2019年春季32019年春季海洋天氣評(píng)述

2019年春季32019年春季海洋天氣評(píng)述

數(shù)據(jù)來源和處理本文主要分析了2019年春季（3月至5月）北半球氣候循環(huán)特征的特點(diǎn)，以及各月的發(fā)展和中國沿海天氣的影響系統(tǒng)，總結(jié)了中國沿海水域的主要災(zāi)害趨勢(shì)和海霧天氣。除此之外,還分析了熱帶氣旋、浪高和海面溫度等氣象、水文要素在春季的變化特征,同時(shí)簡要統(tǒng)計(jì)了全球各海域熱帶氣旋的基本情況。文中所使用的數(shù)據(jù)資料主要包括:常規(guī)觀測資料(含海上浮標(biāo)和海島觀測等)、NCEPFNL再分析資料、美國NOAA最優(yōu)插值海面溫度資料及HYSPLIT模式(HybridSingle-ParticleLagrangianIntegratedTrajectory-4,混合單顆粒軌道模型)輸出結(jié)果等。文中提及的海上大風(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循環(huán)特征和發(fā)展1.1格陵蘭島南部2019年春季500hPa平均位勢(shì)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喀拉海東南部(75°N,90°E),中心位勢(shì)高度516dagpm;西半球中心位于格陵蘭島北部以西(76°N,88°W),中心位勢(shì)高度為518dagpm。北半球中高緯呈4波型分布,西風(fēng)帶槽脊較冬季有明顯減弱,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以西地區(qū)向西南方向伸展,直至我國西南地區(qū)。位勢(shì)高度距平場顯示,極渦較常年平均值偏強(qiáng),北極呈現(xiàn)2～4dagpm的正距平,且西半球極渦中心附近有4～6dagpm的負(fù)距平,東半球極渦中心附近有2dagpm左右的負(fù)距平。1.2環(huán)流演變及變化3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(圖2a),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南洋面,脊區(qū)位于西伯利亞地區(qū)。從距平圖上看,高壓脊區(qū)為正距平,而東亞大槽與常年相比較差別不大,環(huán)流形勢(shì)有利于冷空氣的堆積。我國北方的大部分地區(qū)及北部海域處于西北氣流控制,冷空氣活動(dòng)頻繁。由海平面氣壓場和距平圖可以看到,冷高壓中心位于貝加爾湖以西,中心氣壓值為1026dagpm左右。我國北部及東部海域位于高壓前部,處于弱高壓區(qū)控制,為弱的負(fù)距平(圖2b),冷空氣強(qiáng)度與常年略偏弱。4月,歐亞大陸及西北太平洋海域的中高緯環(huán)流與3月相似,仍為“兩槽一脊”型,烏拉爾山以西地區(qū)的大槽東移至烏拉爾山附近,東亞大槽相對(duì)3月份減弱,位置稍微東移,兩槽之間的西伯利亞地區(qū)仍為脊區(qū)。由距平場可以看出,東亞大槽處于負(fù)距平而脊區(qū)處于正距平,影響我國近海的冷空氣活動(dòng)較常年活躍(圖3a)。由對(duì)應(yīng)的海平面平均氣壓場可以看到,4月冷空氣主體位于西伯利亞南部,中心氣壓值為1025dagpm左右,我國近海為弱高壓區(qū)控制,黃海南部至南海北部維持負(fù)距平,該海域冷空氣勢(shì)力減弱,僅渤海和黃海北部海域由負(fù)距平轉(zhuǎn)為正距平,冷空氣影響仍較大(圖3b)。5月,歐亞大陸及西北太平洋海域的中高緯環(huán)流調(diào)整為“兩槽兩脊”型,兩槽分別位于西歐和東亞地區(qū),東亞大槽明顯減弱且偏西,兩脊位于烏拉爾山以西地區(qū)和堪察加半島,脊區(qū)明顯強(qiáng)于常年。在中低緯地區(qū),環(huán)流較為平直,有淺平槽東移,造成東部海域在本月中下旬氣旋活躍(圖4a)。在海平面氣壓場和距平圖(圖4b)上可以看到,我國近海海域處于兩個(gè)高壓之間的鞍型場控制下,西邊的高壓位于巴爾喀什湖附近,東部高壓位于西北太平洋中部,影響我國近海的冷空氣較弱,溫帶氣旋影響近海。2中國沿海地區(qū)的氣候分析2.1大風(fēng)過程的影響系統(tǒng)2019年春季,我國近海出現(xiàn)了17次8級(jí)以上大風(fēng)過程(表1),其中冷空氣大風(fēng)過程有6次,冷空氣和溫帶氣旋共同影響的大風(fēng)過程有3次,入海溫帶氣旋大風(fēng)過程有8次。在引發(fā)大風(fēng)過程的影響系統(tǒng)中,冷空氣和溫帶氣旋的比例相當(dāng)。從大風(fēng)過程的時(shí)間分布來看,3月8次(含3月30日至4月1日的冷空氣過程),4月5次,5月4次,大風(fēng)過程頻次逐月減少。3月的8次大風(fēng)過程中冷空氣參與影響的比例為63%左右,4月和5月冷空氣的占比相對(duì)較少,分別為40%和50%。而入海溫帶氣旋影響的比例在3月、4月的大風(fēng)過程中占比為63%和60%,到了5月,這一比例增加至75%,春季后期溫帶氣旋誘發(fā)的大風(fēng)越來越明顯。從影響系統(tǒng)造成大風(fēng)的持續(xù)時(shí)間來看,冷空氣一般為2～3d,而溫帶氣旋為1～2d。2.1.2風(fēng)力分析和過程3月21日02時(shí)—24日14時(shí),我國近海海域從北至南出現(xiàn)了一次明顯的冷空氣大風(fēng)過程,黃海大部、東海北部、臺(tái)灣海峽、臺(tái)灣以東洋面、巴士海峽、南海東北部出現(xiàn)了7～8級(jí)、陣風(fēng)9級(jí)的偏北風(fēng),其中臺(tái)灣海峽等部分海域出現(xiàn)了9級(jí)、陣風(fēng)10級(jí)的大風(fēng)。圖5中給出兩個(gè)參考站點(diǎn)的風(fēng)速觀測,包括平均風(fēng)和陣風(fēng),其中成山頭站(站號(hào)54776)位于威海市,是黃海北部海上天氣的重要參考點(diǎn),海島站(站號(hào)711398)位于臺(tái)灣海峽南部。觀測站點(diǎn)的風(fēng)速變化趨勢(shì)顯示,此次大風(fēng)過程自北至南影響了中國近海的大部分海域。本次過程中,前期黃海北部和中東部海域的風(fēng)力較大,大風(fēng)區(qū)域向東海推進(jìn)的時(shí)候,風(fēng)力略有減小,冷空氣進(jìn)入到臺(tái)灣海峽,受狹管效應(yīng)影響,風(fēng)力增加到8～9級(jí),進(jìn)入南海后風(fēng)力再度減小。從形勢(shì)場上看,3月20日,500hPa圖(圖6)上,蒙古西部有一個(gè)高空槽東移,冷空氣在貝加爾湖附近堆積,21日上午槽區(qū)底部位于東北地區(qū)南部,槽后的西北風(fēng)引導(dǎo)冷空氣前鋒南下,22日貝加爾湖附近橫槽東移轉(zhuǎn)豎的過程中逐步與東北地區(qū)的冷渦槽形成同位相疊加,到23日08時(shí),形成從我國東北到黃海的東亞大槽,冷空氣中心值達(dá)到-44℃,隨后該大槽持續(xù)東移,引導(dǎo)冷空氣主體南下,溫度最低降至-48℃左右,23日夜間槽底到達(dá)東海南部,隨后大槽的主體逐漸移出我國近海,但是低層冷空氣仍然影響南部海域。20日的地面圖(圖略)顯示,有一個(gè)氣旋從山東半島南部進(jìn)入黃海南部海域,一直向東北方向移動(dòng)并發(fā)展,21日08時(shí)進(jìn)入日本海,西伯利亞至蒙古地區(qū)低層冷空氣向東南方向伸展到我國東北和華北地區(qū),從蒙古到日本海形成西高東低形勢(shì),地面圖上等壓線密集,氣壓梯度大,冷鋒后的黃海北部和中東部海域風(fēng)速較大。隨后低壓快速向東北方向移動(dòng)到日本海東北部,大陸的低層高壓系統(tǒng)繼續(xù)向東南推進(jìn),至22日黃海大部被高壓系統(tǒng)覆蓋,風(fēng)速減小,而東海南部、臺(tái)灣海峽、臺(tái)灣東南海域及巴士海峽等海域受高壓系統(tǒng)和巴士海峽東部弱低壓系統(tǒng)的共同影響,地面等壓線密集,直到23日晚間(圖7),高壓中心移動(dòng)到我國江南地區(qū),上述海域風(fēng)力最大達(dá)9級(jí)。之后高壓系統(tǒng)東移減弱,同時(shí)巴士海峽東部的低壓減弱消失,海上等壓線變得稀疏,風(fēng)力減弱,至24日08時(shí)前后,此次大風(fēng)過程基本結(jié)束。研究2.29年3月5月海霧多發(fā)生2019年春季海霧影響頻繁,我國近海出現(xiàn)了13次比較明顯的海霧過程,逐月分布為:3月3次,4月6次,5月4次(表2)。2019年春季海霧多發(fā)生在黃海大部至東海北部海域,海霧過程持續(xù)時(shí)間在2～3d。海霧過程中500hPa高空以較為平直的偏西氣流為主,霧區(qū)大多處于地面高壓后部、低壓前部的偏南暖濕氣流控制區(qū)域,中低層大氣層結(jié)穩(wěn)定。2.2.2海霧過程概況3月25日凌晨開始至27日白天,黃海北部和中東部海域出現(xiàn)了能見度低于500m的濃霧天氣,其中最低能見度100m左右,一直持續(xù)到27日夜間有冷空氣南下海霧才消散,能見度有所好轉(zhuǎn)。站號(hào)為47102的站點(diǎn)位于朝鮮西側(cè),該站逐3h能見度觀測(圖9)顯示,從25日開始能見度逐漸降低,從前一天的20km降低到8km以下,25日夜間至26日早間屬于能見度較低的時(shí)段,最低值為100m,26日白天開始能見度有所好轉(zhuǎn),但是直到26日夜間仍然維持2～8km的范圍,其中27日02時(shí)和05時(shí)的能見度依然在2km以下。另外FY-2G衛(wèi)星的可見光監(jiān)測(圖10)揭示了此次過程海霧的空間分布,由26日11時(shí)衛(wèi)星云圖可見,白色的霧區(qū)從黃海北部向東南方向伸展,東側(cè)邊界與朝鮮半島海岸線基本重合,霧區(qū)西側(cè)邊際非常清晰。對(duì)此次海霧過程低層環(huán)流形勢(shì)場(圖11)分析顯示,海霧主要位于高壓系統(tǒng)后部、低壓系統(tǒng)前側(cè)的均壓場中,此環(huán)流形勢(shì)在海霧發(fā)展成熟階段維持了相當(dāng)?shù)臅r(shí)間,黃海南部的偏南暖濕氣流提供了此次海霧過程的水汽條件,而且暖氣團(tuán)向北運(yùn)動(dòng)的過程中溫度降低,利于凝結(jié)成霧。水汽是海霧凝結(jié)的重要條件,利用再分析資料考察水汽的輸送情況,定義單位邊長上一定層次內(nèi)的大氣水汽輸送通量矢量Q式中,v為該單位氣柱內(nèi)各層大氣的風(fēng)速矢量,q是各層大氣的比濕,p和p為了考察海霧中凝結(jié)空氣質(zhì)點(diǎn)的來源,這里選用HYSPLIT模式來分析,該模式是NOAA與澳大利亞氣象局聯(lián)合研發(fā)的一種用于計(jì)算分析大氣污染物輸送、擴(kuò)散軌跡的模式,能較好地追蹤空氣質(zhì)點(diǎn)的來源。選擇47102站(37.97°N,124.71°E,站點(diǎn)高度36m)觀測高度上的質(zhì)點(diǎn),采用后向模型追蹤2019年3月26日20時(shí)質(zhì)點(diǎn)粒子36h以前的來源,如圖13所示,該質(zhì)點(diǎn)來源于黃海西南部海域,隨著低層的西南風(fēng)向東北方向移動(dòng)到黃海北部,且遷移過程質(zhì)點(diǎn)一直處于大氣的低層。2.3熱帶空氣2.3.1臺(tái)風(fēng)生成的時(shí)間2019年春季(3—5月),西北太平洋和南海沒有臺(tái)風(fēng)生成,比1949—2018年平均值(2.12個(gè),其中3月、4月、5月該海域的平均值分別為0.39個(gè)、0.69個(gè)和1.04個(gè))偏少。2.3.2東太平洋無熱帶氣旋2019年春季(3—5月),西北太平洋和南海之外的其他海域共有12個(gè)熱帶氣旋生成,分別為北大西洋1個(gè)、南太平洋4個(gè)、南印度洋6個(gè)、北印度洋1個(gè)(表3),東太平洋無熱帶氣旋生成。與歷史平均(1981—2010年平均,其中南印度洋為2000—2010年平均)個(gè)數(shù)對(duì)比來看,北大西洋(常年平均0.1個(gè))、南太平洋(常年平均3.1個(gè))、北印度洋(常年平均0.9個(gè))比常年平均偏多,南印度洋(常年平均7.9個(gè))、東太平洋(常年平均0.6個(gè))比常年平均偏少。3海洋概況3.1月到2019年3月2019年春季(3—5月),我國近海有效波高(以下簡稱“浪高”)在2m以上的海浪過程有14次(表4),大浪過程基本對(duì)應(yīng)有海上大風(fēng)過程,但是大風(fēng)過程的時(shí)間與大浪過程并不一定完全一致,浪高的大小受風(fēng)時(shí)風(fēng)區(qū)、波浪的成長與傳遞以及地形等原因影響。3月,我國近海大于2m浪高的過程有6次,日數(shù)15d,4月大于2m浪高的過程為4次(其中月初一次與3月底的合為一次過程),日數(shù)11d,5月大于2m浪高的過程5次,日數(shù)為14d。2019年春季的3個(gè)月份里面,大浪的過程數(shù)量和大風(fēng)日數(shù)都基本持平。從最大浪高來看,3月大浪過程中最大的浪高都在3～4m之間,較之4月和5月的2～3m要高一些。由浪高場的月平均分布(圖14)來看,2019年春季(3—5月),我國近海海域浪高較小,各個(gè)海區(qū)平均浪高在2m以下。3月平均浪高的大值區(qū)在臺(tái)灣東南海域,最高達(dá)到了2.0m左右,東海東北部和南部海域、臺(tái)灣海峽、臺(tái)灣以東、巴士海峽、南海東北部的浪高在1.4m以上,黃海中東部和和東南部、南海西北部、北部灣中部的浪高在1.0～1.4m之間,其他海域都在1.0m以下。4月中國近海各海區(qū)的平均浪高比3月有所減小,臺(tái)灣東南海域依然是大值區(qū),但是浪高降至1.5m左右,東海南部、臺(tái)灣以東、南海北部、北部灣的浪高在1.0～1.2m之間,黃海大部降至1.0m以下。5月浪高與4月相當(dāng),僅臺(tái)灣海峽、臺(tái)灣以東洋面、南海北部和中西部海域略有增加,在1.0～1.4m;而北部灣中部則有所降低,浪高為0.5～0.8m。3.2月5月和3月劉海溫和海溫變化我國近海海域南北跨度大,海面溫度(以下簡稱“海溫”)南北差異也大,2019年3月的渤海平均海溫有4℃左右,而此時(shí)南海南部海溫高達(dá)28℃以上,南北海溫差24℃。3月黃海的海溫從北至南為7～10℃,海溫的梯度從渤海直到黃海南部并不是很大,但是在東海海域卻呈現(xiàn)較為密集的等溫線,等溫線從西南向東北方向伸展,東海南部的海溫已經(jīng)達(dá)到了24℃左右,南海的平均海溫都偏高,南海北部最低24℃,南部海域則達(dá)到28℃。2019年春季海平面溫度的逐月變化(圖15)顯示,海溫逐漸升高,渤海、黃海北部海域4月和5月的海溫分別為8℃和12℃左右,南海南部海域?yàn)?9～30℃,4月和5月南北海溫差減小為21℃和18℃。4月和5月,東海仍然是海溫梯度變化較大的海域。4大風(fēng)過程和海霧過程2019年春季(3—5月),北半球極渦呈偶極型分布,兩個(gè)低值中心分別位于東半球和西半球,中高緯度環(huán)流形勢(shì)呈4波型。3月,亞洲中東部中高緯度東亞大槽有利于冷空氣南下,我國北方近海處于西北氣流控制,冷空氣活動(dòng)頻繁。4—5月,影響我國海域的冷空氣勢(shì)力逐漸減弱,溫帶氣旋活動(dòng)變得增加。具體天氣總結(jié)如下:1)我國近海出現(xiàn)了17次大風(fēng)過程,其中冷空氣大風(fēng)過程有6次,冷空氣和溫帶氣旋共同影響的大風(fēng)過程有3次,入海溫帶氣旋大風(fēng)過程有8次,冷空氣和溫帶