2020年秋季海洋天气评述

2021-04-15孙舒悦尹尽勇张增海柳龙生

海洋气象学报 2021年1期

孙舒悦,尹尽勇,张增海,柳龙生

(国家气象中心,北京 100081)

引言

本文主要分析2020年秋季(9—11月)北半球的大气环流特征及逐月演变对我国近海天气的影响,并对我国近海海域发生的主要灾害性天气进行分析总结。该季我国近海海域的主要灾害性天气是大风。除此之外,分析了热带气旋、浪高和海面温度等气象、海洋要素在秋季的变化特征,总结了西北太平洋和南海热带气旋的生成、移动、强度变化等特点,并统计了全球其他海域热带气旋的基本情况。

所使用的资料包括:常规气象观测资料、ERA5再分析资料、JTWC全球热带气旋最佳路径数据资料等。文中涉及的海上大风及大浪过程的统计标准与文献[1-5]相同。

1 环流特征与演变

1.1 环流特征

由2020年秋季500 hPa平均位势高度场(图1a)和位势高度距平场(图1b)可以看出,北半球极涡呈单极型分布,极涡主体位于北极圈内,极涡中心偏向西半球,位于格陵兰岛西部与伊丽莎白女王群岛附近上空,极涡中心位势高度低于520 dagpm,中心及附近区域为负距平,极涡较常年偏强。北半球中高纬呈4波型分布,且高纬西风带槽脊较夏季明显减弱,长波槽分别位于白令海、西伯利亚地区、巴芬湾、哈得孙湾。远东地区500 hPa位势高度呈正距平,脊偏强;白令海上空呈较弱的负距平,东亚大槽较常年平均略有加深(图1b);日本海地区500 hPa环流经向度加大,对应影响该区域的冷空气活动较为频繁;我国北部海域处于较为平直的西风带控制之下,对应冷空气活动强度较弱,南部海域受西北太平洋副热带高压(以下简称“副高”)影响明显,热带气旋活动频繁(图1a)。

图1 2020年9—11月北半球500 hPa平均位势高度场(a)和位势高度距平场(b;填色)(单位:dagpm)Fig.1 Mean geopotential height (a) and geopotential height anomaly (b; colored) at 500 hPa in the Northern Hemisphere from September to November 2020 (units: dagpm)

1.2 环流演变对我国近海天气的影响

图2—4显示了9月、10月、11月欧亚地区500 hPa月平均位势高度场以及海平面气压场的环流演变。

9月,欧亚大陆及西北太平洋海域的中高纬环流较为平直,呈现“两槽一脊”型,两槽分别位于西西伯利亚地区至伊朗高原北部和白令海海域,我国北部及东部海域位于500 hPa短波槽区,表明冷暖空气交替出现,频次多,产生天气以强对流、气旋性大风为主,槽区所在位置呈弱负距平,冷空气势力较常年同期略偏强。副高的位置偏东偏南[6],西脊点位于20°N,136°E附近,使得台风路径偏东,生成数和登陆数都较常年偏少(图2a);海平面气压场和距平分布(图2b)显示我国黄渤海海域在弱高压带的控制之下,东南部海域受低值系统影响,其中北部海域气压梯度较常年偏大,东海海域海平面气压较常年偏低,与9月东海受北上热带气旋影响相一致。受上述系统影响,9月期间我国近海出现了6次明显的大风天气过程,其中4次由台风或温带气旋系统影响,2次为冷空气大风过程,且影响范围仅为黄渤海海域。

图2 2020年9月北半球500 hPa平均位势高度场(等值线)及其距平场(填色)(a;单位:dagpm)和海平面气压场(等值线)及其距平场(填色)(b;单位:hPa)Fig.2 Monthly mean geopotential height (isoline) and its anomaly (colored) at 500 hPa (a; units: dagpm) and monthly mean sea-level pressure (isoline) and its anomaly (colored) (b; units: hPa) in the Northern Hemisphere in September 2020

10月,欧亚大陆及西北太平洋海域的中高纬环流形势发生了较明显的变化,影响我国近海海域的环流经向梯度明显增大(图3a),冷空气活动较9月明显加强。副高较9月有明显的东退南压,副高西脊点在140°E附近。此外,500 hPa位势高度在我国南海中部及南部海域呈负距平(图3a),相应区域的海平面气压场受低值系统控制,并在南海南部形成了一个中心强度为1 007.5 hPa的低值中心(图3b),对应着10月影响我国南海的热带气旋活动较为频繁,受其影响10月共有6个热带气旋(包括热带低压)影响我国南海海域。我国大部地区及北部和东部近海海域受高压系统控制(图3b),高压主体位于里海至蒙古高原西部一带,强度达1 025 hPa以上,且呈明显的正距平,高压强度较常年同期偏强。高压系统东南侧影响我国黄渤海乃至东海大部海域的距平场呈较为明显的正距平,表明影响我国北部海域的冷空气势力较常年同期偏强。受上述系统影响,10月,我国近海海域出现了7次冷空气影响(包括冷空气与热带系统共同影响)的大风天气过程。

图3 2020年10月北半球500 hPa平均位势高度场(等值线)及其距平场(填色)(a;单位:dagpm)和海平面气压场(等值线)及其距平场(填色)(b;单位:hPa)Fig.3 The same as Fig.2, but for October 2020

11月,影响我国近海海域的环流经向梯度继续加大,东亚大槽明显加深,并在鄂霍次克海以北的大陆上空形成一个中心强度为516 dagpm的冷涡,冷涡所在区域对应明显的负距平(图4a),冷涡强度较常年同期偏强,我国大陆东部及近海呈正距平,且受较为平直的西风带控制,对应该区域冷空气活动较常年偏弱。副高继续南压并西伸至中南半岛乃至孟加拉湾东部海域上空(图4a),呈狭长的带状分布,对应11月西北太平洋及南海地区热带气旋活动较10月明显减少,且均呈西行路径。由11月海平面气压场及距平场(图4b)可以看出,我国大部地区仍受高压系统影响,高压强度继续加强,高压中心位于我国新疆北部地区,中心气压达1 032.5 hPa。受其影响,11月我国近海出现5次(累计长达25 d)明显的冷空气大风过程,但影响我国大陆及近海的高压系统呈负距平,冷空气势力较常年同期偏弱。

图4 2020年11月北半球500 hPa平均位势高度场(等值线)及其距平场(填色)(a;单位:dagpm)和海平面气压场(等值线)及其距平场(填色)(b;单位:hPa)Fig.4 The same as Fig.2, but for November 2020

2 我国近海天气分析

2.1 大风过程

2.1.1 概况

2020年秋季,我国近海出现了19次8级以上大风过程,其中冷空气大风过程6次,台风大风过程4次,入海气旋大风过程1次,冷空气与热带气旋(包括热带低压)共同影响的大风天气过程7次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程1次(表1)。

2.1.2 8月31日—9月2日大风过程

8月31日—9月2日,由于2009号台风“美莎克”的影响,造成我国近海出现了一次明显的大风天气过程。“美莎克”于8月28日17时在菲律宾以东洋面(17.0°N,129.9°E)生成,随后先向偏西方向移动并于29日起转向沿偏北路径向我国近海靠近,31日开始影响我国近海海域,31日傍晚前后移入我国东海南部海域,9月1日05时加强为超强台风级(52 m·s-1),而后继续向偏北方向移动进入东海北部海域,2日夜间移入朝鲜海峡,3日凌晨01：30前后在韩国庆尚南道沿海登陆(42 m·s-1,强台风级),当日早晨移入日本海并于上午再次在朝鲜东部沿海登陆(25 m·s-1,强热带风暴级),下午移入我国吉林延边朝鲜族自治州和龙市(20 m·s-1,热带风暴级),4日凌晨在黑龙江林甸县变性为温带气旋(图5)。“美莎克”为2020年首个超强台风,其生命史长,影响范围广,受副高引导不断北上,成为该年连续北上影响我国东北地区的第二个台风,进入高纬地区后与冷空气结合变性,大风持续时间长,阵风风力大。

台风“美莎克”在趋向我国近海海域期间强度不断增强,8月30日08时,副高位置偏东,“美莎克”位于副高西侧的菲律宾以东洋面,中心附近最大风速为38 m·s-1(台风级),受副高西侧的偏南引导气流影响,“美莎克”向偏北方向移动(图5a)并逐渐向我国近海靠近,30日20时至31日20时,副高西伸加强,“美莎克”受副高西伸以及其北部高压坝南侧偏东气流的影响,移动路径出现较明显的偏西分量,沿西北方向移入我国东海东部海域,中心附近最大风速逐渐发展至48 m·s-1(强台风级)(图5b/c和图6b/c),此后,“美莎克”在我国东海南部海域强度加强至其最强中心风速52 m·s-1(超强台风级),9月1日20时,随着高空槽的东移南压以及台风“海神”的生成发展,副高虽略有加强但在日本以南海域至菲律宾以东洋面形态呈南北带状分布,“美莎克”逐渐北上与槽前东南气流结合,路径转向北偏东方向移动(图5d),逐渐移出我国近海海域;9月2日20时,“美莎克”已移入高空低涡系统主体内部,强度不断减弱,受低涡东南侧偏东气流及副高西北侧偏北气流的引导,沿北偏东方向在韩国庆尚南道沿海登陆,登陆强度为中心附近最大风速23 m·s-1(热带风暴级),随后再次进入日本海,3日下午移入我国东北境内时风速强度已减弱至20 m·s-1(热带风暴级),此后“美莎克”影响我国近海的大风天气过程趋于结束(图5e/f和图6e/f)。在此次过程中,我国黄海、东海大部海域、台湾以东洋面、巴士海峡出现了7～9级大风,其中东海东部海域出现了9～12级大风,“美莎克”中心经过的附近海域风力达13～16级、阵风17级以上(图6)。

表1 中国近海2020年秋季(9—11月)主要大风过程

图5 8月30日08时(a)、8月31日08时(b)、8月31日20时(c)、9月1日20时(d)、9月2日20时(e)、9月3日08时(f)500 hPa高度场(等值线,单位:dagpm)和风场(风矢,单位:m·s-1)Fig.5 Geopotential height (isoline, units: dagpm) and wind (wind barb, units: m·s-1) at 500 hPa at 08:00 BST 30 August (a), 08:00 BST 31 August (b), 20:00 BST 31 August (c), 20:00 BST 1 September (d), 20:00 BST 2 September (e), and 08:00 BST 3 September (f) 2020

图6 8月30日08时(a)、8月31日08时(b)、8月31日20时(c)、9月1日20时(d)、9月2日20时(e)、9月3日08时(f)海平面气压场(等值线,单位:hPa)和风场(风矢,单位:m·s-1)Fig.6 Sea-level pressure (isoline, units: hPa) and wind (wind barb, units: m·s-1) at 10 m at 08:00 BST 30 August (a), 08:00 BST 31 August (b), 20:00 BST 31 August (c), 20:00 BST 1 September (d), 20:00 BST 2 September (e), and 08:00 BST 3 September (f) 2020

2.2 热带气旋

2.2.1 西北太平洋和南海热带气旋概述

表2为2020年秋季(9—11月)中央气象台热带气旋实时业务定强和定位简表。2020年秋季(9—11月),西北太平洋和南海共生成13个台风(表2),比1949—2019年平均值(11.18个)偏多1.82个。其中,10月西北太平洋和南海共有7个台风生成,较1949—2019年10月平均生成个数(3.77个)偏多3.23个,并与1984年和1992年并列成为10月台风生成个数最多的年份。由热带气旋路径(图7)来看,在所生成的13个台风中,仅有2016号台风“浪卡”登陆我国,2012号台风“白海豚”、2013号台风“鲸鱼”以及2014号台风“灿鸿”生成及活动均在132°E以东的西北太平洋洋面上,并未对我国近海海域造成影响。9月至10月初,台风路径以偏北行或转向路径为主,主要影响海域为我国东部及北部海域;10月中旬至11月,则以偏西行路径为主,主要影响我国东南部及南部海域。

2.2.2 影响我国南海海域的热带气旋情况

2020年秋季(9—11月)我国南海海域共有8个台风生成及活动,其中2011号台风“红霞”、2015号台风“莲花”、2016号台风“浪卡”以及2021号台风“艾涛”在我国南海海域生成,2017号台风“沙德尔”、2018号台风“莫拉菲”、2019号台风“天鹅”以及2022号台风“环高”经西行路径移入我国南海海域(图7),均造成了我国南海海域的大风天气过程(表1)。

2.2.3 全球其他海域热带气旋概况

2020年秋季(9—11月),除西北太平洋和南海之外,全球其他海域共生成热带气旋26个,分别为北大西洋17个、东北太平洋7个、北印度洋2个,中北太平洋和南半球无热带气旋生成(表3)。同历史平均(1981—2010年平均,其中南印度洋为2000—2010年平均)个数对比来看,北大西洋比平均数(6.2个)偏多10.8个,东太平洋比平均数(6.0个)偏多1.0个,北印度洋比平均数(2.6个)偏少0.6个。其中,北大西洋的“TEDDY”“DELTA”“EPSILON”“ETA”“IOTA”,东北太平洋的“MARIE”以及北印度洋的“GATI”均达到了我国超强台风级强度。

表2 2020年秋季(9—11月)西北太平洋和南海热带气旋活动简表

图7 2020年秋季(9—11月)西北太平洋和南海热带气旋路径图Fig.7 Tracks of tropical cyclones in western North Pacific and the South China Sea in autumn (from September to November) 2020

3 海洋概况

3.1 浪高

通过分析ERA5再分析资料的浪高场,2020年秋季(9—11月)我国近海浪高在2 m以上的海浪过程有17次(表4),基本与大风过程相对应,但浪高的大小受风时风区、波浪的成长与传递以及地形等因素影响,因此大风过程的时间与大浪过程并不完全一致。其中,10月30日—11月7日、11月8—17日及11月22—30日三次大浪过程均是由于热带气旋及冷空气的交替影响,维持时间较长。

9月,我国近海大于2 m浪高的过程有7次,日数为21 d。10月,大于2 m的浪高过程6次,日数增加到28 d。随着季节转变以及冷空气活动的频繁,11月,我国近海每天都有大于2 m浪高的海域出现。2020年秋季(9—11月),未出现2 m以上大浪过程的天数仅有12 d,约占秋季总日数的13%。

表3 2020年秋季(9—11月)全球其他海域热带气旋统计表

表4 中国近海2020年秋季(9—11月)主要大浪(2 m以上)过程

由月平均浪高场分布(图8)可以看出,2020年9月,我国近海海域各个海区的浪高均较小,但由于北上台风活动的活跃,在东海偏东部分海域出现了浪高大值区,中心浪高达2.0 m。10月,我国东南部和南部海域的平均浪高较9月明显增大,2.0 m以上浪高海域扩展至东海南部海域、台湾海峡、台湾以东洋面、巴士海峡、北部湾、南海北部和中部海域,大值区位于台湾海峡和南海北部海域,浪高中心达3.0 m及以上,这与10月影响我国近海的热带气旋活动较为频繁有关。11月,随着冷空气活动的进一步增强和活跃,我国近海2.0 m以上浪高海域进一步增大并南压,东海南部海域、台湾海峡、台湾以东洋面、巴士海峡、南海大部海域的月平均浪高均在2.0 m以上,大值区位于台湾海峡、巴士海峡及南海北部和中部海域,浪高中心达3.0 m及以上。

图8 2020年秋季逐月平均浪高(a. 9月,b. 10月,c. 11月;填色,单位:m)Fig.8 Monthly mean wave height in autumn 2020 (a. September, b. October, c. November; units: m)

3.2 海面温度

由海面温度逐月分布演变(图9)可以看出,我国近海海域海面温度呈逐渐下降趋势,尤其是北部海域降温更为明显,渤海9月的海面温度为23～24 ℃,10月渤海海面温度下降至18～19 ℃,11月达到12～14 ℃。黄海与渤海类似,9月黄海海面温度在22～26 ℃,10月为18～22 ℃,11月为13～18 ℃。东海海面温度除了呈现出同样的下降特征之外,在各个月份均表现为海面温度梯度密集区。我国南部海域海面温度的变化程度相对较小,9月,我国南部海域海面温度梯度较小,海面温度主要维持在29～30 ℃之间,南海大部海域的海面温度可达30 ℃以上;10月,海面温度梯度略有增大,南海大部海域的海面温度降至27～29 ℃;11月,随着冷空气的不断南下,我国南部海域的海面温度梯度进一步加大,南海海面温度进一步降低,自南向北由29 ℃递减至25 ℃以下。

图9 2020年秋季逐月平均海面温度(a. 9月,b. 10月,c. 11月;填色,单位:℃)Fig.9 Monthly mean sea surface temperature in autumn 2020 (a. September, b. October, c. November; units: ℃)

由逐月平均海温距平分布(图10)来看,2020年9月,我国近海大部海域呈明显的正距平,海面温度较气候态偏高;受多个连续北上的热带气旋影响,东海东部海域及黄海东部海域海面温度较气候态明显偏低。10月,由于影响我国北部海域的冷空气势力较为活跃(图3b),渤海西部、黄海东部以及东海北部海域的海面温度呈负距平,较常年同期偏低;南海大部海域呈较弱的海面温度正距平,同时菲律宾以东海域海面温度明显偏高,有利于热带气旋的生成和活跃发展;11月,受连续西行影响我国南海海域的热带气旋活动影响,南海中部及西部海域、北部湾的海面温度较气候态偏低,黄渤海大部海域以及东海西部海域的海面温度呈较明显的正距平,与11月影响我国近海的冷空气强度较常年同期偏弱相对应。整体来看,2020年秋季南海海面温度(尤其是东部海域)偏高,有利于热带气旋生成;随着热带气旋影响次数及时间的增多增长,次表层海水上翻,造成11月南海西部海域海面温度较常年偏低。

图10 2020年秋季逐月平均海面温度距平场(a. 9月,b. 10月,c. 11月;填色,单位:℃)Fig.10 Monthly mean sea surface temperature anomaly in autumn 2020 (a. September, b. October, c. November; units: ℃)