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  气象   2024, Vol. 50 Issue (8): 1024-1032.  DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2024.070801

天气、气候评述

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郭楠楠, 林建, 2024. 2024年5月大气环流和天气分析[J]. 气象, 50(8): 1024-1032. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2024.070801.
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GUO Nannan, LIN Jian, 2024. Analysis of the May 2024 Atmospheric Circulation and Weather[J]. Meteorological Monthly, 50(8): 1024-1032. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2024.070801.
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资助项目

国家重点研发计划(2021YFC3000901)和中国气象局水文气象重点开放实验室开放研究课题面上项目(23SWQXM031)共同资助

第一作者

郭楠楠,主要从事天气预报技术研发工作.E-mail: gnnfighting@163.com

文章历史

2024年6月26日收稿
2024年7月8日收修定稿
2024年5月大气环流和天气分析
郭楠楠 , 林建     
国家气象中心,北京 100081
摘要:2024年5月北半球极涡偏单极型分布,强度偏强;中高纬完成了从冬季三波型向夏季四波型的转换,环流呈四波型,欧亚环流经向度较大,副热带高压较常年同期偏强、偏西、偏北,南支槽较常年同期偏弱。全国平均气温为17.7℃,较常年同期偏高1.2℃。全国平均降水量为69.5 mm,较常年同期偏少1%。月内,共发生5次区域性暴雨天气过程,南海夏季风于5月第6候(5月26日)爆发,较常年(5月第4候)偏晚2候。此外,发生3次强对流过程且局地遭遇风雹灾害,北方地区出现2次沙尘过程。
关键词大气环流    暴雨    沙尘    强对流    
Analysis of the May 2024 Atmospheric Circulation and Weather
GUO Nannan, LIN Jian    
National Meteorological Centre, Beijing 100081
Abstract: The main characteristics of the general circulation in May 2024 are that the polar vortex in the Northern Hemisphere was partially mono-polar with stronger intensity than usual. The 500 hPa geopotential height presented the distribution of a four-wave pattern in middle-high latitudes of the Northern Hemisphere, which means that the circulation had transformed from a three-wave pattern in winter into a four-wave pattern in summer, and the meridional degree of the Eurasian circulation was relatively high. The western Pacific subtropical high was stronger and located more westerly and northerly than that in normal years, while the south branch trough was weaker than usual. The monthly mean temperature across China in May was 17.7℃, 1.2℃ warmer than normal. The monthly mean precipitation was 69.5 mm, which is 1% less than normal. During this month, five regional torrential rain processes occurred in China, but the South China Sea summer monsoon erupted in the sixth pentad (May 26), 2 pentads later than the normal onset time in the fourth pentad in May. In addition, three severe convection weather events occurred this month, making the hit areas suffer from gales and hailstorm. Moreover, the northern part of China was troubled by two sand-dust events in this month.
Key words: atmospheric circulation    torrential rain    sand-dust    severe convection    
1 天气概况 1.1 降水

2024年5月,全国平均降水量为69.5 mm,与常年同期(70.3 mm)相比偏少1%,海南为1961年以来历史同期最多。从图 1空间分布上来看,东北地区东部、江淮南部、江汉西部和南部、江南、华南以及西南地区大部累计降水量超过100 mm,其中福建北部和南部、广东大部、广西大部、海南、贵州西南部等地在250 mm以上,广西南部、广东东部和南部沿海、海南岛中东部等地降水量超过400 mm,部分地区超过600 mm。监测显示,全国共有6个国家级气象站出现极端日降水量事件,其中,5月4日广东斗门站日降水量达到395.6 mm,5月30日海南珊瑚站日降水量高达629.3 mm(国家气候中心,2024)。全国其余大部分地区降水量在50 mm以下,其中,内蒙古中部和西部、新疆南疆盆地、青海西北部、甘肃北部、西藏西部等地不足10 mm,局部地区全月无降水。

图 1 2024年5月全国降水量分布 Fig. 1 Distribution of precipitation over China in May 2024

从降水量距平场可见(图 2),东北地区中部、内蒙古东部、新疆东部和中部偏南地区、西藏北部、青海北部和西南部、华南南部沿海、海南及西南地区东部等地降水量较常年同期偏多5成至2倍,局地偏多2倍以上。全国其余大部地区降水量较常年同期偏少,其中内蒙古北部和中西部、新疆西南部和东南部、甘肃北部、青海西北部、西藏西部和东南部、陕西大部、华北北部和中南部、西南地区东部及华北大部、黄淮、江淮大部等地偏少2至8成,局部偏少8成以上。西南冬春连旱缓解,黄淮、江淮干旱持续。

图 2 2024年5月全国降水量距平百分率分布 Fig. 2 Distribution of precipitation anomaly percentage over China in May 2024
1.2 气温

2024年5月,我国整体呈暖干特征,全国平均气温17.7℃,与常年同期(16.5℃)相比偏高1.2℃,为1961年以来第一高,内蒙古、甘肃、宁夏和山西均为1961年以来历史同期第一高,新疆、青海和陕西均为第二高。从图 3全国平均气温距平的空间分布来看,相较常年同期,内蒙古中西部、西藏北部、西北地区大部、华北大部、黄淮、江汉、四川东部等地偏高1~2℃,西北地区大部、内蒙古中西部、华北西部、黄淮中部等地偏高2~4℃,局部偏高4℃以上;东北地区中北部、四川中西部、贵州大部、江南南部及华南大部等地偏低0.5~1℃,局地偏低2℃以上。监测结果显示,5月全国共有云南耿马(35.9℃)、云南西盟(34.9℃)、云南孟连(35.8℃)3个国家级气象站日最高气温达到或突破极端阈值(国家气候中心,2024)。

图 3 2024年5月全国气温距平分布 Fig. 3 Distribution of temperature anomaly over China in May 2024
2 环流特征和演变 2.1 环流特征

2024年5月北半球平均位势高度场及距平场的空间分布如图 4所示,北半球环流形势相比常年平均具有以下特点。

图 4 2024年5月北半球500 hPa(a)平均位势高度场和(b)距平场(单位:dagpm) Fig. 4 (a) Monthly average geopotential height and (b) its anomaly at 500 hPa in the Northern Hemisphere in May 2024 (unit: dagpm)
2.1.1 极涡偏单极型分布,强度偏强

5月北半球极涡偏单极型分布(图 4a),极涡主体偏向东半球,从极地向大陆偏移明显。极涡中心位于新地岛以东地区,中心强度低于528 dagpm。与2023年相比(李妮娜和林建,2023),极涡的强度偏弱,且形态特征差异较大。从500 hPa位势高度距平场上看(图 4b),极涡中心附近的位势高度为负距平,且负距平中心小于-10 dagpm,这表明极涡的强度较历史同期相比显著偏强。

2.1.2 中高纬环流呈四波型,副热带高压较常年偏西、偏强

5月北半球500 hPa中高纬环流呈四波型分布,4个长波槽分别位于欧洲东部、亚洲东岸、北美西部和北美东部(图 4a),标志着冬季三波型向夏季四波型转换完成。从距平场可以看出(图 4b),受极涡系统的影响,欧洲东部大槽相较历史同期显著偏强,而亚洲东岸槽区为正距平,表明东亚大槽较历史同期偏弱。欧洲东部槽和东亚大槽之间为宽广的高压脊区,位势高度正距平中心值大于8 dagpm,强度较常年明显偏强,我国北方大部分地区处于蒙古高空脊区,欧亚整体的环流经向度较大。偏弱的东亚大槽和偏强的蒙古高压脊,导致冷空气南下偏弱,除东北地区以外北方大部分地区的冷空气活动明显偏弱。

低纬地区,西太平洋副热带高压(以下简称副高)与伊朗高压打通,588 dagpm线环绕北半球一周,较常年同期偏强、偏西、偏北,副高脊线位于18°N附近。孟加拉湾附近的南支槽平均位置位于90°E附近,位势高度异常场为正距平,强度较常年同期偏弱2 dagpm。5月第6候(5月26日)南海夏季风爆发,较常年(5月第4候)偏晚2候,强度接近常年到偏弱。

2.2 环流演变与我国天气

图 5为5月上、中、下旬欧亚地区500 hPa平均位势高度场环流形势。上旬(图 5a),欧亚中高纬地区大气环流呈“两槽一脊”形势。欧洲和东亚大槽分别位于黑海和日本岛附近,东亚大槽位置偏东且强度较弱,蒙古高原上空为一弱脊控制,受其影响我国北方大部分地区的温度呈缓慢回升的态势,其中新疆、内蒙古、东北地区等地气温较常年同期偏高2~6℃。而南支槽较活跃,副高偏强、偏北,受南支槽东移及副高外围暖湿气流的共同影响,西藏东部、西北地区东南部、西南地区大部、华南西部降水偏多,气温偏低。

图 5 2024年5月(a)上旬、(b)中旬、(c)下旬500 hPa平均位势高度场(单位:dagpm) Fig. 5 Average geopotential height at 500 hPa in the (a) first, (b) second and (c) third dekads of May 2024 (unit: dagpm)

中旬,中高纬的环流形势相比上旬有所调整,但仍维持“两槽一脊”形势(图 5b)。欧洲和东亚大槽、蒙古高压脊均发展加深,我国中纬度呈现“西高东低”的形势,环流经向度增大且多波动,东北冷涡偏多偏强,槽后西北气流携带的冷空气势力强劲,影响我国北方地区。中旬北方地区多大风、沙尘及降温天气,内蒙古、西北地区、华北地区、黄淮等地出现扬沙或浮尘,其中新疆南部盆地、内蒙古西部等地部分地区出现沙尘暴天气,东北地区、华北地区等地多阵性降水。副高阶段性地加强北抬,暖湿气流进一步增强,为南方地区提供了良好的水汽和能量条件。伴随冷涡引导的冷空气沿偏东路径持续南下,冷暖空气交汇影响我国南方大部,造成我国江南、华南以及西南地区等地多轮强降水过程。

下旬,中高纬环流东移,整体仍然维持“两槽一脊”的形势(图 5c)。新地岛以东的极涡发展增强,西西伯利亚附近的高空槽进一步加深,中亚低值系统活跃。同时,蒙古附近的高压脊进一步发展增强,脊线由上、中旬的南北向调整为东北—西南走向,环流经向度进一步增大,东北冷涡活动频繁,内蒙古东部、东北地区大部降水较常年同期显著偏多。低纬地区,受孟加拉湾风暴的影响,南海夏季风于5月第6候(5月26日)爆发,较常年(5月第4候)偏晚2候,导致华南北部、江南南部、西南地区西部等地较常年同期降水偏少2成以上。下旬末副高快速加强北抬,脊线位于20°N附近,加之南海季风北上,水汽和能量条件进一步增强,配合冷空气活跃南下,我国华南、江南等地降水范围更广、强度更大。5月30日在季风槽中有南海热带低压发展,于31日14时(北京时,下同)加强为2号台风马力斯,并向北移动登陆广东,受其影响,海南岛、广东、福建等地出现大到暴雨,局地大暴雨的天气。

3 主要降水和强对流过程 3.1 概况

2024年5月,我国共发生5次大范围的强降水天气过程(表 1),分别出现在3—4日、7—9日、10—12日、18—20日、26—28日,强降水主要发生在西南地区东部、江南、华南等区域,较常年同期略偏少。几次强降水过程基本都伴有明显的强对流天气,部分地区引发洪涝灾害。其中,5月18—20日暴雨过程的小时雨强最极端。

表 1 2024年5月主要降水过程 Table 1 Main precipitation processes in May 2024
3.2 5月18—20日广东、广西等地强降水过程

受东移高空槽、低涡切变及弱冷空气的共同影响,5月18—20日,两广地区自西向东出现强降水天气,广西、广东西部和中北部等地部分地区出现暴雨到大暴雨,局地特大暴雨,累计降水量有50~150 mm,广西桂林、南宁、钦州、防城港、北海及广东湛江等地200~300 mm,广西钦州沿海局地400~717 mm。广西、广东有7个国家级气象观测站日降水量突破5月中旬历史极值,其中广西南宁和隆安、广东湛江日降水量突破5月历史极值;广西钦州龙门港镇日降水量(610.5 mm)打破钦州市历史纪录。从广西钦州龙门港镇站点的小时降水量随时间的演变(图 6)可以看出,最大小时雨强出现在19日03时,降水量高达189.6 mm,突破广西历史极值。

图 6 2024年5月18日08时至20日08时广西钦州龙门港镇站小时降水量随时间的演变 Fig. 6 Evolution of hourly precipitation at Longmengang Station, Qingzhou, Guangxi from 08:00 BT 18 to 08:00 BT 20 May 2024

从环流形势演变来看(图 7),18日20时,四川盆地东部有高原涡生成,副高北界位于南海洋面。19日08时,200 hPa广西南部至广东西部一带为高空辐散区(图略),随着孟加拉湾季风、南海季风的加强、北推,850 hPa上广西南部—广东—湖南东部的偏南气流增强为低空急流,贵州、湖南交界附近有低涡生成,其南部伴有明显的切变线,地面辐合加强,与高空辐散配合提供了有利的动力抬升条件;南侧持续的偏南气流输送使得广西附近的大气可降水量维持在60 mm以上,对流有效位能也保持较高的状态(图略),存在明显的对流不稳定层结,强降水主要位于低涡南侧的高温高湿区。19日20时,高原涡减弱并略微南移,低层的低涡系统南压至两广交界处,另外在低涡的东侧,华南沿海附近存在一条暖式切变线。20日20时,高原涡减弱为高空槽并东移,低涡系统也减弱为华南沿海附近的一条东北—西南向切变线,高温高湿区主要位于洋面附近,因此陆地上的降水逐渐东移减弱。

图 7 2024年5月(a)18日20时,(b)19日08时,(c)19日20时,(d)20日20时500 hPa位势高度场(等值线,单位:dagpm)、850 hPa风场(风羽)和整层可降水量(填色) Fig. 7 Geopotential height (contour, unit: dagpm) at 500 hPa, wind field (barb) at 850 hPa and PWAT (colored) at (a) 20:00 BT 18, (b) 08:00 BT 19, (c) 20:00 BT 19 and (d) 20:00 BT 20 May 2024

从低层环流来看(图 8),925 hPa广东至广西一带存在偏东风回流,其带来的弱冷空气造成了两方面的影响,一方面,从假相当位温的梯度大值区可以看出,冷空气前沿的锋区西移南压至贵州西南部至两广一带,有利于大尺度降水的发生;另一方面,弱冷空气在对流层低层形成一个浅薄的冷垫,低涡南侧高温高湿的偏南气流沿冷垫爬升,有助于在暖区中触发对流。由于华南沿海受副高边缘西南气流控制,引导气流较弱,对流系统移动缓慢,降水累积效应明显,因此引发了局地强降水。广西东部、广东西部等地出现大到暴雨,广西桂林、南宁、钦州、北海、防城港等地出现局地大暴雨,广东雷州半岛出现了城市内涝。

图 8 2024年5月(a)18日20时,(b)19日08时925 hPa风场(风羽)和相当位温(填色) Fig. 8 Wind field (barb) at 925 hPa and equivalent potential temperature (colored) at (a) 20:00 BT 18 and (b) 08:00 BT 19 May 2024
3.3 5月30日京津冀对流性大风

5月我国主要发生3次强对流过程(表 2),分别出现在4日、25—27日、30日,主要以雷暴大风和短时强降水为主。

表 2 2024年5月主要强对流过程 Table 2 Main severe convection processes in May 2024

5月30日,受地面气旋、冷锋、低涡和切变线的共同影响,午后12—18时华北北部等地出现线状强风暴系统,并在下山过程中快速增强,线状对流随锋面快速扫过京津冀、辽宁等地,系统性大风与对流性大风叠加造成上述地区出现了风力8~10级、局地11~12级、最大达13级的极端大风过程。京津冀区域站共记录到8级以上雷暴大风832个站次,其中达10级以上雷暴大风100个站次,达13级大风2个站次,中午张家口附近对流快速发展东移,线状对流系统移速达70 km·h-1。由此可见,此次过程具有风暴移速快、下山快速加强、强风范围大且强度强的特点。

30日14时的环流形势(图 9a)显示,东北地区有冷涡系统切断,华北地区处于高空冷涡的西南侧,200 hPa高层辐散明显(图略),受下滑短波槽的影响,动力抬升作用加强;700 hPa冷涡西南侧存在较强的西北风急流,中低层垂直风切较大,有助于高空动量下传,但整层可降水量不足40 mm,环境偏干。从温度场来看(图 9b),低层850 hPa有一个明显的暖脊自陕西北部延伸至吉林,受冷涡底部西北气流带来的冷平流影响,存在较强的层结不稳定,高低层温度差最强可达34~38℃。相较历史上的相似个例,如2023年4月15日、5月12日等雷暴大风事件,高低层温差存在一定的极端性(赵英珊等,2023李妮娜和林建,2023)。伴随冷涡带来的冷空气的不断南压,地面锋面气旋也东移南压并加强(图 10),对流随冷锋移动自西北向东南扫过京津冀等地。从北京站30日14时的订正探空曲线来看(图 11),低层明显偏干,受中层急流的影响,0~6 km的垂直风切变较大,可达18.1 m·s-1,对流有效位能达1095.9 J·kg-1,高空风随高度逆转为冷平流,低空风随高度顺转为暖平流,综合环境条件有利于雷暴大风的发生(曹艳察等,2024杨磊和郑永光,2023)。

图 9 2024年5月30日14时(a)500 hPa位势高度场(等值线,单位:dagpm)、700 hPa风场(风羽)和整层可降水量(填色),(b) 500 hPa温度场(虚线,单位:℃)、850 hPa温度场(实线,单位:℃)和温度差(填色) Fig. 9 (a) Geopotential height (contour, unit: dagpm) at 500 hPa, wind field (barb) at 700 hPa and PWAT (colored); (b) temperature field at 500 hPa (dashed line, unit: ℃) and 850 hPa (solid line, unit: ℃), and the temperature difference between the two heights (colored) at 14:00 BT 30 May 2024

图 10 2024年5月30日14时海平面气压场(单位:hPa) 注:G(D)表示高(低)压中心,红色(蓝色)三角表示暖(冷)锋。 Fig. 10 Sea level pressure field (unit: hPa) at 14:00 BT 30 May 2024

图 11 2024年5月30日08时北京站探空资料经过14时地面温度订正后的探空曲线 Fig. 11 T-lnp diagram of Beijing Sounding Station at 08:00 BT after being corrected by the surface temperature at 14:00 BT 30 May 2024
4 其他灾害性天气 4.1 沙尘

2024年5月,受地面冷锋和蒙古气旋影响,我国共发生2次沙尘天气过程,分别发生在10—11日和14—17日,较历史同期偏少(李妮娜和林建,2023韩旭卿和张涛,2022华珊等,2021)。14—17日受冷空气大风的影响,我国西北地区、内蒙古等地部分地区出现了扬沙或浮沉天气,其中14—15日,内蒙古西部、甘肃河西地区东部、新疆东部等地局地出现了沙尘暴或强沙尘暴。从环流形势的演变来看(图 12),5月14日20时,我国中高纬主要呈“西高东低”的形势,500 hPa高压脊位于蒙古高原上空,环流经向度较大,脊前为西北气流控制,有利于引导冷空气南下,受脊前下滑冷空气的影响,下游的高空槽不断发展加深,对应低层有地面冷高压发展,中心强度大于1030 dagpm。在靠近地面冷高压底部气压梯度大值区的内蒙古、华北北部等地出现了4~6级偏北风、阵风7~9级,局地降温幅度达10℃以上;此外,冷空气沿着蒙古高压底部向西侵入,由于我国内蒙古大部、西北地区前期位于高压脊区,地面温度较高,且水汽相对较少,新疆南部和东部、甘肃河西地区、内蒙古西部、宁夏北部等地出现扬沙或浮尘天气,其中新疆东部、甘肃河西地区东部、内蒙古西部等地的部分地区有沙尘暴,内蒙古西部、甘肃河西地区东部局地有强沙尘暴。5月15日20时,高空槽进一步加深发展切断成冷涡,地面冷高压东移南压至黄淮、江淮地区,新疆、甘肃河西地区和内蒙古西部等地的地面风速减弱,但受前期冷空气西侵带来的沙尘传输影响,上述地区的沙尘天气持续,但强度减弱。

图 12 2024年5月(a)14日20时,(b)15日20时500 hPa位势高度场(等值线,单位:dagpm)、10 m风场(风羽)和海平面气压(填色) Fig. 12 Geopotential height at 500 hPa (contour, unit: dagpm), 10 m wind field (barb) and sea level pressure (colored) at (a) 20:00 BT 14, (b) 20:00 BT 15 May 2024
4.2 干旱

5月以来,西南大部累计降水量超过50 mm,冬春连旱缓解。4月上旬,黄淮、江淮等地气象干旱开始露头并发展;5月25日,中旱及以上等级干旱面积(43.6万km2)和特旱面积(13.7万km2)均达最大;26日,黄淮、江汉等地出现降水过程,上述地区干旱略有缓和。5月31日,黄淮中部、江淮北部、江汉东部等地存在中度及以上等级气象干旱,局地特旱;鲁豫皖苏鄂5省中旱以上干旱面积30.8万km2,其中重旱面积12.4万km2,特旱面积4.3万km2

4.3 台风活动

5月热带气旋生成数较常年同期偏多,西北太平洋及南海、孟加拉湾各有1个台风(气旋风暴)生成,即1号台风艾云尼、2号台风马力斯和孟加拉湾气旋风暴雷马尔。

台风艾云尼于5月26日在菲律宾吕宋岛上生成,26日23时由强热带风暴级加强为台风级,成为2024年首个台风,其后向东北方向移动,对我国天气影响较小。孟加拉湾气旋风暴雷马尔于5月25日夜间在孟加拉湾北部洋面生成,在其向偏北方向移动的过程中逐渐增强,27日03时在孟加拉国库尔纳区沿海登陆,登陆后强度逐渐减弱。受其外围云系影响,27—29日,我国云南西部和西藏南部等地的部分地区有中到大雨,局地暴雨。31日14时,南海热带低压在南海北部海域加强为台风马力斯,之后向北移动,受其影响,我国华南、海南岛、台湾岛等地的部分地区出现了大雨到暴雨,局地大暴雨。

致谢:感谢国家气象中心气象服务室王韫喆为本文提供月降水量、降水距平百分率和温度距平资料。

参考文献
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