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  气象   2015, Vol. 41 Issue (12): 1562-1575.  DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2015.12.015

研究综述

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王皘, 高拴柱, 2015. 2015年9月大气环流和天气分析[J]. 气象, 41(12): 1562-1575. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2015.12.015.
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WANG Qian, GAO Shuanzhu, 2015. Analysis of the September 2015 Atmospheric Circulation and Weather[J]. Meteorological Monthly, 41(12): 1562-1575. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2015.12.015.
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第一作者

王皘,主要从事台风预报和研究.Email:qianwang@cma.gov.cn

文章历史

2015年10月22日收稿
2015年10月31日收修定稿
2015年9月大气环流和天气分析
王皘 , 高拴柱     
国家气象中心,北京 100081
摘要:2015年9月环流特征如下:北半球高纬地区极涡为单极型,中高纬地区为3波型分布,西北太平洋副热带高压偏西且断裂,9月全国平均降水量为72.4 mm,比常年同期(65.3 mm)偏多14.0%;全国9月平均气温为16.9℃,较常年同期(16.6℃)偏高0.3℃。月内共有6次强降水过程,24站出现了极端日降水量。西北太平洋和南海有4个台风生成,1517号台风基洛从中太平洋移入,1521号台风杜鹃两次登陆我国并带来大范围降水。西北东部及内蒙古中部等地气象干旱缓解,黄淮大部及辽宁等地气象干旱持续发展。全国多地遭受雷雨大风、冰雹等强对流天气袭击。
关键词副热带高压    暴雨    台风杜鹃    
Analysis of the September 2015 Atmospheric Circulation and Weather
WANG Qian, GAO Shuanzhu    
National Meteorological Centre, Beijing 100081
Abstract: The main characteristics of the general atmospheric circulation in September 2015 are as follows. There was one polar vortex center in the Northern Hemisphere. In the middle-high latitudes, the circulation presented a three-wave pattern. The subtropical high lay westwards and got broken in the middle. Meanwhile, monthly mean precipitation amount was 72.4 mm, which is 14.0% more than its climatological mean (65.3 mm). Monthly mean temperature was 16.9℃, a little bit higher than its climatological mean (16.6℃). There were 6 heavy rainfall events with extreme continuous precipitation events observed at 24 stations in China. Four typhoons were generated over the western North Pacific and the South China Sea, and one typhoon came from the Middle Pacific (No. 1517 Kilo), Typhoon Dujuan (No. 1521) landing China twice. The drought of eastern part of Northwest Region and the middle of Inner Mongolia got relieved, while in most of Huanghuai Region, Liaoning and other places, the drought developed continuously. In addition, many places were attacked by thunderstorms, hail and other severe convective weather in September 2015.
Key words: subtropical high    rainstorm    Typhoon Dujuan    
1 天气概况 1.1 降水

2015年9月,全国平均降水量为72.4 mm,比常年同期(65.3 mm)偏多14.0%。我国南方大部、西北东部、华北中北部及内蒙古中东部大部、黑龙江北部等地降水量普遍有50~200 mm,其中华南部分地区及浙江东部、重庆西南部、四川东部、贵州西部等地降水量为200~250 mm,浙江、福建、台湾的局部地区超过250 mm;其余地区降水普遍有10~50 mm,局部不足10 mm(图 1)。

图 1 2015年9月全国降水量分布(单位:mm) Fig. 1 Total precipitation over China in September 2015 (unit: mm)

从降水量距平百分率分布来看(图 2),与常年同期相比,全国大部地区降水量接近常年或偏多,其中西北西部、华北北部及内蒙古大部、四川东部和西北部、重庆南部、贵州东部、湖南中部、江西中部、福建、广西大部等地降水量偏多5成至2倍,新疆南部偏多2倍以上,仅东北大部、华北南部、黄淮大部、江淮西部及西藏大部、云南中部等地降水量偏少2~5成,局部偏少5~8成以上(国家气候中心,2015)。

图 2 2015年9月全国降水量距平百分率分布(单位:%) Fig. 2 Spatial distribution of precipitation anomaly percentage over China in September 2015 (unit: %)
1.2 气温

2015年9月,全国平均气温为16.9℃,较常年同期(16.6℃)偏高0.3℃。从空间分布看,全国大部地区接近常年同期或偏高,青藏高原大部及云南大部、海南中北部、辽宁北部等地偏高1~2℃,西藏中部偏高2~4℃;新疆中北部偏低1~2℃,其中北部部分地区偏低2~4℃(图 3)(国家气候中心,2015)。

图 3 2015年9月全国平均气温距平分布(单位:℃) Fig. 3 Spatial distribution of monthly mean temperature anomaly in September 2015 (unit: ℃)
2 环流特征和演变

图 4为2015年9月500 hPa平均位势高度及距平图,与常年同期的北半球环流形势相比,本月北半球环流形势有着以下的主要特点。

图 4 2015年9月北半球500 hPa平均高度场(a)和距平场(b)(单位:dagpm) Fig. 4 Monthly average geopotential height and monthly geopotential height anomaly at 500 hPa in the Northern Hemisphere in September 2015 (unit: dagpm)
2.1 极涡呈单极型分布

9月,北半球极涡单极型分布,极涡中心位于北极圈内北极点附近(图 4a),极涡中心强度低于528 dagpm,并伴有-4 dagpm的负距平中心。加拿大西部存在一个-6 dagpm的负距平中心,中心偏向于西半球,强度较常年同期偏强(图 4b)。北半球中高纬西风带呈3波型分布,亚洲中高纬为较平直的纬向型环流(图 4a),盛行一致的偏西气流。亚洲大陆主要被槽区控制,且槽较常年平均较深,这种形势有利于冷空气南下,给我国大部地区带来降水天气。

2.2 西北太平洋副热带高压偏西

9月西北太平洋副热带高压(以下简称副高)西脊点位于95°E附近,平均脊线位于26°N附近。西段副高偏强,且较常年同期气候平均西脊点(27°N、133°E)明显偏西(聂高臻等,2013),这种形势有利于冷空气与暖湿气流交汇于我国西南地区东部造成降水天气,不利于热带气旋登陆我国华南地区;东段副高偏弱,35°N、162°E附近有一负距平中心,中心值达-4 dagpm,东段副高的偏弱有利于中北太平洋、东北太平洋海域热带气旋的生成和发展。

2.3 环流演变与我国天气

从9月上、中、下旬欧亚地区500 hPa平均高度场的环流发展演变可以看出(图 5),由于带状副高的减弱、断裂,欧亚地区的大气环流形势发生了较大的变化和调整,使得我国的主要雨带发生了大的变化。

图 5 2015年9月上旬(a)、中旬(b)、下旬(c)500 hPa平均位势高度场(单位:dagpm) Fig. 5 The first (a), second (b) and third (c) dekad 500 hPa average geopotential height over Eurasia in September 2015 (unit: dagpm)

9月上旬(图 5a),主要的脊区位于贝加尔湖东北。主要的槽区位于东亚大陆东侧,新疆以西为弱的槽区,在两槽一脊的天气形势下,本旬4—7日我国大部地区出现一次大范围的降水天气过程,京津地区、四川盆地东部、贵州中东部、广西西部和北部、江南中南部、湖北东部出现暴雨,其中湖北东部和南部、重庆西部、四川东部、贵州西南部出现大暴雨。副高呈哑铃状,西脊点位于26°N、93°E附近,西段副高西北侧的偏南气流有利于西南低涡的活动,8—11日,四川东部、重庆西部、陕西南部出现暴雨,局地大暴雨。

9月中旬(图 5b),本旬平均状态下,大气环流的经向性较上旬有明显的减弱,大气环流较为平直,因此旬内我国整体降水偏弱。由于副高带状特征明显,今年第19号台风环高在南海中部生成后,在副高南侧偏东气流的影响下,台风本体登陆越南,但其北侧环流与冷空气结合,在海南岛出现暴雨、局地大暴雨。

9月下旬(图 5c),欧亚中高纬地区槽脊特征并不明显,仅新疆北部槽区加深,我国大部大气环流更为平直。带状副高断裂,块状副高控制我国西南地区,我国西南地区、江南地区西部位于副高控制之下,降水偏少,热带气旋由两高之间北上,登陆我国华东地区,气旋本体及其北侧环流与冷空气结合带来28—30日一次明显的台风降水过程,福建东部和南部、浙江东部、江苏东南部、上海、广东东北部等地出现暴雨,其中福建东部、浙江东部等地出现大暴雨。

3 主要降水过程 3.1 概况

总体来说,9月我国南方降水过程较多,局地降水强度较大,云南、湖南、广西、四川、重庆等11个省(市、区)的部分地区出现暴雨洪涝灾害。西南地区东部(四川、重庆、云南、贵州)及广西月内降水天气频繁,9月区域平均降水日数为17.8 d,较常年同期(14.3 d)偏多3.5 d,为1988年以来同期最多(国家气候中心,2015)。

受台风、低涡、季风低压、低层切变和高空槽等系统的影响,9月主要出现了6次强降水过程(表 1)。

表 1 2015年9月主要降水过程 Table 1 Main precipitation events in September 2015
3.2 台风杜鹃降水过程分析

9月28—30日,我国福建东部和南部、浙江东部、江苏东南部、上海、广东东北部等地出现暴雨,其中福建东部、浙江东北部和南部等地降雨100~200 mm,浙江宁波、福建福州和莆田等局地250~441 mm,其中浙江宁波多地日降雨量超过200 mm,镇海县达314 mm。

此次降水天气过程主要是台风杜鹃的本体环流造成,台风眼壁及外围螺旋雨带的移动,使得大陆地区主要的降水过程发生在台风登陆福建后(图 6),即28日08时至30日08时。台风登陆前,华北地区受弱高压脊控制,副高西伸明显,台风杜鹃位于副高西南侧,在台湾海峡中西北行登陆福建莆田。登陆时台风大风区明显偏于其移动路径的右侧(图 6a),850 hPa台风环流的强度超过32 m·s-1,降水集中在登陆点附近,自广东东北部至浙江北部均出现暴雨,由于台风风场的不对称性造成降水不对称分布,台风路径右侧福建东部福州—莆田一带雨势更为猛烈。随着台风中心西移至江西、福建交界,急流大值区强度迅速减弱至20 m·s-1,福建东北部强度维持,台风北侧螺旋雨带自东南向西北扫过浙江大部、上海、江苏南部,浙江东北部存在风速辐合(图 6b),螺旋雨带低层来自温暖洋面的东南暖湿气流源源不断的汇入使得上述地区降水维持。

图 6 2015年9月29日08时(a)和20时(b)500 hPa位势高度场(实线,单位:dagpm)、850 hPa风场(风向标)和850 hPa急流 (阴影,单位:m·s-1) Fig. 6 Distribution of geopotential heights at 500 hPa (solid line, unit: dagpm) and wind vector and wind speed at 850 hPa (unit: m·s-1) at 08:00 BT (a) and 20:00 BT (b) 29 September 2015

由于台风北侧高压坝的存在,登陆后“杜鹃”持续向西偏北方向移动,进入江西省境内并减弱消散。由于我国北部受平直的纬向气流控制,台风北侧冷空气的活动很弱,台风环流无明显与冷空气结合的过程,台风降水未扩展至河北、河南、山东等地。

台风登陆前后,在台风环流的支配下,福建东北部沿海存在明显的向岸输送的水汽通道(图 7),水汽通量超过0.05 g·cm-1·hPa-1·s-1,水汽在福建东部辐合,最大水汽通量散度达到-1.4×10-8 g·cm-2·hPa-1·s-1,与地面站记录到的降水大值区(福州和莆田等地)符合良好。由于台风杜鹃登陆时强度为台风级,登陆初期,此次台风降水过程对应的水汽通量散度值较大,相较2013年台风天兔深入内陆后的倒槽降水对应的水汽通量散度值高出约80%(聂高臻等,2013),相较去年同时段的低层暖性切变致使的降水对应的水汽通量散度值高出125%(周冠博等,2014),足以突显出台风本体环流降水的强辐合、强集中的特性,强烈的水汽辐合作用加之地形的抬升作用为台风登陆过程的降水产生提供了非常有利的条件。

图 7 2015年9月29日08时850 hPa水汽通量 (箭头,单位:10-4 g·cm-1·hPa-1·s-1)和水汽通量散度(等值线,单位: 10-9 g·cm-2·hPa-1·s-1) Fig. 7 The 850 hPa water vapor flux (vectors, unit: 10-4 g·cm-1·hPa-1·s-1), and water vapor flux divergence (contour, unit: 10-9 g·cm-2·hPa-1·s-1) at 08:00 BT 29 September 2015(箭头,单位:10-4 g·cm-1·hPa-1·s-1)和水汽通量散度(等值线,单位: 10-9 g·cm-2·hPa-1·s-1)
4 热带气旋活动

2015年9月,在西北太平洋及南海共有5个台风(热带风暴级及以上)活动(图 8),个数与常年同期(1949—2014年年平均有5.1个)相当,其中包括自中太平洋移入的第17号台风基洛(Kilo)。9月登陆我国的只有第21号台风杜鹃(Dujuan),登陆个数较常年同期(1949—2014年平均有1.8个)偏少。此外,第19号台风环高没有登陆我国,但是却为华南南部带来重大影响。

图 8 2015年9月西北太平洋及南海热带气旋路径 Fig. 8 Tracks of tropical cyclones over the western North Pacific and the South China Sea in September 2015
4.1 台风环高与冷空气结合,琼粤强降水

今年第19号台风环高9月14日凌晨在南海中部生成,尔后向偏西方向移动并于14日晚上以热带风暴级登陆越南广南省,15日在中南半岛减弱消失。

受“环高”和冷空气共同影响,9月14—16日,海南岛中东部、广东雷州半岛南部等地降雨100~200 mm,其中,海南海口、琼山、文昌等局地有280~497 mm,雨量较大的地点有:海南万宁新中401 mm、广东湛江后塘230 mm。受降雨影响,海南万泉河、南渡江等主要江河出现小幅涨水过程,海南全省10座大型水库共增蓄1.68亿m3。此外,海南岛北部和东部沿海、广东雷州半岛南部沿海地区出现8~10级瞬时大风,局地达11级。

4.2 台风杜鹃两次登陆,影响范围广

今年第21号台风杜鹃9月23日凌晨在西北太平洋洋面上生成,24日晚加强为强热带风暴级,25日下午加强为台风,26日下午加强为强台风,夜间加强为超强台风,逐渐向台湾东部沿海靠近,并于28日上午在台湾东部近海减弱为强台风,17:50登陆台湾宜兰,登陆时中心附近最大风力有15级(48 m·s-1),中心最低气压为945 hPa。登陆后“杜鹃”西行穿过台湾,强度减弱,进入台湾海峡后转西北向移动,于29日08:50再次登陆福建莆田,登陆时中心附近最大风力有12级(33 m·s-1),中心最低气压为975 hPa。之后强度迅速减弱,29日下午减弱为热带低压,晚上停止编号。“杜鹃”具有以下三个特点:

(1) 登陆强度强,登陆后减弱快。“杜鹃”登陆台湾时为强台风级,登陆福建时为台风级,登陆后强度快速减弱,仅用8 h就从台风级减弱到热带低压。

(2) 台浙闽等地局地风雨强。28—30日,浙江宁波、福建福州和莆田等局地250~441 mm;浙江南部、福建东部沿海地区出现10~12级阵风,福建福州、莆田等沿海局地达13~14级(福建平潭牛山岛达45.9 m·s-1)。另外,台湾中北部部分地区降雨250~400 mm,台北、桃园、花莲等局地超过500 mm;台湾北部局地出现14~15级阵风。

(3) 福建和浙江多地出现海水倒灌和严重内涝。此次台风影响正值天文大潮期,闽浙沪沿海有36个潮位站超警,超警幅度0.03~1.18 m,其中福建龙海石码和长乐白岩潭2个潮位站超保0.12~0.24 m,福建漳蒲旧镇潮位站出现历史最高潮位,高潮位和巨浪造成厦门、莆田、福鼎、泉州、鳌江口等多地海水倒灌,道路积水严重;浙江宁波市区和奉化等地出现了严重内涝,温州局地发生山体滑坡;福建、浙江部分地区航班和火车停运或延误。

5 月内气象灾害及影响

2015年9月,全国共有24站出现极端连续降水日数事件,主要分布于河北、四川、云南、甘肃、山东等地,其中甘肃宕昌(15 d)和文县(14 d)等5站连续降水日数突破历史极值。西北东部及内蒙古中部等地气象干旱缓解,黄淮大部及辽宁等地气象干旱持续发展,其中辽宁大部、西藏中西部、河南大部、山东西部等地偏少5~8成,降水少、气温偏高,导致黄淮大部、华北西南部及辽宁大部、西藏中部等地出现中等程度气象干旱,局部达重旱。全国13个省(区、市)遭受雷雨大风、冰雹等强对流天气袭击,共造成94万余人受灾,直接经济损失逾8亿元。其中,河南、河北、新疆等省区局地受灾较重(国家气候中心,2015)

参考文献
国家气候中心. 2015. 2015年9月中国气候影响评价.
聂高臻, 何立富, 2013. 2013年9月大气环流和天气分析[J]. 气象, 39(12): 1663-1670. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2013.12.016
张芳, 张芳华, 2015. 2015年8日大气环流和天气分析[J]. 气象, 41(11): 1425-1432. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2015.11.013
周冠博, 张玲, 2014. 2013年9月大气环流和天气分析[J]. 气象, 40(12): 1558-1564. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2014.12.015