楊正龍，尹盡勇，張?jiān)龊?，劉濤，曹越男，呂心艷

(國家氣象中心，北京 100081)

引言

冬季為冷空氣活動(dòng)較為活躍的季節(jié)，我國近海海域冷空氣大風(fēng)過程多發(fā)，影響我國近海海域的災(zāi)害性天氣主要為海上大風(fēng)和海霧。本文對(duì)2019年冬季(2019年12月—2020年2月，下同)北半球的大氣環(huán)流特征進(jìn)行了總結(jié)性概述，將我國近海主要天氣過程結(jié)合大氣環(huán)流的逐月演變進(jìn)行了分析；其次，對(duì)我國近海海域發(fā)生的幾種海洋災(zāi)害性天氣過程進(jìn)行了總結(jié)和分析；此外，還統(tǒng)計(jì)了西北太平洋和南海熱帶氣旋及其他各大洋的熱帶氣旋活動(dòng)情況。對(duì)大浪過程、浪高和海面溫度分布等海洋要素，文中同樣進(jìn)行了描述。文中所使用的數(shù)據(jù)主要有：氣象觀測資料(地面站、海島站、船舶站等觀測資料)、NCEP FNL再分析資料、法國AVISO衛(wèi)星高度計(jì)浪高資料、歐洲中期數(shù)值預(yù)報(bào)中心EC再分析海面溫度資料、美國JTWC全球熱帶氣旋最佳路徑資料等。文中涉及大風(fēng)、海霧和大浪等幾種災(zāi)害天氣過程的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)同文獻(xiàn)[1-3]。

1 環(huán)流特征及對(duì)我國近海天氣的影響

1.1 環(huán)流特征

2019年冬季500 hPa平均位勢高度場及距平場(圖1)顯示，北半球的極渦呈偶極型分布，兩個(gè)主要低值中心分別位于東、西半球，東半球極渦中心位于巴倫支海上空(80°N，40°E)，中心位勢高度 504 dagpm；西半球中心位于格陵蘭島北部以西(75°N，80°W)，中心位勢高度為500 dagpm。北半球中高緯呈3波型分布，西風(fēng)帶槽脊較常年明顯偏弱。對(duì)我國近海天氣有重要影響的東亞長波槽從鄂霍次克海向西南方向伸展，直至我國西南地區(qū)。位勢高度距平場顯示，極渦較常年平均值偏強(qiáng)，北極呈現(xiàn)0～2 dagpm的負(fù)距平，西半球極渦中心附近有4～6 dagpm的負(fù)距平，東半球極渦中心附近有2～4 dagpm的負(fù)距平。東亞中緯度地區(qū)處于正距平區(qū)，東亞大槽強(qiáng)度較常年減弱，槽后影響我國海域的冷空氣強(qiáng)度偏弱。

圖1 2019年12月—2020年2月北半球500 hPa平均位勢高度場(a)和距平場(b)(單位：dagpm)Fig.1 Mean geopotential height (a) and its anomaly (b) at 500 hPa in the Northern Hemisphere from December 2019 to February 2020 (units: dagpm)

1.2 月環(huán)流特征及對(duì)我國近海天氣的影響

2019年12月，歐亞大陸及西北太平洋海域的中高緯環(huán)流呈弱的3波型(圖2a)，西側(cè)的槽區(qū)位置偏南，位于黑海以西至地中海東部上空；貝加爾湖以西有一小槽東移；東亞大槽分成兩部分，北支槽區(qū)位于俄羅斯東部向西南延伸至我國東北地區(qū)，南支槽區(qū)位置較常年偏西，位于我國東部地區(qū)；弱脊區(qū)位于西伯利亞地區(qū)。中高緯地區(qū)環(huán)流經(jīng)向度較小，從距平場上看，東亞槽區(qū)位于正距平區(qū)，與常年相比東亞槽位置偏西且偏弱，我國近海上空主要受東亞槽底部或槽前的偏西到西南氣流控制，不利于冷空氣的堆積與爆發(fā)。由海平面氣壓場和距平場(圖2b)可以看到，冷高壓中心位于貝加爾湖的西南部，中心氣壓為1 036 hPa左右，我國近海海域?yàn)楦邏褐行臇|部的弱高壓區(qū)控制，以弱的偏北或東北風(fēng)為主，冷空氣活動(dòng)強(qiáng)度較弱。

圖2 2019年12月北半球500 hPa平均位勢高度場(等值線)及距平場(填色)(a；單位：dagpm)和海平面氣壓場(等值線)及距平場(填色)(b；單位：hPa)Fig.2 Monthly mean geopotential height (contour) and its anomaly (shaded) at 500 hPa (a, units: dagpm) and monthly mean sea-level pressure (contour) and its anomaly (shaded) (b, units: hPa) in the Northern Hemisphere in December 2019

2020年1月，歐亞大陸及西北太平洋海域的中高緯環(huán)流調(diào)整為“兩槽一脊”型(圖3a)，西側(cè)的槽區(qū)位于烏拉爾山以西地區(qū)，并向南延伸到地中海以東地區(qū)，東亞大槽位于鄂霍次克海至日本以東洋面，脊區(qū)位于西伯利亞地區(qū)，整體上看槽脊較為平直，冷空氣強(qiáng)度較常年偏弱。從距平場上看，高壓脊區(qū)伴有弱的正距平，而東亞大槽也處于正距平區(qū)，東亞大槽較常年偏弱，造成槽后冷空氣南下的勢力較弱。由海平面氣壓場和距平場(圖3b)可以看到，1月冷高壓位于貝加爾湖以南地區(qū)，且為負(fù)距平，中心氣壓值為1 032 hPa左右，大陸高壓較常年偏弱，我國近海海域處于弱高壓區(qū)控制，同樣表明影響我國近海的冷空氣勢力較常年偏弱。

圖3 2020年1月北半球500 hPa平均位勢高度場(等值線)及距平場(填色)(a；單位：dagpm)和海平面氣壓場(等值線)及距平場(填色)(b；單位：hPa)Fig.3 The same as Fig.2, but for January 2020

2020年2月，歐亞大陸及西北太平洋海域的中高緯環(huán)流仍為“兩槽一脊”型(圖4a)，兩槽分別位于西歐和東亞地區(qū)，西歐槽增強(qiáng)南伸，東亞大槽淺薄，脊位于貝加爾湖以西地區(qū)，且明顯強(qiáng)于常年。在中低緯地區(qū)，環(huán)流較為平直，以緯向環(huán)流為主，我國大部分地區(qū)位于正距平區(qū)，影響我國海域的冷空氣勢力總體偏弱。由海平面氣壓場和距平場(圖4b)可以看到，我國近海海域仍處于高壓前部，但氣壓梯度明顯減小。

圖4 2020年2月北半球500 hPa平均位勢高度場(等值線)及距平場(填色)(a；單位：dagpm)和海平面氣壓場(等值線)及距平場(填色)(b；單位：hPa)Fig.4 The same as Fig.2, but for February 2020

2 我國近海天氣分析

2.1 大風(fēng)

2.1.1 概況

2019年冬季，影響我國近海的冷渦位置整體偏北，冷空氣活動(dòng)(強(qiáng)度)與去年同期相比明顯偏弱[2]，我國近海出現(xiàn)了7次大風(fēng)天氣(至少一個(gè)海區(qū)出現(xiàn)大范圍8級(jí)及以上平均風(fēng))。冷空氣影響是冬季大風(fēng)最主要的原因，風(fēng)力最強(qiáng)的大風(fēng)過程出現(xiàn)在12月初，本月有兩個(gè)熱帶氣旋進(jìn)入我國南部海域活動(dòng)(其中1928號(hào)臺(tái)風(fēng)“北冕”為11月生成)，與南下的冷空氣相結(jié)合，給我國東部和南部海域帶來了兩次大風(fēng)過程。2020年1月有兩次入海氣旋配合冷空氣影響引起大風(fēng)天氣，其余的大風(fēng)天氣均由冷空氣影響而產(chǎn)生(表1)。

表1 中國近海2019年冬季(2019年12月—2020年2月)主要大風(fēng)過程

2.1.2 1月6—8日入海氣旋與冷空氣結(jié)合的大風(fēng)過程

1月6—8日大風(fēng)過程由冷空氣和入海增強(qiáng)的黃淮氣旋共同引起[4]。6日08時(shí)前后，地面觀測風(fēng)場顯示有較弱的黃淮氣旋由江蘇北部沿岸進(jìn)入黃海南部海域，中心氣壓約為1 020 hPa。500 hPa位勢高度場上，由蒙古國東部至渤海灣上空存在較淺的高空槽，位于100°E附近的南支槽較深(圖5a)，槽前對(duì)應(yīng)200 hPa呈緯向的高空急流軸，急流中心風(fēng)速超過85 m·s-1(圖略)。6日下午，蒙古東部低壓槽東移并在我國東北地區(qū)上空形成強(qiáng)度低于540 dagpm的低渦中心。

7日上午，南支槽東移至112°E附近(圖5b)，日本以南洋面在海平面氣壓場上有一高壓中心，渤海至黃海北部海域在東北上空低渦帶來的冷空氣影響下，出現(xiàn)了6～8級(jí)、陣風(fēng)9級(jí)的偏北到東北風(fēng)。7日20時(shí)前后，南支槽移到海上，位于槽前的地面低壓中心移至朝鮮半島南部并發(fā)展增強(qiáng)，中心氣壓降至1 000 hPa以下。

8日上午，500 hPa南支槽繼續(xù)東移至130°E附近并在日本海上空形成了低渦(圖5c)，700 hPa在低渦南側(cè)形成西南—東北向的低空急流，急流中心最大風(fēng)速達(dá)38 m·s-1以上，為氣旋發(fā)展提供了充足的水汽，導(dǎo)致氣旋在進(jìn)入日本海海域后再次快速加強(qiáng)[5]，中心氣壓降至990 hPa以下(圖6a)。東北地區(qū)上空的冷渦繼續(xù)維持，同時(shí)貝加爾湖附近高壓系統(tǒng)向東移動(dòng)，冷空氣得到源源不斷的補(bǔ)充，從渤海到南海中東部海域自北向南出現(xiàn)了7～8級(jí)、陣風(fēng)9～10級(jí)的大風(fēng)(圖6b)，其中渤海及東海東北部觀測站點(diǎn)觀測到的風(fēng)速為21～26 m·s-1。8日夜間到9日凌晨，氣旋移入日本以南洋面，對(duì)我國的影響基本結(jié)束，本次大風(fēng)過程結(jié)束。

圖5 500 hPa位勢高度場(等值線，單位：dagpm)和溫度場(填色，單位：℃)(a. 1月6日08時(shí)，b. 7日08時(shí)，c. 8日08時(shí))Fig.5 Geopotential height (contour, units: dagpm) and temperature (shaded, units: ℃) at 500 hPa at 08:00 BST on 6 (a), 08:00 BST on 7 (b), and 08:00 BST on 8 (c) January 2020

圖6 1月8日08時(shí)海平面氣壓場(等值線，單位：hPa)和850 hPa溫度場(填色，單位：℃)(a)以及10 m風(fēng)場(b；風(fēng)矢，單位：m·s-1；填色區(qū)為風(fēng)速大于12 m·s-1的區(qū)域)Fig.6 Sea-level pressure (contour, units: hPa) and temperature (shaded, units: ℃) at 850 hPa (a) and wind at 10 m (b; wind barb, units: m·s-1; shaded area for wind speed greater than 12 m·s-1) at 08:00 BST on 8 January 2020

2.2 海霧

2.2.1 概況

2019年冬季，我國近海出現(xiàn)了12次比較明顯的海霧過程(至少1個(gè)海區(qū)出現(xiàn)大范圍能見度低于1 km的海霧)，其中12月出現(xiàn)6次，1月出現(xiàn)3次，2月出現(xiàn)3次(表2)，北部海區(qū)的海霧主要出現(xiàn)在渤海、渤海海峽、黃海北部及中部海域，南部海區(qū)的海霧集中出現(xiàn)在北部灣、瓊州海峽及雷州半島沿岸海域，出現(xiàn)時(shí)段多為夜間至次日早晨。與2018年冬季[2]相比，海霧過程有所增多(表2)。

2.2.2 2月11—15日海霧過程分析

2月11日夜間至15日早晨，渤海、渤海海峽、黃海大部海域、東海北部和西部海域、臺(tái)灣海峽、南海北部海域、瓊州海峽出現(xiàn)了能見度不足1 km的大霧，局部海域能見度小于100 m。此次海霧過程是2019年冬季我國近海持續(xù)時(shí)間最長，影響范圍最廣的一次海霧過程。過程分為兩個(gè)階段，11日夜間，有一高壓中心位于日本本州島中部，中心氣壓高于1 030 hPa，從11日夜間至13日上午，我國近海海域位于高壓系統(tǒng)西側(cè)，以3～4級(jí)的弱偏南風(fēng)為主(圖7a、b)，在偏南風(fēng)的持續(xù)輸送下，我國北部和東部近海海域低層濕度條件良好，暖濕氣流中的水汽在向北輸送過程中降溫凝結(jié)形成大面積海霧(圖8a、b)。此外，這一階段以靜穩(wěn)天氣為主，海平面和925 hPa之間存在較明顯的逆溫層(圖略)，有利于海霧的維持[6]。

圖7 2020年2月12日08時(shí)(a)、13日08時(shí)(b)、13日18時(shí)(c)海平面氣壓場(等值線，單位：hPa)和10 m風(fēng)場(風(fēng)矢，單位：m·s-1；填色區(qū)為風(fēng)速大于12 m·s-1的區(qū)域)Fig.7 Sea-level pressure (contour, units: hPa) and wind at 10 m (wind barb, units: m·s-1; shaded area for wind speed greater than 12 m·s-1) at 08:00 BST on 12 (a), 08:00 BST on 13 (b), and 18:00 BST on 13 (c) February 2020

表2 中國近海2019年冬季(2019年12月—2020年2月)主要海霧過程

隨著日本附近高壓系統(tǒng)東移，以及貝加爾湖附近高壓增強(qiáng)，13日下午開始影響我國近海的天氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榘靶螝鈮簣觯r半島西側(cè)海域和東海東部的偏南氣流北上至黃海北部海域后，在鞍型場頂部控制下轉(zhuǎn)變?yōu)槠珫|氣流(圖7c)，此時(shí)渤海海峽、黃海北部和西部海域、東海西部海域低層濕度條件仍然較好(圖8c)，受其影響，13日夜間開始黃海北部、中部和西南部海域，東海西部海域、臺(tái)灣海峽西部海域出現(xiàn)了能見度1 km以下的大霧，其中多個(gè)站點(diǎn)能見度低于100 m。而渤海在鞍型場西部偏北干冷氣流的控制下，低層相對(duì)濕度和氣溫降低，逆溫層被破壞(圖略)，海霧開始自西向東、自北向南消散。15日上午，貝加爾湖附近冷高壓中心移至我國河套地區(qū)，中心強(qiáng)度增強(qiáng)至1 050 hPa以上，我國近海轉(zhuǎn)變?yōu)槲鞅钡綎|北風(fēng)為主，2 m相對(duì)濕度降至80%以下，本次海霧過程結(jié)束。

圖8 2020年2月12日08時(shí)(a)、13日08時(shí)(b)、13日18時(shí)(c)2 m相對(duì)濕度(填色，單位：%)和海面溫度(等值線，單位：℃)及10 m風(fēng)場(風(fēng)矢，單位：m·s-1)Fig.8 Relative humidity at 2 m (shaded, units: %), sea surface temperature (contour, units: ℃), and wind at 10 m (wind barb, units: m·s-1) at 08:00 BST on 12 (a), 08:00 BST on 13 (b), and 18:00 BST on 13 (c) February 2020

3 熱帶氣旋

3.1 西北太平洋和南海熱帶氣旋

2019年冬季西北太平洋和南海熱帶氣旋活動(dòng)較弱，共有1個(gè)編號(hào)熱帶氣旋生成(表3)，比多年(1949—2018年)平均值偏少0.9個(gè)?！鞍团睢睘閺闹斜碧窖笠迫氲臒釒庑?圖9)，于12月22日在菲律賓以東的西北太平洋洋面上生成，12月24日在菲律賓中部沿海登陸，登陸前強(qiáng)度最大達(dá)到了強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)(風(fēng)速達(dá)42 m·s-1)。在25日夜間移入我國南海海域后，“巴蓬”及其減弱后的殘余環(huán)流對(duì)南海海域的影響持續(xù)到了29日。此外，11月26日生成的1928號(hào)臺(tái)風(fēng)“北冕”于12月3日在菲律賓中部登陸后移入南海，于4日和5日給我國南海中部海域帶來大風(fēng)影響。

圖9 2019年冬季熱帶氣旋“巴蓬”路徑圖Fig.9 Track of tropical cyclone PHANFONE in winter 2019

表3 2019年冬季(2019年12月—2020年2月)西北太平洋和南海熱帶氣旋簡表

3.2 全球其他海域熱帶氣旋概況

2019年冬季，除西北太平洋和南海臺(tái)風(fēng)之外的其他各大洋共有18個(gè)命名熱帶氣旋生成(表4)，分別為：南太平洋5個(gè)、北印度洋1個(gè)、南印度洋12個(gè)，大西洋、東太平洋無命名熱帶氣旋生成(表4)。南半球?yàn)闊釒庑钴S季，同常年同期相比，南太平洋、南印度洋、大西洋及東太平洋生成氣旋個(gè)數(shù)比平均個(gè)數(shù)(分別為5.4個(gè)、15.3個(gè)、0.1個(gè)、0.1個(gè))偏少，北印度洋比平均個(gè)數(shù)(0.7個(gè))偏多(根據(jù)各區(qū)域?qū)I(yè)中心最佳路徑及當(dāng)年報(bào)文統(tǒng)計(jì))。

表4 2019年冬季(2019年12月—2020年2月)全球其他海域熱帶氣旋統(tǒng)計(jì)表

4 海洋概況

4.1 浪高

2019年冬季，我國冷空氣活動(dòng)相對(duì)較弱，熱帶氣旋活動(dòng)數(shù)同樣偏少，導(dǎo)致因大風(fēng)引起的我國近海海域大浪過程相對(duì)偏少。法國衛(wèi)星高度計(jì)AVISO反演的浪高場表明，2019年冬季我國近海一共有10次明顯的2 m以上的大浪過程(表5)。

由月平均浪高場(圖10)可以看出，2019年12月我國平均浪高2 m以上的大浪區(qū)域有東海南部海域、臺(tái)灣海峽、臺(tái)灣以東洋面、巴士海峽、南海大部海域，其中南海東北部偏東海域和巴士海峽偏西海域平均浪高最大，約為3 m。2020年1月和2月，渤海、黃海北部海域平均浪高在1 m以下，2 m以上的大浪區(qū)域明顯縮小，僅包括巴士海峽、南海東北和西南部的部分海域，最大平均浪高為2.2 m左右。

圖10 2019年冬季逐月月平均浪高(a. 2019年12月，b. 2020年1月，c. 2020年2月；單位：m)Fig.10 Monthly mean wave height in winter 2019 (a. December 2019, b. January 2020, c. February 2020; units: m)

4.2 海面溫度

由月平均海面溫度(圖11)可以看出，冬季，我國近海海域海面溫度隨時(shí)間逐漸降低，北部海域降溫更為明顯，渤海12月的海面溫度在6～9 ℃之間，1月為1～6 ℃，2月溫度繼續(xù)降低，海面溫度為0～4 ℃，且在沿海地區(qū)有低于0 ℃的結(jié)冰區(qū)域。黃海與渤海的降溫幅度相當(dāng)，12月海面溫度在9～14 ℃之間，1月為6～12 ℃，2月為3～10 ℃，渤海和黃海在冬季海面溫度平均每月降低2～3 ℃。東海海面溫度平均每月降低1～2 ℃，降溫幅度小于渤海和黃海，因此東海的海面溫度梯度明顯增大。南海的海面溫度降溫幅度不明顯，為0.5～1 ℃，南海東南部的最高海面溫度一直維持在27～28 ℃。我國東部和南部海域海面溫度呈現(xiàn)東北—西南向梯度分布，海面溫度最低的渤海與最高的南海東南部的溫差在冬季從22 ℃加大到27 ℃，南北溫度差距明顯。

圖11 2019年冬季月平均海面溫度(a. 2019年12月，b. 2020年1月，c. 2020年2月；單位：℃)Fig.11 Monthly mean sea surface temperature in winter 2019 (a. December 2019, b. January 2020, c. February 2020; units: ℃)

表5 中國近海2019年冬季(2019 年12 月—2020 年2 月)主要大浪(2 m以上)過程

5 小結(jié)

2019年冬季，北半球的極渦呈偶極型分布，中高緯呈3波型分布，西風(fēng)帶槽脊較常年明顯偏弱。位勢高度距平場顯示，東亞中緯度地區(qū)處于正距平區(qū)，東亞大槽強(qiáng)度弱，冷空氣強(qiáng)度較常年同期偏弱，大風(fēng)過程顯著偏少，海霧增多。具體天氣總結(jié)如下：

1)我國近海共出現(xiàn)7次明顯的大風(fēng)過程。主要由冷空氣影響引起，此外，冷空氣和溫帶氣旋共同影響的大風(fēng)過程有2次，冷空氣與熱帶氣旋共同影響的大風(fēng)過程有2次。

2)我國近海出現(xiàn)12次大范圍海霧過程。其中12月6次、1月2次、2月4次。海霧主要出現(xiàn)在渤海、渤海海峽、黃海北部和中部海域、瓊州海峽及北部灣，出霧時(shí)段多集中在夜間至次日早晨。

3)西北太平洋和南海共生成1個(gè)臺(tái)風(fēng)。生成的臺(tái)風(fēng)數(shù)與多年平均值相比偏少0.9個(gè)。其他各大洋共有18個(gè)命名熱帶氣旋活動(dòng)，分別為南太平洋5個(gè)、北印度洋1個(gè)、南印度洋12個(gè)，大西洋、東太平洋無命名熱帶氣旋生成。

4)我國近海浪高在2 m以上的海浪過程有10次。其中，2019年12月大于2 m浪高的日數(shù)為16 d，2020年1月大于2 m浪高的日數(shù)為10 d，2月大于2 m浪高的日數(shù)為13 d。大浪過程和冷空氣導(dǎo)致的大風(fēng)過程關(guān)系密切。

5)我國近海海區(qū)的海面溫度隨時(shí)間逐漸降低，北部海域的降溫幅度大于南部海域，海面溫度從北到南的溫度差為22～27 ℃，北部沿岸海區(qū)有海冰出現(xiàn)。