近年来，全球变暖加剧了极端天气和气候事件的发生频率及强度（Ding，2007；Almazroui et al.，2020；Klutse et al.，2021；薛亮等，2023）。其中，极端高温是全球变暖最显著的气候变化特征之一，其影响深远，不仅危及人类健康和生态环境，还对农业、能源供应及水资源安全构成严重挑战（刘建军等，2008；张书余等，2015；何慧根等，2023）。全球变暖导致的平均气温上升及高温热浪的频繁发生，已成为全球气候系统变化的重要表现（Chen and Sun，2015；WMO，2018）。联合国政府间气候变化委员会（IPCC）第六次评估报告指出，近几十年全球极端高温事件显著增多，中国地表温度的上升速度明显高于全球平均水平（IPCC，2021；周波涛和钱进，2021）。近年来极端高温事件呈现出多发强发态势且具有强度强、范围广、发生频率高和持续时间长的特点（Nasrallah et al.，2004；Ding and Sun，2006；Bartolini et al.，2008），在未来极端高温事件也会成为一个新常态。

我国夏季气候的影响机制异常复杂，每年各种影响系统位置、强弱、持续时间等的变化都可能引发大范围或区域高温和干旱灾害（王国复等，2018；张强等，2020）。目前，对于极端高温的成因研究已取得不少成果，大气中的高压环流系统是影响极端高温的决定因素（林纾等，2022），其中最主要的高压环流系统包括西太平洋副热带高压（简称“西太副高”）（贾子康等，2020）和对流层中高层的南亚高压（张琼和吴国雄，2001）。西太副高东西、南北位置和控制面积及强度与高温的范围、持续时间、强度密切关联，而南亚高压与西太副高的强度、面积指数变化呈显著正相关，脊点平均位置变化具有“相向而行、相背而去”的特点（王斌和李跃清，2011；许婷婷等，2022）。中国大范围的极端高温事件都与西太副高以及南亚高压活动密切相关，当西太副高异常偏强偏西、南亚高压异常偏强偏东时，高压控制区空气的下沉绝热增温会导致极端高温天气（彭海燕等，2005；彭京备等，2016）。然而不同地区的高温特征及其影响系统存在显著差异，例如，西太副高偏南、东亚夏季风偏弱会导致华南地区出现极端高温（贾子康等，2020）；青藏高压偏强和西太副高西伸及其脊线位置偏北会导致川渝地区的高温干旱（彭京备等，2007；李永华等，2009）。

2022年极端高温事件在全球大范围频繁出现，我国约65%的人口经历了高温热浪，高温天气过程的综合强度为1961年以来历史同期最强，350个以上国家基本气象观测站的日最高气温突破了历史极值（Lyu et al.，2023；Zhang et al.，2023），长江流域的极端高温事件尤其严重（孙博等，2023；齐道日娜和何立富，2023），持续高温少雨引发长江流域大范围高强度高温干旱，旱情始于6月，7—8月范围扩大、强度加剧（李莹等，2023；张灵等，2023）。浙江省作为一个经济、文化、人口密集的中国东部沿海省份，其高温天气的影响也尤为显著。2022年夏季浙江约1/3的气象站高温日数和高温极值破历史记录，综合考虑高温事件的平均强度、影响范围和持续时间，2022年高温综合指数达到有完整气象观测记录以来最强，82%的气象站高温综合强度为特强。

浙江省于2013年也爆发了大范围持续性的极端高温事件，针对这次极端高温的形成机理研究表明，南亚高压偏强偏东、西太副高西伸北抬、中低层较强的下沉气流、水汽输送偏弱、冷空气活动异常偏少都是导致极端高温形成的重要原因，并且热带以及中高纬度环流、热带气旋活动、平流层过程也是导致西太副高稳定维持且持续异常的重要因子（赵军平等，2016；张子涵等，2018）。2022年和2013年这2次高温过程，预报员对于35 ℃以上高温过程的预报总体把握准确，但对于40 ℃以上酷热高温的落区和持续时间预报有一定偏差，并且目前为止对2022年这次极端高温过程的时空演变及其形成机制缺乏研究，本文将对2022、2013年浙江夏季极端高温天气的特点和成因进行对比分析，探讨引起副热带高压异常变化的环流形势及其作用机制，提炼极端高温天气学概念模型，为今后高温特别是40 ℃以上酷热高温预报提供参考依据。

使用浙江省75个常规自动气象站日最高气温观测数据、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）的ERA5再分析资料（分辨率为0.125°×0.125°）、美国海洋大气局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）的向外长波辐射（Outgoing Longwave Radiation，OLR）资料以及国家气候中心气候系统监测指数集中西太副高面积指数和强度指数逐日资料。所用数据时间段均为2022年6月1日—8月31日及2013年6月1日—8月31日。

中国气象局规定日最高气温超过35 ℃为一个高温日；《区域性高温天气过程等级划分：QX/T 228—2014》（全国气象防灾减灾标准化技术委员会，2014）中将高温强度分为3个等级：日最高气温≥35 ℃为高温，≥37 ℃为危害性高温，≥40 ℃为强危害性高温或酷热高温。统计2022年浙江省夏季日最高气温超过35、37、40 ℃的高温日数和极值时空分布特征，分析异常高温产生的大尺度环流形势，提炼极端高温天气学概念模型。另外，使用1991—2020年30 a数据平均作为气候态计算气候距平，消除自然气候变率的影响。

从夏季不同等级高温站数逐日演变（图1）可以发现，2022、2013年极端高温持续时间长、覆盖面积广，远超30 a气候平均，极端性显著。2022年高温过程从6月22日开始到8月30日结束，经历了三轮（7月9—17日、20—29日和8月5—25日）酷热高温过程；2013年高温过程从6月16日开始到8月29日结束，经历了两轮酷热高温过程，分别是7月24日—8月1日和8月4—13日。2022年极端高温覆盖面积更广，酷热高温持续时间更长，日极端高温站数远超30 a平均值，其中35 ℃以上高温站数是平均值的3~4倍，37 ℃以上、40 ℃以上高温站数分别是平均值的5倍、10倍左右；2013年高温强度极端性更强，2次酷热高温过程，≥37 ℃高温站点占比大部分时间在80%以上，≥40 ℃高温站点占比30%以上，特别是8月4—13日高温过程，≥40 ℃高温站点占比超过60%，极端性明显。2022、2013年2次高温过程出现时间明显比30 a平均气候态晚，有研究（Environmental Protection Agency，2021）表明，全球气候变暖会导致一些季节性气候事件出现时间发生变化，如夏季高温过程开始时间可能会更晚。

从图2看出，2022、2013年浙江夏季日最高气温极值内陆多于沿海，除东南沿海近海岛屿外，全省都出现日最高气温超过35 ℃的高温天气。2022年日最高气温超过42 ℃的高温天气主要集中在杭州西南部和浙中南地区，日最高气温出现在三门市（43.1 ℃）[图2（a）]；2013年极端高温天气主要集中在浙中北地区，日最高气温超过42 ℃的高温天气主要在浙北南部，日最高气温出现在新昌站（44.1 ℃），高温极值超过2022年[图2（e）]。

2022年夏季高温日数极端性明显，全省大部分台站日最高气温超过35 ℃的高温日数在56 d以上，主要集中在浙中南西部及浙北的西南部，最长的高温日数出现在松阳站（65 d）[图2（b）]；危害性高温及酷热高温日数极大值出现在金华西部、丽水北部、杭州南部及绍兴西南部，其中丽水北部酷热高温日数超过25 d，极值出现在松阳站（28 d）[图2（c）、（d）]。2013年高温日数明显少于2022年，35 ℃以上高温日数大多为48~56 d，主要集中在浙中北和丽水北部地区，3站超过56 d，极值出现在丽水站（60 d）[图2（f）]；危害性高温及酷热高温日数极值主要出现在浙北南部、金华以及丽水北部，其中新昌站不仅出现44.1 ℃的极端高温且大于40 ℃高温日数有20 d，极端性明显[图2（g）、（h）]。

大范围持续的极端高温事件常与大气环流异常直接相关，西太副高异常是我国夏季出现高温天气的重要因素，在其持续控制下，区域上空盛行下沉气流，通过辐射增温和下沉增温的共同作用使得下垫面气温升高，出现高温热浪天气。

从2022年7—8月500 hPa位势高度距平[图3（a）]可以看出，我国除东北和西北地区外大部地区都受正高度距平控制，浙江位势高度高出气候态约30 dagpm，且西太副高面积异常偏强，西伸脊点异常偏西至100°E以西，远超30 a气候平均值（130°E），40°N—45°N以纬向环流为主，环流比较平直，也不利于冷空气南下。从500 hPa位势高度逐日演变[图3（c）]可以看出，2022年夏季588 dagpm线虽然东西摆动，但西伸位置异常偏西，且每次稳定性西伸都对应浙江的阶段性高温。6月22日以前，588 dagpm线位于135°E以东，浙江基本没有高温天气；22—29日随着588 dagpm线西伸到118°E以西，浙江出现35 ℃以上高温天气；7月9—17日、20—29日和8月5—25日浙江出现三轮40 ℃以上酷热高温过程，西太副高西伸脊点均位于115°E以西，甚至在100°E以西。由此可见西太副高异常偏强、偏西是浙江出现异常高温的直接原因。

从2013年7—8月500 hPa位势高度距平[图3（b）]可以看出，江淮、黄淮、江汉以及包括浙江在内的江南东部地区受正高度距平控制，高于气候平均态约15 dagpm，西太副高面积也超过气候均值，但位势高度距平和西太副高面积均小于2022年。西太副高脊线以及正高度距平位置偏北可能是造成2013年浙江极端高温空间分布略偏北的原因。同时，除内蒙古东部和东北地区是负高度距平外，整个中高纬度环流都较为平直，不利于冷空气南下深入到浙江地区。从500 hPa位势高度逐日演变[图3（d）]可以看出，588 dagpm线西伸到118°E以西，浙江大概率会出现35 ℃以上高温天气，当588 dagpm线在118°E以东时，极端高温站点数会大大减少，如7月14—20日，高温站点数少一半左右[图1（b）]。当588 dagpm线西伸到115°E以西并稳定维持，浙江大概率会出现40 ℃以上高温天气，如7月24—31日和8月4—13日两次高温过程；同时注意到受7月上旬1307号台风“苏拉”和8月下旬1312号台风“谭美”影响，虽然西太副高位置持续异常偏西，但未出现40 ℃以上的酷热高温天气。

西太副高面积指数和强度指数是表征西太副高范围和强弱的指标，面积指数定义为10°N以北、110°E—180°E范围内，500 hPa高度场上所有≥588 dagpm的格点围成的面积总和；强度指数定义为10°N以北、110°E—180°E范围内，500 hPa高度场上所有≥588 dagpm的格点围成的面积与该格点高度值减去587 dagpm差值的乘积的总和。图4为2022、2013年夏季西太副高面积和强度指数时间序列，可以看出2022年西太副高的面积和强度都远超2013年，说明2022年西太副高面积偏大、强度偏强，尤其在7—8月的盛夏。其中，2022、2013年夏季西太副高面积指数均值分别为128、95，最大分别达216、171；西太副高强度指数均值分别为431、266，最大分别可达910、672。值得注意的是，2013年8月4—13日高温过程，日最高气温≥40 ℃站点占比超过60%，西太副高面积指数为140~170，和2022年同期相比略有增多，但强度指数为400~600，远超2022年同期，造成大范围40 ℃以上的极端高温天气。

综上可知，2022年西太副高面积更广、西伸脊点更西、脊线位置更南，当500 hPa 588 dagpm线西伸到118°E以西，中高纬环流平直、冷空气活动偏弱，浙江夏季易出现35 ℃以上高温天气；当588 dagpm线进一步西伸至115°E以西，浙江夏季易出现40 ℃以上的酷热高温天气。

南亚高压与西太副高常东扩与西扩，呈现出相向而行、相背而去的特征，两者在长江中下游一带重叠，致使控制我国大范围地区的高压系统呈稳定正压结构，这样往往会造成持续异常高温天气（陶诗言和朱福康，1964）。从2022年盛夏200 hPa位势高度场[图5（a）]可以看出，我国大部分地区都受正高度距平控制，浙江高度正距平显著高于气候平均，且南亚高压面积异常偏强，东伸脊点异常偏东至140°E附近，较其常年位置（117°E）东扩约23个经度；从逐日演变[图5（c）]来看，南亚高压的东扩与西太副高的西进形成了很好的对应，且其东扩时间略早于西太副高西伸和高温出现时间。原因可能与南亚高压和副热带高压的反馈机制有关，任荣彩等（2007）指出当南亚高压异常偏东、偏强时，其东侧的负涡度平流会随之向东移动，导致该区域的下沉运动增强，低层辐散加强，从而促进负涡度发展，这种动力过程有助于西太副高的加强和西伸。6月22—29日随着南亚高压1 252 dagpm线东伸到118°E左右，浙江出现35 ℃以上高温，7月9—17日、20—29日和8月5—25日出现的三轮酷热高温过程，同期南亚高压东伸到122°E以东，甚至在140°E以东。

从2013年盛夏200 hPa位势高度场[图5（b）]可以看出，南亚高压面积和强度均小（低）于2022年，其东伸脊点偏东至121°E附近，较常年位置东扩约4个经度。从逐日演变[图5（d）]来看，当1 252 dagpm线东伸到118°E以东，浙江大概率会出现35 ℃以上高温天气；当其东伸到122°E以东，浙江大概率会出现40 ℃以上高温天气。值得注意的是，虽然6月16—26日、7月上旬以及8月下旬南亚高压脊线也东伸至122°E以东，但受低层冷空气渗透影响（16—26日）及1307号台风“苏力”（7月上旬）和1312号台风“谭美”（8月下旬）影响，浙江并未出现酷热高温天气。

图6为2022、2013年夏季850 hPa温度的经度-时间剖面。可以看出，当西太副高异常西伸，浙江地区下沉增温作用明显，当850 hPa温度大于20 ℃，浙江地区会出现35 ℃以上高温；当下沉绝热增温进一步增强，850 hPa温度大于22 ℃时，该地区会出现40 ℃以上的酷热高温，如7月9—17日、20—29日和8月5—25日的三轮酷热高温过程，850 hPa温度均超过22 ℃，有时甚至超过24 ℃[图6（a）、图1（a）]。2013年夏季也具有相同特征，850 hPa温度大于20 ℃，浙江出现35 ℃以上高温；当850 hPa温度大于22 ℃，浙江易出现40 ℃以上的酷热高温，7月上旬受1307号台风“苏力”影响，虽没有出现酷热高温天气，但大部分站点出现37 ℃以上的危害性高温天气；8月4—13日高温过程，850 hPa温度持续超过24 ℃，造成持续的酷热高温天气，新昌站44.1 ℃的极端高温也出现在这个时间段（8月11日）[图6（b）、图1（b）]。

综上可知，当850 hPa暖脊温度超过20 ℃，浙江夏季易出现高温天气；而当低层增暖进一步增强，暖脊温度超过22 ℃时，浙江夏季易出现酷热高温天气。

图7为浙江范围内2022、2013年夏季水平风场和垂直速度的时间-高度剖面。可以看出，2022年夏季，浙江地区高温时期盛行下沉气流，下沉气流速度一般大于等于0.01 Pa·s^-1，近地面为西南风和偏南风，风速一般小于8 m·s^-1；40 ℃以上高温时，500 hPa以下风力都很弱，风速一般小于等于8 m·s^-1且近地面盛行弱偏南风，南风风速小于4 m·s^-1。2013年也有相似特征，高温时期盛行西南风和偏南风，风速一般小于8 m·s^-1，如7月24—31日和8月4—13日酷热高温过程，500 hPa以下风力很弱，风速小于等于8 m·s^-1，且近地面风速均小于4 m·s^-1；另外8月4—13日持续酷热高温过程盛行偏南风，说明偏南风较西南风更容易出现大范围酷热高温天气。

综上，当浙江上空下沉气流速度≥0.01 Pa·s^-1，低层盛行西南风或偏南风（风速≤8 m·s^-1）时，夏季易出现35 ℃以上高温天气；当低层盛行弱偏南风（风速≤4 m·s^-1）时，夏季易出现40 ℃以上酷热高温天气。

OLR指大气层顶向外辐射出去的所有波长的电磁波能量密度，与对流活动及云量分布有很好的一致性（李栋梁等，1996；Li et al.，2004），低纬度地区的OLR异常可通过调节经向环流和低频波列传播，影响中纬度地区的大气环流形态，从而对该区域的天气和气候产生重要作用。

图8为2022、2013年盛夏OLR距平的空间分布。可以看出，副热带高压位置和强度的变化与热带环流系统密切相关。2022、2013年OLR距平分布具有相似性，显著低值区均位于海洋性大陆（Maritime Continent，MC）地区，说明该区域对流活动旺盛。张礼平等（2007）研究表明，若夏季MC及周边地区OLR偏低，则夏季长江中下游地区降水偏少，会出现高温干旱。原因可能有两个方面：一是MC地区OLR偏低，表明其上空对流增强，这种对流增强可能通过改变经向垂直环流，导致长江中下游地区的下沉气流加强，从而引起西太副高西伸，导致该地区降水减少，出现高温干旱（张礼平等，2007；宋大伟等，2011）；二是MC地区低层辐合以及高层辐散的环流配置能够在对流层低层激发低频波列，使得西太副高位置发生变化（靳振华和管兆勇，2013）。由此可见，MC地区的大气热源异常可能是造成西太副高强度和位置改变的重要原因。

同时，2022、2013年OLR距平分布也有差异性。其一，2013年OLR负距平更强，且位置更偏北，除MC地区外，南海以及中南半岛（South China Sea and Indo-China Peninsula，SCSICP）都受OLR负距平控制，使得西太副高脊线也更偏北，OLR正距平大于5 W·m^-2的范围北移，OLR正距平超过10 W·m^-2的区域位于浙北地区，这可能也是2013年极端高温落区比2022年略偏北的原因；而2022年，包括浙江在内的大范围地区OLR正距平均在10 W·m^-2以上，超过15 W·m^-2的区域位于浙中南地区，OLR正距平与极端高温空间分布特征一致。其二，SCSICP地区对流异常可激发产生低频波列，通过遥相关使西太副高位置和强度发生变化（张琼等，2003；靳振华和管兆勇，2013；Liu et al.，2015），2013年除MC地区外，SCSICP地区及与浙江大约同纬度（28°N—30°N）的北太平洋（150°E—170°E）地区OLR也为显著负距平，北太平洋地区出现OLR负距平与西太副高之间形成的纬向热力梯度同样有利于2013年西太副高增强；而2022年SCSICP地区OLR负距平不明显，与浙江同纬度的纬向热力梯度更偏西，位于140°E左右的西北太平洋洋面上。

综上可知，西太副高位置与强度的变化与热带环流系统密切相关，2022年和2013年热带环流系统具有相似性，浙江省出现高温天气时，MC地区一般为OLR负异常，但也有差异，2013年OLR负异常的范围进一步扩大到SCSICP地区。

图9为2022、2013年盛夏浙江区域内经向和纬向环流距平及垂直速度距平分布。可以看出，2022年盛夏与浙江同纬度的西北太平洋地区（130°E—150°E）与气候态相比，下沉气流减弱，环流中心位于130°E—140°E，而同期中国东部地区（110°E—130°E）盛行异常偏强的下沉气流，两者之间形成局地纬向异常环流，类似于Walker环流，使得西太副高下沉气流增强[图9（a）]。2013年盛夏异常偏强的上升气流更偏东（150°E—160°E），在中国东部及西北太平洋区域（110°E—140°E）转为下沉气流[图9（b）]，虽然环流位置存在差异，但也形成了局地异常纬向环流，极大值中心位于长江中下游地区，从而有利于控制该地区的副热带高压增强。

从经向环流[图9（c）、（d）]来看，2022、2013年盛夏赤道附近的MC地区上升气流明显异常偏强，均形成局地异常经向环流，类似Hadley环流，使得下沉气流增强。不同之处在于经向环流的位置和强度存在差异，2013年盛夏除MC地区外，SCSICP区域也为异常上升气流，使得异常下沉气流位置与2022年盛夏相比更偏北（在30°N左右的浙北地区），使得2013年盛夏异常高温区域更偏北。相比之下2022年盛夏在20°N—30°N的中国东南沿海地区下沉气流范围更广且强度更强。

综上可知，热带MC地区或SCSICP地区对流活动增强，通过改变经向垂直环流及低频波列的传播增强副热带高压；同时与浙江同纬度的太平洋地区与中国东部地区之间也会通过异常纬向垂直环流增强副热带高压。

图10为浙江省高温预报概念模型。当200 hPa南压高压1 252 dagpm线东伸到118°E以东，500 hPa副热带高压588 dagpm线西伸到118°E以西，中高纬度环流平直、冷空气活动偏弱，下沉气流强度大于等于0.01 Pa·s^-1，配合850 hPa暖脊温度超过20 ℃以及低层盛行小于等于8 m·s^-1的西南风或偏南风，浙江夏季易出现35 ℃以上高温天气。而当200 hPa南压高压1 252 dagpm线进一步东伸到122°E以东，500 hPa副热带高压588 dagpm线进一步西伸到115°E以西，850 hPa暖脊温度超过22 ℃以及低层盛行小于等于4 m·s^-1的弱偏南风，浙江夏季易出现40 ℃以上酷热高温。另外，当受到台风影响，浙江省高温强度和日数会大幅减少。

本文通过对比分析2022年和2013年盛夏浙江大范围持续性的极端高温事件的时空分布特征及极端高温特点，研究引起西太副高异常变化的环流形势及其作用机制，得到以下结论。

2022年高温过程从6月22日开始到8月30日结束，超过35 ℃的高温日数大部地区超过56 d，其中7月9—17日、20—29日和8月5—25日出现40 ℃以上酷热高温过程。2013年高温过程从6月16日开始到8月29日结束，超过35 ℃的高温日数大多在48~56 d，其中7月24日—8月1日和8月4—13日出现40 ℃以上酷热高温过程。

2022、2013年的高温过程范围广、持续时间长、极端性强以及高温干旱影响严重。2022年极端高温覆盖面积更广、持续时间更长；而2013年高温单站极值极端性更强，特别是8月4—13日这次高温过程，40 ℃以上站点占比超过60%，日最高气温单站极值达44.1 ℃。2022年西太副高面积更广、西伸脊点更西，而2013年850 hPa暖脊温度超过24 ℃持续时间更长。2022年高温发生区域相比于2013年更偏南，42 ℃以上高温区域及高温持续区域主要集中在浙中南地区；2013年极端高温位置更偏北，主要集中在浙中北地区，与2013年OLR位置以及西太副高脊线位置偏北有关。

西太副高偏强、偏西是造成浙江省极端高温的直接原因，与南亚高压偏强、偏东形成良好对应。当200 hPa南压高压1 252 dagpm线东伸到118°E以东，500 hPa的588 dagpm线西伸到118°E以西，中高纬度环流平直、冷空气活动偏弱，下沉气流强度较强，配合850 hPa暖脊温度超过20 ℃以及低层盛行较弱的西南风或偏南风，浙江夏季易出现35 ℃以上高温天气；当200 hPa的1 252 dagpm线东伸到122°E以东，500 hPa的588 dagpm线西伸到115°E以西，低层进一步增暖且盛行弱偏南风，浙江夏季易出现40 ℃以上酷热高温（台风影响期间除外）天气。

西太副高位置与强度变化与热带环流系统密切相关，2022年和2013年盛夏MC地区一般为OLR负异常，2013年OLR负异常的范围进一步扩大到SCSICP地区，通过改变经向垂直环流及低频波列的传播使得西太副高增强；同时与浙江同纬度的太平洋地区与中国东部地区之间的异常纬向垂直环流也有助于西太副高的加强。

本文浙江省极端高温概念预报模型仅基于2个典型高温年份的多次高温过程，今后将通过更多的高温过程验证模型的正确性。