2017年冬季海洋天氣評(píng)述

2017年冬季海洋天氣評(píng)述

曹越男、劉濤、王暉等。2017年冬季海上天氣分析[j]。海洋氣象學(xué)報(bào)告，2018，38（2）：76-86。氣象和氣象條件的影響本文分析了2017年冬季(2017年12月—2018年2月,下同)北半球的大氣環(huán)流特征及逐月演變對(duì)我國近海天氣的影響,并對(duì)我國近海海域發(fā)生的主要災(zāi)害性天氣進(jìn)行了總結(jié)。冬季,影響我國近海海域的災(zāi)害性天氣主要包括大風(fēng)和海霧。除此之外,還分析了熱帶氣旋、浪高和海表面溫度等氣象、海洋要素在冬季的變化。另外,給出了西北太平洋和南海熱帶氣旋的生成、移動(dòng)、減弱等詳細(xì)信息,還統(tǒng)計(jì)了其他各大洋熱帶氣旋的基本情況。文中提到的海上大風(fēng)、海霧和大浪等幾種重大過程的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及使用的主要數(shù)據(jù)同文獻(xiàn)[1-3]。1循環(huán)特征和發(fā)展1.1極渦流中心和西半球中心2017年冬季500hPa平均位勢(shì)高度場(chǎng)(圖1)顯示,冬季北半球極渦呈偶極型分布。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鄂霍次克海西部(55°N,140°E),中心位勢(shì)高度512dagpm;西半球中心位于格陵蘭島西部的巴芬島附近(65°N,75°W),中心位勢(shì)高度500dagpm。北半球中高緯呈4波型分布,東亞大槽自鄂霍次克海西部一直向西南延伸至我國華中地區(qū),位置較常年偏西,且強(qiáng)度略偏強(qiáng),該形勢(shì)有利于冷空氣南下影響我國。1.2月環(huán)流形勢(shì)12月,歐亞大陸及西北太平洋海域的中高緯環(huán)流呈兩槽一脊型,烏拉爾山以西地區(qū)為一寬闊槽區(qū),東亞大槽位于日本海至東海北部海域附近,脊區(qū)位于西伯利亞上空。南支槽位于70°E附近,較常年同期位置偏西。在鄂霍次克海及其西北地區(qū)上空存在一個(gè)強(qiáng)度低于516dagpm的冷渦,副熱帶高壓較常年偏強(qiáng),亞洲中東部中高緯度環(huán)流經(jīng)向度較大,有利于冷空氣南下。由距平場(chǎng)也可以看到,我國北方海域處于負(fù)距平,冷空氣活躍(圖2a)。由對(duì)應(yīng)的海平面平均氣壓場(chǎng)可以看到,12月冷空氣勢(shì)力較強(qiáng),我國近海都處于冷空氣影響范圍。冷高壓中心位于貝湖以西,中心氣壓值為1050dagpm左右,較常年同期偏高。副熱帶高壓西伸至孟加拉灣且維持,我國南部海域氣壓值較常年平均偏低,從東海南部至南海東北部海域的氣壓梯度較大。受此環(huán)流形勢(shì)的影響,12月影響我國近海的冷空氣以西北路徑為主,大風(fēng)區(qū)主要集中在東海南部海域、臺(tái)灣海峽、巴士海峽、南海東北部和中東部海域(圖2b)。1月,與12月相比,鄂霍次克海的冷渦西移至中西伯利亞高原東部上空,強(qiáng)度也有所加強(qiáng),中心強(qiáng)度低于512dagpm,西伯利亞高壓脊向北略有拉伸,同時(shí)副熱帶高壓有所減弱,東亞中高緯度環(huán)流經(jīng)向度加大,我國北方海域受槽區(qū)控制。由距平場(chǎng)可以看出,我國大部地區(qū)和近海海域都處于負(fù)距平(圖3a),冷空氣活動(dòng)比12月更加頻繁。由對(duì)應(yīng)的海平面氣壓場(chǎng)可以看出,貝湖以西的冷高壓區(qū)較12月更強(qiáng),且有冷空氣分裂南下,我國北部和東部海區(qū)處于高壓前部、低壓后部,氣壓梯度較大(圖3b)。受此環(huán)流影響,1月除南部海區(qū)外,我國北部海區(qū)也出現(xiàn)了大風(fēng)。2月,西伯利亞高壓脊減弱,東西伯利亞上空的低渦強(qiáng)度維持,略有南壓,我國北部和東部海區(qū)仍然處于負(fù)距平區(qū),受經(jīng)向環(huán)流控制(圖4a)。由對(duì)應(yīng)的海平面氣壓場(chǎng)可以看出,貝湖以西的高壓中心強(qiáng)度和范圍有所減弱,較1月冷空氣勢(shì)力明顯減弱,北部和東部海區(qū)的氣壓梯度也明顯減小(圖4b)。2月,暖濕氣流加強(qiáng)北上,我國近海開始有溫帶氣旋入海并發(fā)展。本月,受冷空氣影響的大風(fēng)過程有3次,受入海氣旋和冷空氣共同影響的大風(fēng)過程有2次。2中國沿海地區(qū)的氣候分析2.1風(fēng)機(jī)2.1.1大風(fēng)持續(xù)時(shí)間冷空氣大風(fēng)過程一般可以持續(xù)2~3d,但12月16日開始的大風(fēng)過程,由于有冷空氣不斷補(bǔ)充南下,大風(fēng)過程持續(xù)了約5d。而溫帶氣旋過程大風(fēng)持續(xù)時(shí)間較短,一般不超過1d。由大風(fēng)影響海域來看,12月的冷空氣以西北路徑為主,影響海域主要在東海南部、臺(tái)灣海峽、巴士海峽以及南海東北部海域。1月,冷空氣自北向南影響我國近海,但北部海域大風(fēng)持續(xù)時(shí)間較短,一般不到1d。2月,受溫帶氣旋影響的2次大風(fēng)過程都在東海,其中2月28日的氣旋過程最強(qiáng)。2.1.2氣動(dòng)傳播及由高空差異引發(fā)的熱作熱環(huán)境分析從地面場(chǎng)上看,27日12時(shí)(世界時(shí),下同),在湖南省內(nèi)出現(xiàn)一閉合低壓中心,中心氣壓為1010hPa,之后低壓向東北方向移動(dòng),經(jīng)過長(zhǎng)江中下游地區(qū),在長(zhǎng)江口北部入海并發(fā)展,之后繼續(xù)向東北方向移動(dòng)進(jìn)入日本海上空,且強(qiáng)度持續(xù)加強(qiáng)。27日18時(shí),氣旋中心氣壓值為1007.5hPa,到28日18時(shí),中心氣壓值降低為992.5hPa(圖略)。根據(jù)SandersandGyakum從高空?qǐng)D上看,27日12時(shí)(圖略),東亞大陸上空500hPa存在南北兩支高空槽,北支槽位于貝湖附近,南支槽從山西河南附近向南延伸至孟加拉灣,南支槽位于北支槽前形成階梯槽形勢(shì),地面氣旋生成。28日00時(shí)(圖5a-d),地面氣旋在長(zhǎng)江口北部入海。氣旋中心位于500hPa南支槽前西南氣流中,且位于200hPa高空急流軸出口區(qū)左側(cè),高空急流最大風(fēng)速超過70m·s從渦度場(chǎng)上看,27日18時(shí)—28日06時(shí)(圖6a-c),氣旋向東移動(dòng)過程中始終位于500hPa槽前,高空槽前有明顯的正渦度平流,氣旋性渦度增加,在地轉(zhuǎn)偏向力作用下,在氣旋性流場(chǎng)中有氣流向外輻散,輻散的結(jié)果使地面減壓,有利于地面氣旋強(qiáng)度加強(qiáng)溫度平流是斜壓擾動(dòng)強(qiáng)力發(fā)展的最基本的動(dòng)力條件,能造成高空槽脊的發(fā)展,而高空槽脊發(fā)展伴隨的強(qiáng)渦度平流可引起地面氣旋或反氣旋發(fā)展綜上所述,這次氣旋爆發(fā)性發(fā)展的主要因素有:1)氣旋發(fā)展過程中位于高空急流出口區(qū)左側(cè),伴隨明顯高空輻散;2)氣旋始終位于高空槽前,槽前存在明顯正渦度平流;3)氣旋前部暖平流強(qiáng)盛,后部冷平流明顯,冷暖匯合引起斜壓不穩(wěn)定增長(zhǎng)。有研究表明,高空位渦下傳,海氣耦合作用等也是氣旋爆發(fā)性發(fā)展的主要原因2.2海霧處理2.2.1州沿海地區(qū)出現(xiàn)東南角2017年冬季,我國近海的海霧過程主要出現(xiàn)在北部灣、瓊州海峽和廣東西部沿海,且出現(xiàn)時(shí)間段多為夜間至早晨。12月沒有能見度低于1km的大霧過程,1月有3次過程,2月有3次過程(表2)。下面對(duì)2月中旬的海霧個(gè)例進(jìn)行分析。2.2.2海霧消除作用2月15—17日的夜間至早晨時(shí)段,北部灣、瓊州海峽、廣東西部沿海均出現(xiàn)了能見度低于500m的濃霧天氣,其中徐聞?wù)居^測(cè)的最低能見度低于100m,一直持續(xù)到18日有弱冷空氣南下海霧才消散,能見度轉(zhuǎn)好。從以往的相關(guān)研究中可以發(fā)現(xiàn),海霧的生成與海上能夠提供暖濕空氣的氣壓場(chǎng)有直接關(guān)系。具體到華南沿海,當(dāng)?shù)蛯訛槠珫|或偏南的暖濕氣流時(shí),有利于海霧的形成一般來說,有利于海霧發(fā)生發(fā)展的低層氣象條件包括:低層存在等溫或者逆溫,空氣層結(jié)較穩(wěn)定;低層(850hPa以下)有較大的相對(duì)濕度,低層的溫度露點(diǎn)差較小2.3熱帶空氣2.3.1偏多2個(gè)難度值約2個(gè)2017年冬季,西北太平洋和南海共生成4個(gè)臺(tái)風(fēng)(表3),比多年平均值(約2個(gè))偏多2個(gè)。4個(gè)臺(tái)風(fēng)均在10°N左右生成,向偏西方向移動(dòng)(圖11),其中1727號(hào)臺(tái)風(fēng)“天秤”強(qiáng)度最強(qiáng),于24日凌晨加強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)級(jí),25日傍晚強(qiáng)度減弱為熱帶風(fēng)暴,26日上午于越南南部近海減弱為熱帶低壓。2.3.2南洋方臺(tái)風(fēng)2017年冬季,除西北太平洋和南海臺(tái)風(fēng)之外,其他各大洋共有熱帶氣旋11個(gè),分別為南太平洋2個(gè),北印度洋2個(gè),南印度洋7個(gè)(表4),大西洋和東太平洋無臺(tái)風(fēng)生成。同歷史平均(1981—2010年共30a平均,南印度洋為2000—2010年共11a平均)個(gè)數(shù)對(duì)比來看,南太平洋的熱帶氣旋個(gè)數(shù)比平均數(shù)(5.4)少3個(gè),南印度洋比平均數(shù)(15.3)少8個(gè),北印度洋比平均數(shù)(0.7)多1個(gè),大西洋和東太平洋同歷史平均值(0.1)相當(dāng)。3海洋概況3.1我國近海海域浪高分析2017年冬季,我國近海受冷空氣影響頻繁,海區(qū)浪高較大。海浪過程多是連續(xù)的,大部分時(shí)間南部海區(qū)的大浪過程還沒結(jié)束,受另一股冷空氣或者氣旋影響的下一次大浪過程已經(jīng)開始,兩次連續(xù)的海浪過程很難完全區(qū)分開。利用法國衛(wèi)星高度計(jì)AVISO反演的海浪高分析得到,我國近海浪高在2m以上的海浪過程有19次(表5),12月大于2m浪高的日數(shù)為31d,2018年1月大于2m浪高日數(shù)為26d,2月大于2m浪高日數(shù)為23d。冬季,未出現(xiàn)2m以上大浪過程的天數(shù)僅有10d。由月平均浪高場(chǎng)(圖12a-c)可以看出,2017年冬季我國近海海域浪高較大,我國東部和南部大部海域平均浪高在2m以上,12月,2m以上的大浪區(qū)域有東海南部海域、臺(tái)灣海峽、巴士海峽、南海北部、中部和西南部海域,巴士海峽南部海域平均浪高最大,約2.6m。2018年1月,大浪范圍進(jìn)一步增大,海區(qū)平均浪高比12月增大0.2~0.6m,巴士海峽、南海大部海域平均浪高在2.6m以上,最大平均浪高達(dá)到3.2m。2月,海區(qū)浪高較1月有所減小,但是我國東南部和南部仍有大部分海域平均浪高在2m以上。3.2月和2月溫度由月平均海面溫度(圖13a-c)可以看出,冬季,我國近海海域都是逐漸降溫的過程,尤其北部海域,降溫更明顯,渤海12月的海面溫度在5~8℃,1月為2~4℃,2月溫度繼續(xù)降低,海面溫度為0~2℃,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℃,1月為6~11℃,2月為3~9℃,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,因此東海海溫梯度明顯增大。南海海面溫度降溫幅度不明顯,為0.5~1℃,最高溫度為27~28℃。我國東部和南部海域海溫呈現(xiàn)東北—西南向梯度分布,海溫從北到南的溫度差在冬季從20℃加大到26℃左右,南北溫度差距明顯。4我國近海天氣概況2017年冬季,北半球極渦呈偶極型分布,中高緯度為4波型。東亞大槽位置較常年偏西,且強(qiáng)度略偏強(qiáng),該形勢(shì)有利于冷空氣南下影響我國。12月,亞洲中東部中高緯度環(huán)流經(jīng)向度較大,副熱帶高壓較常年偏強(qiáng),有利于冷空氣南下。1月,冷空氣活動(dòng)比12月更加頻繁,西伯利亞冷高壓區(qū)較12月更強(qiáng),且有冷空氣分裂南下,我國北部和東部海區(qū)處于高壓前部、低壓后部,氣壓梯度較大。2月,冷空氣活動(dòng)減弱,我國近海開始有溫帶氣旋入海并發(fā)展。具體天氣總結(jié)如下:1)2017年冬季,我國近海出現(xiàn)了19次8級(jí)以上大風(fēng)過程,其中冷空氣大風(fēng)過程14次,冷空氣和溫帶氣旋共同影響的大風(fēng)過程2次,冷空氣與熱帶氣旋共同影響的大風(fēng)過程1次,熱帶氣旋大風(fēng)過程2次。2)2017年冬季,我國近海出現(xiàn)6次比較明顯的海霧過程,海霧區(qū)域主要出現(xiàn)在北部灣、瓊州海峽和粵西沿海,且出現(xiàn)時(shí)間段多為夜間至早晨。3)西北太平洋和南海共生成4個(gè)臺(tái)風(fēng),比多年平均值(約2個(gè))偏多2個(gè)。4個(gè)臺(tái)風(fēng)均在10°N左右生成,向偏西方向移動(dòng)。其他各大洋共有熱帶氣旋11個(gè),分別為南太平洋2個(gè),北印度洋2個(gè),南印度洋7個(gè),大西洋和東太平洋無臺(tái)風(fēng)生成。4)我國近海浪高在2m以上的海浪過程有19次,未出現(xiàn)2m以上大浪過程的天數(shù)僅有10d。5)我國近海海域是逐漸降溫的過程,北部海域的降溫幅度大于南部海域,海溫從北到南的溫度差從20℃加大到26℃左右。CaoYuenan,LiuTao,Wan