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  气象   2015, Vol. 41 Issue (2): 254-260.  DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2015.02.015

天气、气候评述

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黄威, 张芳华, 2015. 2014年11月大气环流和天气分析[J]. 气象, 41(2): 254-260. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2015.02.015.
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HUANG Wei, ZHANG Fanghua, 2015. Analysis of the November 2014 Atmospheric Circulation and Weather[J]. Meteorological Monthly, 41(2): 254-260. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2015.02.015.
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第一作者

黄威,主要从事中短期天气预报和研究. Email:huangwei_i@126.com

文章历史

2014年12月30日收稿
2015年1月04日收修定稿
2014年11月大气环流和天气分析
黄威 , 张芳华     
国家气象中心,北京 100081
摘要:2014年11月大气环流特征如下:北半球极涡呈单极型分布,亚欧地区中高纬环流以纬向环流为主;南支槽较活跃,平均位置位于100°E附近;西太平洋副热带高压与常年强度相当,位置偏南、偏西。11月,全国平均降水量22.6 mm,较常年同期(18.8 mm)偏多20.2%;全国平均气温3.9℃,较常年同期(2.9℃)偏高1.0℃。月内,共出现4次主要降水过程,江南华南部分地区降水明显,部分地区出现持续阴雨;冷空气活动频繁,有4次主要冷空气过程影响我国,造成共有26站发生极端日降温事件,其中3站日降温幅度突破历史极值;月内还有4次大范围雾、霾天气过程。
关键词大气环流    单极型    持续阴雨    冷空气    雾、霾    
Analysis of the November 2014 Atmospheric Circulation and Weather
HUANG Wei, ZHANG Fanghua    
National Meteorological Centre, Beijing 100081
Abstract: The following are the main characteristics of the general atmospheric circulation in November 2014. There was one polar vortex center in the Northern Hemisphere. The circulation presented zonal patterns in middle-high latitudes. The south baranch trough was active located near 100°E in general. The Northwest Pacific subtropical high was almost the same as the normal, lying by south and west. Meanwhile, monthly mean precipitation amount was 22.6 mm, which is 20.2% more than its climatological mean (18.8 mm). Monthly mean temperature was 3.9℃, 1.0℃ higher than its climatological mean (2.9℃). There were four major rainfall processes, and parts of the south of Changjiang River, and South China saw rains obviously, even with continued rainy day somewhere. In the month, there were four major cold air processes influencing China, resulting in the extreme drop in daily temperature at 26 stations, including three stations had new records for the daily temperature drop. In additon, there were also four wide spread fog-haze events in central and eastern China during this month.
Key words: atmospheric circulation    one polar vortex    continued rainfall    cold air    fog and haze    
1 天气概况 1.1 降水

11月,全国平均降水量22.6 mm,较常年同期(18.8 mm)偏多20.2%。从空间分布看,东北、华北、西北的大部地区以及内蒙古大部、西藏、四川西部、云南西北部降水量在10 mm以下;黄淮南部、江淮、江汉、江南以及广西、广东北部、海南大部、贵州大部、云南南部、重庆在50 mm以上,其中湖南大部、湖北东部、安徽南部、江西北部、广西北部、海南东部等地达100~200 mm;全国其余大部地区为10~50 mm(图 1)。

图 1 2014年11月全国降水量分布(单位:mm) Fig. 1 Total precipitation over China in November 2014 (unit: mm)

降水量与常年同期相比,黑龙江北部、内蒙古东北部、西北地区大部、黄河下游及其以南大部地区偏多2成至2倍,西北部分地区偏多2倍以上;全国其余大部地区接近常年同期或偏少,其中东北地区大部、内蒙古大部、华北大部、西南地区大部及新疆西南部等地偏少2~8成,部分地区偏少8成以上(图 2国家气候中心,2014)。

图 2 2014年11月全国降水量距平百分比分布(单位:%) Fig. 2 Spatial distribution of precipitation anomaly percentage over China in November 2014 (unit: %)
1.2 气温

11月,全国平均气温3.9℃,较常年同期(2.9℃)偏高1.0℃(图 4)。从空间分布看,除新疆局部地区气温较常年同期偏低1~2℃外,全国大部地区气温接近常年同期或偏高,其中内蒙古大部、华北大部、华东大部、华南东部和南部及四川西北部、西藏大部、陕西北部等地偏高1~2℃,东北地区大部、内蒙古中东部、青海南部等地偏高2~4℃(图 3国家气候中心,2014)。

图 4 2014年11月北半球500 hPa平均高度场(a)和距平场(b)(单位:gpm) Fig. 4 Monthly average geopotential height (with a contour interval of 40 gpm) and monthly geopotential height anomaly (with a contour interval of 40 gpm) at 500 hPa in the Northern Hemisphere in November 2014 (unit: gpm)

图 3 2014年11月全国平均气温距平分布(单位:℃) Fig. 3 Spatial distribution of monthly mean temperature anomaly in November 2014 (unit: ℃)
2 环流特征和演变

图 4为2014年11月500 hPa平均位势高度及距平图,与常年同期相比,11月北半球环流形势有以下主要特点。

2.1 极涡呈单极型分布

11月,北半球极涡呈单极型分布,极涡主体偏向西伯利亚地区北部(图 4a),位置偏南,极涡中心强度低于5040 gpm,并伴有明显的负距平,负距平中心值达到-120 gpm(图 4b),极涡强度较常年同期明显偏强。北半球中高纬西风带呈4波型分布,欧亚地区位势高度呈“西高东低”分布型,以纬向环流为主(图 4a),平直锋区上多短波活动,影响我国的冷空气活动较频繁。

2.2 南支槽偏东,副高强度与常年相当

11月,南支槽平均位置大致位于100°E附近,强度与常年同期接近,利于水汽向我国南方地区输送。西北太平洋副热带高压(以下简称副高)西脊点位于19°N、114°E附近(图 4a),较常年平均西脊点位置(22°N、128°E)(赖芬芬等,2014黄威,2013)偏南、偏西, 而副高强度则与常年基本相当(图 4b)。南支槽前和副高外围西南水汽与北方南下冷空气共同作用,造成月内南方地区出现阶段性阴雨天气,部分地区降水量较常年明显偏多。

2.3 环流演变与我国天气

由11月上旬500 hPa高度场平均图(图 5a)和逐日环流演变(图略)可知,亚欧中高纬度平均环流经向度较大,冷空气东移南下影响我国中东部地区;同时气温起伏较大,东北地区气温较常年同期明显偏高,而西南地区东部、黄淮及其以南地区气温较常年偏低。高原上及南支波动活动频繁,多小槽东移;副高西界位于中南半岛、北界压在我国华南,有利于孟加拉湾的水汽向我国江南、华南等地输送,6—7日上述地区出现大到暴雨,旬平均降水量较常年同期偏多2倍以上。

图 5 2014年11月上旬(a)、中旬(b)、下旬(c) 500 hPa平均位势高度场(单位:gpm) Fig. 5 The first (a), second (b) and third (c) dekad 500 hPa mean geopotential height over Eurasia in November 2014 (unit: gpm)

11月中旬500 hPa平均高度场(图 5b)显示,我国大部地区为“西高东低”形势,高空槽位置偏东;低纬平均环流场上,南支槽区为弱高压脊替代,副高西脊点位置偏西至印度半岛上空,截断了向我国的水汽通道,造成旬内大部地区降水量明显偏少。逐日环流演变(图略)表明,中旬前期,亚欧中高纬度环流经向度较大,相应地先后有两股冷空气影响我国,其中9—12日一股较强冷空气影响北方大部地区,华北平原最低气温跌破0℃,北京观象台最低气温-2.1℃,为入秋以来最低值;旬后期,环流经向度明显减小,我国中东部大部地区受地面弱气压场控制,静稳天气形势建立并发展,出现了大范围持续性雾、霾天气,华北、黄淮等地并伴随重污染天气过程。

11月下旬500 hPa平均高度场(图 5c)显示,西伯利亚地区为庞大的极涡系统控制,中高纬呈纬向环流形势,影响我国的冷空气势力整体偏弱,全国大部气温较常年明显偏高,中东部部分地区偏高2℃以上;同时,副高东退,南支活跃,来自孟加拉湾的水汽通道再次建立,22—24日,黄淮、江淮、江汉、江南北部等地出现大范围较强降水天气过程。下旬中后期,极涡底部分裂较强冷空气东移影响我国北方;旬末至12月初,环流经向度明显增大,引导另一股强冷空气先后影响我国大部地区,北方出现6级左右偏北风,江南东北部、江淮、黄淮等地最低气温降至0℃以下,彻底吹散了中东部等地的雾、霾天气。

3 主要降水过程 3.1 概况

2014年11月,受西风槽、高原槽、南支槽、副高、低涡、低层切变线、低空急流等系统的影响,主要出现了4次降水过程(表 1)。

表 1 2014年11月主要降水过程 Table 1 Main precipitation events in November 2014
3.2 11月22—24日降水过程分析

11月22—24日(图 6),黄淮、江淮、江汉、江南北部等地出现中到大雨,部分地区出现暴雨,其中,湖北东部和西北部、湖南北部、安徽中南部、江苏西南部等地部分地区累积降水量超过50 mm,安徽南部个别站点超过100 mm。主要降水集中时段为23日14时至24日14时。

图 6 2014年11月22日08时至25日08时过程累积降水量分布(单位: mm) Fig. 6 Distribution of precipitation in China from 08:00 BT 22 to 08:00 BT 25 November 2014 (unit: mm)

此次降水天气过程主要是由高空槽东移配合低层切变线产生的。23日20时(图 7a)高原槽与南支槽同时东移,副高逐步西伸至中南半岛东部,江南、华南等地的偏南气流开始增大;受东路冷空气影响,黄淮、江汉等地偏东或东北风增大,与南方的西南气流交汇,在长江中下游地区形成切变线,沿江地区出现大到暴雨。24日08时(图 7b),冷空气继续南下,南支槽有所减弱,切变线东移且略有南压,在鄂皖交界地区形成低涡,低涡中心附近出现了大雨天气。24日夜间开始,偏南暖湿气流明显减弱,此次降雨过程趋于结束。

图 7 2014年11月23日20时(a)和24日08时(b) 500 hPa位势高度场(实线,单位:gpm)、850 hPa风场(风向标)、850 hPa相对湿度(圆点:表示相对湿度大于90%)和海平面气压场(阴影,单位:hPa) Fig. 7 Distribution of geopotential heights (solid line, unit: gpm) at 500 hPa and wind vector (vector) and relative humidity (circle means RH > 90%) at 850 hPa and sea level pressure (shadow, unit: hPa) at 20:00 BT 23 (a) and 08:00 BT 24 (b) November 2014

在此次过程中,高低空系统的配合为此次较强降水提供了有利的动力条件,较强降水主要出现低空切变线附近。同时在主要降水时段,850 hPa相对湿度达90%以上(图 7),整层可降水量也大于35 mm,充足的水汽为本次降水过程的产生提供了非常有利的条件。

4 冷空气活动 4.1 概况

11月,冷空气活动频繁,有4次主要的冷空气过程影响我国,分别出现在10月31日至11月2日(全国中等强度冷空气过程)、11月9—12日(北方地区较强冷空气过程)、11月25—27日(北方地区较强冷空气过程)、11月28日至12月2日(全国强冷空气过程),具体见表 2。此外,月内还有多次弱冷空气过程影响我国北方地区。受冷空气影响,东北北部和西部、内蒙古东部、甘肃西部和中部等地共有26站发生极端日降温事件,其中3站日降温幅度突破历史极值(国家气候中心,2014于超等,2015)。

表 2 2014年11月主要冷空气过程 Table 2 Main cold air processes in November 2014
4.2 11月28日至12月2日冷空气过程分析

11月28日至12月2日强冷空气侵袭我国大部地区,冷空气过程造成的影响详见表 2。按照中央气象台冷空气强度划分标准,此次冷空气过程达到全国强冷空气强度,北方地区达到寒潮强度。

28日500 hPa高度场和温度场(图 8a)显示,西伯利亚地区上空受庞大的冷涡控制,中心强度为5040 gpm(天气图上为4960 gpm),并伴有-44℃以下的冷中心;其上游地区为经向度较大的高压脊,有利于引导冷空气快速南下。29日,冷涡底部低槽东移,槽后对应的地面冷高压强度增强至1050 hPa,地面冷锋位于河套地区,500 hPa锋区位置与冷高压轴向一致,我国西北地区出现大风天气。30日(图 8b),低槽东移过程中,由于温度槽落后于高度槽,槽后有冷平流输入,同时又有南支槽东移与之同位相叠加,因此强度明显增强,环流经向度加大,我国120°E以西地区均受槽后西北气流和地面冷高压控制,出现了明显的大风和降温天气。伴随高空槽的增强,在东北地区切断出低涡,并有地面气旋生成,位于蒙古国西部的冷高压中心强度也进一步增强至1060 hPa,地面气压梯度随之明显增大,华北、东北地区及我国东部海区先后出现8~10级瞬时大风。12月1—2日,地面锋区继续南压影响华南。冷空气前锋过后,我国大部地区气温下降6~10℃,北方部分地区降温幅度达12~16℃。随着高空槽东移入海,2日白天之后,北方大部地区气温开始回升,此次冷空气过程趋于结束。

图 8 2014年11月28日08时(a)和30日08时(b)500 hPa高度场(实线,单位:gpm)、温度场(虚线,单位: ℃)和海平面气压场(阴影,单位:hPa) Fig. 8 Distribution of geopotential height (solid lines, unit: gpm) and temperature (dashed lines, unit: ℃) at 500 hPa and sea level pressure (shaded, unit: hPa) at (a) 08:00 BT 28 and (b) 08:00 BT 30 November 2014
5 雾、霾过程 5.1 概况

11月,我国主要出现了4次大范围雾、霾天气过程(15—16日、18—20日、25—26日、28—29日),东部大部地区霾日数在5 d以上,其中华北、黄淮、江淮、江南、华南的部分地区达10~15 d,江苏大部超过15 d(中国气象局,2014)。其中,11月18—20日和25—26日两次过程均为重污染天气过程。此外,11月8—10日华北也出现了较弱的静稳天气形势,但由于在APEC会议期间采取了一定的减排措施,空气污染状况得到控制,北京地区没有出现明显雾、霾天气。

5.2 11月25—26日雾、霾过程分析

11月25—26日,华北大部、黄淮、江淮等地出现雾、霾天气,其中北京中南部、天津、河北西部沿山地区、河南北部、陕西关中等地的部分地区出现重度霾(图 9);期间,北京、天津、河北中南部、陕西关中等地还出现大雾天气,部分地区早晨能见度不足200 m。受雾、霾天气影响,北京、天津、河北大部、河南北部、山东西北部等地出现重污染天气过程,首要污染物为PM2.5,上述地区PM2.5浓度均超过150 μg·m-3,出现重度—严重污染(图略)。

图 9 2014年11月25日08时至27日08时全国霾区实况图 Fig. 9 The observation of haze over China from 08:00 BT 25 to 08:00 BT 27 November 2014

这次雾、霾天气及重污染天气形成的原因主要是由于华北、黄淮等地静稳天气建立维持,大气水平和垂直扩散条件均较差。25日08时,华北、黄淮等地位于500 hPa短波槽前,850 hPa为弱的偏南风,地面为高压后部均压场控制,近地面风力较弱,相对湿度较高(图略),上述条件利于雾、霾天气发生发展,26日08时,500 hPa环流形势变得更为平直,华北、黄淮位于东移的地面弱低压底部,在京津冀地区近地面形成弱的风场辐合,同时维持高湿条件,相对湿度达到70%以上(图略),有利于污染物的吸湿增长和持续累积,导致上述地区雾、霾天气持续发展。

图 10给出了北京地区静稳天气指数与平均PM2.5浓度逐6 h变化趋势,图中显示,静稳天气指数日变化较明显,但指数始终维持在10以上,表明空气污染气象条件不利于污染物扩散。北京地区平均PM2.5浓度不断累积升高,并于26日夜间至27日早晨达到峰值。27日08时,受冷空气影响,北京地区偏北风增大,静稳天气指数降低至4,PM2.5浓度迅速降低至10 μg·m-3以下。至此,此次雾、霾天气过程开始自北向南逐渐减弱消散。

图 10 2014年11月25日08时至27日08时北京地区静稳天气指数和平均PM2.5浓度 Fig. 10 The observation of static weather index and PM2.5 mean concentration in Beijing from 20:00 BT 24 to 08:00 BT 27 November 2014
参考文献
国家气候中心. 2014. 2014年11月中国气候影响评价.
黄威, 2013. 2012年11月大气环流和天气分析[J]. 气象, 39(2): 259-264. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2013.02.017
赖芬芬, 何立富, 2014. 2013年11月大气环流和天气分析[J]. 气象, 40(2): 253-260. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2014.02.015
于超, 张芳华, 2015. 2014年10月大气环流和天气分析[J]. 气象, 41(1): 126-131. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2015.01.016
中国气象局. 2014. 2014年12月新闻发布会材料.