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  气象   2019, Vol. 45 Issue (5): 738-744.  DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2019.05.016

天气、气候评述

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李晓兰, 何立富, 2019. 2019年2月大气环流和天气分析[J]. 气象, 45(5): 738-744. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2019.05.016.
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LI Xiaolan, HE Lifu, 2019. Analysis of the February 2019 Atmospheric Circulation and Weather[J]. Meteorological Monthly, 45(5): 738-744. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2019.05.016.
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第一作者

李晓兰,主要从事灾害性天气预报技术研究.Email:lilan224@163.com

文章历史

2019年4月1日收稿
2019年4月17日收修定稿
2019年2月大气环流和天气分析
李晓兰 , 何立富     
国家气象中心,北京 100081
摘要:2019年2月大气环流的主要特征是北半球极涡较常年同期偏强,中心偏向东半球,位置偏北;欧亚中高纬环流呈4波型,环流经向度总体较小。西太平洋副热带高压偏强;南支槽较常年偏弱、偏西。2月,我国冷空气活动较弱,仅出现一次大范围强冷空气和一次中等强度冷空气过程;全国平均气温为-1.3℃,较常年同期偏高0.4℃;东北地区北部气温异常偏高。月内,全国平均降水量为23.2 mm,较常年同期偏多33.3%;南方出现持续阴雨天气,青藏高原降雪明显偏多,青海东南部出现雪灾。另外,下旬我国中东部地区出现持续雾-霾天气。
关键词大气环流    冷空气    阴雨    雪灾    雾-霾    
Analysis of the February 2019 Atmospheric Circulation and Weather
LI Xiaolan, HE Lifu    
National Meteorological Centre, Beijing 100081
Abstract: The main characteristics of the general atmospheric circulation in February 2019 are as follows. The polar vortex center in the Northern Hemisphere was stronger than normal and located by north in the Eastern Hemisphere. The circulation at middle-high latitudes of Eurasia showed a four-wave pattern, and the degree of meridionality was lower than normal generally. The Western Pacific subtropical high was strong relatively, and the Bay of Bengal trough was weaker and more to the west than normal. Cold air processes attacked China twice in February, one national-wide strong cold air process and one moderate cold air process. The monthly mean temperature was -1.3℃, higher than normal by 0.4℃. The tempe-rature was abnormally high in Northeast China. The monthly mean precipitation amount was 23.2 mm, 33.3% higher than normal. Also, one persistent rainy weather event happened in southern China. Snowfall hit the Tibetan Plateau frequently, causing snow disaster in southeastern part of Qinghai Province. In addition, continues fog-haze weather appeared in the central and eastern part of China in late February.
Key words: atmospheric circulation    cold air    rainy weather    snow disaster    fog-haze    
引言

2019年2月,全国平均降水量为23.2 mm,较常年同期(17.4 mm)偏多33.3%;全国平均气温为-1.3℃,较常年同期(-1.7℃)偏高0.4℃(国家气候中心,2019)。月内,我国南方出现持续阴雨天气,江淮南部、江汉东南部、江南、华南北部及贵州中部和东南部降水日数普遍有16~24 d;青海遭遇雪灾,积雪主要出现在玉树州东南部、果洛州中北部、海西州东部等地。另外,2月中旬北方地区出现冬季范围最大的降雪过程,华北、黄淮出现1~6 cm的积雪;2月下旬,华北、东北、黄淮、江淮等地持续出现中到重度霾天气。

1 天气概况 1.1 降水

2019年2月,全国平均降水量为23.2 mm,较常年同期(17.4 mm)偏多33.3%(国家气候中心,2019)。从空间分布(图 1)可以看出,江淮、江汉东部、江南、华南、贵州、四川东部和西北部、陕西西南部、甘肃南部、青海东南部、新疆北部、云南西部、西藏东部和南部累计降水量超过10 mm;其中,江淮南部、江南大部、华南北部、西藏西南部的局部地区超过100 mm,安徽南部、江西东北部、浙江西部、福建北部超过200 mm。全国其余地区降水量不足10 mm,其中内蒙古西部和东北部、黑龙江大部、吉林西部、辽宁西部、新疆中部和西部、青海西部、西藏西部等地不足1 mm。

图 1 2019年2月全国降水量分布(单位:mm) Fig. 1 Distribution of precipitation over China in February 2019 (unit: mm)

与常年同期相比,新疆北部和东南部、青海大部、甘肃南部、陕西西南部、西藏大部、四川西北部、内蒙古中东部、华北北部、江淮东南部、江南中部和东部、华南北部等地降水量偏多五成以上,部分地区偏多两倍以上;其余地区2月降水量接近常年同期或偏少,其中内蒙古东北部和西部、黑龙江、辽宁大部、河北东北部、河南西南部、陕西东南部、湖北西部、重庆、四川东北部和南部、云南中东部、西藏西部、新疆中部和南疆盆地西部等地偏少五成以上(图 2)。

图 2 2019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 2019 (unit: %)
1.2 气温

2019年2月,全国平均气温为-1.3℃,较常年同期(-1.7℃)偏高0.4℃(国家气候中心,2019)。气温偏高地区主要分布在东北、西南地区东部、华南南部以及青藏高原等地,其中内蒙古东北部、黑龙江、吉林、福建大部、广东中南部、广西南部、海南、贵州西部、云南中东部、四川西部和南部、新疆西南部、青海东部和南部、西藏北部等地气温偏高1~4℃,局部偏高4℃;其余大部地区气温接近常年同期或偏低,内蒙古中部和西部、新疆北部、甘肃西部、河北北部、黄淮西部、江淮西部、江汉、江南中西部、广西北部、贵州东部、西藏西南部等地偏低1℃以上,其中内蒙古中部和西部、新疆北部、湖北中东部、湖南中北部、西藏西南部等地偏低2 ℃以上(图 3)。

图 3 2019年2月全国平均气温距平分布(单位:℃) Fig. 3 Distribution of mean temperature anomaly over China in February 2019 (unit: ℃)
2 环流特征和演变 2.1 环流特征

图 4给出了2019年2月北半球500 hPa平均的位势高度场及其距平场的水平分布,可以看出,北半球环流形势有以下主要特点:

图 4 2019年2月北半球500 hPa平均位势高度(a)和距平(b)(单位:dagpm) Fig. 4 Monthly mean geopotential height at 500 hPa (a) and anomalies (b) in the Northern Hemisphere in February 2019 (unit: dagpm)

2月,北半球极涡主体偏向东半球,位置较北,中心强度低于496 dagpm(图 4a)。从距平场来看,极涡中心附近位势高度均为负距平,负距平中心超过-14 dagpm,表明极涡强度较常年明显偏强(图 4b王璠和张芳华,2016毛旭和张涛,2017)。环绕极涡中心,中高纬西风带呈4波型,高空槽分别位于欧洲东部、亚洲东北部、太平洋东部和北美东部。与多年平均相比,欧亚东部的槽及其前方贝加尔湖的脊均接近常年同期。我国除新疆处于位势高度负距平区外,大部地区都位于位势高度正距平区,对应2月入侵我国的冷空气总体偏弱。另外,从图 4还可以看出,西太平洋副热带高压(以下简称副高)呈带状分布,588 dagpm几乎环绕全球,从距平场可以看出,强度明显强于常年同期。尽管孟加拉湾南支槽平均位置在90°E以西,较常年同期位置偏西,但中亚地区和印度北部的高空槽稳定维持,槽前西南暖湿气流造成我国西藏南部、青海东南部出现多次降雪天气。

2.2 环流演变与我国天气

图 5分别给出了2月上、中、下旬欧亚500 hPa平均的位势高度场环流形势。上旬,欧亚中高纬为一槽一脊型,高压脊位于乌拉尔山以东,低压槽位于东亚东部(图 5a)。贝加尔湖至俄罗斯远东地区为宽广的东西向低值系统控制,低压系统南侧密集的西风带锋区维持在45°~35°N一带。从逐日500 hPa环流形势图(图略)上可以看出,旬初贝加尔湖北部有一低涡,中心强度为492 dagpm,低涡后部东北风不断带来高纬极寒空气,并在巴尔喀什湖西北部形成切断低涡。随后,贝加尔湖北部的低涡旋转东移,巴尔喀什湖附近的低涡也向东移动,造成6—10日一次全国性强冷空气过程。这次强冷空气造成我国中东部大部地区降温6~10℃,局部地区降温超过12℃,西北地区东部、华北南部、黄淮、江淮、江汉、江南中北部等地出现小到中雪或雨夹雪,其中西藏南部局地出现特大暴雪[聂拉木最大日降水量为74.6 mm(7日08至8日08时),过程累计降水量为133.5 mm];北京出现今年冬天以来首场降雪天气;江南、华南、西南地区东部出现连阴雨天气。上旬,高原槽较为活跃,造成西藏南部、青海东南部明显降雪天气。

图 5 2019年2月(a)上、(b)中、(c)下旬欧亚500 hPa平均位势高度(单位:dagpm) Fig. 5 Geopotential height at 500 hPa over Eurasia averaged over the (a) 1st, (b) 2nd and (c) 3rd dekads in February 2019 (unit: dagpm)

中旬,欧亚中高纬环流形势有所调整,变为两槽一脊型,两槽分别位于巴尔喀什湖以西和东亚东北部,环流经向度较小(图 5b)。从逐日500 hPa环流形势图(图略)上可以看出,受巴尔喀什湖低涡东移影响,13—17日我国出现一次中等强度(北方中等强度、南方强)冷空气过程,西北地区东部、华北南部、黄淮、江淮、江南、华南和西南地区东部普遍降温4~6℃。中旬南支槽活跃,位置较上旬明显偏东,有利于南方地区持续水汽输送,同时高原上多短波槽东移,造成我国南方地区12—14、15—16、17—18和19—21日出现4次连阴雨天气过程。

下旬,欧亚中高纬环流形势仍为两槽一脊型,但我国北方转为大范围脊区控制(图 5c)。由于地面为弱气压场,风力较小(图略),同时高空为暖高压区,导致静稳天气形成和维持,使得华北、东北、黄淮、江淮等地出现持续性中到重度霾天气;南支槽位置偏东,副高脊线位于17°N。受高原短波槽东移及西南暖湿气流共同作用,江南、华南22—23日出现中到大雨,局地暴雨。26—28日,南支槽再度建立并东移,副高呈块状分布,脊线位于15°N,江南、华南再次出现强降雨天气。

3 冷空气活动 3.1 概况

2019年2月影响我国的冷空气一共有2次,分别是6—10和13—17日,前者为一次全国范围强冷空气过程,后者为中等强度冷空气过程。由于第二次冷空气紧随第一次冷空气,而第一次冷空气降温幅度较大,第二次冷空气降温幅度整体偏小(表 1)。

表 1 2019年2月主要冷空气过程 Table 1 Main cold air processes in February 2019
3.2 2月6—10日强冷空气过程分析

2月6—10日这次全国范围的强冷空气(北方中等强度冷空气、南方强冷空气)过程,给中东部大部地区带来大风、降温和雨雪天气(表 1)。从500 hPa环流形势来看,2月6日08时,东亚东岸有一高空冷涡,中心强度低于492 dagpm,与之相配合的冷中心强度低于-48 ℃。冷涡后部有非常强的冷平流,风场几乎垂直于温度场,偏北气流引导高纬度冷空气向贝加尔湖及巴尔喀什湖一带堆积;在巴尔喀什湖北部有一切断低压,有-36℃的冷中心相配合(图 6a)。地面贝加尔湖西侧冷高压中心达1060 hPa,高压前侧有一条从内蒙古东北部到蒙古国与我国内蒙古交界处的锋面(图 6b)。此后,随着高空冷涡旋转东移,低涡西侧的横槽逐渐转为南北向,冷空气向南大举爆发影响我国中东部地区。此次冷空气过程属于横槽转竖型。受此冷空气影响,新疆北部、内蒙古中心、西北地区东部、东北地区东南部、华北、黄淮、江淮、江南、华南北部、贵州、西藏等地降温6~10℃,局地超过12℃;上述地区还伴随4~6级偏北风、阵风7~8级。同时,受低层切变线和西南暖湿气流共同影响,中东部地区出现大范围雨雪天气过程,但由于南支槽偏西,我国大部地区降水以小到中雨(雪)为主;西藏南部出现大到暴雪,其中聂拉木出现特大暴雪(7日08时至8日08时降水量为74.6 mm)。

图 6 2019年2月6日08时(a)500 hPa位势高度场(实线,单位:dagpm)、温度场(虚线,单位:℃)、风场(风向杆)及(b)海平面气压场(单位:hPa) Fig. 6 (a) The 500 hPa geopotential height (solid line, unit: dagpm), temperature (dashed line, unit: ℃), wind field (wind barbt) and (b) sea level pressure (unit: hPa) at 08:00 BT 6 February 2019
4 主要降水过程

2019年2月我国主要降水过程有6次(表 2),特点是降水时间长、范围广、降水相态复杂。6次降水过程以2月17—18日的降水强度和范围最大,因此,重点分析此次降水过程。

表 2 2019年2月主要降水过程 Table 2 Main precipitation events in February 2019

2月17—18日,我国中东部和南方地区先后出现大范围雨雪天气(表 2),西藏东部、西北地区东部、华北、黄淮等地出现小到中雪,局地大雪;江淮、江南中部和东部、华南等地出现中到大雨,广西、广东西部、湖南南部等地部分地区出现暴雨,局地出现大暴雨(图 7)。

图 7 2019年2月17日08时至19日08时全国降水量分布(单位:mm) Fig. 7 Distribution of precipitation in China from 08:00 BT 17 to 08:00 BT 19 February 2019 (unit: mm)

这次降水天气过程主要是西风槽在东移过程中与偏南暖湿气流相互作用产生的。17日08时,500 hPa甘肃西部有弱西风槽东移,同时高原上有短波槽发展;南支槽位置偏东,副高西伸至南海中部,脊线位于15°N;850 hPa广西北部到浙江中部一带有一暖式切变线;广西、广东、湖南南部、江西南部和福建中南部比湿达6~11 g·kg-1(图 8)。随着高空槽不断加深东移并与高原上的短波槽同位相叠加,南支槽也不断向东移动,到17日20时,500 hPa从内蒙古中部到云南西部为一大槽,850 hPa广西、广东、湖南、江西等地的偏南风较08时明显加强,最大风速增加至16 m·s-1。这种高低空系统配置为这次降水天气过程提供了良好的动力条件和水汽条件(杨寅和何立富,2014),西藏东部、西北地区东部、华北北部、黄淮出现降雪天气;江淮、江南、华南出现较强降水天气(图 7)。

图 8 2019年2月17日08时500 hPa位势高度场(实线,单位:dagpm)、850 hPa风场(风向杆)和850 hPa比湿(填色) Fig. 8 The 500 hPa geopotential height (solid line, unit: dagpm), the 850 hPa wind field (wind barb) and specific humidity (shaded area) at 08:00 BT 17 February 2019
5 雾-霾天气过程

2019年2月,中东部地区出现1次持续性雾-霾天气过程(出现在20—28日)。主要出现在京津冀、河南、山东、陕西关中、山西、辽宁中西部、吉林中部、黑龙江中南部、安徽中北部、江苏、湖北中部等地持续出现雾-霾天气,其中河北中南部、河南北部、山东西部等地部分地区空气污染最为严重,日均PM2.5质量浓度峰值达350~400 μg·m-3

图 9给出了2月20—28日平均的500 hPa位势高度场和海平面气压场,从图上可以看出,中东部地区高空以纬向环流为主,冷空气势力较弱,属于平直西风型霾事件(Wu et al, 2017);地面处于冷高压前部的均压场中,水平气压梯度小,地面风速较小,在这种静稳形势下,大气扩散条件较差,有利于污染物的堆积。20日夜间至23日,京津冀、黄淮北部、汾渭平原等地高空逐渐转受高空偏西气流和地面弱气压场控制,地面有辐合,且风速普遍小于2 m·s-1,低层有较高的相对湿度相配合,导致上述地区扩散条件转差,出现轻至中度霾,局地重度霾天气;此外,20—22日夜间相对湿度达90%以上,上述地区还出现大雾天气。24—25日白天,受南下弱冷空气影响,北京、天津、河北中北部、山东东部等地大气扩散条件逐渐转好,霾天气减弱,但华北南部、黄淮西部等地霾天气仍维持并加重。25日夜间至28日,华北南部、黄淮、汾渭平原等地再次受地面弱气压场控制,地面风速较小、湿度大,且地面辐合长期维持,上述地区再度出现中度霾,局地出现重度霾。3月1日,受降水和偏东路冷空气的共同影响,霾天气减弱消散,此次过程趋于结束。

图 9 2019年2月20—28日平均的500 hPa位势高度场(实线,单位:dagpm)和海平面气压场(填色) Fig. 9 Average geopotential height at 500 hPa (solid line, unit: dagpm) and sea level pressure (shaded area) in 20-28 February 2019

致谢:感谢国家气象中心宋文彬提供的降水量、降水距平和温度距平资料。

参考文献
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National Climate Centre, 2019.China Climate Impact Assessment of February 2019[R](in Chinese).
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Mao X, Zhang T, 2017. Analysis of the February 2017 atmospheric circulation and weather[J]. Meteor Mon, 43(5): 634-640 (in Chinese).
王璠, 张芳华, 2016. 2016年2月大气环流和天气分析[J]. 气象, 42(5): 643-648.
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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.
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Wu P, Ding Y H, Liu Y J, 2017. Atmospheric circulation and dynamic mechanism for persistent haze events in the Beijing-Tianjin-Hebei region[J]. Adv Atmos Sci, 34(4): 429-440. DOI:10.1007/s00376-016-6158-z