1 天气概况 1.1 降水

2023年12月，全国平均降水量为12.2 mm，较常年同期(11.9 mm)偏多2.5%，河北、山西和内蒙古降水量为1961年以来历史同期最多，北京为第二多，而四川为历史同期最少(国家气候中心, 2023)。从空间分布看，华北大部、华东、华中、华南大部、西南地区南部等地累计降水量有10~50 mm，江苏中部、安徽中南部、湖北西南部和东部、云南西部等地累计降水量超过50 mm，全国其余大部地区降水量在10 mm以下(图 1)。与常年同期相比(图 2)，内蒙古、华北、华东北部和中部、华中北部和中部及陕西大部、西藏中东部、云南中西部等地累计降水量偏多1~2倍。全国其余大部地区降水量接近常年同期或偏少，其中东北地区东部、华东南部、华中南部、华南、西南地区中东部以及青海东部、新疆南部等地偏少2~8成，部分地区偏少8成以上。

1.2 气温

2023年12月，全国平均气温为-2.6℃，较常年同期(-3.0℃)偏高0.4℃，云南气温为历史同期最高，青海和四川为历史同期第三高(国家气候中心, 2023)。与常年同期相比(图 3)，华北大部、东北地区北部和南部及内蒙古中部和东部等地气温偏低1~2℃，部分地区偏低2℃以上；全国其余大部地区气温接近常年同期或偏高，其中西北地区中西部、西南地区大部及新疆西南部和北部等地偏高1~2℃，部分地区偏高2℃以上。

2 环流特征和演变

2023年12月北半球500 hPa平均位势高度场及距平分布详见图 4，与常年平均相比主要具有以下特点。

2.1 极涡呈多极型分布，亚洲极涡偏强

2023年12月，北半球极涡呈多极型分布，3个极涡中心分别位于加拿大北部的伊丽莎白女王群岛附近、阿留申群岛周边以及亚洲北部鄂霍次克海以西的俄罗斯远东地区，中心强度均低于508 dagpm(图 4a)，与历史同期(1991—2020年)相比，亚洲极涡整体偏强，中心最低位势高度较常年同期偏低4 dagpm(图 4b)。

2.2 北半球环流呈三波型分布，东亚大槽建立

12月，北半球中高纬度500 hPa环流呈三波型，长波槽分别位于北美洲东部、欧洲东部及亚洲东部至北美洲西海岸地区，欧亚地区中高纬为典型的“两槽一脊”型(图 4a)，东西伯利亚山地至我国漠河一带均为负距平控制(图 4b)，有利于引导冷源地冷空气自东路南下，造成月内影响我国东北、华北等地的冷空气势力整体偏强，上述地区的气温较常年同期偏低。

2.3 副热带高压异常强盛

低纬地区，南支槽平均位于90°E附近，强度较常年同期略偏弱。副热带高压呈带状分布，几乎环绕整个北半球副热带地区(图 4a)，强度较常年明显偏强(图 4b)。南支槽前西南暖湿气流与来自高纬地区的冷空气交汇，导致12月我国中东部地区出现大范围的降水天气；而云南、青海和四川等地受偏强的西太平洋副热带高压(以下简称副高)影响，部分地区出现了显著的极端偏暖事件。

2.4 环流演变与我国天气

2023年12月上、中、下旬欧亚地区500 hPa平均高度场如图 5所示。总体来看，新地岛附近至乌拉尔山北部有高压脊发展，相较常年同期, 东亚大槽位置偏东、偏北且略偏强，东亚中高纬地区环流经向度较大，我国东北部为槽区控制，因此北方冷空气活动较为频繁，大气扩散条件整体偏好，内蒙古中东部、华北、黄淮东北部以及东北地区大部气温较常年同期偏低。低纬地区副高异常强盛，不断西伸加强直至与青藏高原西部的伊朗高压打通，几乎贯穿了北半球，造成月内南方大部地区气温偏高。具体如下：

上旬(图 5a)，亚洲极涡中心位于鄂霍次克海以北的俄罗斯远东地区，极涡为负距平控制，强度明显偏强。欧亚中高纬度环流整体呈现“两槽一脊”型，巴伦支海至地中海一带，以及鄂霍次克海至我国江淮地区均存在一个明显低槽。受槽后西北气流控制，旬内我国冷空气活动较为频繁，12月5—7日和9—11日接连有两股较强冷空气分别影响我国北方和中东部大部地区，东北地区、华北、黄淮、江淮等地大风降温显著。此外，受冷锋系统过境影响，5—9日北方地区还伴有一次明显的扬沙天气过程。

中旬(图 5b)，亚欧大陆“两槽一脊”环流形势更为明显，槽脊位置和强度较上旬均发生明显变化：乌拉尔山附近的阻塞高压向东北方向发展，脊前横槽位于贝加尔湖至巴尔喀什湖一带；鄂霍次克海偏东地区存在切断低涡，中心强度达508 dagpm。与上旬相比，我国中高纬地区环流经向度明显加大，冷空气势力增强。受13—16日强寒潮和18—21日较强冷空气过程影响，我国西北地区及中东部大部出现了“断崖式”降温，气温普遍下降4℃以上，并伴有大范围雨雪天气。山西、河北、内蒙古等地有11个国家级气象观测站最低气温突破当地建站以来历史纪录。另外，旬内副高异常加强西伸，与青藏高原西部的伊朗高压打通贯穿20°N以南大部地区，北脊点临近25°N，强大的副高虽然造成西南地区中东部、华南等地高温少雨(四川为历史同期降水最少)，但却在其北侧裹挟了海上的大量水汽进入内陆地区，在南支槽及地面冷锋的配合下，冷暖交汇导致华北、黄淮等地出现了大范围强雨雪天气，部分地区达到暴雪量级。

下旬(图 5c)，随着极涡东移入海，我国中高纬环流经向度减小，冷空气势力较前期有所减弱，25—27日和30—31日有两股中等强度冷空气分别影响我国北方和中东部地区。在冷空气间歇期，我国整体处于气温回暖态势，北方大气静稳形势逐渐建立，扩散条件转差，28—31日我国中东部地区出现了一次极端性较强的大范围持续性雾-霾天气过程。此外，副高稳定维持在低纬地区，并控制欧亚大陆，不利于水汽向北输送；同时，冷空气主体影响范围偏北、势力较弱，造成本旬我国大部地区降水稀少。

3 冷空气活动 3.1 概况

依据中央气象台冷空气划分标准，12月有6次冷空气过程影响我国(表 1)，与历史同期相比(迟茜元等，2021；尤媛等，2022；王继康等，2023)，冷空气活动频次较2020年(2次)、2021年(3次)和2022年(3次)明显偏多，其中13—16日为全国型强寒潮过程，9—11日和18—21日为全国型较强冷空气过程。

3.2 2023年12月13—16日强寒潮过程

12月13—16日，受西伯利亚强冷空气南下影响，我国大部地区经历了入冬以来最强寒潮天气过程，其综合强度位列1961年以来同期(12月)最强。过程总体具有影响范围广、降温幅度大和低温极端性显著等特点。受寒潮影响，多地出现明显大风降温天气，西北地区及中东部地区气温普遍下降6℃以上，西北地区中西部、华北北部和西部、江淮东部、江南中东部以及西南地区东南部等地部分地区降温幅度10~18℃，局地达20℃以上(表 1)。经统计，共有95个国家级气象观测站过程最大降温幅度达到或超过20℃，其中以山西大同过程降温幅度最大，为26.3℃。过程最大降温幅度超过8℃的区域面积约为596.7万km²，占全国国土面积的62.2%，其中，降温幅度超过14℃的约有162.5万km²。寒潮过程期间，华北、黄淮以及东北部分地区累计降雪量达10 mm以上；南方多地出现强降水天气，苏皖中部等地累计降水量超过25 mm；贵州和湖南局地出现冻雨(表 1)。

12日，从500 hPa位势高度场可见(图 6)，乌拉尔山附近的阻塞高压向东北方向强烈发展，脊前横槽位于贝加尔湖至巴尔喀什湖一带。同时，鄂霍次克海附近形成了一个中心值为504 dagpm的切断低涡，低涡后部偏北气流将冷空气源源不断向南输送，堆积于新疆以北的西西伯利亚平原，横槽不断西伸加强。13日起，随着横槽转竖，冷空气主体大举南下，自西北向东南席卷我国大部地区。与此同时，贝加尔湖以东的极涡也逐渐东移南压，东亚大槽不断加深并稳定维持，槽后西北气流引导冷空气沿偏东路径南下影响我国东北地区以及华北、黄淮等地。由于传输距离短，冷空气势力强，因此造成本轮严寒北方地区“超长待机”。此外，当强冷空气途经渤海湾时，海面上空形成明显的冷流云系，给山东半岛带来了大范围持续性的强降雪天气，威海、烟台等地均出现典型的冷流暴雪，其中文登降雪量达到35.6 mm，属特大暴雪。

4 沙尘天气过程

12月冷空气活动较为频繁，西北大部地区降水量较常年同期明显偏少，地表无明显积雪覆盖且土壤含水量较低。月内共发生了1次沙尘天气过程，总频次与2022年同期持平，相较2020年和2021年(无)呈现偏多态势。5—9日，新疆南部、内蒙古中西部、宁夏、甘肃中东部、陕西中北部、山西、北京、天津、河北、河南、山东、江苏中北部、安徽北部、四川北部等地出现了扬沙或浮尘天气。根据中央气象台沙尘天气过程划分标准，此次过程为扬沙天气过程。

本轮沙尘天气主要由地面冷锋过境引发。5日白天，地面冷高压主体位于新疆北部，冷锋前沿压至甘肃中西部、内蒙古西部至宁夏一带，阵风风力达到8~9级，局地10级。受冷空气大风影响，上述部分地区陆续出现了沙尘天气。5日夜间至6日白天(图 7)，冷高压逐渐东移南下，期间中心海平面气压值最高达到1045 hPa，沙尘在西北风的作用下快速输送至下游地区并逐渐沉降，导致西北地区东部、华北大部、黄淮、江淮等地空气质量迅速转差，首要污染物为PM₁₀。其中，5日夜间山西中北部多个城市空气质量指数日均值“爆表”，6日04时PM₁₀小时质量浓度超过1000 μg·m^-3，达到严重污染级别。由于冷锋移动速度较快，6日中午上游沙尘快速输送至华北、黄淮地区，12时起开始影响北京，截至21时北京PM₁₀质量浓度平均峰值攀升至376 μg·m^-3，空气质量达中度污染；山东济南连续10 h维持PM₁₀中至重度污染水平。8日白天，随着东部大部地区的气压梯度明显减弱，地面风速减小，沙尘天气趋于结束。但华北中部后期仍受上游沙源补充影响，9日白天大气扩散条件才彻底转好。

5 雾-霾过程

12月28—31日，我国中东部出现大范围持续性雾-霾天气，其中河北、山东、安徽、江苏、湖北、四川等20个省(自治区、直辖市)出现了强浓雾或特强浓雾(图 8)，并伴有PM_2.5重度以上污染，上述低能见度天气极端性较强，为此中央气象台于2023年12月29—30日连续发布3期大雾红色预警，是历史上第二次连续发布大雾红色预警。此次大雾天气为2018年以来最强，大雾影响面积达280.2万km²，与中央气象台发布的首个大雾红色预警过程(2016年12月31日至2017年1月4日)基本相当，但浓雾、强浓雾和特强浓雾的影响面积均大于首次红警过程。

本次持续雾-霾过程期间，欧亚中高纬地区呈纬向型环流，影响我国的冷空气势力偏弱，我国长江以北大部地区处于位势高度场正距平区。华北、黄淮盛行偏西气流，边界层内湍流运动弱，有效抑制了混合层高度的抬升，大气层结稳定，水汽和污染物在近地层堆积，有利于雾-霾天气的形成及发展。另外，过程前期(12月10—24日)华北、黄淮等地雨雪过程频繁，降水量较常年同期显著偏多，近地面大气增湿明显；特别是寒潮天气过后，地面积雪化冻有利于近地面维持高湿环境，这为低能见度天气的发生和维持提供了充沛的水汽条件。选取大雾发展最强时段(30日08时)进行分析(图略)，华北中南部、黄淮、江淮、江汉等地2 m相对湿度均接近饱和状态，850 hPa晴空少云，长波辐射降温有利于近地面水汽达到饱和，从而形成大雾。黄淮北部、江淮、江汉等地的地面风速维持在1~2 m·s^-1，以静小风为主，为水汽的积聚和污染物的跨区域输送提供了有利条件。过程期间, 中东部出现了大范围PM_2.5污染，一部分气溶胶粒子吸湿膨胀后可以活化为云雾的凝结核，进一步促进大雾的形成。本次污染北京地区PM_2.5平均质量浓度呈现出明显的“双峰型”变化，峰值分别出现在29日23时(172 μg·m^-3)和30日12时(162 μg·m^-3)，并在污染初期呈现爆发性增长，空气质量从良到重度污染仅用了5 h，总污染时长为25 h，其中中度及以上污染时长约占4/5。自30日夜间起，受中等强度冷空气影响，北京、天津大气扩散条件转好。但由于该股冷空气势力较弱且影响范围偏北，华北南部、黄淮中东部、江淮、江汉以及东北地区西部等地的雾-霾天气仍继续维持，过程持续至2024年1月强冷空气到达后才彻底结束。