引言

2014年12月，大气环流较前期有较大调整，亚欧中高纬环流经向度增大，冷空气势力较强且频繁影响我国，上旬和中旬全国大部分地区气温由前期偏高转为持续偏低，北方多地出现极端日降温事件，其中内蒙古、吉林两区(省)共有11站日降温幅度突破历史极值；东北、山东半岛等地的部分地区出现大到暴雪，黑龙江局地出现大暴雪。低纬地区，南支槽较平直，强度偏弱，位置偏西，不利于水汽向我国中东部地区输送，月内大范围降水过程较少，降水强度总体偏弱，全国大部地区降水量较历史同期明显偏少。下旬，我国中高纬环流由经向型调整为纬向型，冷空气势力转弱，全国大部地区气温由前期偏冷转为偏暖，大气污染扩散能力转差，中东部地区出现大范围持续性雾霾天气。

1 天气概况 1.1 降水

2014年12月，全国平均降水量为7.9 mm，比常年同期(10.5 mm)偏少24.8%(国家气候中心，2015)。从月降水量空间分布(图 1)看，全国大部地区降水量均不足10 mm，部分地区甚至无降水出现，仅东北地区中东部、山东半岛东部、江南大部、华南大部、贵州西部、重庆南部、四川东南部、云南西部、新疆北部、青海东南部、西藏南部等地降水量达10~50 mm，其中广西东部、广东中西部、海南东部、湖南南部、江西南部等地达50~100 mm，海南东部的部分地区达100 mm以上。

降水量与常年同期相比，黑龙江中东部、吉林西部、内蒙古东南部、河北东北部、山东半岛东北部、新疆南部、青海南部、西藏中部、广西东部、广东西部、海南中东部、云南西部等地降水偏多5成至2倍，局部地区偏多2倍以上；全国其余大部分地区接近常年同期或明显偏少，其中内蒙古西部、西北地区东部、华北、黄淮、江淮、江汉等地偏少8成以上(图 2)。

1.2 气温

2014年12月，全国平均气温为-3.4℃，比常年同期(-3.2℃)偏低0.2℃。从气温距平空间分布(图 3)看，除西藏大部、青海南部、四川西部、云南西北部、内蒙古中部局地气温较常年偏高1~2℃外，全国大部地区气温接近常年同期或偏低，其中新疆大部、甘肃西部、内蒙古西部、东北地区大部、云南东部、贵州西部、华南大部以及华东沿海等地偏低1~2℃，新疆南部、黑龙江东部、辽宁东部、广东西南部等地偏低2~4℃。

月内气温变化显著，呈“前冷后暖”的特点。上旬和中旬的平均气温为-3.5℃，比常年同期偏低1.0℃。下旬，气温发生明显转折，进入冬至节气，大部地区气温不降反升，全国平均气温为-3.3℃，较常年同期偏高1.1℃，气温由前期偏冷转为偏暖。

2 环流特征和演变

图 4为2014年12月500 hPa平均位势高度及距平，与常年同期相比，12月北半球的环流形势有以下主要特点。

2.1 极涡呈单极型分布，东亚大槽偏强

2014年12月，北半球极涡呈单极型分布，极涡中心位于格陵兰岛附近，中心气压低于5040 gpm，在距平场上对应有负距平中心，达-80 gpm，表明该极涡强度较常年同期明显偏强，造成月内美国东部出现暴风雪。欧亚中高纬为两槽一脊型，贝加尔湖西侧的高压脊向极地发展，切断出极地高压，伴有明显的正距平，有利于冷空气堆积和环流经向度增大。东亚大槽偏强，从东北地区一直向南伸展到华中地区，槽区对应有明显的负距平，有利于槽发展加深，引导冷空气南下，造成月内冷空气不仅频繁，而且强度较强，影响范围显著偏南。

2.2 南支槽偏西，副热带高压偏强

2014年12月，南支槽平均位于70°E附近，与常年同期相比(樊利强，2012；花丛，2013；吕梦瑶等，2014)显著偏西约20个经度，有利于阿拉伯海的水汽经印度半岛向我国西部地区输送，造成新疆南部、青海南部、西藏中部、云南西部等地降水偏多；而中东部大部地区水汽输送条件差，降水普遍偏少。副热带高压(以下简称副高)呈带状分布，西脊点位于100°E附近，北界到达18°N，较常年同期强度偏强，位置偏西。受副高边缘暖湿气流影响，月内华南大部地区降水量较常年同期偏多。

2.3 环流演变与我国天气

图 5给出了2014年12月上、中、下旬欧亚地区500 hPa大气环流发展演变的三个时段的平均高度场。总体来看，北支锋区势力较强，环流经向度较大，有利于冷空气南下频繁影响我国；南支锋区较为平直，不利于水汽向我国中东部地区输送，两者共同作用，造成月内我国大部地区呈现干冷的天气格局。具体分析如下：

上旬(图 5a)，欧亚中高纬为两槽一脊形势，新地岛附近和我国东北部分别有低涡活动，各自对应着长波槽，不断引导北方冷空气南下。贝加尔湖附近为高压脊控制，有利于冷空气堆积。1—2日，乌拉尔山地区高空槽东移，配合地面蒙古气旋发展，槽前有正涡度平流，使得高空槽在东移过程中发展加深，逐渐在东北地区切断出低涡，中心气压低于5040 gpm，低涡稳定维持，造成东北地区出现强降雪。受这次低槽东移型冷空气过程(朱乾根等，1992)影响，我国遭遇寒潮天气，北方出现5~7级、阵风8级的偏北风，中东部地区气温普遍下降6~10℃，部分地区12~16℃，吉林局地达18~22℃，出现日极端降温事件。在低纬地区，高原槽较为活跃，不断东移与副高边缘暖湿气流以及北方扩散南下的冷空气相互作用，造成3—4和7—8日华南相继出现两次明显降水过程，广东、海南局地出现大到暴雨，旬内华南降水量较常年同期显著偏多。9日，北支锋区上有高空槽活动，配合低纬地区副高东退，南支槽东移，来自孟加拉湾和南海的水汽向北输送，西北地区东部、西南地区东部及其以东的大部地区出现大范围雨雪过程，北京出现今冬初雪。由于南支系统偏弱，降水范围大但强度普遍较弱。

中旬(图 5b)，亚欧中高纬度调整为一槽一脊型，环流经向度继续增大，西西伯利亚地区为宽广的高压脊控制，脊前偏北气流强盛，不断引导冷空气南下。东北冷涡强度较强，中心气压低于5120 gpm，处于明显的负距平区，表明东路冷空气异常活跃，旬初、旬中期和旬末先后有三股冷空气到达北方地区后，又与东路冷空气合并扩散南下持续影响中东部地区，累积降温幅度大，南方部分地区出现持续性低温过程，华南北部地区气温降至0℃以下，江苏、福建、云南等地出现局地寒潮天气。受冷空气影响，旬中期，山东半岛出现冷流降雪，北部局地大到暴雪。旬后期，南支槽逐渐东移至90°E，来自孟加拉湾的水汽通道建立，17—19日，云贵高原、湖南中部、华南中东部、江南东部等地出现大范围降水，其中云南东北部、贵州中西部地势较高地区出现降雪。

下旬(图 5c)，亚欧中高纬调整为两槽一脊型。22日随着东亚大槽东移入海，我国大部地区转受高压脊控制，天气以晴朗升温为主，随着高压脊的发展加强和稳定维持，全国大部地区气温持续回升，由前期偏冷转为明显偏暖。北京南郊观象台12月29日最高气温达12.3℃，是1997年以来12月下旬气温的最高值，是有气象记录以来历史同期第四位。在冷空气间歇期，大气环流经向度明显减小，我国中东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2次明显的雾霾天气过程，其中以27—30日大范围、持续性的雾霾过程为最强，部分地区空气质量达重度污染。30日，受一股较强冷空气南下影响，雾霾天气彻底消散。旬内，北方基本无降水，南方地区受副高东退，南支槽东移影响，25—28日出现一次明显降水过程，广东局地出现大雨。

3 冷空气活动 3.1 概况

月内冷空气势力较强，主要沿偏西或偏西北路径频繁影响我国北方地区。根据冷空气划分标准，月内出现了5次冷空气过程(表 1)，均达到了中等及以上强度，与近3年历史同期(樊利强，2012；花丛，2013；吕梦瑶等，2014)相比，过程明显偏多且影响范围较广。月初的第一次过程强度最强, 出现全国性寒潮天气，大部地区降温10℃以上, 北方部分地区降温12~16℃, 多地出现日极端降温事件，吉林局地降温达18~22℃，降温幅度突破历史极值。本次过程气温0℃线最南到达江南东北部，全国出现入冬以来气温最低值。北方地区普遍出现5~7级、阵风8级的偏北风；新疆东北部、内蒙古中西部、华北中北部出现扬沙，青海西北部局地出现沙尘暴和强沙尘暴；东北地区东部出现大到暴雪，黑龙江局地出现大暴雪。随后9—13、15—18和19—22日相继有三股冷空气沿西北路径到达北方地区后，又与东路冷空气合并扩散南下持续影响中东部地区，累积降温幅度大，南方部分地区出现持续性低温过程，华南北部气温降至0℃以下，出现冰冻天气。江苏、福建、云南等南方多省出现局地寒潮天气(江苏省气候中心，2015；福建省气候中心，2015；云南省气候中心，2015)，其中福建月内最低气温出现在22日，光泽气象站观测到-7.1℃，为2000年以来历史同期第一位。频繁的冷空气不仅使北方地区大风日数明显增多，还制造一些雨雪天气，其中，9—10日我国出现了一次较大范围的弱雨雪过程，北京出现初雪。15—17日，山东半岛出现冷流降雪，有5站降雪强度达暴雪量级；17—18日，云南东北部、贵州中西部地势较高地区出现了降雪天气。23—29日冷空气势力明显转弱，中东部地区气温逐渐回升。直到30日，又一股较强冷空气侵袭我国，由于前期气温回升明显，本次冷空气过程降温幅度较大，长江中下游及其以北地区气温普遍下降6~10℃，其中内蒙古西部、陕西中北部、华北西部、黄淮、江淮、江南东北部降温达12~16℃；上述地区出现5~7级偏北风，内蒙古西部、宁夏北部、陕西北部、山西西部局地出现扬沙；山东半岛出现中到大雪；气温0℃线再次南压到华南北部。

3.2 11月29日至12月2日寒潮过程分析

11月29日，西伯利亚地区500 hPa为庞大的冷涡系统控制，中心强度低于5040 gpm，并伴有-48℃以下的冷中心，其上游地区为经向度较大的高压脊，有利于引导极地冷空气快速南下；08时，冷涡底部的高空槽携带冷空气进入我国新疆北部，14时，对应地面图上，槽前有蒙古气旋生成，冷锋位于河套地区附近；受槽前正涡度平流的作用，20时高空槽在东移过程中加深。30日，500 hPa温度槽明显落后于高度槽，槽后冷平流的作用使得高空槽进一步加深，与此同时，低纬地区有高原槽东移，与之同位相叠加，环流经向度增大，引导冷空气向南爆发。12月1日，随高空槽的增强，在东北地区逐渐切断出一个低涡，中心气压低于5040 gpm；对应地面，位于蒙古国的冷高压中心强度增至1055 hPa，受高空槽后冷平流加压和地面气压梯度增大的共同影响，我国北方地区出现5~7级偏北风，阵风达8级。1—2日，东北冷涡缓慢旋转东移，将日本海的水汽不断输送到东北地区，造成吉林东部、黑龙江东部出现暴雪，其中黑龙江虎林过程降雪达42 mm；地面冷锋自北向南横扫我国中东部地区，造成气温普遍下降8~10℃，北方部分地区降温12~16℃, 多地出现日极端降温事件；2日早晨，中东部地区出现入冬以来气温最低值，0℃线压到江南东北部。2日白天，随着高空槽东移入海，东亚大槽建立，北方大部地区气温开始回升，此次冷空气过程结束。

4 主要降水过程 4.1 概况

2014年12月主要有7次降水过程(表 2)，其中大范围的降水过程仅有1次，出现在9—10日，降水强度整体较弱，基本以小雨雪为主，北京出现今冬初雪。南方地区出现4次降雨过程，其中以3—4日过程为最强，江南南部、华南北部普遍出现大雨、局地暴雨。月内北方地区主要出现了2次局地的强降雪过程，分别发生在1—2和15—17日，前一次过程造成黑龙江东北部出现暴雪、局地大暴雪；后一次过程为山东半岛冷流降雪，有5站出现暴雪。

4.2 12月3—4日江南、华南降雨过程分析

12月3—4日，南方地区出现一次大范围的降水过程，西南地区东部、江南、华南普降小到中雨，其中江南南部和华南北部出现大雨，广东北部局地出现暴雨，最大雨量53 mm。这次降水天气过程主要由高空槽携带冷空气与副高边缘暖湿气流结合，配合低空切变线和地面冷锋的动力抬升作用而产生的。具体分析如下：

3日08时(图 6)，500 hPa上北方地区有下滑槽移到湖北西部，与此同时副高加强北上；700 hPa在西南地区东部配合有切变线发展，云贵高原到江南东北部出现一致的西南气流，风速为16~20 m·s^-1，达急流强度，这支低空急流的出现使孟加拉湾到我国南方地区的水汽通道建立；850 hPa华南地区为偏南气流控制，风速普遍达12~16 m·s^-1，有利于将海上的水汽向内陆地区输送，江南南部、华南北部850 hPa比湿达6~8 g·kg^-1，整层可降水量普遍在25 mm以上，为强降水的发生提供了有利的水汽条件。强降水主要出现在700 hPa急流轴和850 hPa切变线附近，该处冷暖空气对峙产生的强烈上升运动，为强降水的发生提供了有利的抬升条件。4日08时，随着高空槽、切变线东移入海，南方地区的降水趋于结束。

5 雾霾过程 5.1 概况

2014年12月，我国大部地区呈现“雾弱霾强”的特点，大雾日数普遍较少，仅重庆西部、云南南部、新疆北部等地的局部地区超过5 d；霾日数总体较多，一般有5~10 d，其中北京、天津、河北南部、山西南部、陕西关中、山东西部、江苏、浙江、湖南东部、新疆西部等地的部分地区超过15 d(图略)。月内主要出现了4次不同范围和强度的雾霾天气过程，分别发生在6—10、14—15、18—19和22—30日。其中上旬和下旬均出现了持续性的雾霾天气，但22—30日过程较强，具有持续时间长、影响范围广、污染程度重、能见度低的特点。

雾霾期间，气象条件不利于污染物的扩散，常伴有不同程度的空气污染。以京津冀地区(图 7)为例，可以看到，在6—10、14—15、18—19和22—30日雾霾过程期间，京津冀地区平均PM_2.5浓度均超过75 μg·m^-3，出现轻-中度污染，其中，9—10和27—29日PM_2.5浓度均超过150 μg·m^-3，达重度污染。中央气象台在综合考虑了温、压、湿、风、逆温强度、混合层高度等大气温湿条件和动力状况的基础上构建了静稳天气综合指数，用来表征大气的静稳程度。静稳指数越高，越不利于污染物的水平和垂直扩散，空气污染也就越严重。从京津冀平均静稳指数和PM_2.5浓度对应关系来看，出现污染的时段，静稳指数普遍在9以上，并且7—10和26—28日随着静稳指数上升和在高位维持，污染物不断累积，PM_2.5浓度也逐渐达到峰值，出现重度污染。期间25日，受弱冷空气影响，静稳程度降低，PM_2.5浓度也有所下降，空气污染降为轻度。11、16、20和31日冷空气势力加强，静稳条件被破坏，静稳指数明显下降，空气质量转好，对应雾霾过程结束。可见，静稳天气指数对雾霾和空气污染过程的发展演变趋势和强度变化有很好的预报参考价值。

5.2 2014年12月22—30日持续性雾霾过程分析

12月22—30日，我国中东部地区出现大范围、持续性的雾霾天气，其中22—25日以轻-中度霾或轻雾为主；26日开始，雾霾逐渐发展加强，27—29日，东北地区南部、华北东部、黄淮东部出现持续重污染天气，其中河北中南部、天津、山东的部分地区出现严重污染，PM_2.5浓度超过250 μg·m^-3；29、30日早晨，辽宁南部、黄淮东部、江淮东部、西南地区东部、江南、华南等地出现大范围的大雾或浓雾，局地出现能见度不足200 m的强浓雾。

从这次持续性雾霾及重污染过程形成的大尺度环流背景来看，冷空气势力较弱，我国大部地区500 hPa受高压脊后西北气流控制，高空云量少，有利于夜间地面辐射降温。同时，850 hPa中东部地区有暖脊发展，华北东部、黄淮、江淮等地上空为“暖干盖”控制，有利于在其下部形成逆温结构，从而阻碍了水汽和污染物的向上输送，只能在近地层聚集，形成雾霾。以29日08时雾霾较重时段为例，我国高空受东亚大槽后部西北气流控制；850 hPa暖脊较强盛，从华南西部一直向北伸展到华北地区，对应在河南西部有8℃暖中心；地面处在冷高压前部的弱气压场内，水平风速较小，华北地区沿太行山前有明显的地形辐合线，有利于污染物堆积，因此出现重污染天气。而在淮河以南的大部地区，由于地面相对湿度高，普遍在90%以上，同时混合层高度较低，大部地区低于300 m(图 8)，抑制了水汽的垂直扩散，导致在近地面积聚，达到饱和，从而出现大范围的大雾天气，影响面积约23.8万km²。30日，冷空气开始影响华北，随着地面偏北风的增大，京津冀地区PM_2.5浓度迅速下降，从重污染减弱为轻度污染，而山东、江苏等地受上游输送以及本地静稳天气的影响，污染物浓度呈增加趋势，部分地区出现重度到严重污染。直到31日强冷空气到达江南北部，长江中下游以北大部地区出现4~6级风，此次持续性雾霾和污染过程彻底结束。