003年或偏弱年份如1987年、1997年，也可以发生在正常年份如1991年、2002年。通过高斯低通滤波(图 2中粗虚线)可以看到20世纪60年代到70年代前期多为高温区偏北型，80年代多为高温区偏南型，而从90年代中后期以来似乎又在经历一次由北而南的变化。

3 高温日数南北分布异常典型年份同期大气背景特征

大范围的气候异常一般都是由于大气环流的异常造成的。为了揭示夏季高温日数分布异常与大尺度的大气环流变化关系，我们计算了高温区偏南型和高温区偏北型典型年份同期500 hPa位势高度距平合成。可以看到在高温区偏南年份(图 3a)在东亚地区由南而北为“+ -”型分布，华南地区存在明显正距平，显示副高比常年偏强，控制我国南方大陆。同时朝鲜半岛到日本有明显负距平存在，显示西风槽位置偏东，强度有所加强。冷空气沿槽后气流侵入华北地区。从850 hPa温度距平(图略)可以看到以长江为界，江南为正距平，华北地区为负距平，最大负距平中心区在山东河南一带。也有研究表明^[13]当西风槽在我国东北部加深时西太平洋副热带高压活动有一定加强。对于高温区偏北年份情况则基本相反(图 3b)，在东亚地区500 hPa位势高度距平由南而北为“-+”型分布，32°N以南基本为负距平，表明这些年份副高偏弱，同时华北、东北地区为正距平，显示该区域多为高压脊控制。850 hPa温度距平在华北也是一个明显正值区(图略)，表明冷空气活动在这些地区明显偏弱。

我国为典型的季风性气候，夏季天气、气温受季风影响明显。从850 hPa风矢量距平可以看到，对于高温区偏南型年份(图 3c)，在我国南部地区西风偏强，而华北地区，山东半岛、黄海则为异常的东北风，两种气流在30°N以北附近形成一个辐合区。而对于高温区偏北年份(图 3d)则不同，我国中东部为弱的异常东北风，而华南沿海有异常的西南风，从而使辐合区位于我国东南部。

在v-ω距平合成图上可以看到，对于高温区偏南年份(图 3e)，在25°~35°N由南而北存在增强的逆时针环流，空气在32°N附近辐合上升，辐合上升的气流使该区域云系、降水增多，从而使温度下降。而在25°N附近下沉气流比常年明显增强，而干热的下沉气流造成这些区域气温升高，同时干旱少雨。相反在高温区偏北型年份(图 3f)则有比常年增强的顺时针环流，上升气流增强出现在南方，下沉气流增强出现在北方。这个结果也与上述低层850 hPa风矢量分析结论一致。

4 高温日数南北分布与前期海气背景特征

由第二特征向量空间分布可以知道，其时间系数> 0表明当年高温区偏南，时间系数 < 0表明高温区偏北，其绝对值越大说明偏离常年越大，因此它可以作为表征高温日数南北分布异常的指数。研究它可以为预报我国东部地区高温日数在南北方向的分布异常提供帮助。本文计算了该指数与前期的大气环流指数的相关性(资料来源为国家气候中心气候系统诊断预测室)。发现它与前期冬、春季的大气环流有密切关系，如它与4月北非副高强度指数的相关系数为0.461，与4月北美区极涡面积指数的相关系数为-0.45，前人的研究也有相似结论^[14]，与5月西太平洋副高面积指数的相关系数为0.421，均通过了0.01的显著性水平检验。这些都可以作为对其的预报因子，进一步加以研究。

图 4是南北分布指数与前期12月500 hPa位势高度的相关图，可以看到低纬度地区大部分为正相关区, 而且相关性明显，特别在西半球的南太平洋部分区域，相关系数达0.6以上，表明高温日数南北非均匀分布与赤道地区500 hPa位势高度的异常呈同步变化。

热带地区海温异常对大气环流的影响是人们很早就注意到的，大量的研究表明^[15-16]，海温的异常会导致亚洲季风气流的变异，影响西太平洋副热带高压的位置和强度，从而影响到我国的夏季降水和气温。通过计算高温日数南北分布指数与全球海温的相关，发现其与印度洋海温变化的相关最为密切，这应该与印度洋是我国夏季水汽和能量的主要源地之一有关。

图 5为该指数与前期5月赤道印度洋地区海温的相关分布，最大的相关系数达0.5以上。可知，当前期印度洋海温偏高(低)时，则后期我国东部夏季出现的高温区常常偏南(北)。除了与热带地区海温异常相关外，这一指数也与中高纬地区海温异常有较明显相关，通过计算发现它与前期12月阿留申群岛、白令海区域海温的最大的相关系数也达到0.5以上(图略)。

5 结论

对于我国东部地区而言，虽然多数年份夏季高温的变化有很好的一致性，但也有不少年份呈现出南北反位相的变化特征，并且这种变化与该区域整体的高温强弱没有明显的联系。

对该区域1958—2007年盛夏高温日数场进行EOF分析，第二特征向量的分布能反映高温日数南北反向分布的特征，其时间序列能很好地反映这种分布的年际变化特征。进一步分析其海气相关和典型异常年份同期的大气环流背景特征，结果显示：

(1) 对于高温区偏南年份，江南地区500 hPa高度为正距平，朝鲜半岛、日本岛地区为负距平，显示西太平洋副高偏强偏南，控制我国江南地区，西风槽比常年加深、位置偏东，华北冷空气偏强，同时在25°~35°N高空由南而北有增强的逆时针环流，而对于高温区偏北年份情况则相反。

(2) 高温日数南北分布变化与前期冬、春季的大气环流有密切关系，它与多项环流指数的相关性通过了0.01的显著性水平检验。与上年度12月低纬度地区500 hPa位势高度异常呈明显的正相关，同时它与热带和中高纬地区的海温异常有关，尤其与前期印度洋海温的变化关系最为密切。