2019年冬季海洋天气评述

2020-07-21杨正龙尹尽勇张增海刘涛曹越男吕心艳

海洋气象学报 2020年2期

杨正龙，尹尽勇，张增海，刘涛，曹越男，吕心艳

(国家气象中心，北京 100081)

引言

冬季为冷空气活动较为活跃的季节，我国近海海域冷空气大风过程多发，影响我国近海海域的灾害性天气主要为海上大风和海雾。本文对2019年冬季(2019年12月—2020年2月，下同)北半球的大气环流特征进行了总结性概述，将我国近海主要天气过程结合大气环流的逐月演变进行了分析；其次，对我国近海海域发生的几种海洋灾害性天气过程进行了总结和分析；此外，还统计了西北太平洋和南海热带气旋及其他各大洋的热带气旋活动情况。对大浪过程、浪高和海面温度分布等海洋要素，文中同样进行了描述。文中所使用的数据主要有：气象观测资料(地面站、海岛站、船舶站等观测资料)、NCEP FNL再分析资料、法国AVISO卫星高度计浪高资料、欧洲中期数值预报中心EC再分析海面温度资料、美国JTWC全球热带气旋最佳路径资料等。文中涉及大风、海雾和大浪等几种灾害天气过程的统计标准同文献[1-3]。

1 环流特征及对我国近海天气的影响

1.1 环流特征

2019年冬季500 hPa平均位势高度场及距平场(图1)显示，北半球的极涡呈偶极型分布，两个主要低值中心分别位于东、西半球，东半球极涡中心位于巴伦支海上空(80°N，40°E)，中心位势高度 504 dagpm；西半球中心位于格陵兰岛北部以西(75°N，80°W)，中心位势高度为500 dagpm。北半球中高纬呈3波型分布，西风带槽脊较常年明显偏弱。对我国近海天气有重要影响的东亚长波槽从鄂霍次克海向西南方向伸展，直至我国西南地区。位势高度距平场显示，极涡较常年平均值偏强，北极呈现0～2 dagpm的负距平，西半球极涡中心附近有4～6 dagpm的负距平，东半球极涡中心附近有2～4 dagpm的负距平。东亚中纬度地区处于正距平区，东亚大槽强度较常年减弱，槽后影响我国海域的冷空气强度偏弱。

图1 2019年12月—2020年2月北半球500 hPa平均位势高度场(a)和距平场(b)(单位：dagpm)Fig.1 Mean geopotential height (a) and its anomaly (b) at 500 hPa in the Northern Hemisphere from December 2019 to February 2020 (units: dagpm)

1.2 月环流特征及对我国近海天气的影响

2019年12月，欧亚大陆及西北太平洋海域的中高纬环流呈弱的3波型(图2a)，西侧的槽区位置偏南，位于黑海以西至地中海东部上空；贝加尔湖以西有一小槽东移；东亚大槽分成两部分，北支槽区位于俄罗斯东部向西南延伸至我国东北地区，南支槽区位置较常年偏西，位于我国东部地区；弱脊区位于西伯利亚地区。中高纬地区环流经向度较小，从距平场上看，东亚槽区位于正距平区，与常年相比东亚槽位置偏西且偏弱，我国近海上空主要受东亚槽底部或槽前的偏西到西南气流控制，不利于冷空气的堆积与爆发。由海平面气压场和距平场(图2b)可以看到，冷高压中心位于贝加尔湖的西南部，中心气压为1 036 hPa左右，我国近海海域为高压中心东部的弱高压区控制，以弱的偏北或东北风为主，冷空气活动强度较弱。

图2 2019年12月北半球500 hPa平均位势高度场(等值线)及距平场(填色)(a；单位：dagpm)和海平面气压场(等值线)及距平场(填色)(b；单位：hPa)Fig.2 Monthly mean geopotential height (contour) and its anomaly (shaded) at 500 hPa (a, units: dagpm) and monthly mean sea-level pressure (contour) and its anomaly (shaded) (b, units: hPa) in the Northern Hemisphere in December 2019

2020年1月，欧亚大陆及西北太平洋海域的中高纬环流调整为“两槽一脊”型(图3a)，西侧的槽区位于乌拉尔山以西地区，并向南延伸到地中海以东地区，东亚大槽位于鄂霍次克海至日本以东洋面，脊区位于西伯利亚地区，整体上看槽脊较为平直，冷空气强度较常年偏弱。从距平场上看，高压脊区伴有弱的正距平，而东亚大槽也处于正距平区，东亚大槽较常年偏弱，造成槽后冷空气南下的势力较弱。由海平面气压场和距平场(图3b)可以看到，1月冷高压位于贝加尔湖以南地区，且为负距平，中心气压值为1 032 hPa左右，大陆高压较常年偏弱，我国近海海域处于弱高压区控制，同样表明影响我国近海的冷空气势力较常年偏弱。

图3 2020年1月北半球500 hPa平均位势高度场(等值线)及距平场(填色)(a；单位：dagpm)和海平面气压场(等值线)及距平场(填色)(b；单位：hPa)Fig.3 The same as Fig.2, but for January 2020

2020年2月，欧亚大陆及西北太平洋海域的中高纬环流仍为“两槽一脊”型(图4a)，两槽分别位于西欧和东亚地区，西欧槽增强南伸，东亚大槽浅薄，脊位于贝加尔湖以西地区，且明显强于常年。在中低纬地区，环流较为平直，以纬向环流为主，我国大部分地区位于正距平区，影响我国海域的冷空气势力总体偏弱。由海平面气压场和距平场(图4b)可以看到，我国近海海域仍处于高压前部，但气压梯度明显减小。

图4 2020年2月北半球500 hPa平均位势高度场(等值线)及距平场(填色)(a；单位：dagpm)和海平面气压场(等值线)及距平场(填色)(b；单位：hPa)Fig.4 The same as Fig.2, but for February 2020

2 我国近海天气分析

2.1 大风

2.1.1 概况

2019年冬季，影响我国近海的冷涡位置整体偏北，冷空气活动(强度)与去年同期相比明显偏弱[2]，我国近海出现了7次大风天气(至少一个海区出现大范围8级及以上平均风)。冷空气影响是冬季大风最主要的原因，风力最强的大风过程出现在12月初，本月有两个热带气旋进入我国南部海域活动(其中1928号台风“北冕”为11月生成)，与南下的冷空气相结合，给我国东部和南部海域带来了两次大风过程。2020年1月有两次入海气旋配合冷空气影响引起大风天气，其余的大风天气均由冷空气影响而产生(表1)。

表1 中国近海2019年冬季(2019年12月—2020年2月)主要大风过程

2.1.2 1月6—8日入海气旋与冷空气结合的大风过程

1月6—8日大风过程由冷空气和入海增强的黄淮气旋共同引起[4]。6日08时前后，地面观测风场显示有较弱的黄淮气旋由江苏北部沿岸进入黄海南部海域，中心气压约为1 020 hPa。500 hPa位势高度场上，由蒙古国东部至渤海湾上空存在较浅的高空槽，位于100°E附近的南支槽较深(图5a)，槽前对应200 hPa呈纬向的高空急流轴，急流中心风速超过85 m·s-1(图略)。6日下午，蒙古东部低压槽东移并在我国东北地区上空形成强度低于540 dagpm的低涡中心。

7日上午，南支槽东移至112°E附近(图5b)，日本以南洋面在海平面气压场上有一高压中心，渤海至黄海北部海域在东北上空低涡带来的冷空气影响下，出现了6～8级、阵风9级的偏北到东北风。7日20时前后，南支槽移到海上，位于槽前的地面低压中心移至朝鲜半岛南部并发展增强，中心气压降至1 000 hPa以下。

8日上午，500 hPa南支槽继续东移至130°E附近并在日本海上空形成了低涡(图5c)，700 hPa在低涡南侧形成西南—东北向的低空急流，急流中心最大风速达38 m·s-1以上，为气旋发展提供了充足的水汽，导致气旋在进入日本海海域后再次快速加强[5]，中心气压降至990 hPa以下(图6a)。东北地区上空的冷涡继续维持，同时贝加尔湖附近高压系统向东移动，冷空气得到源源不断的补充，从渤海到南海中东部海域自北向南出现了7～8级、阵风9～10级的大风(图6b)，其中渤海及东海东北部观测站点观测到的风速为21～26 m·s-1。8日夜间到9日凌晨，气旋移入日本以南洋面，对我国的影响基本结束，本次大风过程结束。

图5 500 hPa位势高度场(等值线，单位：dagpm)和温度场(填色，单位：℃)(a. 1月6日08时，b. 7日08时，c. 8日08时)Fig.5 Geopotential height (contour, units: dagpm) and temperature (shaded, units: ℃) at 500 hPa at 08:00 BST on 6 (a), 08:00 BST on 7 (b), and 08:00 BST on 8 (c) January 2020

图6 1月8日08时海平面气压场(等值线，单位：hPa)和850 hPa温度场(填色，单位：℃)(a)以及10 m风场(b；风矢，单位：m·s-1；填色区为风速大于12 m·s-1的区域)Fig.6 Sea-level pressure (contour, units: hPa) and temperature (shaded, units: ℃) at 850 hPa (a) and wind at 10 m (b; wind barb, units: m·s-1; shaded area for wind speed greater than 12 m·s-1) at 08:00 BST on 8 January 2020

2.2 海雾

2.2.1 概况

2019年冬季，我国近海出现了12次比较明显的海雾过程(至少1个海区出现大范围能见度低于1 km的海雾)，其中12月出现6次，1月出现3次，2月出现3次(表2)，北部海区的海雾主要出现在渤海、渤海海峡、黄海北部及中部海域，南部海区的海雾集中出现在北部湾、琼州海峡及雷州半岛沿岸海域，出现时段多为夜间至次日早晨。与2018年冬季[2]相比，海雾过程有所增多(表2)。

2.2.2 2月11—15日海雾过程分析

2月11日夜间至15日早晨，渤海、渤海海峡、黄海大部海域、东海北部和西部海域、台湾海峡、南海北部海域、琼州海峡出现了能见度不足1 km的大雾，局部海域能见度小于100 m。此次海雾过程是2019年冬季我国近海持续时间最长，影响范围最广的一次海雾过程。过程分为两个阶段，11日夜间，有一高压中心位于日本本州岛中部，中心气压高于1 030 hPa，从11日夜间至13日上午，我国近海海域位于高压系统西侧，以3～4级的弱偏南风为主(图7a、b)，在偏南风的持续输送下，我国北部和东部近海海域低层湿度条件良好，暖湿气流中的水汽在向北输送过程中降温凝结形成大面积海雾(图8a、b)。此外，这一阶段以静稳天气为主，海平面和925 hPa之间存在较明显的逆温层(图略)，有利于海雾的维持[6]。

图7 2020年2月12日08时(a)、13日08时(b)、13日18时(c)海平面气压场(等值线，单位：hPa)和10 m风场(风矢，单位：m·s-1；填色区为风速大于12 m·s-1的区域)Fig.7 Sea-level pressure (contour, units: hPa) and wind at 10 m (wind barb, units: m·s-1; shaded area for wind speed greater than 12 m·s-1) at 08:00 BST on 12 (a), 08:00 BST on 13 (b), and 18:00 BST on 13 (c) February 2020

表2 中国近海2019年冬季(2019年12月—2020年2月)主要海雾过程

随着日本附近高压系统东移，以及贝加尔湖附近高压增强，13日下午开始影响我国近海的天气系统转变为鞍形气压场，朝鲜半岛西侧海域和东海东部的偏南气流北上至黄海北部海域后，在鞍型场顶部控制下转变为偏东气流(图7c)，此时渤海海峡、黄海北部和西部海域、东海西部海域低层湿度条件仍然较好(图8c)，受其影响，13日夜间开始黄海北部、中部和西南部海域，东海西部海域、台湾海峡西部海域出现了能见度1 km以下的大雾，其中多个站点能见度低于100 m。而渤海在鞍型场西部偏北干冷气流的控制下，低层相对湿度和气温降低，逆温层被破坏(图略)，海雾开始自西向东、自北向南消散。15日上午，贝加尔湖附近冷高压中心移至我国河套地区，中心强度增强至1 050 hPa以上，我国近海转变为西北到东北风为主，2 m相对湿度降至80%以下，本次海雾过程结束。

图8 2020年2月12日08时(a)、13日08时(b)、13日18时(c)2 m相对湿度(填色，单位：%)和海面温度(等值线，单位：℃)及10 m风场(风矢，单位：m·s-1)Fig.8 Relative humidity at 2 m (shaded, units: %), sea surface temperature (contour, units: ℃), and wind at 10 m (wind barb, units: m·s-1) at 08:00 BST on 12 (a), 08:00 BST on 13 (b), and 18:00 BST on 13 (c) February 2020

3 热带气旋

3.1 西北太平洋和南海热带气旋

2019年冬季西北太平洋和南海热带气旋活动较弱，共有1个编号热带气旋生成(表3)，比多年(1949—2018年)平均值偏少0.9个。“巴蓬”为从中北太平洋移入的热带气旋(图9)，于12月22日在菲律宾以东的西北太平洋洋面上生成，12月24日在菲律宾中部沿海登陆，登陆前强度最大达到了强台风级(风速达42 m·s-1)。在25日夜间移入我国南海海域后，“巴蓬”及其减弱后的残余环流对南海海域的影响持续到了29日。此外，11月26日生成的1928号台风“北冕”于12月3日在菲律宾中部登陆后移入南海，于4日和5日给我国南海中部海域带来大风影响。

图9 2019年冬季热带气旋“巴蓬”路径图Fig.9 Track of tropical cyclone PHANFONE in winter 2019

表3 2019年冬季(2019年12月—2020年2月)西北太平洋和南海热带气旋简表

3.2 全球其他海域热带气旋概况

2019年冬季，除西北太平洋和南海台风之外的其他各大洋共有18个命名热带气旋生成(表4)，分别为：南太平洋5个、北印度洋1个、南印度洋12个，大西洋、东太平洋无命名热带气旋生成(表4)。南半球为热带气旋活跃季，同常年同期相比，南太平洋、南印度洋、大西洋及东太平洋生成气旋个数比平均个数(分别为5.4个、15.3个、0.1个、0.1个)偏少，北印度洋比平均个数(0.7个)偏多(根据各区域专业中心最佳路径及当年报文统计)。

表4 2019年冬季(2019年12月—2020年2月)全球其他海域热带气旋统计表

4 海洋概况

4.1 浪高

2019年冬季，我国冷空气活动相对较弱，热带气旋活动数同样偏少，导致因大风引起的我国近海海域大浪过程相对偏少。法国卫星高度计AVISO反演的浪高场表明，2019年冬季我国近海一共有10次明显的2 m以上的大浪过程(表5)。

由月平均浪高场(图10)可以看出，2019年12月我国平均浪高2 m以上的大浪区域有东海南部海域、台湾海峡、台湾以东洋面、巴士海峡、南海大部海域，其中南海东北部偏东海域和巴士海峡偏西海域平均浪高最大，约为3 m。2020年1月和2月，渤海、黄海北部海域平均浪高在1 m以下，2 m以上的大浪区域明显缩小，仅包括巴士海峡、南海东北和西南部的部分海域，最大平均浪高为2.2 m左右。

图10 2019年冬季逐月月平均浪高(a. 2019年12月，b. 2020年1月，c. 2020年2月；单位：m)Fig.10 Monthly mean wave height in winter 2019 (a. December 2019, b. January 2020, c. February 2020; units: m)

4.2 海面温度

由月平均海面温度(图11)可以看出，冬季，我国近海海域海面温度随时间逐渐降低，北部海域降温更为明显，渤海12月的海面温度在6～9 ℃之间，1月为1～6 ℃，2月温度继续降低，海面温度为0～4 ℃，且在沿海地区有低于0 ℃的结冰区域。黄海与渤海的降温幅度相当，12月海面温度在9～14 ℃之间，1月为6～12 ℃，2月为3～10 ℃，渤海和黄海在冬季海面温度平均每月降低2～3 ℃。东海海面温度平均每月降低1～2 ℃，降温幅度小于渤海和黄海，因此东海的海面温度梯度明显增大。南海的海面温度降温幅度不明显，为0.5～1 ℃，南海东南部的最高海面温度一直维持在27～28 ℃。我国东部和南部海域海面温度呈现东北—西南向梯度分布，海面温度最低的渤海与最高的南海东南部的温差在冬季从22 ℃加大到27 ℃，南北温度差距明显。

图11 2019年冬季月平均海面温度(a. 2019年12月，b. 2020年1月，c. 2020年2月；单位：℃)Fig.11 Monthly mean sea surface temperature in winter 2019 (a. December 2019, b. January 2020, c. February 2020; units: ℃)