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  气象   2016, Vol. 42 Issue (3): 382-388.  DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2016.3.014

天气、气候评述

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李明, 花丛, 马学款, 2016. 2015年12月大气环流和天气分析[J]. 气象, 42(3): 382-388. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2016.3.014.
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LI Ming, HUA Cong, MA Xuekuan, 2016. Analysis of the December 2015 Atmospheric Circulation and Weather[J]. Meteorological Monthly, 42(3): 382-388. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2016.3.014.
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资助项目

公益性行业(气象)科研专项(GYHY201306015) 及气象关键技术集成与应用项目(CMAGJ2015M70; CMAGJ2014Z16) 共同资助

第一作者

李明,主要从事环境预报工作.Email:limdawn@163.com

文章历史

2016年2月19日收稿
2016年2月24日收修定稿
2015年12月大气环流和天气分析
李明 , 花丛 , 马学款     
国家气象中心,北京 100081
摘要:2015年12月大气环流主要特征如下:北半球极涡呈单极型分布,中心位于格陵兰岛附近,欧亚中高纬环流呈两槽一脊型;南支槽较活跃,平均位置大致位于90°E,副热带高压偏强,面积偏大。12月,全国平均气温为-2.1℃,较常年同期(-3.2℃)偏高1.1℃。全国降水量分布不均匀,南方地区多阴雨天气,江南大部、华南大部出现100~200 mm降水,全国平均降水量24.1 mm,较常年同期(10.5 mm)偏多1.3倍,为1951年以来同期最多。月内,我国出现三次冷空气过程、三次主要降水过程及两次大范围雾-霾天气过程。其中19—25日雾-霾天气过程具有持续时间长、影响范围广、空气污染程度重的特点,重度霾面积为2015年之最。
关键词大气环流    暴雨    雾-霾    冷空气    
Analysis of the December 2015 Atmospheric Circulation and Weather
LI Ming, HUA Cong, MA Xuekuan    
National Meteorological Centre, Beijing 100081
Abstract: The main characteristics of the general atmospheric circulation in December 2015 are as follows: There is one polar vortex center in the Northern Hemisphere, located near Greenland. The Eurasia mid-high latitude circulation presents the trough-ridge-trough pattern. The south branch trough behaves actively, lying around 90°E averagely. The subtropical high is stronger and has larger area than normal years. The monthly mean temperature over China is -2.1℃, 1.1℃ higher than normal (-3.2℃). The distribution of precipitation is inhomogeneous. Large-scale rainy weather appears in the southern part of China. The monthly precipitation in the south of the Yangtze River and South China is 100-200 mm, and for the whole country it is 24.1 mm, 1.3 times more than normal (10.5 mm), which is the maximum value for the corresponding periods since 1951. There are three cold air processes, three major rainfall processes and two large-scale fog-haze weather processes during this month, of which the fog-haze event from 19 to 25 December is characterized by long duration, large scale and heavy air pollution, and the haze affected area is the largest in 2015.
Key words: atmospheric circulation    rainstorm    fog-haze    cold air    
引言

2015年12月,北半球极涡呈单极型分布,中心位于格陵兰岛附近,欧亚中高纬环流呈两槽一脊型;南支槽较活跃,平均位置大致位于90°E,副热带高压偏强,面积偏大,西伸脊点位于90°E附近,北界到达22°N。全国平均气温较常年同期偏高1.1℃,平均降水量较常年同期偏多1.3倍。月内,我国南方持续阴雨,部分地区遭受暴雨洪涝;中东部地区出现大范围雾-霾天气过程。

1 天气概况 1.1 降水

2015年12月,全国平均降水量为24.1 mm,较常年同期(10.5 mm)偏多1.3倍,为1951年以来同期最多(国家气候中心,2016)。全国降水量分布不均匀(图 1),江南大部、华南大部普遍有100~200 mm降水,其中江西东南部、福建西北部局地、广东北部局地达200 mm以上。东北地区中南部、西北地区东北部、新疆北部等地的部分地区降水量为10 mm以上,局地为25~50 mm,我国北方其余大部分地区降水量不足10 mm。

图 1 2015年12月全国降水量分布(单位:mm) Fig. 1 Total precipitation over China in December 2015 (unit: mm)

与常年同期相比,东北大部、内蒙古大部、西北地区东部大部及新疆大部、西南地区东部、长江中下游以南地区降水量偏多2成至2倍,新疆中南部、西北地区东北部、内蒙古西北部和中东部、东北中部、江南南部、华南大部等地偏多2倍以上;西藏大部、青海大部、新疆西部部分地区、华北大部、黄淮、江淮、江汉等地降水量偏少2~8成,部分地区偏少8成以上(图 2)。

图 2 2015年12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 December 2015 (unit: %)
1.2 气温

2015年12月,全国平均气温为-2.1℃,较常年同期(-3.2℃)偏高1.1℃(国家气候中心,2016)。从气温距平空间分布(图 3)分析,除新疆中部局地和内蒙古东北部局地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,西藏中部和西部、新疆北部、甘肃大部、西北地区东部部分地区、内蒙古大部、东北大部、华北、黄淮北部、江南东部、华南东部及海南、西南地区东部局部等地偏高1~4℃,新疆北部、黑龙江西北部等地偏高4℃以上。

图 3 2015年12月全国平均气温距平分布(单位:℃) Fig. 3 Spatial distribution of monthly mean temperature anomaly in December 2015 (unit: ℃)
2 环流特征和演变

图 4为2015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。

图 4 2015年12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 (a) and monthly geopotential height anomaly (b) at 500 hPa in Northern Hemisphere in December 2015 (unit: dagpm)
2.1 极涡呈单极型分布,东亚大槽偏弱

2015年12月,500 hPa等压面上北半球极涡呈单极型分布,极涡中心偏向西半球,位于格陵兰岛附近,极涡中心气压较常年平均偏低超过8 dagpm,中心强度低于500 dagpm。欧亚中高纬环流呈两槽一脊型,低压槽分别位于乌拉尔山和东亚地区,高压脊位于贝加尔湖以西地区。与多年平均相比,东亚地区高度场以正距平为主,东亚大槽偏弱。亚洲中高纬以纬向环流为主,不利于强冷空气南下,导致我国大部地区气温较常年偏高。

2.2 南支槽较活跃,副热带高压偏强

2015年12月,南支槽平均位置大致位于90°E附近,强度偏强,南支波动较为活跃。西北太平洋副热带高压呈带状分布,面积偏大,强度偏强,西伸脊点位于90°E附近,北界到达22°N。南支槽前与副热带高压边缘暖湿气流有利于我国南方地区降水,导致月内江南、华南大部地区降水较常年显著偏多。

2.3 环流演变与我国天气

图 5给出了2015年12月上、中、下旬欧亚地区500 hPa大气环流发展演变三个时段的平均高度场。总体看来,欧亚大陆中高纬环流经向度较小,不利于冷空气活动。南支槽较为活跃,西北太平洋副热带高压偏强、偏西,两者为我国南方地区降水提供了充足的水汽供应和一定的动力条件。具体分析如下:

图 5 2015年12月上(a)、中(b)、下(c)旬欧亚500 hPa平均位势高度场(单位:dagpm) Fig. 5 The first (a), second (b) and third (c) dekad average geopotential height at 500 hPa over Eurasia in December 2015 (unit: dagpm)

上旬(图 5a),欧亚大陆中高纬为典型的两槽一脊的环流形势,但与常年同期相比,经向度较小。巴尔喀什湖以东至贝加尔湖以西受弱高压脊控制,我国环流形势西高东低,中东部地区处于东亚大槽控制之下。1—5日,贝加尔湖附近低槽发展东移,并在东北地区形成切断低涡,给黑龙江、吉林、内蒙古东部等地带来较强降雪;低涡后部的偏北气流引导冷空气南下,全国大部地区出现4~8℃降温。6—10日,随中高纬转为纬向型环流,冷空气活动减弱,华北、黄淮、江淮、陕西关中等地出现大范围污染天气过程。南支槽波动较明显,西北太平洋副热带高压面积偏大,强度偏强,有利于来自孟加拉湾和南海的水汽向我国南方地区的输送。暖湿气流与北方南下的冷空气在我国江南、华南和西南地区交汇,导致南方大部地区降水偏多,上旬共出现两次主要降水过程。

中旬(图 5b),欧亚大陆中高纬环流形势较上旬无明显调整。14—17日,巴尔喀什湖附近高压脊发展加强,环流经向度加大,脊前偏北气流强盛并引导冷空气南下,给全国大部地区带来大风降温,内蒙古东北部、黑龙江、吉林及四川等省(区)出现较明显雨雪天气。南支槽强度减弱,中低纬环流较平直,副热带高压强度较上旬减弱,南方地区降水频次减少、强度减弱。

下旬(图 5c),环流纬向度进一步加大。旬前期无明显冷空气活动,华北、黄淮、江淮等地上空环流平直,大气层结稳定,为雾和霾的形成提供了“静稳”天气条件,上述地区出现持续性雾-霾天气。25—28日,受冷空气影响,我国北方出现降温和降雪,雾-霾天气自北向南逐渐减弱消散。副热带高压再次加强,水汽输送条件改善,南方地区出现一次明显降水过程。

3 冷空气活动

2015年12月冷空气活动较弱。根据冷空气划分标准,月内出现了3次冷空气过程(表 1),均为全国范围中等强度冷空气,其中25—28日的过程在内蒙古中东部和东北地区达到强冷空气的标准。与近3年历史同期(花丛,2013吕梦瑶等,2014饶晓琴等,2015)相比,过程偏少,强度偏弱。

表 1 2015年12月主要冷空气过程 Table 1 Main cold air processes in December 2015
4 主要降水过程 4.1 概况

2015年12月降水过程主要发生在江南和华南地区。南方大部地区降水日数比常年同期偏多3~10 d,其中江南南部局地、华南中部偏多10d以上(国家气候中心,2016)。受强降水影响,广东、广西、福建、湖南、浙江、江西六省(区)部分地区出现暴雨或大暴雨,降水过程主要发生在12月4—6日、9—10日和22—23日(表 2)。

表 2 2015年12月主要降水过程 Table 2 Main precipitation events in December 2015
4.2 12月9—10日南方地区暴雨过程分析

12月9—10日,南方地区出现一次大范围的降水过程,广东中东部、江西东南部、福建中部、南部和东部沿海、浙江东南部等地出现暴雨,其中广东东部沿海和福建东南部沿海局地出现大暴雨,广东东部局地最大降水量达167 mm。

本次降水天气过程从9日凌晨开始,10日白天减弱结束。期间南支槽活跃,位置偏东,副热带高压偏强,不断引导暖湿气流向江南、华南地区输送水汽。暖湿气流与北方南下的冷空气交汇,并且在低层配合有急流和风场辐合。

9日20时(图 6),500 hPa高原东移短波槽与南支槽合并加深,位于105°E以东,槽前利于低空急流发展;700 hPa广西东部至江西一带有低空急流,风速达16~20 m·s-1,广东至福建东南沿海地区比湿为6~10 g·kg-1;850 hPa副热带高压西侧华南沿海有较强的向岸风辐合,为降水的发生提供了有利的抬升条件,同时,南海北部海面有热带扰动随副热带高压环流北上,产生了不稳定条件,华南和东南沿海地区850 hPa比湿为8~12 g·kg-1,水汽较充沛。以上条件相互配合,导致了本次强降水过程的发生。10日08时,随着高空槽、热带扰动东移入海,降水过程趋于结束。

图 6 2015年12月9日20时(a)500 hPa位势高度场(等值线,单位:dagpm)、700 hPa风场(风向标,阴影区表示风速≥12 m·s-1)和(b)850 hPa比湿(阴影,单位:g·kg-1)和风场(风向标) Fig. 6 (a) Geopotential height at 500 hPa (contour, unit: dagpm) and wind field (vector) at 700 hPa, (b) specific humidity(shaded area, unit: g·kg-1) and wind field (vector) at 850 hPa at 20:00 BT 9 December 2015
5 雾-霾天气过程 5.1 概况

2015年12月,我国雾-霾天气较为频繁。北京、天津、河北中南部、山东、河南东部、江苏、浙江北部、四川盆地等地大雾日数超过5 d,部分地区出现10 d以上大雾天气。中东部地区霾日较多,东北地区中南部、华北中南部、陕西关中、黄淮、江淮、江南西部和东北部、四川盆地等地霾日数一般超过5 d,其中北京、河北、山东、河南、江苏、吉林、辽宁等地的部分地区霾日数超过15 d;上述大部地区伴有空气污染现象,PM2.5日平均浓度超标(>75 μg·m-3)日数多在10 d以上。

月内共出现两次大范围雾-霾天气过程,分别出现在6—10日和19—25日,与2014年同期(1次)相比偏多1次。6—10日过程主要影响北京、天津、河北、山西、山东中西部、河南、陕西关中、湖北、安徽等地,19—25日过程主要影响范围包括北京、天津、河北、山西、山东、河南、陕西关中、辽宁等地。其中19—25日过程具有持续时间长、影响范围广、空气污染程度重的特点,重度霾面积为2015年之最。

5.2 12月19—25日雾-霾天气过程分析

12月19—25日,受静稳天气影响,华北中南部、黄淮大部、江淮东部及陕西关中等地出现中到重度霾,其中22—23日霾影响范围扩大、程度加重,北京大部、天津、河北中南部、山东大部、河南中北部等地出现重度霾,其面积达到35.2万km2(图 7)。北京、天津、河北中南部、河南北部、山东北部和西部出现大面积严重污染,北京、河北中南部部分地区PM2.5峰值浓度均超过500 μg·m-3,河北南部局地超过1000 μg·m-3。23—25日,华北中南部、黄淮、江淮等地出现大范围大雾天气,局地出现能见度不足50 m的特强浓雾。

图 7 2015年12月19—25日全国霾区实况图 Fig. 7 The observed haze area in 19-25 December 2015

从环流形势上看(图 8),我国中东部地区处于西风带纬向型气流控制之下,500 hPa高度场为正距平,无明显冷空气影响;中东部地区位于地面冷高压中前部的均压场中,盛行下沉气流,水平气压梯度较小,近地层风速小,为雾和霾的形成提供了“静稳”天气条件。因大气层结稳定,混合层高度低,极不利于污染物在垂直方向上的输送和扩散。其中北京地区混合层平均高度仅为391 m,静稳天气指数均≥12,PM2.5浓度普遍较高,20—25日北京地区PM2.5浓度大多超过150 μg·m-3,出现重度污染,部分时段严重污染,25日部分时段超过500 μg·m-3(图 9)。地面辐合线在河北中南部一带摆动,使污染物和水汽在这一区域不断积累。该过程中京津冀地区平均相对湿度为75.8%,较常年同期偏高,为细颗粒物的吸湿性增长提供了有利条件,导致能见度的下降,并通过二次反应使PM2.5的浓度持续升高。

图 8 2015年12月19—25日平均500 hPa位势高度场及距平(a, 单位:dagpm)和海平面气压场(b, 单位:hPa) Fig. 8 Average geopotential height and anomaly at 500 hPa (a, unit: dagpm) and average sea-level pressure (b, unit: hPa) in 19-25 December 2015

图 9 2015年12月19—25日北京地区静稳天气指数和PM2.5浓度(单位:μg·m-3) Fig. 9 The stable weather index and PM2.5 concentration (unit: μg·m-3)of Beijing in 19-25 December 2015

26日白天起,受冷空气影响,地面偏北风增大,大气扩散能力增强,PM2.5浓度明显下降,能见度转好,此次持续性雾-霾天气过程趋于结束。

参考文献
国家气候中心.2016.2015年12月中国气候影响评价.
吕梦瑶, 何立富, 2014. 2013年12月大气环流和天气分析[J]. 气象, 40(3): 381-388.
花丛, 2013. 2012年12月大气环流和天气分析[J]. 气象, 39(3): 394-400.
饶晓琴, 马学款, 黄威, 2015. 2014年12月大气环流和天气分析[J]. 气象, 41(3): 380-387.