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  气象   2014, Vol. 40 Issue (5): 642-648.  DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2014.05.016

 

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杨寅, 何立富, 2014. 2014年2月大气环流和天气分析[J]. 气象, 40(5): 642-648. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2014.05.016.
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YANG Yin, HE Lifu, 2014. Analysis of Atmosphere Circulation and Weather in February 2014[J]. Meteorological Monthly, 40(5): 642-648. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2014.05.016.
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第一作者

杨寅,主要从事雷达探测分析研究.Email: wanghs@cma.gov.cn

文章历史

2014年3月24日收稿
2014年4月01日收修定稿
2014年2月大气环流和天气分析
杨寅 , 何立富     
国家气象中心,北京 100081
摘要:2014年2月大气环流的主要特征是极涡偏强且呈偶极型分布,中高纬环流呈4波型,西太平洋副热带高压偏弱,南支槽位置偏西。2月全国平均气温为-2.3℃,较常年同期偏低0.6℃;全国平均降水量17.5 mm,与常年同期(17.4 mm)持平。月内我国有一次全国性寒潮天气过程;北方有明显雨(雪)天气,冬麦区旱情缓解;南方雨雪过程较多且范围较大,多地出现阶段性低温雨雪天气和冻害;中东部出现3次大范围的雾或霾天气过程。
关键词大气环流    寒潮    降水            
Analysis of Atmosphere Circulation and Weather in February 2014
YANG Yin, HE Lifu    
National Meteorological Centre, Beijing 100081
Abstract: The main characteristics of the general atmospheric circulation in February 2014 are as follows: There were two polar vortex centres in the Northern Hemisphere and both of them are stronger than normal. The atmospheric circulation represents a four-wave pattern over the middle-high latitudes. The northwestern Pacific subtropical high is weaker than normal and the south branch trough is more to the west than normal. The monthly mean temperature is -2.3℃, 0.6℃ lower than normal. The monthly mean precipitation amount is 17.5 mm, which is similar to the normal value. During this month, there is one nationwide cold wave process. Obvious rain and snow weathers are seen in the north of China, relieving the drought situation in the winter wheat area. The snow and rain processes are more in the south of China with a large range impacted, which makes many places suffer from cryogenic rain/snow weather and cold damages. Besides, three fog and haze processes appear in the middle and eastern part of China.
Key words: atmosphere circulation    cold wave    precipitation    fog    haze    
引言

2014年2月主要气候特点:气温较常年同期偏低,降水量与常年同期基本持平(国家气候中心,2014)。2月,全国平均气温-2.3℃,较常年同期偏低0.6℃,其中新疆北部、东北北部、黄淮西部、江汉和贵州偏低1~2℃;全国平均降水量17.5 mm,与常年同期(17.4 mm)基本持平,但西北地区东部、内蒙古中部、华北大部和黄淮东部偏多3倍以上。月内我国有一次全国性寒潮天气过程;北方冬麦区出现雨(雪)天气,旱情得到缓解;南方雨雪过程频繁且降水范围较大,江淮和江南大部、贵州、湖北等地出现阶段性的低温雨雪天气和冻害;中东部出现了3次大范围雾或霾天气过程,其中20—26日的霾天气最为严重。

1 天气概况 1.1 降水

2014年2月全国平均降水量为17.5 mm,与常年同期(17.4 mm)基本持平。从空间分布(图 1)上看,江南、江淮东部和华南北部降水量在50 mm以上,其中浙江、江苏南部、安徽南部、江西北部和福建西北部等地有100~150 mm,局部超过150 mm;江淮西部和北部、江南西部、华南大部和云南西北部局部地区有25~50 mm;华北地区西南部、黄淮中西部、江汉西部、华南西南部、西南地区东部及陕西大部和新疆北部等地有10~25 mm;全国其余大部地区在10 mm以下,其中新疆南部、青海西北部、甘肃西部等地基本没有降水。

图 1 2014年2月全国降水量分布(单位:mm) Fig. 1 Distribution of precipitation over China in February 2014 (unit: mm)

降水量与常年同期相比(图 2),新疆西北部、西北地区东部、内蒙古中东部、东北地区西北部和西南部、华北、黄淮中东部、江淮东部、江南东北部和四川南部等地偏多1倍以上,其中西北地区东部、内蒙古中部、华北大部和黄淮东部的部分地区偏多3倍;新疆南部、西藏西北部、内蒙古西部、甘肃西北部、吉林、云南西南部等地的部分地区偏少超过1倍;全国其余大部地区接近常年或偏少5成以内。

图 2 2014年2月全国降水量距平百分率分布(单位:%) Fig. 2 Distribution of precipitation anomaly percentage over China in February 2014 (unit: %)
1.2 气温

2014年2月,全国平均气温为-2.3℃,较常年同期(-1.7℃)偏低0.6℃。从2月平均气温距平的空间分布(图 3)看,东北地区北部、内蒙古东北部、黄淮西部、江淮和江汉西部,以及新疆北部等地的月平均气温较常年平均偏低1~2℃;内蒙古中部、西北大部、华南大部、江南东部、四川西部和云南大部地区的月平均气温较常年偏高1~2℃,其中西南地区西部、华南和云南大部地区平均气温偏高2℃以上。

图 3 2014年2月全国平均气温距平分布(单位:℃) Fig. 3 Distribution of mean temperature anomaly in February 2014 (unit:℃)
2 环流特征与演变

图 4给出2014年2月北半球500 hPa平均高度及距平的水平分布,与常年平均相比较,2月有以下特点。

图 4 2014年2月北半球500 hPa平均高度(a)和距平(b)(单位:dagpm) Fig. 4 The average 500 hPa geopotential height (a) and anomaly (b) in the Northern Hemisphere in February 2014 (unit: dagpm)
2.1 极涡偏强并呈偶极型、西太平洋副热带高压偏弱、南支槽偏西

2014年2月北半球极涡呈偶极型分布(图 4a),主极涡中心位于北极圈内巴芬岛北部附近,其最强中心强度达504 dagpm;另外一个极涡中心则位于中西伯利亚地区北部。两个极涡中心均处于较明显的负位势高度距平区(图 4b),表明极涡强度较常年明显偏强,导致北美和亚洲远东地区暴雪和寒流天气频发,而英国及西欧风暴施虐。我国南海及西太平洋地区位于负的位势高度距平区内,且在月平均位势高度场中西北太平洋地区无副热带高压(以下简称副高)的588 dagpm特征线存在,说明副高强度较常年偏弱。此外,南支槽的位置在孟加拉湾以西,并且孟加拉湾处于正的位势高度区,说明南支槽强度偏弱(安林昌,2013)。

2.2 中高纬环流呈四波型

2014年2月,北半球中高纬月平均的500 hPa位势高度场呈4波型分布,长波槽分别位西欧、西西伯利亚、北美大陆和太平洋中部。我国东北、华北和黄淮地区位于正位势高度距平区;西北、新疆、江南和华南等地位于负位势高度距平区。此外,孟加拉湾位于正的位势高度距平区,表明南支槽强度较常年偏弱(董全,2012)。对应2014年2月我国华北、黄淮地区雾或霾天气出现的频率增加,江淮、江南北部、西北和新疆西北部等地的降水总量增加,而华南和江南南部地区降水量较常年平均略有减少。

2.3 环流演变与我国天气

图 5给出了2月上、中、下旬欧亚地区500 hPa高度场的月平均环流形势。上旬(图 5a)亚洲中高纬地区大气环流形势为两槽一脊型,低槽分别位于巴尔喀什湖(简称巴湖)以西和亚洲东海岸,我国西部地区受弱高压脊控制;中西伯利亚地区的低涡强度较常年平均偏强。上旬前期,位于巴湖以西的低压槽不断分裂出冷空气东移影响我国新疆地区,而位于贝加尔湖(简称贝湖)以西的低槽则东移影响我国中东部地区,产生了一次全国范围的寒潮天气,并使得新疆西北部和东北大部地区出现了中雪,局部地区暴雪的天气;上旬中期,我国多短波槽东移,使得中东部地区出现了较大范围的小雨量级的降水;上旬后期,在不断东移的高空短波槽与低层切变线和低空急流的共同影响下,我国中东部和华南地区出现了大范围的雨雪天气。

图 5 2014年2月上(a)、中(b)、下旬(c)的500 hPa平均位势高度(单位:dagpm) Fig. 5 Average geopotential heights at 500 hPa for (a) the first, (b) middle and (c) last dekads in February 2014 (unit: dagpm)

2月中旬(图 5b),欧亚中高纬地区呈西高东低的环流形势,贝湖以北的低涡维持稳定,东亚大槽位于亚洲东海岸地区,我国大部地区受高压脊控制,南支槽强度不明显。中旬前半期,我国大部分地区受高压脊控制,冷空气活动不明显,使得中东部地区出现了大范围的雾或霾天气;中旬后半期,亚洲中高纬地区不断有低槽东移,同时南支槽逐渐活跃,槽前西南暖湿气流增强。东移高空槽和活跃的南支槽结合使得我国西南地区东部、江南和华南地区出现了大范围的雨雪天气。

2月下旬(图 5c),亚洲中高纬地区环流形势调整为一槽一脊,低槽位于巴湖以西地区,我国北方地区持续受高压脊控制。下旬前半期,巴湖以西的低槽分裂出冷空气东移,在新疆北部地区产生了大部中雪,局部地区暴雪的天气。由于我国北方地区受高压脊控制,在华北、黄淮和东北地区出现了连续的雾或霾天气;下旬后半期,亚洲中高纬地区有较强低涡系统南压,给华北和东北地区带来了明显的降雪(雨),并使前期持续的雾和霾得以消散。此外,高原东侧不断有高空槽东移,南支槽活动也增强,两者共同造成了江南和华南地区的连续阴雨天气。

3 冷空气活动 3.1 概况

2月我国冷空气活动的次数较常年平均偏少,共出现一次全国性寒潮天气过程和一次强冷气活动过程。1—4日我国中东部大部分地区经历了一次寒潮天气过程;26—28日为强冷空气过程,华北北部和东北地区达到强冷空气的标准。两次冷空气过程的影响范围和强度详见表 1

表 1 2014年2月主要冷空气过程 Table 1 Main cold air processes in February 2014
3.2 2月1—4日寒潮天气过程分析

2月1—4日,我国出现了一次全国范围的寒潮天气过程。受冷空气活动影响,我国中东部大部分地区气温下降6~10℃,其中内蒙古中东部、华北及东北等地降温幅度达12~16℃,局地超过20℃;长江中下游及以北地区出现4~6级偏北风,东部和南部海区还有7~8级、阵风9级的偏北风。

在1日08时500 hPa高度场上(图 6),贝湖以西地区受高空冷涡控制,其中心强度达494 dagpm,对应的冷中心强度为-52℃,且自冷涡中心向西有一条东西向的横槽;在地面图上,西西伯利亚一带有强冷空气堆积,地面高压的中心气压值达1051 hPa。在贝湖南岸有低压中心存在,并且有一条从低压中心西延至新疆北部地区的冷锋。此后,贝湖以西的冷涡逐渐东移,但自其中心延伸出的东西向横槽断裂,东侧槽转竖为南北向并迅速东移,到20时低槽位于我国内蒙古东部边境以西;地面高压在20时已经东移控制贝湖和蒙古国中西部地区,而08时位于贝湖南岸的低压中心和冷锋也东移至内蒙古东部地区,使得蒙古国东部地区出现6级偏北风。在此之后,冷空气扩散南下引起我国东北、华北和黄淮地区出现降温和大风天气。此外,1日时我国西南地区有低槽缓慢东移,在2日20时该低槽位于江淮东部、江南和华南北部地区,使得在500 hPa上我国呈现西高东低的环流形势,让已经给我国北方地区带来明显降温和大风的冷空气继续南下,并在3和4日给江南和华南东部地区带来降温和大风天气。

图 6 2014年2月1日08时500 hPa位势高度场(实线)及海平面气压场(虚线) Fig. 6 500 hPa geopotential heights (solid line) and sea level pressure (dashed line) at 08:00 BT 1 February 2014

26—28日的强冷空气过程是由于位于贝湖以东的低涡东移,并不断分裂冷空气南下影响华北和东北地区造成的。

4 主要降水过程 4.1 概况

2014年2月主要有3次降水过程,主要特点是降水范围广、累计降水量大和降水相态复杂。2月的主要降水过程如表 2所示。

表 2 2014年2月主要降水过程 Table 2 Main precipitation processes in February 2014
4.2 2月4—9日降水过程分析

2月4—9日,我国中东部和南方地区先后出现了大范围雨雪天气过程。其中4—7日的雨雪天气主要出现在黄淮、江淮和江南北部地区,其中西北地区东部、华北南部、黄淮、江淮、江汉及湖南西北部等地降雪或雨夹雪5~10 mm,江苏中部、安徽中部和湖北东部达25~50 mm,江苏南部、上海、浙江北部、安徽南部、江西北部和湖南东北部等地降雨25~73 mm;8—9日的雨雪天气主要出现在江南南部和华南东部地区,其中湖北东南部、湖南中北部、江西中北部、浙江南部、福建北部等地降雪或雨夹雪10~25 mm,湖南北部、江西北部、福建北部等地局地雨雪量累计有30~42 mm,湖南东南部、江西南部、福建中南部、广东北部等地降雨20~50 mm。

这次中东部和南方的大范围雨雪天气过程主要是由于高空短波槽在东移过程中与中低层的低涡、切变线和低空急流相结合造成的。对于4—7日中东部的大范围雨雪天气过程,从6日20时的500 hPa环流形势场(图 7)上可以发现高原东侧和西北地区不断有短波槽东移,但南支槽活动不明显。在700 hPa高度场上,西北地区东部有低涡系统存在,沿低涡系统中心有延伸至西南地区中部的切变线,并且在切变线南侧的江南中东部地区存在一支低空急流,其中心的西南风风速达20 m·s-1;由于低空急流对暖湿空气的输送作用,江南中东部和江淮东部地区的温度露点差在2℃以下,水汽条件充分。在850 hPa高度上,江南西部地区也存在闭合低值系统,从低值系统中心有延伸至江南东北部地区的暖式切变;在切变线南侧的华南中西部和江南南部地区也存在低空急流;在温度场上,0℃线位于江淮南部。从以上分析可以发现,不断东移的高空槽、低层低涡和切变线的存在为这次大范围雨雪天气过程提供了良好的动力条件,而低空急流则提供了理想的水汽条件。

图 7 2014年2月6日20时的500 hPa位势高度场和850 hPa风场 Fig. 7 500 hPa geopotential heights and 850 hPa winds at 20:00 BT 6 February 2014

对于8—9日江南南部和华南东部的雨雪天气过程,其形成机制也是东移的高空槽与低层切变线和低空急流相结合产生的,不同之处在于低层的切变线和低空急流位置更偏南。由于4—9日期间850 hPa上的0℃线在江淮南部地区南北摆动,使得华北、黄淮等地降水相态以雪为主,江南南部和华南地区以雨为主,而在江淮和江南北部地区出现雪或雨夹雪天气。

5 其他灾害天气 5.1 我国中东部出现大范围雾或霾天气

2月,全国平均雾日为2.2 d,接近常年同期。华北南部、黄淮大部、江淮、江南东部以及陕西、重庆、贵州、云南等地的部分地区雾日在3 d以上,其中江苏大部、浙江大部、河北南部、河南南部、陕西中部、重庆西部等地有5~10 d。与常年同期相比,华北大部、黄淮大部、江淮大部、江南东部及陕西大部、广西大部、贵州东南部等地日数不同程度偏多,其中江苏大部、浙江大部、河北南部、河南南部、山西西南部、陕西中部等地偏多3~5 d,局部偏多5 d以上。

2月,全国平均霾日为5.2 d,比常年同期明显偏多。我国中东部地区霾日数普遍在3 d以上,其中华北大部及内蒙古东部、江苏大部、河南西部等地达10~15 d,局地超过15 d。与常年同期相比,全国大部地区霾日数不同程度偏多,其中华北、黄淮、江淮东部、江南地区东北部及重庆大部、陕西大部、内蒙古东部等地普遍偏多5~10 d,内蒙古东部部分地区、京津及周边地区、山西东部、江苏等地偏多达10 d以上。2月的主要雾或霾过程如表 3所示。

表 3 2014年2月主要雾或霾天气过程 Table 3 Main fog and haze processes in February 2014

2月20—26日,我国华北、黄淮等地持续出现了中或重度霾天气,京津冀及周边地区的空气污染尤为严重。在22日08时500 hPa高度场上,华北和黄淮地区处于高空脊的控制之下,大气状态为静稳型,垂直运动以辐散下沉为主;而14时的地面图上,华北和黄淮地区受地面高压控制,这种均压场形势使得地面风速较小或静风。辐散下沉和地面风速较小使得PM2.5等大气污染物无法扩散,使得华北、黄淮和江淮大部出现雾或霾。分析20—26日的平均500 hPa位势高度场(图 8a)和海平面气压场(图 8b)可以发现,在此次霾天气过程期间,华北和黄淮地区一直维持这种高层弱脊、地面均压场的环流形势,使得霾天气一直持续。此外,2月出现的所有雾或霾天气过程,都是在高层弱脊、地面均压场的条件下出现的。

图 8 2014年2月20—26日的500 hPa平均位势高度场(a)和海平面气压场(b) Fig. 8 The average geopotential height at 500 hPa (a) and sea level pressure (b) in 20-26 February 2014
5.2 沙尘天气过程

2月我国共有两次沙尘天气过程,分别出现在1—2日和26日。1—2日新疆南部出现了扬沙,内蒙古中东部地区出现了沙尘暴,沙尘天气出现的原因是受蒙古气旋和地面冷锋影响;26日内蒙古中东部地区也出现了沙尘暴。

致谢:感谢国家气象中心张立生提供的降水量、降水距平和温度距平资料。

参考文献
安林昌, 2013. 2013年2月大气环流和天气分析[J]. 气象, 39(5): 659-664. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2013.05.015
董全, 2012. 2012年2月大气环流和天气分析[J]. 气象, 38(5): 635-640. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2012.05.016
国家气候中心. 2014. 2014年2月中国气候影响评价.