麥 子 張 濤
國家氣象中心,北京 100081
提 要: 2022年3月主要的環(huán)流特征是極渦呈偶極型分布,強(qiáng)度偏弱;中高緯環(huán)流異常呈4波型,亞洲環(huán)流較平直,西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度較常年略偏強(qiáng),南支槽較常年偏弱。影響我國冷空氣總體較少,月內(nèi)僅出現(xiàn)1次強(qiáng)冷空氣過程,導(dǎo)致3月大部分地區(qū)顯著偏暖,全國平均氣溫為7.2℃,較常年同期偏高2.4℃,為1961年以來歷史同期第一高;全國平均降水量為36.7 mm,較常年同期(29.4 mm)偏多25%。月內(nèi)出現(xiàn)3次大范圍降水過程,并伴隨有不同程度的強(qiáng)對流天氣,多省遭受風(fēng)雹襲擊,局部地區(qū)受災(zāi)較重。此外,北方地區(qū)出現(xiàn)兩次沙塵天氣過程;黃淮、江淮北部發(fā)生干旱。
2022年3月全國平均氣溫為7.2℃,較常年同期(4.8℃)偏高2.4℃,全國平均降水量為36.7 mm,較常年同期(29.4 mm)偏多25%(國家氣候中心,2022)。月內(nèi),我國共發(fā)生1次冷空氣過程;3次大范圍降水過程;2次沙塵天氣過程影響北方地區(qū);黃淮、江淮氣象干旱發(fā)展。
3月,全國平均降水量為36.7 mm,較常年同期(29.4 mm)偏多25%,為1961年以來第六高(國家氣候中心,2022)。從空間分布來看(圖1),華南、江南、江淮等地降水量在100 mm以上,其中浙江西部、安徽南部、湖北東部、江西東北部等地降水量在200 mm以上。與常年同期相比(周曉敏和張濤,2020),西北地區(qū)中東部等地降水量偏少5成以上;而全國其余地區(qū)降水以偏多為主,江漢、江淮、江南東北部、東北地區(qū)南部、新疆中北部降水量較常年同期偏多5成及以上,其中江淮西部、江漢北部、東北南部偏多2倍以上,新疆中部偏多3倍以上(圖2)。
2022年3月,全國平均氣溫為7.2℃,較常年同期(4.8℃)偏高2.4℃,為1961年以來歷史同期第一高(國家氣候中心,2022)。從全國平均氣溫距平空間分布看(圖3),除華北東北部和東北南部以外,全國其余大部地區(qū)氣溫偏高2℃以上,其中江南、西南地區(qū)東部、西北地區(qū)東部、內(nèi)蒙古西部的部分地區(qū)偏高4℃以上,局地達(dá)到6°C以上,河南、山東、湖北、安徽、江蘇等地的部分地區(qū)平均氣溫突破歷史同期極值。
圖3 2022年3月全國平均氣溫距平分布(單位:℃)Fig.3 Distribution of monthly mean temperature anomaly (unit: ℃) over China in March 2022
與常年平均比較,2022年3月北半球500 hPa平均位勢高度及距平的水平分布(圖4)表明,3月北半球環(huán)流形勢有以下特點(diǎn)。
3月,北半球極渦呈雙極型分布(圖4a),兩極分別位于東西伯利亞海和格陵蘭島以西,中心強(qiáng)度分別低于512 dagpm 和508 dagpm。與歷史同期相比,極渦中心為0~4 dagpm的正距平,說明極渦偏弱(圖4b)。與去年同期相比(關(guān)良等,2021),極渦位置變化不大,但強(qiáng)度較弱。
圖4 2022年3月北半球500 hPa(a)平均高度場和(b)距平場(單位:dagpm)Fig.4 (a) Monthly average geopotential height and (b) monthly geopotential height anomaly at 500 hPa in the Northern Hemisphere in March 2022 (unit: dagpm)
北半球3月常年呈三波型(韓旭卿和張濤,2019),但2022年3月北半球中高緯度500 hPa環(huán)流呈四波型分布,除東亞槽、東歐槽與北美槽外,中北太平洋還存在一槽并有切斷低渦對應(yīng)(圖4a)。從距平場看(圖4b),西歐異常偏高6~10 dagpm,對應(yīng)西歐長波脊偏強(qiáng),東歐槽偏東偏強(qiáng)2~4 dagpm,歐洲環(huán)流經(jīng)向度大。亞洲中高緯為明顯負(fù)距平區(qū)域(存在8 dagpm以上的負(fù)距平),東亞槽與東歐槽之間為寬廣淺脊,環(huán)流平直,影響我國的冷空氣偏弱,導(dǎo)致3月全國大部氣溫偏高2~6℃。
低緯地區(qū)普遍表現(xiàn)為0~6 dagpm的正距平,與常年同期相比約有2~4 dagpm的正距平,較常年偏弱;西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)較常年同期略偏北偏強(qiáng),配合較弱冷空氣活動(dòng),使得冷暖交匯區(qū)域偏北,我國降水主要集中在長江中下游及以南地區(qū)。
圖5表示3月上、中、下旬歐亞地區(qū)500 hPa的平均位勢高度場。我國總體上處于西高東低形勢,環(huán)流較為平直。3月上旬(圖5a),歐亞大陸中高緯地區(qū)為兩槽一脊,中亞到我國西北部地區(qū)為一寬廣的高壓脊,東亞槽位于日本海東部,槽寬而淺,鋒區(qū)偏弱,冷空氣勢力偏弱;低緯南支槽在印度洋東部,華南為副高脊區(qū)控制,這種整體環(huán)流配置造成3月上旬我國多地出現(xiàn)顯著高溫天氣,降水偏少,河南、山東、湖北、安徽、江蘇等地的部分地區(qū)平均氣溫突破歷史同期極值,黃淮、江淮北部等地的干旱持續(xù)發(fā)展。
3月中旬(圖5b),我國仍受貝加爾湖東部高壓脊控制,導(dǎo)致我國氣溫持續(xù)偏高。16—20日,中高緯貝加爾湖東部高壓脊發(fā)展東移,我國南方地區(qū)有短波槽生成并發(fā)展,東亞槽加深,環(huán)流經(jīng)向度顯著加大,我國處于西高東低的態(tài)勢,導(dǎo)致影響我國的冷空氣勢力加強(qiáng),華北、東北地區(qū)氣溫由偏高轉(zhuǎn)為偏低。其中3月16—17日,受高空東移短波槽影響,配合低層明顯西南暖濕急流,我國中東部地區(qū)出現(xiàn)大范圍的降水過程,部分地區(qū)出現(xiàn)雷暴大風(fēng)和冰雹天氣;19—22日,北方短波槽發(fā)展并東移入海,受槽后冷空氣影響,配合西南低空急流發(fā)展,江淮、江南中東部等地出現(xiàn)大范圍降水過程,部分地區(qū)累計(jì)降水量達(dá)50~120 mm,局地超過150 mm。
圖5 2022年3月(a)上旬、(b)中旬、(c)下旬500 hPa平均位勢高度場(單位:dagpm)Fig.5 The average geopotential height (unit: dagpm) at 500 hPa for the (a) first, (b) second, and (c) third dakads in March 2022
3月下旬(圖5c),歐亞大陸中高緯環(huán)流形勢仍維持兩槽一脊,環(huán)流較為平直,多短波槽活動(dòng);相對中上旬,低緯地區(qū)副高位置偏北,強(qiáng)度變強(qiáng),面積增大。受低層切變系統(tǒng)和西南暖濕氣流影響,3月22—24日,華南出現(xiàn)明顯降水過程,降水量達(dá)到入汛標(biāo)準(zhǔn),華南進(jìn)入前汛期,較常年偏早16 d。24—27日,有短波槽從新疆開始自西向東移動(dòng),槽后冷空氣影響我國大部分地區(qū),給中東部帶來4~6℃降溫及5~7級大風(fēng),同時(shí),冷空氣與西南暖濕氣流相結(jié)合,給我國中東部地區(qū)帶來大范圍降水,江淮、江南、華南部分地區(qū)累計(jì)降水量達(dá)到50~120 mm,局地超過150 mm。
3月我國主要降水過程有3次(表1),集中分布在中下旬,均伴隨有不同程度的強(qiáng)對流天氣。其中,16—17日的大范圍降水和強(qiáng)對流過程為今年首次區(qū)域性強(qiáng)對流天氣過程,具有一定的代表性和極端性,下面具體分析這個(gè)過程。
表1 2022年3月主要降水和強(qiáng)對流過程Table 1 Main precipitation and convective weather processes in March 2022
3月16—17日,受高空槽東移、西南渦東移發(fā)展和低空急流的影響,我國南方地區(qū)自西向東出現(xiàn)大范圍強(qiáng)降水及強(qiáng)對流天氣過程,江蘇南部、浙江西北部、安徽西部和南部、河南東南部、湖北東部和南部、江西北部、湖南北部、貴州中部、四川東南部等地部分地區(qū)累計(jì)降水量達(dá)50~120 mm,安徽安慶、池州和黃山、湖北黃岡和恩施等局地150~255 mm,湖北東部、安徽南局地出現(xiàn)60 mm·h-1以上的短時(shí)強(qiáng)降水;河南、安徽、江蘇北部、湖北、湖南、四川盆地中西部、重慶東南部和西部、貴州、廣西東北部等局地出現(xiàn)8~10級雷暴大風(fēng),湖北東部局地出現(xiàn)11~12級雷暴大風(fēng),四川、貴州、湖北等局地出現(xiàn)冰雹。過程最強(qiáng)時(shí)段為3月16日午后至17日前半夜。針對此次過程,中央氣象臺(tái)3月15日發(fā)布今年首個(gè)暴雨藍(lán)色預(yù)警和強(qiáng)對流天氣藍(lán)色預(yù)警。
從16日08時(shí)(北京時(shí),下同)的環(huán)流形勢(圖6a)可以看出,500 hPa上,伴隨高空南支槽東移的槽前正渦度平流配合低空偏南暖濕氣流加強(qiáng)的暖平流,低層逐漸有西南渦發(fā)生發(fā)展和東移,至16日20時(shí)以后北方冷空氣南下匯入使得斜壓鋒生加劇,導(dǎo)致西南渦快速發(fā)展加強(qiáng)和氣旋形成,最終導(dǎo)致冷鋒一側(cè)的貴州、湖南、江西西部一帶觸發(fā)颮線強(qiáng)對流系統(tǒng),暖鋒一側(cè)的江西北部、浙江一帶出現(xiàn)較大范圍暴雨。
圖6 2022年3月16日(a)08時(shí)和(b)20時(shí)500 hPa位勢高度場(等值線,單位:dagpm)、850 hPa風(fēng)場(風(fēng)羽)和850 hPa 比濕(陰影)Fig.6 The 500 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm), 850 hPa wind (barb) and specific humidity (shaded) at (a) 08:00 BT and (b) 20:00 BT 16 March 2022
從水汽條件看,16日,西南地區(qū)東部、江淮和江漢地區(qū)850 hPa比濕達(dá)到了8 g·kg-1,局地可達(dá)10 g·kg-1以上(圖6),水汽充沛。從不穩(wěn)定條件來看,西南地區(qū)東部、江漢、江南一帶處于高能高不穩(wěn)定區(qū)(圖7),最佳抬升指數(shù)(BLI)值低于-4,對流有效位能(CAPE)和下沉對流有效位能(DCAPE)均超過500 J·kg-1,部分地區(qū)超過了1 000 J·kg-1,K指數(shù)也較強(qiáng)(圖略),說明這些地區(qū)不穩(wěn)定能量強(qiáng)盛,這都有利于大范圍對流降水系統(tǒng)的發(fā)生和發(fā)展。此外,上述區(qū)域500 hPa存在干區(qū),風(fēng)速達(dá)到20 m·s-1以上,部分地區(qū)超過22 m·s-1;850 hPa 西南急流強(qiáng)盛發(fā)展,最大風(fēng)速達(dá)到20 m·s-1,相對濕度低于40%,這都有利于在高CAPE區(qū)域發(fā)生對流降水發(fā)生后的蒸發(fā)冷卻和動(dòng)量下傳作用,從而導(dǎo)致雷暴大風(fēng)的形成。強(qiáng)的動(dòng)力抬升觸發(fā)對流,進(jìn)而發(fā)展移動(dòng),造成3月16日午后至17日前半夜江漢東部、江淮西部、西南地區(qū)東部等地部分地區(qū)出現(xiàn)大到暴雨,湖北南部、安徽南部局地出現(xiàn)大暴雨(100~129 mm);西南地區(qū)東部、黃淮、江淮、江南北部等地出現(xiàn)8級以上大風(fēng)天氣,局地有冰雹。
圖7 2022年3月16日(a)08 時(shí)和(b)20時(shí)500 hPa相對濕度(陰影)、500 hPa風(fēng)場(風(fēng)羽)和BLI(等值線)Fig.7 The 500 hPa relative humidity (sahded), 500 hPa wind (barb) and BLI (contour) at (a) 08:00 BT and (b) 20:00 BT 16 March 2022
17日白天,系統(tǒng)快速東移并減弱,影響江淮、江南東部地區(qū),17日夜間東移入海,此次過程趨于結(jié)束。
3月我國僅發(fā)生1次冷空氣過程(表2),發(fā)生在3月16—18日,是一次全國性強(qiáng)冷空氣過程,內(nèi)蒙古東北部、黑龍江北部和東部、黃淮南部、江漢、江淮、江南等地降溫4~8℃,內(nèi)蒙古東北部、黑龍江北部、安徽東南部、浙江北部、江西東北部、湖南東部等地部分地區(qū)降溫10℃以上。此次過程北方以降雪為主,黃淮及其以南為雨夾雪和降水為主。內(nèi)蒙古、山西、河北共有18個(gè)站達(dá)到暴雪及以上級別;安徽、河南、湖北、江西、四川共66個(gè)站降水量達(dá)暴雨及以上級別(國家氣候中心,2022)。受此次強(qiáng)雨雪影響,安徽秋浦河殷家匯站和黃湓河雁塔站出現(xiàn)超警戒水位;安徽石臺(tái)縣多處出現(xiàn)山洪、山體滑坡等現(xiàn)象,多處農(nóng)作物、道路被淹。
如表3所示,3月3—5日,隨著地表的解凍(尤悅等,2017),北方地區(qū)出現(xiàn)今年首次大范圍沙塵天氣過程,此次過程為揚(yáng)沙級別,較2000—2021年首場沙塵平均出現(xiàn)時(shí)間(2月15日)偏晚16 d,過程陣風(fēng)風(fēng)力大,多地出現(xiàn)PM10中到重度污染,共影響國土面積為56×104km2(國家氣候中心,2022)。內(nèi)蒙古大部、陜西北部、山西中北部、北京、天津、河北、河南北部、山東大部、江蘇北部、遼寧西部、吉林西南部等地出現(xiàn)了揚(yáng)沙或浮塵天氣,內(nèi)蒙古中部的部分地區(qū)出現(xiàn)沙塵暴。3月13—16日,北方地區(qū)再次出現(xiàn)大范圍沙塵天氣過程,本次過程為沙塵暴級別,過程影響國土面積達(dá)181×104km2(國家氣候中心,2022)。內(nèi)蒙古中西部、甘肅中東部、青海東部、寧夏、陜西大部、山西、天津南部、河北大部、河南、山東中西部、湖北中東部、安徽中北部等地出現(xiàn)揚(yáng)沙和浮塵天氣,內(nèi)蒙古中部的部分地區(qū)出現(xiàn)沙塵暴。
表2 2022年3月主要冷空氣過程Table 2 Main cold surge processes in March 2022
表3 2022年3月主要沙塵天氣過程Table 3 Main sand-dust weather processes in March 2022
從500 hPa位勢高度場和海平面氣壓場的演變趨勢來看,此次冷空氣過程的源地為新地島以東洋面,路徑為西北路徑,冷空氣從關(guān)鍵區(qū)經(jīng)蒙古到達(dá)我國華北地區(qū)附近東移和南下,進(jìn)而影響我國大部分地區(qū)。
14日,貝加爾湖東北部高空有一閉合低壓發(fā)展并東移,地面冷高壓主體仍位于西伯利亞地區(qū),我國大部地區(qū)處于閉合低壓底部較為平直的西北緯向環(huán)流中。15日08時(shí),閉合冷低壓繼續(xù)東移,地面冷高壓主體壓至蒙古國地區(qū),中心強(qiáng)度大于1 035 hPa,冷空氣前鋒到達(dá)我國內(nèi)蒙古中東部地區(qū)。
16日08時(shí)(圖8a),500 hPa高空槽東移至我國東北地區(qū),并與該地區(qū)的短波槽合并加深,地面冷高壓東移至貝加爾湖到我國內(nèi)蒙古中部一帶,中心氣壓大于1 042.5 hPa,東北地區(qū)蒙古氣旋強(qiáng)盛,中心氣壓低于1 012.5 hPa,同時(shí)從蒙古氣旋伸出的冷鋒已壓到我國華北地區(qū)。槽前有弱的偏南水汽輸送,冷暖氣流在此交匯。850 hPa,貝加爾湖以東地區(qū)為一冷高壓,冷高壓前部的偏北氣流不斷南下,形成溫度密集帶和帶狀冷平流,前沿位于40°N附近。鋒區(qū)北部的冷空氣借助于冷平流經(jīng)華北地區(qū)不斷南下,帶來大風(fēng)和降溫。
圖8 2022年3月(a)16日08時(shí)和(b)17日08時(shí)500 hPa位勢高度場(等值線,單位:dagpm)、850 hPa風(fēng)場(風(fēng)羽)和海平面氣壓(陰影)Fig.8 The 500 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm), 850 hPa wind (barb) and SLP (shaded) at (a) 08:00 BT 16 and (b) 08:00 BT 17 March 2022
17日08時(shí)(圖8b),系統(tǒng)繼續(xù)東移,地面冷高壓東移南落至內(nèi)蒙古東部地區(qū),冷鋒南壓至長江中下游地區(qū),冷高壓后部的冷空氣不斷補(bǔ)充南下,給華北南部、黃淮西部、江漢等地帶來4~10℃降溫,部分地區(qū)降溫達(dá)12℃以上。16日夜間冷空氣南下至長江流域促使了西南渦的發(fā)展和相應(yīng)氣旋的生成,17日白天,冷空氣繼續(xù)南壓至華南地區(qū),本次冷空氣與北上暖濕氣流交匯,帶來大范圍的雨雪天氣。受雨雪和冷空氣的共同影響,中東部大部地區(qū)有4~8℃降溫并伴有4~5級偏北風(fēng),陣風(fēng)達(dá)6~8級,部分地區(qū)降溫達(dá)12℃以上。18日,系統(tǒng)減弱并入海,此次過程趨于結(jié)束。
3月1日以來,黃淮、江淮北部等地的干旱持續(xù)發(fā)展。魯豫皖蘇鄂5省3月11日中旱及以上等級干旱面積最大,達(dá)50.2×104km2;之后有所緩解,3月13日之后再次發(fā)展;3月17—19日,黃淮、江淮前期旱區(qū)出現(xiàn)降水過程,湖北東部、安徽大部、江蘇南部、浙江西北部、江西北部、湖南北部累計(jì)降水量為25~50 mm,局地降水量為50 mm以上,降水使得氣象干旱顯著緩解(國家氣候中心,2022)。
致 謝:感謝國家氣象中心氣象服務(wù)室楊楠為本文提供月降水量、降水距平百分率和溫度距平資料。