2021年9月大气环流和天气分析*

柳龙生 高拴柱

国家气象中心，北京 100081

提 要： 2021年9月大气环流主要特征是：极涡呈单极型，中高纬度地区西风带呈3波型分布，西太平洋副热带高压较常年位置偏西。全国平均降水量为83.8 mm，较常年同期(65.2 mm)偏多28.5%；全国平均气温为18.2℃，较常年同期(16.6℃)偏高1.6℃。9月我国大范围降水过程有4次，西南、华北和东北等地出现强降水，局地灾情严重。9月在西北太平洋和南海共有4个台风生成，没有台风登陆我国。月内，西南地区东部、西北地区东部至华北、黄淮等地遭受暴雨洪涝灾害；华西地区秋雨开始时间偏早，雨量大；西北地区气象干旱缓解，华南气象干旱持续；南方出现阶段性高温，部分地区遭受旱灾。

1 天气概况

1.1 降 水

2021年9月全国平均降水量为83.8 mm，较常年同期(65.2 mm)偏多28.5%，较2020年9月的88.1 mm(王海平和许映龙，2020)偏少。从空间分布看(图1)，西南地区东部、西北地区东南部、江汉西部、江淮东部、黄淮、华北东部和南部、东北南部、华南西南部降水量普遍在100 mm以上，其中四川东北部、重庆西北部、陕西南部、河南中北部、山西南部、山东西部等地降水量为200～400 mm，局地超过400 mm。与常年同期相比(图2)，东北地区西南部、华北南部、黄淮北部及陕西中部等地偏多2倍以上；南方大部降雨偏少，江淮南部、江南大部、华南中东部、西北地区西部及山西西北部、云南大部等地偏少2成以上。北京、天津、河北、河南、辽宁、陕西和山西7个省(直辖市)降水量均为1961年以来历史同期最多(国家气候中心，2021)。

图1 2021年9月全国降水量分布(单位：mm)Fig.1 Total precipitation amount over China in September 2021 (unit: mm)

图2 2021年9月全国降水量距平百分率分布(单位：%)Fig.2 Spatial distribution of precipitation amount anomaly over China in September 2021 (unit: %)

1.2 气 温

2021年9月全国平均气温为18.2℃，较常年同期(16.6℃)偏高1.6℃，与2020年9月的17.2℃(王海平和许映龙，2020)相比明显偏高。从空间分布看(图3)，全国大部气温以偏高为主，江淮大部、江南、华南北部、西北地区东北部及贵州大部、新疆东北部和南部等地气温偏高2～4℃，湖南大部、江西中西部偏高4～6℃。安徽、江苏、浙江、湖北、湖南、贵州、江西、福建、广东、甘肃和上海11个省(直辖市)气温均为1961年以来历史同期最高(国家气候中心，2021)。

图3 2021年9月全国平均气温距平分布(单位：℃)Fig.3 Distribution of mean temperature anomaly over China in September 2021 (unit: ℃)

2 环流特征与演变

2.1 环流特征

图4为2021年9月500 hPa月平均位势高度场及距平分布图，与常年同期的环流形势对比，2021年9月的北半球环流形势具有以下主要特点。

图4 2021年9月北半球500 hPa平均位势高度(a)和距平(b)(单位：dagpm)Fig.4 The 500 hPa average geopotential height (a) and anomaly (b) in the Northern Hemisphere in September 2021 (unit: dagpm)

2.1.1 极涡呈单极型分布

由月平均高度场可见(图4a)，9月北半球极涡只有一个闭合中心，极涡中心位于北极圈内，位势高度为532 dagpm；中高纬度西风带呈3波型分布，欧亚大陆为“两槽一脊”的环流型，长波槽分别位于俄罗斯西西伯利亚平原和白令海峡，其中西西伯利亚地区长波槽对应-2 dagpm距平，较常年同期偏弱，说明槽后冷空气势力较弱。副热带高压(以下简称副高)西伸至印度半岛北部，较常年同期偏西，受异常偏强的副高影响我国华南地区出现了持续高温天气，并且造成了严重的旱情。

2.1.2 西太平洋副高较常年偏西

9月西北太平洋副高西脊点位于(30°N、80°E)附近(图4a)，较常年气候平均位置明显偏西(周冠博和高拴柱，2016；吕爱民和董林，2017；柳龙生和高拴柱，2018；孙舒悦和董林，2019)，副高主体控制着我国西南和华南地区，强度较常年同期明显偏强(图4b)。

2.2 环流演变与我国天气

图5给出了9月上、中、下旬欧亚地区500 hPa平均位势高度场的环流演变。上旬(图5a)，欧亚大陆中高纬地区呈现“两槽一脊”的形势，欧洲地区有一冷涡活动，贝加尔湖西侧为脊区，我国整个中高纬度地区位于脊前，这种环流形势有利于冷空气不断从极地南下影响我国华北和东北地区。上旬主要天气过程有：1—6日，受副高影响，我国西南、华南和华东地区出现35℃以上持续高温天气，受阶段性高温天气影响，广西、湖南等部分地区出现旱情；3—5日，在西南涡和低层切变线共同作用下，四川盆地、陕西中部和南部、山西南部、河南东部、江苏北部、山东南部出现大暴雨。

中旬(图5b)，欧亚大陆中高纬度发生长波调整，新地岛以西的槽东移，中高纬度转变为“两脊一槽”的形势，不断有小的波动东传。9—15日，副高盘踞在我国西南和华南地区，由此造成持续高温天气；11—16日，受台风灿都和西南涡的共同影响，四川盆地、贵州北部、浙江东部、上海大部出现大暴雨。

下旬(图5c)，我国西北地区位于冷涡底部，有冷空气东传影响我国北方地区，西太平洋副高断开，在这种“鞍型场”环流形势下，副高南侧的台风在我国近海转向。17—20日，在低涡和切变线影响下，四川东北部、重庆北部、陕西东部、山西南部、河北中南部、河南北部、山东大部、天津、内蒙古东北部、辽宁中部和西部出现暴雨。24—27日，河北南部、陕西中南部、山西南部、河南大部、山东西部、四川东北部出现大暴雨。17—30日，受副高影响，我国西南和华南地区出现持续高温天气。

图5 2021年9月上(a)、中(b)、下(c)旬欧亚地区的500 hPa平均位势高度场(单位：dagpm)Fig.5 The 500 hPa average geopotential height over Eurasia for the first (a), second (b) and third (c) dekads in September 2021 (unit: dagpm)

3 主要降水过程

3.1 概 况

9月，全国39个站出现极端日降水量事件，主要分布在东北南部、华北东部、陕西、四川、云南以及浙江等地，其中陕西的志丹(113.8 mm)和城固(112.8 mm)日降水量超历史极值。全国有74个站出现极端连续降水量事件，主要分布于陕西中部和南部、黄淮北部及华北南部等地，其中甘肃灵台(258.9 mm)和山西襄汾(200.4 mm)等7个站的连续降水量达到历史极值(国家气候中心，2021)。9月主要出现了4次强降水过程，其主要影响系统、影响区域和降水强度见表1。

表1 2021年9月主要降水过程Table 1 Main precipitation events in September 2021

3.2 9月17—20日强降水过程分析

受低涡和切变线影响，17—20日我国北方地区经历了一次持续性大范围的强降水天气过程，从17日20时至20日20时国家站累计降水量分布来看(图6)，四川东北部、重庆北部、湖北西北部、陕西南部、山西南部、河南北部、河北东部和南部、天津、山东、辽宁中西部和辽东半岛等地累计雨量超过50 mm，河北南部、河南北部、山东西北部、辽宁西部雨量超过100 mm，部分地区雨量超过200 mm。

图6 2021年9月17日20时至20日20时过程累计降水量Fig.6 The accumulated precipitation from 20:00 BT 17 to 20:00 BT 20 September 2021

从高低空环流场配置(图7)来看，我国西南、华北和东北地区位于高空槽前，从19日开始，在正涡度平流作用下华北地区低层有低涡发展加强，形成气旋式辐合，促进大气对流发生，导致降水进一步增幅。副高西伸并稳定维持在我国华南地区，不断地将西北太平洋和南海的水汽向西南、华北和东北地区输送，整层水汽通量达到320 kg·m-1·s-1，为强降水的发生提供了充足的水汽供应。从暴雨落区大气散度的垂直剖面(图8)来看，600 hPa以上高空维持反气旋式辐散，散度中心达到22×10-5s-1，低层维持强的气旋式辐合，最大辐合中心超过-20×10-5s-1，高层质量辐散流出，引起地面气压下降，从而增强低空气旋性环流辐合，促进暴雨增幅。

图7 2021年9月20日02时500 hPa(黑线)和850 hPa(虚线)位势高度场(单位：dagpm)、整层积分水汽通量(阴影，单位：kg·m-1·s-1)和风矢量Fig.7 The 500 hPa (black contour) and 850 hPa (dotted contour) geopotential height (unit: dagpm),integrated water vapor flux (shaded, unit: kg·m-1·s-1) and wind vector at 02:00 BT 20 September 2021

图8 2021年9月20日02时沿118°E散度(单位：10-5 s-1)的垂直剖面Fig.8 Cross-section of divergence (unit: 10-5 s-1) along 118°E at 02:00 BT 20 September 2021

4 热带气旋活动

2021年9月，南海及西北太平洋共有4个台风(“康森”“灿都”“电母”“蒲公英”)生成(图9)，生成个数较常年同期(4.9个)偏少0.9个，没有台风登陆我国，但给我国华东沿海地区带来了强烈的风雨天气。

图9 2021年9月西北太平洋和南海热带气旋路径Fig.9 Tracks of tropical cyclones over the Northwestern Pacific and the South China Sea in September 2021

今年第14号台风灿都于9月7日上午在关岛以西的西北太平洋洋面上生成，7日夜间至8日早晨从强热带风暴级快速加强为超强台风级，随后北上，在东海回旋三天之后，于17日登陆日本福冈，9月18日08时，变性为温带气旋，中央气象台对其停止编号。

台风的移动主要受引导气流影响，从9月14—16日平均500 hPa高度场来看(图10)，“灿都”嵌入于庞大的副高之中，引导气流方向并不明确，这也是“灿都”在东海回旋三天的重要原因。受“灿都”影响，浙江北部和东部、上海等地部分地区出现大到暴雨，浙江嘉兴、宁波、台州、温州等局地大暴雨。

图10 2021年9月14日08时至16日08时500 hPa平均位势高度场(实线：dagpm)和台风灿都在此期间的路径变化(：台风路径)Fig.10 The averaged 500 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm) and track change of Typhoon Chanthu during this period (： the track of typhoon) from 08:00 BT 14 to 08:00 BT 16 September 2021

5 其他灾害天气

5.1 华西地区秋雨开始时间偏早，雨量大

今年华西秋雨开始时间总体显著偏早，其中四川、重庆、贵州、湖南和湖北于8月23日进入秋雨季，较常年(9月9日)偏早17 d；甘肃、宁夏和陕西于8月30日进入秋雨季，较常年(9月8日)偏早9 d。

月内，华西秋雨区发生5次区域性暴雨过程(4日、6日、16—20日、24—26日及28日)，陕西、四川、重庆、湖北、湖南、贵州、云南多地遭受暴雨洪涝灾害。9月2—5日，受西南暖湿气流与地面冷空气的共同影响，四川省广元市出现持续的区域性暴雨至大暴雨，造成6万余人受灾，直接经济损失达2亿多元。9月3—6日，四川省巴中市巴州区出现强降水天气，共造成6.35万人受灾，房屋倒损329间，直接经济损失达1.18 亿元(国家气候中心，2021)。

进入秋雨季以来，四川、重庆、贵州、湖南和湖北的大部分地区日照时数较常年同期偏少20 h以上。降水日数普遍有16～24 d，陕西南部、重庆、四川东北部等地较常年同期偏多2～4 d，部分地区偏多4 d以上。多雨寡照天气对西北地区东南部、江汉西部和四川盆地的农作物造成了一定不利影响。

5.2 南方出现阶段性高温，华南气象干旱持续

月内我国南方出现3次高温过程，分别出现在1—6日、9—15日及17—30日。其中，1—6日的高温过程主要影响广西东北部、广东北部、湖南中部、江西中部和东部、福建西部、浙江中部和江苏西南部等地。受此次高温过程影响，南方131.6万km2和其中的43.8万km2国土面积分别遭受35℃以上和37℃以上高温影响。广西、湖南等地部分地区出现旱情，农作物绝收。截至9月30日，华南地区中等及以上气象干旱面积为13.8万km2，气象干旱向北扩展到江南南部的部分地区。

致 谢：国家气象中心气象服务室连治华为本文提供月降水量、降水距平和温度距平资料。