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2021年2月大气环流和天气分析*

2021-06-21

气象 2021年5期
关键词:黄淮距平冷空气

胡 艺 董 全

国家气象中心,北京 100081

提 要:2021年2月大气环流的主要特征为北半球极涡呈偶极型分布,较常年同期明显偏弱,北半球中高纬西风带呈四波型,以纬向环流为主,西北太平洋副热带高压与常年同期相比偏强但范围较小。2月,我国冷空气强度较弱且影响范围小,全国平均气温为1.2℃,较常年同期偏高2.9℃,为1961年以来历史同期最高,出现了极端高温事件,有618个国家气象站的日最高气温突破有气象记录以来2月历史同期极值。月内,全国平均降水量为19.6 mm,较常年同期偏多9.5%。另外,2月中旬我国中东部出现持续大雾天气,月底北方地区出现沙尘天气过程。

引 言

2021年2月,全国平均气温为1.2℃,较常年同期(-1.7℃)偏高2.9℃,为1961年以来历史同期最高,2月18—21日发生的极端高温事件,有618个国家气象站突破2月历史同期极值。全国平均降水量为19.6 mm,较常年同期(17.9 mm)偏多9.5%(国家气候中心,2021)。月内,出现了4次主要降水过程,其中7—11日我国南方地区出现明显降水过程,有效缓解了江南、华南、西南地区东南部的干旱情况。整体来看,2月冷空气偏弱,共有4次冷空气过程。其中,21—23日是一次北方地区强冷空气过程,造成东北、华北、黄淮和江淮地区气温下降4~8℃,局地降温超过10℃,并伴有4~6级偏北风,给部分地区带来雨雪天气,其余冷空气过程强度较弱且影响范围小。另外,月中旬华北、黄淮等地出现了持续大雾天气,月底北方地区出现了沙尘天气过程。

1 天气概况

1.1 降 水

2021年2月,全国平均降水量为19.6 mm,较常年同期(17.4 mm)偏多9.5%(国家气候中心,2021)。从全国降水量的空间分布(图1)可知,东北地区东部、华北地区中南部、黄淮、江淮、江汉、江南、华南大部、内蒙古东北部、西南地区东部、西北地区东部及新疆北部累计降水量超过10 mm,其中山东西南部、江苏南部、安徽南部、湖北东南部、贵州东南部、云南东南部、湖南、江西、浙江、福建、广东、广西累计降水量超过50 mm,湖南东南部累计降水量超过100 mm,全国其余地区降水量不足10 mm。

图1 2021年2月全国降水量分布(单位:mm)

与常年同期相比,西北地区中部、内蒙古西部、西藏东部、西南地区西部、东北地区中南部、华北北部、江汉南部、江淮、江南、华南北部降水偏少,其中,东北地区南部、江淮、江南东部、华南东部降水偏少五成以上,其中,西北地区中东部、内蒙古西部、西南地区西部降水量比往年少一倍。全国其余大部分地区降水量接近常年同期或明显偏多,其中,西北地区北部和东部、西南地区东南部、江南西部、华南西部降水偏多五成以上,新疆南部、云南南部、内蒙古东部、东北地区西部、华北南部、黄淮偏多两倍以上(图2)。

图2 2021年2月全国降水量距平百分率分布(单位:%)

1.2 气 温

2月,全国平均气温为1.2℃,较常年同期(-1.7℃)偏高2.9℃,为1961年以来历史同期最高(国家气候中心,2021)。从温度距平的空间分布(图3)看,除了东北地区北部气温偏低0.5~1℃,全国大部地区气温较常年同期偏高2~4℃,其中,西北地区东北部、内蒙古中西部、西藏地区北部、华北、黄淮、江淮、江南、华南北部、江汉东部气温偏高4~6℃。

图3 2021年2月全国平均气温距平分布(单位:℃)

2 环流特征和演变

2.1 环流特征

图4为2021年2月北半球500 hPa平均位势高度场及其距平场水平分布,如图所示,北半球环流形势有以下特点:

图4 2021年2月北半球500 hPa平均位势高度场(a)和距平场(b)(单位:dagpm)

2.1.1 极涡呈偶极型分布,强度明显偏弱

2月,北半球极涡呈偶极型分布,两个中心分别位于北极圈内北西伯利亚北部和加拿大北部,两个极涡中心强度均为508 dagpm(图4a)。从距平场上看,两个极涡中心附近位势高度均为正距平,且正距平中心大于30 dagpm(图4b),表明极涡强度较常年明显偏弱,影响中国的冷空气偏弱,这成为2月全国平均气温异常偏高的重要原因之一。

从图4a可知,北半球中高纬西风带呈四波型,四个大槽分别位于亚洲东岸、北美中部、大西洋东部和欧洲东部。从距平场上看(图4b),后三个大槽区为负距平,亚洲东岸槽区为正距平,说明东亚大槽较历史同期偏弱。另外,我国大部地区处于高空脊区,位势高度为正距平。偏弱的极涡和东亚大槽,导致东亚区域以纬向气流为主,冷空气活动明显偏弱,造成2月气温较常年同期异常偏高。

2.1.2 西北太平洋副热带高压较常年同期强度偏强,但范围小

从图4a中可以看出,西北太平洋副热带高压呈东西带状分布,588 dagpm线位于15°N的西太平洋上,范围偏小。从距平场上可以看出,西北太平洋副热带高压较常年同期偏强2~4 dagpm。孟加拉湾附近高度距平为0 dagpm,表明南支槽强度接近常年同期(图4b;曹爽等,2020)。

2.2 环流演变与我国天气

图5为2月上、中、下旬欧亚地区500 hPa平均的位势高度场环流形势。上旬(图5a),欧亚中高纬地区大气环流形势为“一槽一脊”型,低压槽位于日本海至台湾岛以东海域,呈东北—西南向分布,高压脊位于乌拉尔山,以伊朗高原为界,呈现南槽北脊的分布特征。鄂霍次克海及其以东地区有低值系统存在,低压中心为504 dagpm,低压槽较深,经向环流明显,我国大部地区位于槽后脊前,易受来自极地的冷空气影响,造成6—9日一次中等强度全国范围的冷空气过程。

图5 2021年2月上旬(a)、中旬(b)、下旬(c)欧亚500 hPa平均位势高度(单位:dagpm)

中旬(图5b),亚欧中高纬地区大气环流形势为“两槽一脊”型,与上旬相比,脊的位置更加偏东,位于中西伯利亚西部至我国新疆以东,除了鄂霍次克海上空的槽以外,欧洲上空还有一个高空槽。旬初,我国受到平直的西风气流的影响,没有明显的天气过程;旬中,位于喀拉海的低涡逐渐东移,并分裂出切断低压位于黑龙江北部,高空槽随着低压系统不断东移,13—15日给我国北方地区带来一次中等强度的冷空气过程。旬末我国大部地区受高压脊控制,天气晴好,高空气流以纬向输送为主,在暖气团和下沉增温的共同作用下,华北、黄淮、江淮地区气温持续上升,18—21日期间有618个国家气象站的日最高气温突破有气象记录以来2月历史同期极值,其中多个站点气温连续刷新当地2月历史极值。

下旬(图5c),500 hPa欧亚中高纬地区以平直的西风环流为主,特别是在我国所处的东亚地区,没有明显的槽脊,影响我国的冷空气较弱,气温偏高。从逐日500 hPa环流形势可以看出(图略),旬初,从极涡分裂出一个低涡位于中西伯利亚上空,随着西北方向的引导气流逐渐东移,给我国大部地区自北往南带来一次冷空气过程,21夜间至23日,华北、东北、黄淮、江淮等地气温下降4~8℃,局地降温幅度超过10℃。24—27日,南方大部地区降温,四川东部、重庆中西部、湖北东部、安徽中南部、江苏、福建、江西、湖南、贵州北部、广西东北部、广东北部等地出现6~10℃降温,四川东部、重庆西南部、湖北东部、湖南南部等局地降幅达12~16℃。

3 冷空气活动

3.1 概 况

2月影响我国的冷空气频繁,一共出现了4次冷空气过程,但强度普遍偏弱且影响范围较小,均未达到寒潮标准。其中,6—9日出现了全国范围的中等强度冷空气,21—23日北方大部地区出现了强冷空气过程,另外两次冷空气过程影响区域小且为中等强度(表1)。整体来看冷空气较弱,造成2月我国气温较常年同期偏高。

表1 2021年2月主要冷空气过程

3.2 21日夜间至23日冷空气过程分析

2月21日夜间至23日,我国北方大部地区出现了一次强冷空气过程,带来了大风、降温、雨雪和沙尘天气(表1)。从500 hPa的环流形势上来看(图6),21日20时(图6a),贝加尔湖西侧被高压脊控制,东侧有一个东北—西南向的大槽,槽底一直延伸至长江入海口处,温度槽落后于高度槽,有利于东部槽的进一步发展。到22日20时(图6b),东部槽与21日20时相比东移加深,且槽线转竖为南北向,冷空气大举南下。在21日20时地面图上(图7),冷高压中心位于贝加尔湖西南方,其中心最高气压为1 040 hPa,低压中心位于渤海,形成东高西低的气压分布,对应地面有一条东北—西南向的冷锋。受冷空气影响,华北、东北、黄淮、江淮地区气温下降4~8℃,其中,内蒙古中部、辽宁、河北、山东、陕西、河南降温幅度超过10℃,并伴有4~6级偏北风,东部海区出现6~8级大风,内蒙古东部、东北地区中北部出现了小到中雪,局地大雪。同时,西南地区东部有南支槽(图6),将南方的暖空气向北输送,冷暖空气相遇造成南支槽前西南地区东部和江南地区小雨。

图6 2021年2月21日20时(a)和22日20时(b)500 hPa位势高度场(实线,单位:dagpm)、温度场(虚线,单位:℃)和风场(风羽)

图7 2021年2月21日20时海平面气压场(单位:hPa)

4 主要降水过程

4.1 概 况

2月主要有4次降水过程,雨雪相态都较为复杂,具体情况见表2。其中7—11日我国南方地区出现明显的降水过程,强度和范围都较大,有效缓解了江南、华南、西南地区东部的干旱情况,下面将着重分析此次过程。

表2 2021年2月主要降水过程

4.2 7—11日降水过程分析

受西风带高空槽、南支槽、低空切变线和700 hPa西南急流的共同作用,7—11日从云贵高原自西向东出现一次明显的降水过程,西南地区东部、江南、华南出现中到大雨,部分地区暴雨,局地大暴雨(图8)。

此次降水天气过程主要是由对流层低层冷暖气流交汇产生。从图9中可以看出,7日08时,在鄂霍次克海上空有一个低涡中心,西伯利亚上空被强大的高压脊控制,我国北方大部分地区位于槽后脊前,700 hPa上有明显的西北急流,急流中心最大风速为28 m·s-1。同时,孟加拉湾南支槽也随着西风气流不断向东移动,我国南方位于槽前,受到来自孟加拉湾的西南暖湿急流的影响,急流中心最大风速为18 m·s-1,与西北的干冷空气在长江中下游地区汇合,产生稳定持续的降水。850 hPa高比湿区呈东北—西南向的带状分布,比湿中心超过12 g·kg-1(图9)。从国家站24 h降水实况图(图略)中可以看出,降水先发生在云南东南部,之后随系统向东移动,广西东部、广东西部、湖南南部、江西西南部、福建东北部先后出现暴雨,雨带大值区也呈现东北—西南向的分布(图8)。

图8 2021年2月7日08时至11日08时全国降水量分布(单位:mm)

图9 2021年2月7日08时500 hPa位势高度场(实线,单位:dagpm)、700 hPa风场(风羽)和850 hPa比湿(阴影)

5 极端高温及灾害天气

5.1 极端高温天气过程

2月18—21日,有618个国家站突破了2月极端高温历史同期极值,个别站连续突破当地2月极端高温历史极值,这些站集中分布在华北、黄淮、江淮、江汉、西北地区东部和西南地区东北部(图10)。此次极端高温事件主要受暖平流和高空气流下沉增温的共同作用。从20日20时500 hPa高度场和850 hPa风场上来看(图11),我国北方地区被高压脊控制,华北黄淮等地,位于槽后脊前的西北气流中,盛行下沉气流,大气由于下沉而增温,同时对流层中下层存在明显的暖平流(图12)。以上两个因素共同导致我国850 hPa温度异常偏高,在华北和内蒙古中部等地出现近20℃的气温正距平(图略)。再加上前期极涡偏弱,冷空气影响不明显,以及18—21日白天持续4 d的晴天辐射,造成了这一极端高温事件,华北、黄淮等地的大部分站点连续突破历史同期极值。

图10 2021年2月18—21日极端高温事件分布

图11 2021年2月20日20时500 hPa高度场(实线,单位:dagpm)和850 hPa风场(风羽)

图12 2021年2月20日20时700 hPa温度(等值线,单位:℃)和风场(风羽)

5.2 雾-霾天气过程

2月11—15日的早晨至上午的河北南部、山东南部、河南东部、苏皖中北部、湖北中东部、湖南北部、四川盆地南部、贵州中北部等地出现大雾天气,部分地区能见度不足200 m。

5.3 沙尘天气过程

2月26—27日,受蒙古气旋和地面冷锋的影响,新疆东部和南疆盆地、甘肃、内蒙古西部和东部、宁夏、辽宁中西部、吉林中西部、黑龙江西部等地的部分地区出现扬沙或浮尘天气,青海柴达木盆地出现沙尘暴。

致 谢:感谢国家气象中心杨楠提供的降水量、降水距平和温度距平资料。

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