8月大氣環(huán)流和天氣分析

2022年8月大氣環(huán)流和天氣分析*

王皘董林國家氣象中心，北京100081提要：2022年8月大氣環(huán)流的主要特征是北半球極渦呈偶極型分布且較常年同期強(qiáng)度偏強(qiáng)，歐亞地區(qū)中高緯環(huán)流呈緯向型，里海北部高壓脊異常偏強(qiáng)。西太平洋副熱帶高壓較常年異常偏西偏強(qiáng)。8月，全國平均氣溫為22.4℃，較常年同期(21.1℃)偏高1.3℃；全國平均降水量為82.4mm，比常年同期(107.1mm)偏少23.1%。月內(nèi)，高溫日數(shù)異常偏多，區(qū)域高溫過程持續(xù)影響我國，長江流域等地氣象干旱持續(xù)發(fā)展，我國出現(xiàn)8次暴雨過程。8月共有5個(gè)熱帶氣旋在南海和西北太平洋活動(dòng)，其中2207號(hào)臺(tái)風(fēng)木蘭和2209號(hào)臺(tái)風(fēng)馬鞍登陸我國，生成和登陸個(gè)數(shù)較常年偏少。強(qiáng)對(duì)流天氣多發(fā)，局地受災(zāi)重。引言2022年8月，全國平均氣溫為22.4℃，較常年同期(21.1℃)偏高1.3℃，全國平均降水量為82.4mm，較常年同期(107.1mm)偏少23.1%。月內(nèi)，高溫日數(shù)異常偏多，區(qū)域高溫過程持續(xù)影響我國；長江流域等地氣象干旱持續(xù)發(fā)展；8次區(qū)域暴雨過程影響我國，與常年同期相比呈北多南少；生成和登陸臺(tái)風(fēng)均略偏少；強(qiáng)對(duì)流天氣多發(fā)，局地受災(zāi)重。1天氣概況1.1降水2022年8月，全國平均降水量為82.4mm，較常年同期(107.1mm)偏少23.1%，為1961年以來歷史同期第三少(國家氣候中心，2022)。從空間分布看，東北地區(qū)北部、華北大部、華南南部及云南、四川東南部和北部、重慶北部、青海東部、甘肅西南部、陜西東北及南部、內(nèi)蒙古中部、山東大部、江蘇北部等地降水量在100mm以上，華南南部及云南南部、山西北部、山東中東部等地降水量在200mm以上，局地超過400mm；全國其余大部地區(qū)降水量普遍在100mm以下，其中新疆南部和北部部分地區(qū)、內(nèi)蒙古西北部、甘肅西北部、青海西北部、湖南中部、江西中西部部分地區(qū)降水量不足10mm(圖1)；與常年同期相比(圖2)，東北中部及北部、華北中部及內(nèi)蒙古中東部、甘肅中部、青海西部和東北部、新疆中西部、西藏西南部等地偏多5成至2倍；山西北部、內(nèi)蒙古中部、新疆西部等地部分地區(qū)偏多2倍以上；全國其余大部地區(qū)降水偏少或接近常年同期，華中大部、華東中南部、華南北部及新疆北部和東南部、甘肅西北部、內(nèi)蒙古西北部和東北部、西藏中東部、四川東南和西南部、重慶大部等地偏少5～8成，江西中部、湖南大部、新疆局部等地偏少8成以上(國家氣候中心，2022)。圖12022年8月全國降水量分布(單位：mm)圖22022年8月全國降水量距平百分率分布(單位：%)1.2氣溫2022年8月，全國平均氣溫為22.4℃，較常年同期(21.1℃)偏高1.3℃，為1961年以來歷史同期最高(圖3)。全國除東北大部及內(nèi)蒙古東北部、新疆西部等地部分地區(qū)氣溫偏低外，其余大部地區(qū)氣溫偏高或接近常年同期，其中華東大部、華中、西北大部、西南大部及西藏東部等地偏高2～4℃，局部偏高4～6℃(國家氣候中心，2022)。圖32022年8月全國平均氣溫距平分布(單位：℃)2環(huán)流特征和演變2.1環(huán)流特征2022年8月北半球500hPa平均位勢(shì)高度場及距平場的水平分布(圖4)表明，北半球環(huán)流形勢(shì)有以下主要特點(diǎn)。8月，北半球極渦呈偶極型分布，兩個(gè)中心分別位于北極圈內(nèi)法蘭士約瑟夫地群島北部附近和巴芬島，兩個(gè)極渦中心強(qiáng)度均低于544dagpm(圖4a)。從距平場可以看出，法蘭士約瑟夫地群島北部附近極渦對(duì)應(yīng)弱的負(fù)距平，巴芬島的極渦附近有明顯的負(fù)距平，負(fù)距平中心值約為-4dagpm，這表明北半球極渦較常年同期偏強(qiáng)，極地冷空氣勢(shì)力較常年偏強(qiáng)。北半球中高緯西風(fēng)帶呈5波型分布，其中北美地區(qū)阿拉斯加附近的高空槽對(duì)應(yīng)正距平(4dagpm)，亞洲北部的高空槽對(duì)應(yīng)較強(qiáng)的負(fù)距平，貝加爾湖以北存在一個(gè)明顯的負(fù)距平中心，達(dá)-10dagpm。亞洲大陸主要受“兩槽一脊”的控制，兩支高空槽分別位于西西伯利亞地區(qū)和切爾斯基山脈以南，兩支高空槽均對(duì)應(yīng)負(fù)距平。圖42022年8月北半球500hPa(a)平均位勢(shì)高度場和(b)距平場(單位：dagpm)8月西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)呈帶狀分布，588dagpm等高線幾乎環(huán)繞全球，副高西脊點(diǎn)位于82°E附近(圖4a)，較2018—2021年以及多年氣候平均明顯偏西(王皘和張玲，2018；周冠博和高拴柱，2019；2021；劉達(dá)和張玲，2020)。副高脊線較往年同期明顯偏北，西伸脊點(diǎn)偏西。副高位置明顯偏西，強(qiáng)度偏強(qiáng)，東亞大陸大部為寬闊的高壓區(qū)，并伴有2dagpm的正距平，從而導(dǎo)致我國高溫日數(shù)異常偏多，長江流域等地氣象干旱持續(xù)發(fā)展；月內(nèi)臺(tái)風(fēng)活動(dòng)偏少，除登陸臺(tái)風(fēng)木蘭和馬鞍影響華南地區(qū)外，另3個(gè)臺(tái)風(fēng)均在遠(yuǎn)海生成，其中臺(tái)風(fēng)軒嵐諾在8月底生成。2.2環(huán)流演變與我國天氣圖5所示為8月上、中、下旬歐亞地區(qū)500hPa平均高度場環(huán)流形勢(shì)。上旬(圖5a)，歐亞中高緯地區(qū)大氣環(huán)流形勢(shì)為較弱的“兩槽兩脊”，咸海以東地區(qū)及我國東北地區(qū)為低槽區(qū)；里海北部為強(qiáng)高壓脊，貝加爾湖南側(cè)為弱的高壓脊，我國中緯度地區(qū)環(huán)流比較平直，導(dǎo)致旬內(nèi)影響我國的冷空氣偏弱；旬內(nèi)副高位置偏西偏北，脊線、西脊點(diǎn)分別位于32°N、92°E附近，因此，旬末生成的2207號(hào)臺(tái)風(fēng)木蘭路徑呈現(xiàn)西北行轉(zhuǎn)西行的特征，登陸廣東徐聞。上旬的主要天氣有：8月3—4日，受低渦切變線與偏東風(fēng)低空急流影響，華南地區(qū)大部出現(xiàn)暴雨，局地大暴雨；8—10日受低層切變線和低空急流影響，華北、黃淮地區(qū)出現(xiàn)暴雨，其中河北邢臺(tái)及山西沂州、山東濰坊和青島等地局地降水量為200～300mm，河北邢臺(tái)局地達(dá)320～354mm；9—11日，臺(tái)風(fēng)木蘭和低空急流在華南地區(qū)及云南造成較強(qiáng)降水，廣東中南部、廣西南部、海南島中西部、云南南部等地出現(xiàn)暴雨到大暴雨，局地特大暴雨，臺(tái)風(fēng)登陸點(diǎn)附近廣東陽江局地降水量達(dá)350～439mm。中旬(圖5b)，亞歐中高緯地區(qū)呈現(xiàn)“兩槽兩脊”型，黑海北部的高壓脊發(fā)展，貝加爾湖附近的高壓脊強(qiáng)度減小，東北地區(qū)的槽區(qū)略微南移，副高稍有南落，588dagpm等高線北界南落至38°N附近，華北地區(qū)的高溫有所緩解；副高南落導(dǎo)致旬內(nèi)近海無臺(tái)風(fēng)活動(dòng)，僅有2208號(hào)臺(tái)風(fēng)米雷在遠(yuǎn)海生成并向東北方向移動(dòng)。與此同時(shí)，由于西南季風(fēng)加強(qiáng)和副高西伸，副高西側(cè)西南暖濕氣流強(qiáng)勁，在低渦切變線、短波槽及低空急流的配合下，致使我國西北地區(qū)東部、華北、東北和黃淮地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降雨過程，緩解了前期的高溫及氣象干旱。中旬主要天氣過程有：8月13—15日，受低渦切變線和低空急流影響，西北地區(qū)東部、華北、東北地區(qū)等地累計(jì)降水量為50～150mm，其中內(nèi)蒙古鄂爾多斯和遼寧大連局地為200～270mm；17—19日，西北地區(qū)、華北、東北地區(qū)、黃淮等地出現(xiàn)大到暴雨，河北衡水和滄州局地降水量為180～304mm。下旬(圖5c)，中高緯環(huán)流形勢(shì)有所調(diào)整，前期黑海北部的高壓脊持續(xù)發(fā)展并東移至烏拉爾山附近，巴爾喀什湖附近為一橫槽，東北地區(qū)的低槽繼續(xù)發(fā)展，呈現(xiàn)“西高東低”形勢(shì)。副高進(jìn)一步南落并加強(qiáng)西伸，脊線和西脊點(diǎn)分別位于40°N、77°E附近，我國西南、華中及華南地區(qū)受高壓控制，高溫加劇，長江流域等地氣象干旱持續(xù)發(fā)展。旬內(nèi)2209號(hào)臺(tái)風(fēng)馬鞍生成并向西偏北方向移動(dòng)，登陸廣東電白；2210號(hào)臺(tái)風(fēng)蝎虎與2211號(hào)臺(tái)風(fēng)軒嵐諾在遠(yuǎn)海150°E附近生成。下旬的主要天氣過程有：8月21—22日，受切變線和低空急流的影響，西北地區(qū)、華北、東北地區(qū)、黃淮地區(qū)出現(xiàn)大雨到暴雨，陜西商洛、河南南陽、山西呂梁以及河北張家口、石家莊、衡水和滄州、山東德州、濰坊和青島等地累計(jì)降水量達(dá)100～160mm，河北衡水和滄州等局地累計(jì)降水量達(dá)180～304mm；24—26日，受臺(tái)風(fēng)馬鞍影響，廣東南部、廣西中南部、海南島、云南西部和南部等地累計(jì)降水量有50～100mm，廣東江門、陽江、茂名和湛江，廣西防城港和崇左，海南?？?、澄邁、東方和樂東等地部分地區(qū)累計(jì)降水量達(dá)150～230mm，廣西防城港局地高達(dá)250～344mm；27—30日，低渦切變系統(tǒng)在西北地區(qū)東部、四川盆地至黃淮一帶造成較強(qiáng)降水，四川巴中、達(dá)州、廣元、成都及重慶城口和開縣、陜西漢中等地達(dá)200～484mm；上述地區(qū)最大小時(shí)降水量30～62mm。圖52022年8月(a)上旬、(b)中旬、(c)下旬歐亞500hPa平均位勢(shì)高度(單位：dagpm)3高溫天氣3.1概況8月，江南、江漢、江淮大部等地出現(xiàn)大范圍持續(xù)高溫天氣，高溫日數(shù)多、影響范圍廣。江南大部、江淮南部、江漢南部及重慶大部、新疆東南部等地高溫日數(shù)普遍有10～20d，其中湖南東南部、江西中東部、福建西北部、浙江大部超過20d；與常年同期相比，上述地區(qū)高溫天數(shù)普遍偏多5～10d，江蘇東南部、浙江大部、福建西北部、湖南東南部及上海超過10d。有29個(gè)站日最高氣溫達(dá)到或超過極端閾值，其中5個(gè)站破歷史極值，59個(gè)站極端連續(xù)高溫日數(shù)達(dá)到或超過歷史極值。中央氣象臺(tái)自7月21日開始連續(xù)發(fā)布高溫預(yù)警，8月1—30日持續(xù)發(fā)布總計(jì)60期高溫預(yù)警，其中包括黃色預(yù)警22期，橙色預(yù)警16期，紅色預(yù)警22期。1.2.3試驗(yàn)方法：采用免疫熒光染色方法檢測試驗(yàn)組與對(duì)照組胸腺生發(fā)中心中CD4+CXCR5++Foxp3+Tfr和CD4+CXCR5+ICOSmedianTfh的細(xì)胞。組織石蠟切片在室溫下分別加兩組熒光三標(biāo)抗體，第一組一抗分別用CD4、CXCR5、Foxp3；第二組一抗采用CD4、ICOS、CXCR5；第二抗體分別采用三種不同顏色抗體：FITC標(biāo)記綠色熒光、Cy3標(biāo)記的紅色熒光和AMCA藍(lán)色熒光第二抗體，堿性熒光三標(biāo)染色，三種顏色共染，分別代表不同的Tfr和Tfh。3.2干熱特征明顯8月高溫過程中，位于里海北部40°～60°E的大陸高壓脊異常偏強(qiáng)，正距平達(dá)14dagpm(圖4b)，伊朗高壓異常東伸，副高與伊朗高壓幾乎打通，強(qiáng)度明顯偏強(qiáng)，強(qiáng)度中心偏西(圖5)，為異常高溫的形成創(chuàng)造了有利的環(huán)流條件。高壓脊前和副高內(nèi)強(qiáng)烈的晴空輻射、下沉增溫等因素共同導(dǎo)致了持續(xù)異常偏長偏強(qiáng)的高溫天氣。8月我國大范圍的高溫天氣主要集中在四川盆地、長江中下游和東部沿海地區(qū)，單日極大值為重慶北碚的45℃，突破歷史極值。在暖高壓的控制之下，盛行下沉氣流有利于地面增溫，加之大范圍高壓控制下空氣較為干燥，不易成云，使得太陽輻射更容易到達(dá)地面，導(dǎo)致高溫強(qiáng)度強(qiáng)、范圍大。8月中旬，四川盆地、陜西南部、江漢、江淮西部、江南中北部等地出現(xiàn)37℃以上高溫天氣，四川東部、重慶、陜西東南部、湖南西北部、浙江中部等地達(dá)40～43℃。以北碚為代表站，可見8月高溫過程呈現(xiàn)溫度持續(xù)攀升、干熱特征明顯的特征(圖6)，9—27日，北碚站溫度露點(diǎn)差超過20℃。18日、19日，北碚最高溫度達(dá)45℃，溫度露點(diǎn)差分別為26.4℃、27.0℃，該站持續(xù)的高溫過程在29日開始的降水過程后方得到緩解。圖62022年8月重慶北碚最高溫度、最低溫度與露點(diǎn)溫度3.3逆溫層利于高溫維持8月20日，四川盆地、陜西南部、江漢、江淮、江南及貴州東部等地的部分地區(qū)出現(xiàn)35℃以上高溫天氣，四川東北部、重慶、湖北西部和東南部、湖南西北部、浙江中東部等地40～43℃，重慶彭水43.9℃；四川、重慶、陜西、湖南、湖北、浙江等地共65個(gè)國家站氣溫突破歷史極值。以浙江杭州為例，強(qiáng)下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)與極端高溫對(duì)應(yīng)良好，由于干絕熱下沉，存在逆溫層，逆溫層抑制對(duì)流運(yùn)動(dòng)的發(fā)展和水汽垂直輸送，導(dǎo)致副高控制地區(qū)的天氣以晴朗、少云、微風(fēng)、炎熱為主。圖72022年8月20日(a)08時(shí)、(b)20時(shí)杭州站探空曲線8月20日20時(shí)，浙江杭州逆溫層底位于925hPa以下，熱量在逆溫層底交換，使近地層快速升溫。逆溫層的存在有利于邊界層內(nèi)熱量積蓄及高溫的形成和維持。4主要降水過程4.1概況2022年8月全國平均降水較常年同期偏多，主要的降水過程有8次(表1)，其中熱帶氣旋活動(dòng)造成的降水過程有2次，均影響華南地區(qū)和西南地區(qū)東部，影響范圍集中。全國共有34個(gè)國家級(jí)氣象站日降水量突破8月歷史極值，主要分布在河北、內(nèi)蒙古、山西、甘肅等地，其中河北任縣(298.7mm)、巨鹿(201.3mm)、內(nèi)蒙古伊金霍洛旗(169.8mm)等19個(gè)站突破歷史極值。表12022年8月主要降水和強(qiáng)對(duì)流過程4.2臺(tái)風(fēng)馬鞍降水過程臺(tái)風(fēng)馬鞍導(dǎo)致的降水以臺(tái)風(fēng)內(nèi)核降水和臺(tái)風(fēng)外圍雨帶降水為主，無冷空氣作用，主要水汽通道來自南海西南季風(fēng)的輸送。“馬鞍”于菲律賓呂宋島以東洋面生成后向西偏北方向移動(dòng)，強(qiáng)度緩慢加強(qiáng)，穿過呂宋島后以強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)的強(qiáng)度進(jìn)入南海，并于25日10：30前后以臺(tái)風(fēng)級(jí)的強(qiáng)度(12級(jí)，33m·s-1)登陸廣東電白沿海。受其影響，24—26日，廣東南部、廣西中南部、海南島、云南西部和南部等地累計(jì)降水量達(dá)50～100mm，廣東江門、陽江、茂名和湛江，廣西防城港和崇左，海南海口、澄邁、東方和樂東等地部分地區(qū)達(dá)150～230mm(圖8)。圖82022年8月24日08時(shí)至26日20時(shí)累計(jì)降水量(單位：mm)圖92022年8月(a)24日，(b)25日08時(shí)500hPa位勢(shì)高度場(等值線，單位：dagpm)和850hPa風(fēng)場(風(fēng)羽)5熱帶氣旋活動(dòng)5.1概況8月，南海及西北太平洋的臺(tái)風(fēng)活動(dòng)特點(diǎn)為：生成與登陸均偏少、雙臺(tái)風(fēng)活動(dòng)頻繁。具體為共有5個(gè)臺(tái)風(fēng)生成(圖10)，生成個(gè)數(shù)較常年同期(5.6個(gè))偏少0.6個(gè)；2個(gè)臺(tái)風(fēng)(“木蘭”和“馬鞍”)在我國登陸，登陸臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)較常年同期(2.3個(gè))偏少0.3個(gè)；“馬鞍”與“蝎虎”分別于8月21日14時(shí)和22日14時(shí)生成，22日14時(shí)至25日20時(shí)為雙臺(tái)風(fēng)共存階段；“軒嵐諾”與其南側(cè)的熱帶擾動(dòng)在8月30日下午至9月1日互旋并最終合并。圖102022年8月西北太平洋熱帶氣旋路徑5.2南海弱臺(tái)風(fēng)木蘭引發(fā)強(qiáng)降水2022年第7號(hào)臺(tái)風(fēng)木蘭于8月9日上午在南海中西部洋面上生成，并逐漸靠近我國華南沿海，強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，于10日10：50前后登陸廣東徐聞沿海，登陸強(qiáng)度為熱帶風(fēng)暴級(jí)(9級(jí)，23m·s-1)，受“木蘭”影響，廣東沿海、海南島東北部沿海、廣西東部及東沙、西沙群島出現(xiàn)8～9級(jí)陣風(fēng)，局地達(dá)10～12級(jí)，最大陣風(fēng)出現(xiàn)在廣東陽江(南鵬島站，12級(jí)，34.3m·s-1)。雖然“木蘭”的強(qiáng)度僅為熱帶風(fēng)暴級(jí)，但其造成的降水影響不可小覷，受“木蘭”及低渦切變線等影響，8月9—11日華南地區(qū)及云南出現(xiàn)較強(qiáng)降雨過程，廣東中南部、廣西南部、海南島中西部、云南南部等地累計(jì)降水量為50～150mm，廣東珠江口和西部沿海、廣西東南部沿海、海南島西北部在180～300mm，廣東陽江局地達(dá)350～439mm(圖11)。圖112022年8月9日08時(shí)至11日08時(shí)累計(jì)降水量(單位：mm)南海臺(tái)風(fēng)木蘭生成于季風(fēng)槽中，臺(tái)風(fēng)中心附近缺少有組織的深對(duì)流，低層同時(shí)存在多個(gè)環(huán)流中心，大風(fēng)區(qū)呈不對(duì)稱分布(圖12a)。9日白天，受臺(tái)風(fēng)外圍氣流和副高邊緣氣流輻合的影響，廣東南部對(duì)流活動(dòng)活躍，沿海地區(qū)陣風(fēng)風(fēng)力達(dá)8～10級(jí)，多陣性降水。10日白天，“木蘭”強(qiáng)度略有加強(qiáng)，中心附近對(duì)流組織性有所改善(圖12b)。“木蘭”登陸后向偏西方向移動(dòng)，臺(tái)風(fēng)本體降水影響粵西沿岸、廣西南部及海南部分地區(qū)。圖122022年8月(a)9日14時(shí)，(b)10日14時(shí)850hPa風(fēng)場(流線)、風(fēng)速(陰影)和500hPa高度場(等值線，單位：dagpm)表22022年8月西北太平洋和南海臺(tái)風(fēng)簡表5.2臺(tái)風(fēng)軒嵐諾發(fā)生渦旋合并，路徑強(qiáng)度多變今年第11號(hào)臺(tái)風(fēng)軒嵐諾于8月28日14時(shí)在西北太平洋洋面上生成，30日凌晨加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)，9月2日早晨減弱為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)，4日夜間在東海再度發(fā)展為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)，5日在東海北部轉(zhuǎn)向東北方向移動(dòng)，并于7日凌晨在韓國南部海岸登陸,登陸時(shí)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)(45m·s-1，950hPa)。“軒嵐諾”路徑和強(qiáng)度復(fù)雜多變，預(yù)報(bào)難度較大?！败帊怪Z”在路徑方面呈現(xiàn)罕見的“V型”特征，這主要是其先西行之后停滯，再轉(zhuǎn)向偏北方向移動(dòng)所導(dǎo)致；“軒嵐諾”和其南側(cè)的熱帶擾動(dòng)發(fā)生互旋和合并，導(dǎo)致其路徑、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)突變?；陔p臺(tái)風(fēng)發(fā)生相互作用的“藤原效應(yīng)”(Fujiwhara，1921；1923)，LanderandHolland(1993)提出的訂正模型，即雙臺(tái)風(fēng)在開始幾個(gè)小時(shí)內(nèi)逐漸接近，然后是一段時(shí)間相對(duì)穩(wěn)定的氣旋式互旋，最后是氣旋式的合并或遠(yuǎn)離。8月30日下午至9月1日，“軒嵐諾”和其南側(cè)的