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  气象   2015, Vol. 41 Issue (5): 654-660.  DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2015.05.014

天气、气候评述

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宫宇, 孙军, 2015. 2015年2月大气环流和天气分析[J]. 气象, 41(5): 654-660. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2015.05.014.
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GONG Yu, SUN Jun, 2015. Analysis of the February 2015 Atmosphere Circulation and Weather[J]. Meteorological Monthly, 41(5): 654-660. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2015.05.014.
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第一作者

宫宇,主要从事暴雨灾害天气研究.Email:heygy@live.cn

文章历史

2015年3月27日收稿
2015年4月09日收修定稿
2015年2月大气环流和天气分析
宫宇 , 孙军     
国家气象中心,北京 100081
摘要:2015年2月大气环流的主要特征是极涡偏强且呈单极型分布,中、高纬度环流呈4波型,西太平洋副热带高压偏弱,南支槽位置与常年相近。2月全国平均气温-0.2℃,较常年同期偏高1.5℃;全国平均降水量16.3 mm,比常年同期(17.4 mm)偏少6.3%。月内我国有两次强冷空气过程;东北出现了一次较强降雪过程。下半月开始,南方雨雪过程较多且范围较大。中东部出现了2次大范围的雾或霾天气过程,并出现了1次沙尘天气。
关键词大气环流    降水            
Analysis of the February 2015 Atmosphere Circulation and Weather
GONG Yu, SUN Jun    
National Meteorological Centre, Beijing 100081
Abstract: The main characteristics of the general atmospheric circulation in February 2015 are as follows. There is one polar vortex center in the Northern Hemisphere, stronger than usual. The atmospheric circulation is in a four-wave pattern over mid-high latitudes. The West Pacific subtropical high is weaker than usual and the south branch trough is almost at the same position as normal. The monthly mean temperature is -0.2℃, 1.5℃ higher than normal. The monthly mean precipitation is 16.3 mm, which is 6.3% less than normal. Two strong cold air processes are experienced in this month, and northeast of China has one heavy snowfall process. Starting from the second half of February, more rain and snow events visit wide range of Southern China, while two haze or fog events and one sand and dust weather appear in the central and eastern part of China.
Key words: atmospheric circulation    precipitation    fog    haze    
引言

2015年2月,全国平均降水量16.3 mm,较常年同期(17.4 mm)偏少6.3%。全国平均气温-0.2℃,较常年同期(-1.7℃)偏高1.5℃,为1961年以来第六高,除西藏西南部偏低1℃以上外,全国大部分地区气温偏高于常年。月内,我国北方出现了一次大范围降雪过程,北方冬麦区旱情得到缓解;南方地区在2月下半月出现持续出现降水天气;中东部出现了一次较大范围的雾-霾天气过程;北方地区出现了两次沙尘天气。

1 天气概况 1.1 降水

2015年2月(图 1),全国平均降水量为16.3 mm,较常年同期(17.4 mm)偏少6.3%。东北、山西北部、黄淮、江淮、长江中下游地区、华南大部、西南地区东部、新疆北部、西藏西南部和东南部月累积降水超过了10 mm,其余地区则均小于10 mm。而其中在长江中下游地区累积降水超过了100 mm(国家气候中心,2015)。

图 1 2015年2月全国降水量分布(单位:mm) Fig. 1 Distribution of precipitation over China in February 2015 (unit: mm)

与常年同期相比,除东北大部、华北北部、长江中下游地区及内蒙古东部、甘肃中西部、青海北部、西藏中南部等地降水偏多5成至2倍,东北西部、内蒙古东部的部分地区偏多2倍以上外,全国其余大部地区降水偏少或接近常年同期,其中华南东部及海南、四川大部、云南大部、河南西部、陕西中部、青海南部、新疆南部等地偏少5~8成,四川、云南、新疆部分地区偏少8成以上(图 2)。

图 2 2015年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 2015 (unit: %)
1.2 气温

2015年2月(图 3),全国平均气温-0.2℃,较常年同期(-1.7℃)偏高1.5℃,为1961年以来第六高。除西藏西南部地区偏低1℃以上外,全国大部分地区气温偏高或接近常年,其中内蒙古东部、黑龙江西部、新疆北部、广西南部、广东北部、湖南南部、江西南部等地偏高2~4℃,局部偏高4℃以上。

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

图 4给出2015年2月北半球500 hPa平均高度及距平的水平分布,与常年平均相比较,2月有以下特点。

图 4 2015年2月北半球500 hPa平均高度(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 2015 (unit: dagpm)
2.1 极涡呈单极型分布

2月,北半球极涡呈单极型分布,极涡主体偏向北美大陆北部,位置偏南,极涡中心强度低于4960 gpm,对应较明显的负位势高度距平区,负距平中心超过了-120 gpm,说明极涡较常年偏强,导致北美地区暴雪和寒流天气频发,而亚洲远东地区则相对平静。北半球中高纬度西风带呈4波型分布,亚欧地区位势高度呈“西高东低”分布型,以纬向环流为主,我国北方大部地区受正位势高度距平控制,冷空气势力较弱,对应我国平均气温偏高。

2.2 南支槽位置与常年接近,副热带高压强度较常年偏弱

2月,南支槽位置大致位于90°E附近,位于弱的负位势高度距平内,说明南支槽位置与常年接近,强度较常年略微偏强,利于水汽向我国南方地区输送,对应我国长江中下游地区降水持续。西北太平洋上空普遍受负的位势高度距平控制,且没有5880 gpm等高线出现,说明西北太平洋副热带高压较常年偏弱。

2.3 环流演变与我国天气

图 5给出了2月上、中、下旬欧亚地区500 hPa高度场的平均环流形势。上旬亚洲中高纬地区大气环流形势为两槽一脊型,低槽分别位于巴尔喀什湖以西和亚洲东海岸,南支槽位置偏西,我国中西部地区受较强的高压脊控制。冷空气连续南下至我国,而南支槽位置偏西,槽前西南暖湿气流对长江以南地区水汽输送能力不足,因此,2月上旬,我国大部天气以晴好为主,降水天气较弱。

图 5 2015年2月上(a)、中(b)、下旬(c)的500 hPa平均位势高度(单位:dagpm)和距平(阴影) Fig. 5 Mean geopotential heights (unit: dagpm) and anomalies (shadow) for (a) the first, (b) middle and (c) last dekads in February 2015

2月中旬(图 5b),欧亚地区中纬度大气环流形势仍为两槽一脊型,但环流经向度有所降低,东亚大槽仍位于亚洲东岸,我国北方大部受弱脊控制,高纬度西伯利亚上空为一长波槽,而低纬度南支槽位置则移至孟加拉湾附近。旬前期,影响我国的冷空气较弱,南支槽位置偏西,我国大部天气较为平静。旬后期,西伯利亚上空槽分裂出一个短波槽,并发展成低涡东移南下,低涡携带的冷空气与南支槽前的暖湿气流在我国南方地区汇合,导致我国中东部地区出现了一次较大范围的雨雪天气过程。

2月下旬(图 5c),亚洲中高纬度地区环流形势为一脊一槽型,脊线位于黑海附近上空,而我国北方则受弱槽控制,整体呈长波调整过渡状态,而低纬地区副高有所加强北抬。旬前期,不断分裂南下的短波槽配合西伸北抬的副热带高压外围的暖湿气流,我国长江以南地区产生了持续的降水。旬末,伴随着东亚大槽的重新建立,长江中下游地区出现了一次较强降水。

3 冷空气活动 3.1 概况

2月我国冷空气活动次数较常年平均偏少,共出现2次强冷空气(常年2.07次)。分别出现在2月5—7日和20—23日。两次冷空气过程的影响范围和强度详见表 1

表 1 2015年2月主要冷空气过程 Table 1 Main cold air processes in February 2015
3.2 2月20—23日强冷空气过程分析

2月20—23日,一次强冷空气影响我国北方地区,带来大风、降温、沙尘和降雪天气(表 1)。

由2月20日08时的500 hPa天气图(图 6)来看,贝加尔湖以西有一高空冷涡存在,中心强度为520 dagpm,对应的冷中心强度为-44℃。高空冷涡后部偏北风引导着冷空气在西西伯利亚地区堆积,地面高压中心气压值达1050 hPa,该高压东南侧对应着一条从贝加尔湖以北延伸至蒙古国中西部的冷锋,冷锋前则有数个地面低压存在。此后,贝加尔湖以西的高空冷涡逐渐向东南方向移动至我国东北地区上空,相应西西伯利亚地区的地面冷高压也逐渐向东向南扩散,地面低压合并发展成蒙古气旋,并逐渐从蒙古中部向东移至我国东北地区上空,中心气压低至1005 hPa以下,冷高压与低压之间有着明显的等压线密集区,气压梯度较强,地面风力较大,使得华北、东北大部地区出现大风、降温、沙尘天气。并且,地面气旋在东北地区持续盘踞,其后部南下的冷空气与来源于我国东部海面的偏南暖湿气流结合,使内蒙古东部、东北地区中北部普遍降下了大到暴雪(杨寅等,2014)。

图 6 2015年2月20日08时500 hPa位势高度场(实线,单位:dagpm)及温度场(虚线,单位:℃)(a),2月21日20时海平面气压场、风场和天气现象(b) Fig. 6 (a) 500 hPa geopotential heights (solid line, unit:dagpm) and temperature (dashed line, unit: ℃) at 08:00 BT 20 February 2015, (b) sea level pressure, wind and weather phenomenon at 20:00 BT 21 February 2015
4 主要降水过程 4.1 概况

2015年2月主要有3次降水过程,主要特点是降水范围广、累积降水量大和降水相态复杂,主要降水过程如表 2所示。

表 2 2015年2月主要降水过程 Table 2 Main precipitation processes in March 2014
4.2 2月25—28日降水过程分析

2月25—28日,我国中东部和南方地区先后出现了大范围雨雪天气(表 2),江淮南部、江汉东南部、江南北部上述地区累积降水达25~128 mm。

这次中东部和南方的大范围雨雪天气过程主要是由于高空短波槽在东移过程中与中低层的切变线和低空急流相结合造成的。从图 7中可以看出,500 hPa上环流形势场高原东侧和西北地区不断有短波槽东移,但南支槽活动不明显。在700 hPa上,长江以南至华南地区有西南低空急流建立并持续维持,其中心风速达26 m·s-1,比湿可达7 g·kg-1, 水汽条件充足,而长江以北地区则有冷空气南下与西南低空气流在长江中下游地区附近对峙。850 hPa上,长江以南,有一切变线从西南地区南部延伸至江南东部,并持续维持,切变线上有低涡东移入海,切变线南侧也有低空急流存在,急流最大风速超过了20 m·s-1,急流区域空气比湿达12 g·kg-1。因此,从以上分析可以发现,不断东移的高空槽、低层低涡和切变线的存在为这次大范围雨雪天气过程提供了良好的动力条件,而低空急流则提供了理想的水汽输送条件,从而导致了此次较强降水过程的产生(于超等,2014)。

图 7 2015年2月25日20时(a)和27日20时(b)500 hPa位势高度和850 hPa要素填图 (黑色虚线为850 hPa切变线) Fig. 7 500 hPa geopotential heights and 850 hPa winds at 20:00 BT 25 February (a) and 20:00 BT 27 February 2015 (b) (Black dashed lines are shear lines at 850 hPa)
5 其他灾害天气 5.1 概况

2月,我国主要出现了2次大范围雾-霾天气过程(1—3日和14—16日),其中,14—16日过程为重污染过程。2月我国中东部大部霾日数有5~10 d,其中江苏普遍有10~20 d。

5.2 2月14—16日雾-霾过程分析

14—16日,北京、天津、河北、辽宁、吉林、河南、山东、四川盆地等地出现雾-霾天气,部分地区PM2.5浓度超过250 μg·m-3,北京、河北中部局地PM2.5浓度超过300 μg·m-3。同期,华南南部、江苏、安徽南部、浙江北部、四川盆地、广西等地部分地区出现能见度不足1000 m的雾。

这次雾-霾天气过程的形成原因主要有两方面:一方面从500 hPa位势高度场(图 8a)和海平面气压场(图 8b)可以发现,我国长江以北地区受一弱的高压脊控制,而地面受低压倒槽或弱高压边缘控制,气压梯度较小,风速较小,不利于污染物的扩散,南支槽位于孟加拉湾上空,水汽被输送至我国上空,空气湿度较大,有利于雾-霾天气的产生。另一方面,此次雾-霾天气出现间断正值春节前夕,全国各地燃放烟花爆竹庆祝,空气污染物排放增多。因此,以上两个因素导致了此次全国性的重污染天气的发生(黄威等,2015)。

图 8 2015年2月13日20时至16日20时500 hPa平均位势高度场(a,单位:dagpm)和海平面气压场(b,单位:hPa) Fig. 8 Mean geopotential height at 500 hPa (a, unit: dagpm) and sea level pressure (b, unit: hPa) from 20:00 BT 13 to 20:00 BT 16 February 2015
5.3 沙尘天气过程

月内,北方地区出现1次沙尘天气过程。2月21—22日,内蒙古中西部、陕西北部、华北北部、辽宁、吉林南部等地的部分地区出现扬沙或浮尘天气,内蒙古中部局地出现沙尘暴,朱日和、二连浩特出现强沙尘暴(分析见3.2节)。

参考文献
黄威, 张芳华, 2015. 2014年11月大气环流和天气分析[J]. 气象, 41(2): 254-260. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2015.02.015
国家气候中心. 2015. 2015年2月中国气候影响评价.
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. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2014.05.016
于超, 张芳华, 2015. 2014年10月大气环流和天气分析[J]. 气象, 41(1): 126-132. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2015.01.016