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  气象   2014, Vol. 40 Issue (2): 253-260.  DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2014.02.015

天气气候评述

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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.
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LAI Fenfen, HE Lifu, 2014. Analysis of the November 2013 Atmospheric Circulation and Weather[J]. Meteorological Monthly, 40(2): 253-260. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2014.02.015.
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第一作者

赖芬芬,主要从事天气预报工作.Email:lffen2005@163.com

文章历史

2013年12月23日收稿
2013年12月31日收修定稿
2013年11月大气环流和天气分析
赖芬芬 , 何立富     
国家气象中心,北京 100081
摘要:2013年11月大气环流主要特征是:北半球极涡呈单极型分布,主体位于北极圈内,强度较常年同期偏强;欧亚中高纬环流经向度较小;南支槽平均位置大致位于80°E附近,同时,副热带高压较常年同期偏强,位置偏西、偏北。11月,全国平均降水量为22.5 mm,较常年同期(18.8 mm)偏多19.7%。全国平均气温为3.6℃,较常年同期(2.9℃)偏高0.7℃。月内,我国出现3次冷空气过程和6次较强降水过程。东北地区出现了两次强降雪过程,部分地区出现暴雪到大暴雪;台风海燕给华南地区带来较大风雨影响;北方冬麦区及江南大部出现明显降水,干旱缓解;由于冷空气势力弱,中东部地区雾霾天气频发,全国平均雾霾日数为4.3天,为1961年以来历史同期最多。
关键词大气环流    暴雨(雪)    冷空气    雾霾    
Analysis of the November 2013 Atmospheric Circulation and Weather
LAI Fenfen, HE Lifu    
National Meteorological Centre, Beijing 100081
Abstract: The main characteristics of the general atmospheric circulation in November 2013 are as follows. There is one polar vortex center located in the Arctic Circle in the Northern Hemisphere with stronger strength than normal years. The circulation presents latitudinal patterns in middle and high latitudes. The average south branch trough is located around 80°E. The subtropical high is stronger than normal years, located more westward and northward. The monthly mean precipitation is 22.5 mm, 19.7% more than the normal (18.8 mm). The monthly mean temperature is 3.6℃, 0.7℃ higher than the normal (2.9℃). There are three cold air processes and six heavier rainfall processes during this month. The Northeast Region suffers from extreme snows twice and some places are hit by snowstorm or blizzards. Tropical cyclone "Haiyan" brings gale and heavy rains to South China. There are obvious rainfalls in the northern winter wheat region and the Jiangnan Region. Meanwhile, the fog and the haze appear in the central and eastern China due to the weak cold airs. The monthly mean fog and haze days are 4.3 days, which is the maximum record since 1961.
Key words: atmospheric circulation    rain (snow) storm    cold air    fog and haze    
引 言

2013年11月,欧亚中高纬环流经向度较小,冷空气势力较弱,中东部大部分地区气温持续偏高。南支槽平均位置位于80°E附近,上旬西北太平洋副热带高压控制我国整个南方地区,西伸脊点较常年同期明显偏西,全国平均降水量较常年同期偏多。月内,东北地区出现了两次强降雪过程,部分地区出现暴雪到大暴雪;超强台风海燕重创菲律宾后,成为1949年以来11月登陆或擦过海南的最强台风,给华南地区带来较大风雨影响;北方冬麦区及江南大部出现明显降水,干旱缓解;由于冷空气势力弱,中东部地区雾霾天气频发,全国平均雾霾日数为4.3 d,为1961年以来历史同期最多(国家气候中心,2013)。

1 天气概况 1.1 降水

2013年11月,全国平均降水量为22.5 mm,较常年同期(18.8 mm)偏多19.7%(国家气候中心,2013)。东北地区东部、江南大部、华南大部及贵州东部、重庆等地降水量在50 mm以上,其中江南中部、华南西部和南部有100~200 mm,广西、海南的部分地区超过200 mm;西北大部、华北大部及内蒙古、辽宁西部、吉林西部、黑龙江西南部和西北部、西藏、四川西部、云南北部和西部等地不足10 mm;全国其余大部地区降水量在10~50 mm之间(图 1)。

图 1 2013年11月全国降水量分布(单位:mm) Fig. 1 Distribution of precipitation in China in November 2013 (unit: mm)

与常年同期相比,东北大部、黄淮北部、江南南部和西部、华南大部、四川盆地部分地区以及贵州东部、甘肃中南部、青海大部、新疆中西部、内蒙古中部等地偏多2成至2倍,部分地区偏多2倍以上;西南大部、江淮、江汉大部、江南地区东北部、华北大部以及内蒙古西部和东南部、新疆大部、甘肃西北部、陕西北部等地偏少2~8成,部分地区偏少8成以上;全国其余大部地区接近常年(图 2)。

图 2 2013年11月全国降水量距平百分率分布(单位:%) Fig. 2 Distribution of precipitation anomaly percentage in China in November 2013 (unit:%)
1.2 气温

2013年11月,全国平均气温为3.6℃,较常年同期(2.9℃)偏高0.7℃(国家气候中心,2013)。除新疆西南部、青海局部气温偏低1~4℃外,全国大部地区气温接近常年同期或偏高,其中东北、华北东北部以及内蒙古东部、新疆北部、云南南部、贵州东部、湖南西部、江西西北部等地气温普遍偏高1~4℃,黑龙江西北部和内蒙古东北部偏高4℃以上(图 3)。

图 3 2013年11月全国平均气温距平分布(单位:℃) Fig. 3 Distribution of temperature anomaly in China in November 2013 (unit: ℃)
2 环流特征和演变

图 4给出了2013年11月500 hPa平均位势高度及距平图,与常年同期的北半球环流形势相比,11月北半球的环流形势有以下主要特点。

图 4 2013年11月北半球500 hPa平均位势高度场(a)和距平场(b)(单位:dagpm) Fig. 4 The 500 hPa geopotential height (a) and anomaly (b) in the Northern Hemisphere in November 2013 (unit: dagpm)
2.1 极涡明显偏强

北半球极涡呈单极型分布,主体位于北极圈内,与平均极涡中心位置接近,极涡中心低于500 dagpm。极涡中心附近为明显的负距平,负距平中心值达到-12 dagpm(图 4),表明极涡强度较常年同期明显偏强。

2.2 中高纬环流呈4波型

在500 hPa位势高度场及距平场上(图 4),中高纬环流呈4波型,低槽位置分别位于欧洲西部、东亚、中太平洋和北美中部,其中欧洲西部低槽附近为-12~-3 dagpm的负距平区,北美中部低槽附近为-6~-3 dagpm的负距平区,东亚和中太平洋低槽北部为正距平区,南部为负距平区,表明低槽位置较常年偏南,但强度较常年偏弱。此外,欧亚地区中高纬均处于正距平区域,表明欧亚中高纬环流经向度较常年偏小,不利于引导冷空气南下,从而造成月内冷空气活动较弱。

2.3 南支槽偏西,副热带高压偏西

图 4可以看到,南支槽平均位置位于80°E附近,较常年同期明显偏西,不利于水汽向我国输送。西北太平洋副热带高压脊线位于28°N附近,较常年同期(22°N)偏北,且西伸脊点位于120°E附近,较常年同期(128°E)偏西。此外,我国中东部大部地区均为负距平区,表明控制我国中东部地区的大陆高压较常年同期明显偏弱。

2.4 环流演变与我国天气

图 5给出了11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。欧亚中高纬环流经向度较小,冷空气活动较弱;低纬度地区南支槽平均位置位于80°E附近,较常年同期明显偏西;西北太平洋副热带高压在上旬位置较常年同期明显偏西偏北,强度较强。具体分析如下。

图 5 2013年11月欧亚500 hPa上(a)、中(b)、下(c)旬平均位势高度(单位:dagpm) Fig. 5 Eurasia 500 hPa geopotential height (unit: dagpm) averaged over the 1st (a), 2nd (b) and last (c) dekad of November 2013

上旬(图 5a),欧亚大部中高纬地区受弱高压脊控制,西西伯利亚和中西伯利亚地区受脊前西北气流控制,东西伯利亚至鄂霍次克海有一个较浅的低槽,我国北方大部地区气流较为平直,不利于引导西伯利亚的冷空气南下影响我国,因此在这一旬影响我国的冷空气活动较少。低纬地区,南支槽位于70°E附近,较常年同期明显偏西,副热带高压控制我国整个南方地区,西伸脊点位于100°E附近,较常年同期明显偏西,二者均不利于水汽向我国输送,导致我国西南地区降水明显偏少,同时南方地区受副高系统控制,造成气温偏高(刘凑华,2012黄威,2013)。

中旬(图 5b),欧亚地区环流形势明显调整,欧亚中高纬地区受较为平直的西风气流控制,地中海附近生成一切断低涡,低涡中心强度达560 dagpm,此外,我国黑龙江东部至朝鲜半岛南部为明显低槽区,我国北方大部地区受槽后西北气流控制,说明冷空气活动较上旬明显活跃,强度增强,影响范围南压。冷空气与南方暖湿气流共同影响造成我国江南、华南地区降水偏多。南支槽位置仍位于70°E附近,强度较上旬略有减弱,不利于水汽向我国输送,导致我国西南地区降水偏少。西太平洋副热带高压范围较上旬明显减小,西伸脊点位置明显东退,主体位于135°E以东地区。

下旬(图 5c),欧亚地区环流形势有一定调整,欧亚中高纬地区仍受较为平直的西风气流控制,地中海附近切断低涡中心强度达544 dagpm,强度较上旬有所加强,东亚大槽继续加深,我国中东部大部地区受西北气流控制,经向度较中旬明显加大,冷空气自中西伯利亚地区南下影响我国,中东部大部地区气温降低。在低纬度,南支槽明显减弱;副热带高压西伸脊点西伸至130°E附近,范围较中旬略有增大,有利于副高边缘暖湿气流向我国南方地区输送,冷空气与南方暖湿气流共同影响造成我国南方地区降水偏多。

11月,欧亚地区中高纬度环流不断调整,上旬冷空气活动次数少,强度偏弱,中下旬东亚大槽生成,冷空气自中西伯利亚地区南下影响我国中东部地区,南支槽不活跃,且位置较常年偏西。11月上旬,西太平洋副热带高压范围偏大、强度偏强,且西伸脊点位置偏西,我国南方地区气温偏高;中旬,东亚大槽加深,西太平洋副热带高压明显减弱东退,且2013年第30号台风海燕与南下冷空气共同影响,造成江南、华南地区出现强降水;下旬,我国中东部大部地区受西北气流控制,环流经向度加大,冷空气势力趋于加强。伴随两次西风槽加强,东北地区中下旬出现了两次强降雪过程,降雪量和积雪深度为近年来少见。

3 冷空气活动 3.1 概况

11月,前期我国北方大部地区气流较为平直,冷空气活动较弱;后期欧亚地区环流形势明显调整,不断有西风槽东移南下影响我国,根据冷空气划分标准主要划分为3次冷空气过程。10—14日,中等强度冷空气过程主要影响我国北方和中东部大部地区。16—20日,中等强度冷空气主要影响我国北方地区;24—29日,中等强度冷空气侵袭我国大部地区。这两次冷空气不仅带来大风降温天气,也给内蒙古东部和东北地区带来了大范围的雨雪天气,其中黑龙江中东部、吉林中东部出现大到暴雪,局地大暴雪。主要冷空气过程见表 1

表 1 2013年11月主要冷空气过程 Table 1 Main cold air processes in November 2013
3.2 11月24—29日冷空气过程

此次冷空气是一次全国中等强度的冷空气,全国大部地区气温普遍下降4~8℃,其中西北地区东南部、内蒙古中东部和江淮东部局地降温达10℃。冷空气过程中,西北地区中东部、黄淮及其以北地区出现4~6级偏北风,内蒙古、华北北部、山东半岛出现6级以上大风,渤海、黄海、东海等海域有7~8级、阵风9~10级的西北风。

根据500 hPa位势高度场和地面气压场的演变,此次冷空气过程可以分为24—26和27—29日两个阶段,分别为低槽东移型和横槽型(朱乾根等,2012),23日08时(图 6a),我国北方大部地区仍处于纬向环流中,青海东南部有一个较浅的短波槽,槽后是-32℃的冷中心,由于温度槽落后于高度槽,短波槽在东移过程中逐渐加强。从地面气压场上看(图略),新疆南部存在一个地面高压,高压中心达1045 hPa,冷锋位于西北地区中东部。24日08时(图 6b),贝加尔湖东北侧出现-44℃的冷中心,低槽自贝加尔湖东侧向南延伸至贵州南部,我国新疆、西藏、西北地区及西南地区处于槽后西北气流控制中;地面高压快速向东北方向移动至蒙古国西部,冷锋在东移南压过程中分裂为南北两段。25日08时(图略),贝加尔湖东北侧-44℃冷中心范围向南扩大,且贝加尔湖东侧低槽发展,低槽在东移过程中分裂为南北两个低槽,此时我国中东部大部地区均受槽后西北气流控制;地面高压迅速减弱,吉林东部出现地面低压,低压中心强度达995 hPa。26日08时(图略),贝加尔湖东侧低槽继续发展,在内蒙古东部和黑龙江西北部形成低涡,低涡中心强度达512 dagpm,-44℃冷中心略有南移,位于低涡后部;我国中东部大部地区受较为宽广的低槽控制,温度槽落后于高度槽。值得注意的是,乌拉尔山及其以东地区有明显的暖性高压脊向东北方向发展,鄂霍茨克海有明显的暖性高压脊向西北偏西方向发展,两个脊挟持一个涡,形成东亚地区的倒“Ω”流型(朱乾根等,2012)。此时,从地面气压场上看(图略),第一阶段冷空气已东移出海,对我国的大风降温影响减弱并趋于结束;中西伯利亚南部和蒙古国西部冷空气堆积,地面高压中心强度达1050 hPa,1025 hPa等压线位于内蒙古中西部,表明第二阶段冷空气已经在酝酿阶段趋于南下爆发。

图 6 2013年11月23日(a)和24日(b)08时500 hPa位势高度场(实线,单位:dagpm)及温度场(虚线,单位:℃) Fig. 6 The 500 hPa geopotential height (solid lines, unit: dagpm) and temperature (dashed lines, unit: ℃) at 08:00 BT 23 (a) and 24 (b) November 2013

27日08时(图略),低涡中心逐渐向东移出我国,低涡范围逐渐扩大控制我国东北地区,贝加尔湖东侧冷中心逐渐南压,控制内蒙古东部和东北地区中南部。低涡中心向西延伸出明显的横槽,渤海湾及江淮地区各存在一个浅的短波槽。地面高压持续增强,高压中心强度达1060 hPa,1025 hPa等压线迅速南压至江南中部和南部。28日08时(图略),中纬度长波急速发展,东北地区横槽转竖,与渤海湾、江淮地区短波槽合并为东亚大槽,引导冷空气南下侵袭我国;冷中心强度减弱至-40℃,且东移出海;此时我国中东部大部地区受地面高压控制,高压中心强度迅速减弱,1025 hPa等压线迅速南压至华南南部。29日08时(图略),东亚大槽继续东移出海,冷空气前沿已经到达我国华南以南的海上,冷空气对我国的影响趋于减弱结束。

4 主要降水过程 4.1 概况

11月,我国的主要降水过程有6次(表 2)。值得关注的是10—13日台风海燕和冷空气共同影响造成我国江南、华南地区出现的大范围暴雨天气过程。

表 2 2013年11月主要降水过程 Table 2 Main precipitation processes in November 2013
4.2 11月10—13日台风海燕大范围暴雨过程分析

11月10—13日,受台风海燕和冷空气共同影响,江南中西部及华南中西部出现大到暴雨,局地大暴雨或特大暴雨,湖南大部、江西中北部、广西大部和广东西部等地降水量均达到50 mm,其中10—12日广西中南部、海南大部、广东雷州半岛等地降水量有100~250 mm,部分地区超过250 mm,其中海南保亭局地达545 mm,广西博白局地达515 mm(国家气候中心,2013)。“海燕”登陆菲律宾前后,最大风速达75 m·s-1,风力17级以上(最大风力17级,其上限阈值是61.2 m·s-1),为超强台风,也是1949年以来11月登陆或擦过海南的最强台风。初步统计,受“海燕”影响,广西、海南、广东3省(区)共有421.2万人受灾,因灾死亡19人,4人失踪,紧急转移安置28.3万人,直接经济损失40.4亿元(国家气候中心,2013)。下面主要分析10—12日江南、华南的暴雨天气过程。

此次过程主要是由于高空槽引导北方冷空气南下与台风海燕共同影响造成我国江南、华南地区大范围暴雨过程,具体分析如下:

10日08时(图 7a),500 hPa高度场上,584线位于30°N附近,副热带高压呈东西带状分布,西伸脊点位于98°E附近,控制我国西南地区南部、江南南部、广东以及广西,台风海燕中心位于16.4°N、110.2°E附近。850 hPa风场上,海南全省风力均达28 m·s-1以上,广东中南部和广西南部受台风北部偏东风气流控制,风速达12~16 m·s-1,有利于暖湿气流向华南输送,江南和华南850 hPa比湿分别达10和12 g·kg-1以上。地面气压场上,冷空气前沿1020 hPa等压线到达江南南部,江南南部为偏北风。

图 7 2013年11月10日(a)和11日(b)08时500 hPa位势高度场(实线)、850 hPa风场(矢量)及海平面气压场(虚线) Fig. 7 The 500 hPa geopotential height (solid lines, unit: dagpm), 850 hPa wind field (vector, unit: m·s-1) and the sea level pressure (dashed lines, unit: hPa) at 08:00 BT 10 (a) and 11 (b) November 2013

11日08时(图 7b),500 hPa高度场上,584线仍维持在30°N附近,台风海燕向西北偏北方向移动至广西南部,中心位于21.6°N、107.3°E附近,与之对应西北太平洋副热带高压明显东撤,西伸脊点东撤至108°E附近。850 hPa风场上,伴随着台风的西北移动,广西大部和广东中西部风速加大,海南风速略有减弱,风速均达20 m·s-1。地面气压场上,1020 hPa等压线维持在江南南部,受高压底部回流影响,江南南部和广东东部受偏东气流控制。台风环流和回流形势有利于水汽从南海和西北太平洋输送至华南、江南地区,华南和江南850 hPa比湿分别维持在10和7 g·kg-1以上,并且自北部湾向广西南部、自福建向广东东部各存在一个湿舌,比湿中心强度分别达13和12 g·kg-1。台风从南海带来的水汽与高压底部回流从西北太平洋带来的水汽辐合于江南、华南,并与南下冷空气交汇,不仅给强降水提供了充足的水汽供应,也提供了不稳定机制,有利于降水的发生发展。

12日08时(图略),500 hPa高度场上,584线南压至华南北部,我国南方大部地区位势高度减小,受较为平直的西风气流控制,西北太平洋副热带高压随之有明显的南退,高压主体位于20°N以南。850 hPa风场上,可以明显地看到广西中东部和广东西部台风海燕的残余环流,气旋性环流东侧的东南偏南风与冷空气南下带来的东北偏东风交汇于江西南部和湖南南部。

13日08时(图略),500 hPa高度场上,584线南压至华南中部,我国南方大部地区位势高度持续减小,500 hPa高度场上有小的短波槽活动,西北太平洋副热带高压主体仍位于20°N以南,而西伸脊点位于95°E附近,较前一时次有明显西伸,副高的东西向带状分布切断了水汽由南海向华南的输送。同时,850 hPa风场上,气旋性环流明显减弱,风速、风向辐合主要位于江西南部、福建南部和广东东部,降水明显减弱。随着后期干冷空气的东移南下,有明显的干舌自华北向南延伸至华南,逐渐切断西北太平洋的水汽供应,降水趋于减弱结束。

5 热带气旋活动

11月,西北太平洋和南海共生成2个热带气旋(第30号海燕和第31号杨柳)(图 8),生成数接近常年同期(2.3个)(胡海川,2013)。

图 8 2013年11月热带气旋路径实况图 Fig. 8 The tracks of tropical cyclones in November 2013

今年第30号台风海燕于11月4日08时在西北太平洋上生成,8日07时在菲律宾中部莱特岛北部沿海登陆,11日05时在越南广宁省沿海登陆,11日09时进入我国广西境内。“海燕”登陆菲律宾前后,最大风速达75 m·s-1,风力17级以上,为超强台风。

今年第31号台风杨柳(热带风暴级)于11月14日20时在海南省三沙市永暑礁北偏西方大约280 km的南海南部海面上生成,生成后向偏西方向移动,并于15日05时30分前后在越南南部庆和省芽庄市附近沿海登陆,登陆后强度明显减弱。15日08时在越南多乐省境内减弱为热带低压,当天11时中央气象台对其停止编号。

6 雾霾天气

11月,我国中东部大部地区出现雾霾天气,全国平均雾霾日数为4.3 d,较常年同期(2.7 d)偏多1.6 d,为1961年以来历史同期最多(国家气候中心,2013)。华北至江南的大部地区以及重庆西南部、广东中部、云南西南部等地雾霾日数在5 d以上,其中江苏、安徽东部、浙江北部达10~15 d,局部地区超过15 d。与常年同期相比,江苏、安徽东部、浙江北部、河南中部、天津、河北西南部等地雾霾日数偏多5~10 d,其中江苏大部偏多10 d以上。

致谢:感谢国家气象中心张立生提供的降水量、降水距平和温度距平资料。

参考文献
胡海川, 2013. 2012年10月大气环流和天气分析[J]. 气象, 39(1): 123-128. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2013.01.016
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
刘凑华, 2012. 2011年11月大气环流和天气分析[J]. 气象, 38(2): 244-249. DOI:10.11676/qxxb2012.024
朱乾根, 林锦瑞, 寿绍文, 等, 2012. 天气学原理和方法: 第四版[M]. 北京: 气象出版社, 266-296.
国家气候中心. 2013. 2013年11月中国气候影响评价.