2020年11月大气环流和天气分析*

南 洋 饶晓琴 尤 媛 关 良

国家气象中心，北京 100081

提 要： 2020年11月大气环流的主要特征为：北半球极涡呈偶极分布，环流呈三波型，东亚大槽偏弱，南支槽偏弱，西太平洋副热带高压偏西偏强。全国平均降水量为16.9 mm，比常年同期(19.0 mm)偏少11%，月内17—19日出现了一次强雨雪天气过程，湖北恩施建始县和辽宁丹东出现大暴雨，黑龙江牡丹江、鸡西和七台河、内蒙古通辽和赤峰等地出现大暴雪或特大暴雪。全国平均气温为3.9℃，比常年同期(2.9℃)偏高1℃，11月共出现4次冷空气过程，其中1次为全国强冷空气过程(18—22日)。10—17日，大气扩散条件较为不利，华北中南部、黄淮西部、汾渭平原等地发生一次雾-霾天气过程。

1 天气概况

1.1 降 水

2020年11月，全国平均降水为16.9 mm，较常年同期(19.0 mm)偏少11 % (国家气候中心, 2020)。从月降水量空间分布(图1)看，11月降水主要集中在黄淮中部、江淮大部、江南北部、海南南部等地，累计降水量为50～100 mm；新疆西北部、内蒙古中部、东北、华北、西藏东南部、西南地区东部和南部、华南西部等地为10～50 mm，其余地区降水量不足 10 mm。相较于常年同期(图2)，内蒙古中部和西部、东北地区南部、华北大部、黄淮、江淮、西北地区东部及新疆西部等地降水偏多，其中新疆西部、西北地区东部、内蒙古中部和西部、东北地区南部、华北北部、黄淮等地偏多5成以上；而西北地区中西部、西藏大部、西南、华南以及江南等地降水偏少，其中，江南东南部、华南中部和东部以及四川南部、西藏中部、新疆南部、青海西部等地偏少8成以上。11月，全国共有196个站日降水量超过当月极大值，主要分布在东北、华北、黄淮等地。其中辽宁长兴岛(60.2 mm，11月18日)日降水量超过当地秋季极大值。17—19日，东北、华北、黄淮等地出现大范围雨雪天气。内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁共有14个站日降水量超过50 mm，96个站日降水量超过当月极大值(国家气候中心,2020)。

图1 2020年11月全国降水量分布(单位：mm)Fig.1 Distribution of precipitation amount in China in November 2020 (unit: mm)

1.2 气 温

11月，全国平均气温为3.9℃，较常年同期(2.9℃)偏高1℃。从月气温距平分布(图3)看，仅在新疆西部和南部等地气温偏低1～2℃，局地偏低2～4℃；全国其余大部分地区平均气温接近常年同期或偏高，其中，西北地区东南部、内蒙古东部、东北地区大部、华北中部和南部、黄淮、江淮、江汉北部、江南中部和东部、华南中部和东部、西南地区西部、西藏北部和云南东部等地偏高1～4℃。11月上旬，全国大部偏暖，除新疆南部、青海西北部、黑龙江北部、贵州等地偏冷；11月中旬，全国大部地区明显偏暖，中东部偏暖4℃以上，内蒙古中东部、东北地区偏暖6～8℃；11月下旬，全国大部地区由前期偏暖转为偏冷，内蒙古中西部、山西北部偏低5～9℃。此外，月内全国共有20个国家站达到极端日降温事件监测标准，其中辽宁11个站、黑龙江1个站、吉林2个站、内蒙古1个站、山东4个站、西藏1个站，山东胶州(11.7℃)更是超过了该站的历史极值。

图2 2020年11月全国降水量距平百分率分布(单位:%)Fig.2 Distribution of precipitation anomaly percentage in China in November 2020 (unit: %)

2 环流特征和演变

图4为2020年11月北半球500 hPa平均位势高度场及距平分布，与常年同期相比(梅双丽和牛若芸，2017；尤媛等，2018；周军等，2019；张天航等，2020)，环流形势有以下主要特点：

2.1 极涡呈偶极型分布

11月北半球极涡呈偶极型分布(图4a)，主极涡位于北美洲的阿勒特附近，中心值低于500 dagpm，另一个极涡中心位于亚洲北部的鄂霍次克海附近。从距平场上来看(图4b)，两个极涡中心均处于负距平区，强度较常年同期偏强，主极涡中心负距平超过-8 dagpm。

图3 2020年11月全国平均气温距平分布(单位：℃)Fig.3 Distribution of mean temperature anomaly in China in November 2020 (unit: ℃)

图4 2020年11月北半球500 hPa平均高度场(a)和距平场(b)(单位：dagpm)Fig.4 Geopotential height at 500 hPa (a) and its anomaly (b) in the Northern Hemisphere in November 2020 (unit: dagpm)

2.2 北半球环流呈三波型，东亚大槽偏弱

从月平均的500 hPa高度场和距平场(图4)可知，11月北半球环流呈三波型，欧亚地区位势高度呈“西高东低”分布型，亚洲中高纬度地区环流经向度小，东亚大槽强度较常年同期偏弱，这种形势不利于冷空气南下影响我国，导致月内气温较常年同期偏高。与多年平均相比，除新疆地区高度场为负距平控制外，全国其余大部分地区为正距平区，这也说明月内影响我国的冷空气势力总体较弱，有利于气温升高。

2.3 西太平洋副热带高压偏西偏强

11月南支槽平均位置在80°E，较常年同期偏西10°，控制印度半岛且伴有正距平，南支槽强度偏弱、位置偏西，总体不利于孟加拉湾的水汽向我国内陆地区输送。西太平洋副热带高压(以下简称副高)面积偏大，强度偏强，西伸脊点位置在80°E附近，较常年同期(128°E)显著偏西，北界达到25°N附近，较常年同期偏北，副高控制区为下沉气流，阻断了南海和孟加拉湾水汽向我国南方地区的输送，导致11月全国大部分地区降水量较常年同期偏少，西南、华南降水偏少5成以上。

2.4 环流演变与我国天气

图5给出了11月上、中、下旬欧亚地区500 hPa大气环流发展演变的三个时段平均高度场，总体来看，欧亚大陆中高纬度环流经向度较小，冷空气势力偏弱。

11月上旬(图5a)，极涡活动偏强，欧亚中高纬度环流为“两槽一脊”形势，东亚大槽偏强，南支槽偏弱。我国中高纬地区受槽后西北气流控制，多干燥晴朗天气。影响我国的冷空气较为活跃，但势力不强，2—3日和7—9日先后有两次冷空气影响我国。低纬地区副高异常偏强，控制孟加拉湾至南海的广大地区，不利于水汽向我国输送，全国大部地区降水稀少，降水量较历史同期普遍偏少80%以上。

11月中旬(图5b)，欧亚中高纬度环流调整为“两槽两脊”形势，以纬向环流为主，东亚大槽位置偏东，强度偏弱，不利于北方冷空气影响我国。11—17日，我国大部地区受高压脊控制，气温较常年同期显著偏高，华北中南部、黄淮西部和汾渭平原等地出现静稳天气形势，导致雾-霾天气发生。中旬后期，随着北方高空槽东移，环流经向度加大，我国遭受了一次大范围强冷空气过程，多地出现明显降温。过程中，配合有副高东退，南支槽加深，引导西南暖湿气流向我国内陆地区输送，导致江汉、江淮、黄淮、华北、东北等地出现一次大范围较强雨雪天气过程，对北方旱情起到了明显缓解的作用。

11月下旬(图5c)，欧亚中高纬环流为“两槽一脊”形势，乌拉尔山至贝加尔湖地区为强大的高压脊控制，脊前西北气流有利于引导北方冷空气南下影响我国，东亚大槽偏强，环流经向度较大，冷空气活动偏强。旬内全国大部地区气温由前期偏暖转为偏冷。大气扩散条件较为有利，没有出现大范围的雾-霾天气。

3 冷空气活动

3.1 概 况

11月共有4次冷空气过程影响我国，接近常年同期(4.1次)，分别发生在2—3日、7—9日、13—14日、18—22日，其中第一次和第三次较弱，第二次为全国范围中等强度冷空气，第四次为全国范围强冷空气过程，影响范围最大(见表1)。

3.2 18—22日强冷空气过程分析

18—22日我国大部分地区经历了一次强冷空气过程，造成的影响详见表1。本次冷空气过程有两个特点：一是移动缓慢，过程持续时间长，造成的累积降温明显；二是造成了大范围雨雪天气。

由500 hPa位势高度场和地面气压场的演变趋势来看，此次冷空气过程为低槽分裂东移型，冷空气的源地为冰岛以南的洋面上，冷空气经欧洲南部、黑海、里海进入我国。冷空气到达关键区后，经蒙古国沿西北路径影响我国河套附近地区，然后东移和南下影响我国中东部大部地区。16日08时，欧亚中高纬为纬向型环流，高空槽位于巴尔喀什湖以西地区，由于高度槽落后于温度槽，在槽后冷平流作用下，高空槽在东移过程中发展加强。冷高压主体位于欧洲南部，高压中心为1 048 hPa，地面气旋位于西西伯利亚南部。17日08时，冷高压中心位置稳定少动。地面气旋东移，带动其后部的庞大冷高压系统向东扩展。地面冷锋开始进入我国新疆北部。

18日08时500 hPa高度位势场(图6a)可以看出，有高空短波槽分裂东移至河套地区，与低纬地区的南支槽同位相叠加，槽进一步加深并缓慢东移；冷暖空气交汇且高空槽前强烈的辐合上升运动，有利于在地面激发出黄河气旋，并沿高空引导气流向东北方向移动，造成我国淮河以北大部地区出现大风降温和雨雪天气。19日08时，地面图上冷高压主体移至亚洲西部，中心强度为1 052 hPa，高压系统向东强烈发展，控制着贝加尔湖以西的广大地区。500 hPa乌拉尔山高压脊在暖平流作用下，向东北方向强烈发展，脊前偏北气流加强，引导新鲜冷空气从新地岛南下源源不断补充，有利于冷空气堆积加强，高空槽分裂东移至贝加尔湖西侧。20日08时(图6b)，地面冷高压强度已达到1 070 hPa，冷空气主体移至蒙古国西部。500 hPa高空槽位于贝加尔湖东侧至新疆北部一线，槽后西北气流不断引导冷空气南下。21日08时，冷空气前锋已抵达我国华北北部地区，并不断扩散南下，给中东部带来大风降温天气。500 hPa高空槽移动较为缓慢，有利于引导冷空气补充南下。22日08时(图6c)，500 hPa高空槽东移至我国东北至华北一带；地面冷高压仍稳定维持在蒙古国西部，但庞大冷高压系统的前锋已推进到江南南部，造成了全国性的大风降温天气。23日开始，随着高空槽东移入海，冷高压强度逐渐减弱，强冷空气过程趋于结束。

4 主要降水过程

11月出现了一次较强雨雪天气过程。17—20日，西北地区东部、内蒙古、华北、黄淮、江淮、江汉、江南北部以及东北地区出现了大范围雨雪天气，其中，河南中东部、山东大部、辽宁大部、吉林中东部等地出现大到暴雨，局地大暴雨；黑龙江东部和南部、吉林中西部偏北、内蒙古中部和东南部等地出现大到暴雪，黑龙江哈尔滨、牡丹江、七台河和鸡西以及内蒙古通辽和赤峰等地出现大暴雪到特大暴雪，部分地区累计降雪量超过50 mm。内蒙古东北部和东南部、黑龙江北部和南部、吉林中部最大积雪深度有15～25 cm，其中黑龙江南部大部达25～30 cm。最大积雪深度出现在吉林长岭、黑龙江密山两站，达38 cm。吉林中东部、辽宁中东部出现降雨、雨夹雪或雨转雪，累计降水量达25～80 mm，辽宁丹东、大连局地超过100 mm。内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁共有14个站日降水量超过50 mm，96个站日降水量超过当月极大值。

表1 2020年11月主要冷空气过程Table 1 Main cold air processes in November 2020

本次过程是由高空分裂短波槽东移，与南支槽同位相叠加，冷暖气团交汇导致地面黄河气旋锋生，由此产生强烈的锋面降水。过程前期，我国中东部地区气温持续偏高，为低空大气的高比湿提供了基础条件，使饱和空气的水汽含量较高。17日08时(图7a)，500 hPa低纬地区有南支槽东移，和中纬度西风带短波槽发生同相位叠加，高空槽加深，槽前暖平流作用使得强盛的西南气流向北推进，低空700 hPa 槽前有低空急流(风速>20 m·s-1)建立，把来自低纬度地区充沛的水汽(比湿>10 g·kg-1)向华北、黄淮等地输送，配合850 hPa有西南低涡活动并东移，地面有暖低压发展并向东北移动。高空槽前强烈的辐合上升运动，造成地面不断减压，高层出现强辐散。18日08时(图7b)，高空槽东移，暖低压系统北上，与北方冷空气交汇于黄淮一带，低空急流辐合上升区与高空急流辐散下沉区形成垂直深厚耦合系统，导致强的大尺度上升运动，激发地面气旋锋生，气旋缓慢移动，为强降水提供了较好的动力条件，强降水主要出现在气旋的东侧。异常偏强的低空急流将充沛的水汽源源不断地输送到黄淮和东北地区上空，为强降水形成提供了充足的水汽。14时地面气旋移至黄、渤海地区，有利于海上水汽近距离向东北地区输送。从动力条件来看，低层锋生强迫条件性对称不稳定，加剧了低层大气不稳定度，产生了持续的上升运动，有利于产生强降水。另外，辽宁和吉林东部的长白山对降水也起到了一定的增幅作用，一方面地形阻挡作用使得水汽在山前辐合加强，另一方面地形抬升有利于上升运动的加强，为降水提供有利的动力条件。极端强降水主要出现在辽宁东部、吉林东部的山前辐合区内，辽宁丹东日降水量超过100 mm。18日16时，内蒙古中东部、东北中部和南部、华北北部上空主要以厚冰云为主，随着冷空气侵入，地面气温降至0℃附近，辽宁西部、吉林中西部出现了雨雪相态转换。19日13时，辽宁的降水全部转为纯雪，吉林于19时也全部转雪。20日14时以后，随着地面冷锋东移入海，雨雪过程基本结束。

图6 2020年11月18日(a)、20日(b)和22日(c)08时500 hPa位势高度场(等值线，单位：dagpm)和海平面气压场(阴影，单位：hPa)Fig.6 Geopotential height (isoline, unit: dagpm) at 500 hPa and sea-level pressure (shaded, unit: hPa) at 08:00 BT 18 (a), 20 (b) and 22 (c) November 2020

图7 2020年11月17日(a)和18日(b)08时500 hPa位势高度场(等值线，单位：dagpm)、850 hPa风场(风羽，单位：m·s-1)和比湿(阴影：≥6 g·kg-1)Fig.7 Geopotential height (isoline, unit: dagpm) at 500 hPa, wind field (barb, unit: m·s-1) and specific humidity (shaded: ≥6 g·kg-1) at 850 hPa at 08:00 BT 17 (a) and 18 (b) November 2020

5 雾-霾过程

5.1 概 况

11月出现了一次明显雾-霾天气过程，次数与2017年和2019年同期持平(1次；尤媛等，2018；张天航等，2020)，少于2018年同期(2次；周军等，2019)。受静稳天气形势影响，11月10—17日，京津冀及周边地区、汾渭平原、东北地区中南部等地出现一次轻至中霾、局地短时重度霾天气过程， 其中16—17日，华北中南部、黄淮、江淮东部、江汉、江南西部和北部等地的部分地区出现大雾，河南东部、江苏东部、湖北中部、湖南东部等地的局部地区出现能见度不足200 m的强浓雾。

5.2 10—17日雾-霾天气过程分析

10—17日，影响我国的冷空气势力较弱，不利于中东部地区大气污染物的扩散，华北中南部、黄淮西部、汾渭平原、东北地区中南部等地出现了一次雾-霾天气过程。过程期间，北京日均PM2.5质量浓度最高达108 μg·m-3(11日)，单站小时平均PM2.5质量浓度峰值达到210 μg·m-3(出现在12日11时顺义新城)，污染最重城市河南濮阳小时平均PM2.5质量浓度峰值高达290 μg·m-3(出现在13日10时)。此外，16—17日，华北中南部、黄淮和江淮东部等地由于地面湿度高至饱和，部分地区伴有大雾天气，局地出现能见度不足200 m的强浓雾。本次雾-霾天气过程持续时间较长，前期以霾为主，后期部分地区出现了雾-霾混合天气。10日，大气扩散条件转为不利，华北南部、黄淮西部、陕西关中地区出现轻度霾。11日，受近地面偏南风输送影响，霾天气向北发展，华北中北部、东北地区中南部相继出现轻至中度霾。12日，霾进一步发展加重，河北中部、陕西关中达重度霾。13—14日，受弱冷空气影响，北京、天津、河北中北部霾天气消散，但在污染传输作用下，河北南部、河南、山东中西部等地霾天气维持，部分地区短时加重，出现重度霾；陕西关中持续中至重度霾。15日起，地面又转为偏南风控制，霾影响区域逐步北移，华北中南部、陕西关中地区持续轻至中度霾，局地发展为重度霾；同时地面相对湿度较前期明显增大，夜间达饱和，北京南部、河北东部、山东西部、辽宁东部伴有大雾天气。17日夜间起，受降水和冷空气共同影响，汾渭平原、京津冀等地霾天气消散；东北地区中南部受上游污染物传输影响，出现污染短时加重趋势，于18日中午减弱消散，雾-霾过程结束。

从10—17日500 hPa平均位势高度场来看，欧亚中高纬以纬向环流为主，我国北方大部地区受弱高压脊控制，无明显冷空气活动；平均海平面气压场显示，华北、黄淮等地受高压后部弱气压场控制(图8)。高空盛行下沉气流，地面水平风速较小，污染物水平和垂直扩散条件均较差，导致了霾天气的形成。12日08时海平面气压场(图略)上，华北、黄淮位于蒙古冷高压和黄海高压之间的低压辐合区内。近地面风场显示，京津冀及周边地区位于西侧蒙古高压前部弱东北风和东侧黄海高压后部弱西南风的风场辐合区中，有利于污染物向辐合区汇聚，导致北京南部、天津、河北中部出现污染最重时段。13日，北京位于500 hPa短波槽槽底，受东北路径弱冷空气影响，北京、天津、河北中北部的霾天气逐渐消散，同时大气污染向南传输，河北南部、河南、山东中西部等地霾天气维持或加重。14日08时地面风场辐合区向南推进到河北南部、河南东部、山东西部等地，有利于周边污染物向辐合区积聚，对应该时刻上述区域空气污染达到重度级别。地面辐合线的维持和在弱冷空气下南北摆动导致了污染在京津冀地区难以清除并反复出现，地面辐合区位置与重污染区域有高度的重合关系，研究辐合区的位置变化对重污染预报有较好的指示参考意义。15—17日华北、黄淮地区在低层偏东和偏南风作用下，早晨地面相对湿度明显增大，辐合区内水汽积聚，部分地区出现大雾天气，能见度下降。17日夜间开始，受降水和冷空气共同影响，华北、黄淮等地大气污染扩散和湿清除条件转好，雾-霾过程逐渐结束。

图8 2020年11月10—17日平均 500 hPa位势高度场(等值线，单位：dagpm)和海平面气压场(阴影，单位：hPa)Fig.8 Average geopotential height (isoline, unit: dagpm) at 500 hPa and sea-level pressure (shaded, unit: hPa) during 10-17 November 2020

致 谢：感谢国家气象中心宋文彬提供的降水量、降水距平和温度距平资料。