2025年3月, 全国平均气温偏高,平均降水量偏少;在冷空气影响下,雨雪天气及强对流过程频发,月初寒潮南下造成山东大暴雪和南方强对流天气。本文主要分析本月大气环流形势,以及在此形势下我国天气特点,并对主要天气过程成因及相应的主客观预报进行分析。
使用的数据包括:探空站观测数据、多源融合实况产品;数值天气预报模式资料、中央气象台智能网格预报产品以及NCEP再分析资料。文中所用时间为北京时。
1 天气概况 1.1 降水3月,全国平均降水量为28.3 mm,较常年同期(29.4 mm)偏少3.7%。从空间分布上看(图 1),降水主要集中在我国东南部,山东中部、河南中部、四川中部、重庆、江南、华南中东部、西藏东南部、云南西北部、台湾岛等地降水量在50 mm以上,其中江南、广东北部及台湾岛北部降水量在100 mm以上;全国其余大部地区降水量在25 mm以下。
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图 1 2025年3月全国降水量分布 Fig. 1 Distribution of precipitation over China in March 2025 |
与常年同期相比(图 2),内蒙古中东部、山西北部、青藏高原西部、川西高原、西北地区中部和东北部、黄淮北部等地的降水量偏多1倍以上,其中西藏西部、青海北部等地偏多4倍以上;辽宁、新疆中部和西南部、内蒙古西部、广西大部、云南中南部、华北东部等地降水量偏少5成以上。
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图 2 2025年3月全国降水量距平百分率分布 Fig. 2 Distribution of precipitation anomaly percentage over China in March 2025 |
3月,全国平均气温为5.3℃,较常年同期(4.8℃)偏高0.5℃。从全国平均气温距平空间分布看(图 3),内蒙古中东部、东北地区中南部、华北大部、黄淮、江淮、江南大部、西藏中南部及新疆北部等地平均气温较常年同期偏高1℃以上;青海北部、四川南部、云南东北部等地较常年同期偏低2℃以上;全国其余大部地区平均气温与常年同期接近或持平。
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图 3 2025年3月全国平均气温距平分布 Fig. 3 Distribution of monthly average temperature anomaly over China in March 2025 |
极涡一般是指位于对流层中上层且中心在极区的大尺度气旋性环流系统(顾思南和杨修群,2006;孙兰涛等,2006),其活动变化会对全球的大气环流、气候变化产生重要影响。2025年3月北半球极涡呈多极型分布,3个极涡中心分别位于北美东北部、格陵兰岛以东洋面以及鄂霍次克海北部,中心强度均低于516 dagpm,最低可达508 dagpm(图 4a)。从平均位势高度距平来看,3个极涡均明显偏强,中心距平达-22 dagpm。多极型的环流形势及偏强的极涡表明冷空气具有较强的活动能力,位于鄂霍次克海北部的极涡系统持续活跃,造成我国月内冷空气过程频发。
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图 4 2025年3月北半球500 hPa(a)平均位势高度和(b)距平(单位:dagpm) Fig. 4 Monthly average geopotential height and (b) its anomaly at 500 hPa in the Northern Hemisphere in March 2025 (unit: dagpm) |
2025年3月中高纬环流呈现四波型,与常年同期相当(麦子和张涛,2022;毛旭和张涛,2023;赵英珊和张涛,2024),除东欧槽、东亚槽、北美槽之外,在东北太平洋还存在一个高空槽(图 4a),4个高空槽对应明显的位势高度负距平(图 4b)。在东欧槽与东亚槽之间的浅脊宽阔平直,使得冷空气活动整体偏弱。而东亚槽偏强且持续东移,促使冷空气不断南下进入我国,与偏强的南支槽前暖湿气流交汇,导致我国强对流天气多发。
2.3 环流演变与我国天气图 5分别给出了2025年3月上旬、中旬、下旬欧亚地区500 hPa旬平均位势高度场分布。
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图 5 2025年3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 March 2025 (unit: dagpm) |
上旬(图 5a),欧亚大陆中高纬为“两槽一脊”的环流形势,位于鄂霍次克海北部的低涡系统逐渐加深并向东南方向移动,引导地面冷高压自蒙古国东北部进入我国。1—4日,低涡引导冷空气由我国东北地区进入黄淮地区,上述环流形势符合典型的东路寒潮模式(寿绍文,2014),给我国带来一次大范围寒潮过程。此次过程虽然地面冷高压强度不强,但由于过程前期南方地区气温显著偏高,导致过程整体降温幅度大,黄淮、江淮等地过程降温为10~18℃,江南地区过程降温最高达20℃以上,且最高气温降温幅度较最低气温更显著。旬内,南支槽位于青藏高原东南部,东移过程中持续引导西南暖湿气流向东北方向推进,与寒潮冷空气交汇,在我国南方地区引发年内首次大范围强对流天气。在冷空气和南支槽共同影响下,黄淮、江汉及江南地区北部出现较大范围降水,累计降水量大,其中山东西部和中北部、河南东南部等地出现暴雪到大暴雪、局地特大暴雪。9—10日,蒙古国东北部生成的低涡系统东移,造成年内我国首场沙尘天气过程。
中旬(图 5b),欧亚大陆中高纬继续维持“两槽一脊”的环流形势,位于鄂霍次克海北部的低涡系统位置少变但强度有所减弱。位于西伯利亚中部的高压脊相较于上旬有所北抬,东亚大槽也有所加深。从逐日演变上来看,位于内蒙古北部的蒙古气旋逐渐发展并持续东移,引发了两次不同程度的沙尘天气,影响我国西北地区、华北等地。旬中到旬末,位于西伯利亚的高压脊不断北抬至贝加尔湖附近,导致环流经向度加大,引导冷空气南下至我国华南地区,引发了江南、华南等地的强对流天气。
下旬(图 5c),欧亚大陆中高纬地区为“一槽一脊”的环流形势,鄂霍次克海北部低涡系统相较于中旬位置偏西,整体强度加强。欧亚大陆中部中高纬地区受宽广的西北气流控制,有利于冷空气由西路进入我国,旬末再次带来大范围寒潮过程,新疆、西北地区、内蒙古西部以及江南等地均大幅降温,新疆、内蒙古等地出现雨雪天气。受蒙古气旋及地面冷锋影响,旬末新疆、内蒙古、甘肃等地出现一次强沙尘暴过程。
3 主要降水和强对流过程3月,我国分别出现了1次暴雪和1次暴雨(表 1)以及3次强对流过程(表 2),主要影响区域集中在南方地区。前2次强对流过程都是伴随全国大范围寒潮过程出现的,其中月初寒潮南下过程中造成山东大暴雪和南方大范围强对流天气,下面将对此次暴雪和强对流过程进行具体分析。
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表 1 2025年3月主要降水过程 Table 1 Main precipitation processes in March 2025 |
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表 2 2025年3月主要强对流过程 Table 2 Main convective weather processes in March 2025 |
3月1—3日,山东经历了一次由强冷空气南下与黄淮气旋剧烈交汇引发的极端暴雪天气过程。此次过程受欧亚大陆中高纬“两槽一脊”环流形势主导:西伯利亚强冷涡分裂冷空气沿贝加尔湖至华北南下(图 6a),与受南支槽增强驱动并移出的西南涡后部冷空气在山东上空形成锢囚。南支槽增强导致南方暖湿气流不断向北输送,黄淮地区925~700 hPa西南风急流风速均在12 m·s-1以上,且存在明显风切变(图 6a),比湿在6~11 g·kg-1。地面气旋北部强冷空气自东北向西南推进(图 6b),低空冷垫与南方暖湿气流在黄淮地区形成显著的冷暖交汇区(图 6b),引发局地暴雪,山东中北部累计降雪量达10~39.3 mm(图 7a),新增积雪深度4~10 cm,淄博和滨州局地达12~19 cm。山东、河南共有85个国家级气象观测站日降水量突破当地3月历史极值。
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图 6 2025年3月2日08时(a)500 hPa位势高度(等值线,单位:dagpm)和850 hPa风场(风羽),(b)海平面气压(等值线,单位:hPa)和10 m风场(风羽) Fig. 6 Geopotential height (contour, unit: dagpm) at 500 hPa and wind field (barb) at 850 hPa, (b) sea surface pressure (contour, unit: hPa) and 10 m wind field (barb) at 08:00 BT 2 March 2025 |
本次大范围雨雪过程预报中,模式预报在中、短期均较为稳定,中期时效预报员对黄淮、江淮等地雨雪天气过程预报较为准确。基于多源融合观测资料、全球和中尺度确定性和集合数值天气预报模式结果、中央气象台智能网格预报等,短期时效内预报员对降水落区、降水量级的预报与实况均较为接近,但对于山东中部和南部、河南南部雨雪相态的精细化预报不够准确,导致降雪量和降雪范围预报均较实况偏小(图 7b)。全球模式对于山东积雪深度的预报在2 cm左右,与实况(4~10 cm)相比明显偏低,除了降雪量预报偏差导致的积雪深度预报偏低外,过程前期异常高温导致地温升高,对积雪深度预报也有一定的影响。
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图 7 2025年3月2日08时至3日08时24 h累计降水量(a)实况和(b)2日08时主观预报 Fig. 7 24 h accumulated precipitation from 08:00 BT 2 to 08:00 BT 3 of (a) observation and (b) forecasting initiated at 08:00 BT 2 March 2025 |
2—4日,受高空槽和低空切变影响,南方地区出现大范围强对流天气。江南、华南北部和东部等地出现不同程度的短时强降水,大部分地区小时降水量在20~30 mm,局地30~50 mm,有13个站次在50 mm以上,最大小时降水量达88.8 mm(湖南湘西),局地伴有8~10级雷暴大风和冰雹,最大风力超过12级(表 2),最大冰雹直径达4~6 cm。
从环流形势上看(图 6),此次过程主要受北方冷空气和南方暖湿气流的叠加影响,基本符合高空冷平流强迫类强对流天气的配置(许爱华等,2014)。过程前期,受南支槽和高原槽影响,在江南、华南地区东部等地暖湿气流发展旺盛。鄂霍次克海北部低涡分裂冷空气由我国东北地区南部南下至华北南部及黄淮地区,冷暖气流交汇,在低层形成明显切变,为强对流天气发生发展提供了有利条件。以湖南怀化站为例(图 8a),2日20时对流有效位能(CAPE)达到了429.1 J·kg-1,抬升指数(LI)为-1.62℃,抬升凝结高度和自由对流高度不高,且二者差距不大。上述不稳定能量和抬升条件均有利于强对流天气触发,2日夜间,湖南、湖北、江西等地均出现强对流天气,湖南北部和江西北部局地出现冰雹及10级以上的雷暴大风,最大小时降水量达88.8 mm。3日,随着高空槽东移和切变线南压,锋面系统进入到华南地区,环境的水汽条件和能量条件进一步增强。从广东清远站探空(图 8b)可见,3日20时CAPE为534.3 J·kg-1,LI为-2.44℃,抬升凝结高度和自由对流高度均在1500 m以下。受低空西南暖湿气流的影响,850 hPa比湿达10~12 g·kg-1,水汽条件良好。贵州、广东、福建等地发生强对流天气,以短时强降水和8级以上雷暴大风为主,局地伴有冰雹。
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图 8 2025年3月(a)2日20时湖南怀化站, (b)3日08时广东清远站探空观测 Fig. 8 T-lnp at (a) Huaihua Station at 20:00 BT 2 and (b) Qingyuan Station at 08:00 BT 3 March 2025 |
高分辨率区域数值模式预报产品及其释用是强对流天气预报业务的主要技术支撑(郑永光等,2015;俞小鼎和郑永光,2020)。从雷达组合反射率因子实况和预报对比(图 9)可见,整体上,CMA-GFS全球模式预报回波强度偏弱,难以准确刻画局地强对流系统;CMA-MESO(3 km)高分辨率区域模式较全球模式在回波强度上表现较好,但强回波位置偏北、偏西。从探空实况和预报对比来看,2日20时湖南怀化站(图 8a)CAPE值为429.1 J·kg-1,CMA-GFS预报(图 10a)则为615.9 J·kg-1,CMA-MESO(3 km)预报(图 10b)为704.9 J·kg-1,均较实况偏高,且有更大的对流抑制能量(CIN),反映模式中能量尚未释放,或由于模式预报了较实况更大的CIN而导致其无法突破CIN进而激发对流,从湿度廓线看, 中层也较实况偏干,不利于对流触发;3日08时广东清远站(图 8b)CAPE值为534.3 J·kg-1,CMA-GFS预报(图 10c)为376.8 J·kg-1,较实况偏低,而CMA-MESO(3 km)预报(图 10d)为551.4 J·kg-1,与实况值较为接近,然而低层湿度预报较实况也偏低。总体而言,全球模式和中尺度模式对此次强对流过程均有所体现,但预报对流的系统性和组织化程度均较实况偏弱,本次强对流过程虽具备中低层急流条件,但热力不稳定不是很强,使得模式难以准确预报对流强度和位置。
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图 9 2025年3月(a~c)2日20时, (d~f)3日08时雷达组合反射率因子实况和模式24 h时效预报 Fig. 9 Radar composite reflectivity factor of observation and 24 h forecasting of models at (a-c) 20:00 BT 2 and (d-f) 08:00 BT 3 March 2025 |
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图 10 2025年3月(a, b)2日20时湖南怀化站,(c, d)3日08时广东清远站模式预报探空 Fig. 10 T-lnp forecasted by models at (a, b) Huaihua Station at 20:00 BT 2 and (c, d) Qingyuan Station at 08:00 BT 3 March 2025 |
3月我国共有2次大范围冷空气过程(表 3),较常年同期(3.6次)偏少(国家气候中心,2025)。2次过程均为大范围寒潮过程,过程最大降温幅度均在20℃以上,且风力较大。
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表 3 2025年3月主要冷空气过程 Table 3 Main cold air processes in March 2025 |
2月下旬起,蒙古高原气温回升、降水减少和裸露地表持续干燥,使得近地表沙尘在强风作用下极易扬起。以2023年3—4月为例,蒙古国沙尘对我国北方沙尘浓度贡献超过了42%(Chen et al,2023)。蒙古气旋和冷锋后的强烈北风为起沙及沙尘跨境传输提供了便利条件,沙尘一路向南影响下游地区。3月共有4次沙尘天气过程影响我国(表 4),前3次均为扬沙天气过程, 第4次为强沙尘暴天气过程。沙尘天气过程总次数较2000年以来同期(3.5次)略偏多, 首次出现日期较2000年以来平均日期(2月13日)偏晚24天。
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表 4 2025年3月主要沙尘过程 Table 4 Main sand-dust weather processes in March 2025 |
10—13日,受蒙古气旋和地面冷锋影响,在我国北方地区出现明显沙尘天气,其中,新疆东部和南部、内蒙古西部等地部分地区出现了沙尘暴,最低能见度不足1 km,是我国今年第一次大范围沙尘天气过程。从环流形势上看,10日傍晚蒙古气旋开始发展,此时内蒙古西部地区近地面西风较为强盛。11日08时,500 hPa上(图 11a),蒙古国北部存在明显的西风槽,此时蒙古气旋位于蒙古国北部,大风区向东南方向移动,最大风力达16 m·s-1,沙尘区主要集中在内蒙古中部、山西北部和河北西北部。随后蒙古气旋逐渐发展并持续东移,促使沙尘区进一步向东南方向移动(图 11b)。此次过程沙源区范围主要为蒙古国和我国内蒙古西部的戈壁沙漠,预报难点主要集中在对沙源区下垫面起沙条件和动力条件的综合分析。对于此次过程,前期气温偏高,较强冷空气南下,提供了较好的起沙动力条件,但前一年夏秋季节植被长势情况较好保留大量根茎,对起沙有一定的抑制作用。
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图 11 2025年3月(a)11日08时,(b)12日08时500 hPa位势高度(等值线,单位: dagpm)、850 hPa风场(风羽)和海平面气压(阴影) Fig. 11 Geopotential height (contour, unit: dagpm) at 500 hPa, wind field (barb) at 850 hPa and sea level pressure (shaded) at (a) 08:00 BT 11 and (b) 08:00 BT 12 March 2025 |
3月上旬的雨雪天气使得华南和长江中下游等地前期的气象干旱得到一定程度缓解,但下旬起南方部分地区干旱有所发展。至月底,广西大部、云南东部、江苏南部、安徽东南部、河北东南部等地存在中度及以上气象干旱。
5.2 大雾3月主要发生两次海雾过程。10—12日,黄海大部、长江口及杭州湾附近海域、东海西部、福建沿海、台湾海峡出现能见度不足1 km的大雾,黄海东部沿岸海域、东海西部部分海域出现能见度不足500 m的浓雾。另外,11日和12日的早晨时段,江苏中北部、山东南部、河北南部等地的部分地区出现大雾,局地出现能见度不足50 m的特强浓雾。25—27日,黄海南部、长江口及杭州湾附近海域、东海西部、福建沿海、台湾海峡出现能见度不足1 km的大雾。
6 结论2025年3月全国平均降水量为28.3 mm,较常年同期偏少3.7%,空间分布不均,主要集中在江南、华南地区;全国平均气温为5.3℃,较常年同期偏高0.5℃,呈现“东暖西冷”的特征。
3月我国主要受低涡、地面冷锋及南支槽的影响较大,造成冷空气过程和强对流天气频发。月内共出现2次寒潮过程,具有范围广、降温明显的特点,最大降温幅度超过20℃,其中月初的寒潮过程造成了山东大暴雪及年内首次强对流过程。对于山东大暴雪预报,对雨雪相态转换的精细化预报难度较大,导致降雪量预报明显偏小,积雪深度预报明显偏低。3月共出现3次强对流过程,月初的强对流过程主要影响区域为江南、华南等地,小时降水量较大,伴有冰雹和大风。对于此次强对流过程预报,CMA-GFS全球模式和CMA-MESO(3 km)高分辨率区域模式对于雷达回波的预报较实况偏差明显,需进一步分析成因,改进预报效果。
致谢:感谢国家气象中心林建、张峰、张小雯、麦子、安林昌为本文提供的指导及数据支持。
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