2021年9月大氣環(huán)流和天氣分析*

柳龍生 高拴柱

國家氣象中心，北京 100081

提 要： 2021年9月大氣環(huán)流主要特征是：極渦呈單極型，中高緯度地區(qū)西風(fēng)帶呈3波型分布，西太平洋副熱帶高壓較常年位置偏西。全國平均降水量為83.8 mm，較常年同期(65.2 mm)偏多28.5%；全國平均氣溫為18.2℃，較常年同期(16.6℃)偏高1.6℃。9月我國大范圍降水過程有4次，西南、華北和東北等地出現(xiàn)強(qiáng)降水，局地災(zāi)情嚴(yán)重。9月在西北太平洋和南海共有4個臺風(fēng)生成，沒有臺風(fēng)登陸我國。月內(nèi)，西南地區(qū)東部、西北地區(qū)東部至華北、黃淮等地遭受暴雨洪澇災(zāi)害；華西地區(qū)秋雨開始時間偏早，雨量大；西北地區(qū)氣象干旱緩解，華南氣象干旱持續(xù)；南方出現(xiàn)階段性高溫，部分地區(qū)遭受旱災(zāi)。

1 天氣概況

1.1 降 水

2021年9月全國平均降水量為83.8 mm，較常年同期(65.2 mm)偏多28.5%，較2020年9月的88.1 mm(王海平和許映龍，2020)偏少。從空間分布看(圖1)，西南地區(qū)東部、西北地區(qū)東南部、江漢西部、江淮東部、黃淮、華北東部和南部、東北南部、華南西南部降水量普遍在100 mm以上，其中四川東北部、重慶西北部、陜西南部、河南中北部、山西南部、山東西部等地降水量為200～400 mm，局地超過400 mm。與常年同期相比(圖2)，東北地區(qū)西南部、華北南部、黃淮北部及陜西中部等地偏多2倍以上；南方大部降雨偏少，江淮南部、江南大部、華南中東部、西北地區(qū)西部及山西西北部、云南大部等地偏少2成以上。北京、天津、河北、河南、遼寧、陜西和山西7個省(直轄市)降水量均為1961年以來歷史同期最多(國家氣候中心，2021)。

圖1 2021年9月全國降水量分布(單位：mm)Fig.1 Total precipitation amount over China in September 2021 (unit: mm)

圖2 2021年9月全國降水量距平百分率分布(單位：%)Fig.2 Spatial distribution of precipitation amount anomaly over China in September 2021 (unit: %)

1.2 氣 溫

2021年9月全國平均氣溫為18.2℃，較常年同期(16.6℃)偏高1.6℃，與2020年9月的17.2℃(王海平和許映龍，2020)相比明顯偏高。從空間分布看(圖3)，全國大部氣溫以偏高為主，江淮大部、江南、華南北部、西北地區(qū)東北部及貴州大部、新疆東北部和南部等地氣溫偏高2～4℃，湖南大部、江西中西部偏高4～6℃。安徽、江蘇、浙江、湖北、湖南、貴州、江西、福建、廣東、甘肅和上海11個省(直轄市)氣溫均為1961年以來歷史同期最高(國家氣候中心，2021)。

圖3 2021年9月全國平均氣溫距平分布(單位：℃)Fig.3 Distribution of mean temperature anomaly over China in September 2021 (unit: ℃)

2 環(huán)流特征與演變

2.1 環(huán)流特征

圖4為2021年9月500 hPa月平均位勢高度場及距平分布圖，與常年同期的環(huán)流形勢對比，2021年9月的北半球環(huán)流形勢具有以下主要特點(diǎn)。

圖4 2021年9月北半球500 hPa平均位勢高度(a)和距平(b)(單位：dagpm)Fig.4 The 500 hPa average geopotential height (a) and anomaly (b) in the Northern Hemisphere in September 2021 (unit: dagpm)

2.1.1 極渦呈單極型分布

由月平均高度場可見(圖4a)，9月北半球極渦只有一個閉合中心，極渦中心位于北極圈內(nèi)，位勢高度為532 dagpm；中高緯度西風(fēng)帶呈3波型分布，歐亞大陸為“兩槽一脊”的環(huán)流型，長波槽分別位于俄羅斯西西伯利亞平原和白令海峽，其中西西伯利亞地區(qū)長波槽對應(yīng)-2 dagpm距平，較常年同期偏弱，說明槽后冷空氣勢力較弱。副熱帶高壓(以下簡稱副高)西伸至印度半島北部，較常年同期偏西，受異常偏強(qiáng)的副高影響我國華南地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)高溫天氣，并且造成了嚴(yán)重的旱情。

2.1.2 西太平洋副高較常年偏西

9月西北太平洋副高西脊點(diǎn)位于(30°N、80°E)附近(圖4a)，較常年氣候平均位置明顯偏西(周冠博和高拴柱，2016；呂愛民和董林，2017；柳龍生和高拴柱，2018；孫舒悅和董林，2019)，副高主體控制著我國西南和華南地區(qū)，強(qiáng)度較常年同期明顯偏強(qiáng)(圖4b)。

2.2 環(huán)流演變與我國天氣

圖5給出了9月上、中、下旬歐亞地區(qū)500 hPa平均位勢高度場的環(huán)流演變。上旬(圖5a)，歐亞大陸中高緯地區(qū)呈現(xiàn)“兩槽一脊”的形勢，歐洲地區(qū)有一冷渦活動，貝加爾湖西側(cè)為脊區(qū)，我國整個中高緯度地區(qū)位于脊前，這種環(huán)流形勢有利于冷空氣不斷從極地南下影響我國華北和東北地區(qū)。上旬主要天氣過程有：1—6日，受副高影響，我國西南、華南和華東地區(qū)出現(xiàn)35℃以上持續(xù)高溫天氣，受階段性高溫天氣影響，廣西、湖南等部分地區(qū)出現(xiàn)旱情；3—5日，在西南渦和低層切變線共同作用下，四川盆地、陜西中部和南部、山西南部、河南東部、江蘇北部、山東南部出現(xiàn)大暴雨。

中旬(圖5b)，歐亞大陸中高緯度發(fā)生長波調(diào)整，新地島以西的槽東移，中高緯度轉(zhuǎn)變?yōu)椤皟杉挂徊邸钡男蝿荩粩嘤行〉牟▌訓(xùn)|傳。9—15日，副高盤踞在我國西南和華南地區(qū)，由此造成持續(xù)高溫天氣；11—16日，受臺風(fēng)燦都和西南渦的共同影響，四川盆地、貴州北部、浙江東部、上海大部出現(xiàn)大暴雨。

下旬(圖5c)，我國西北地區(qū)位于冷渦底部，有冷空氣東傳影響我國北方地區(qū)，西太平洋副高斷開，在這種“鞍型場”環(huán)流形勢下，副高南側(cè)的臺風(fēng)在我國近海轉(zhuǎn)向。17—20日，在低渦和切變線影響下，四川東北部、重慶北部、陜西東部、山西南部、河北中南部、河南北部、山東大部、天津、內(nèi)蒙古東北部、遼寧中部和西部出現(xiàn)暴雨。24—27日，河北南部、陜西中南部、山西南部、河南大部、山東西部、四川東北部出現(xiàn)大暴雨。17—30日，受副高影響，我國西南和華南地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)高溫天氣。

圖5 2021年9月上(a)、中(b)、下(c)旬歐亞地區(qū)的500 hPa平均位勢高度場(單位：dagpm)Fig.5 The 500 hPa average geopotential height over Eurasia for the first (a), second (b) and third (c) dekads in September 2021 (unit: dagpm)

3 主要降水過程

3.1 概 況

9月，全國39個站出現(xiàn)極端日降水量事件，主要分布在東北南部、華北東部、陜西、四川、云南以及浙江等地，其中陜西的志丹(113.8 mm)和城固(112.8 mm)日降水量超歷史極值。全國有74個站出現(xiàn)極端連續(xù)降水量事件，主要分布于陜西中部和南部、黃淮北部及華北南部等地，其中甘肅靈臺(258.9 mm)和山西襄汾(200.4 mm)等7個站的連續(xù)降水量達(dá)到歷史極值(國家氣候中心，2021)。9月主要出現(xiàn)了4次強(qiáng)降水過程，其主要影響系統(tǒng)、影響區(qū)域和降水強(qiáng)度見表1。

表1 2021年9月主要降水過程Table 1 Main precipitation events in September 2021

3.2 9月17—20日強(qiáng)降水過程分析

受低渦和切變線影響，17—20日我國北方地區(qū)經(jīng)歷了一次持續(xù)性大范圍的強(qiáng)降水天氣過程，從17日20時至20日20時國家站累計(jì)降水量分布來看(圖6)，四川東北部、重慶北部、湖北西北部、陜西南部、山西南部、河南北部、河北東部和南部、天津、山東、遼寧中西部和遼東半島等地累計(jì)雨量超過50 mm，河北南部、河南北部、山東西北部、遼寧西部雨量超過100 mm，部分地區(qū)雨量超過200 mm。

圖6 2021年9月17日20時至20日20時過程累計(jì)降水量Fig.6 The accumulated precipitation from 20:00 BT 17 to 20:00 BT 20 September 2021

從高低空環(huán)流場配置(圖7)來看，我國西南、華北和東北地區(qū)位于高空槽前，從19日開始，在正渦度平流作用下華北地區(qū)低層有低渦發(fā)展加強(qiáng)，形成氣旋式輻合，促進(jìn)大氣對流發(fā)生，導(dǎo)致降水進(jìn)一步增幅。副高西伸并穩(wěn)定維持在我國華南地區(qū)，不斷地將西北太平洋和南海的水汽向西南、華北和東北地區(qū)輸送，整層水汽通量達(dá)到320 kg·m-1·s-1，為強(qiáng)降水的發(fā)生提供了充足的水汽供應(yīng)。從暴雨落區(qū)大氣散度的垂直剖面(圖8)來看，600 hPa以上高空維持反氣旋式輻散，散度中心達(dá)到22×10-5s-1，低層維持強(qiáng)的氣旋式輻合，最大輻合中心超過-20×10-5s-1，高層質(zhì)量輻散流出，引起地面氣壓下降，從而增強(qiáng)低空氣旋性環(huán)流輻合，促進(jìn)暴雨增幅。

圖7 2021年9月20日02時500 hPa(黑線)和850 hPa(虛線)位勢高度場(單位：dagpm)、整層積分水汽通量(陰影，單位：kg·m-1·s-1)和風(fēng)矢量Fig.7 The 500 hPa (black contour) and 850 hPa (dotted contour) geopotential height (unit: dagpm),integrated water vapor flux (shaded, unit: kg·m-1·s-1) and wind vector at 02:00 BT 20 September 2021

圖8 2021年9月20日02時沿118°E散度(單位：10-5 s-1)的垂直剖面Fig.8 Cross-section of divergence (unit: 10-5 s-1) along 118°E at 02:00 BT 20 September 2021

4 熱帶氣旋活動

2021年9月，南海及西北太平洋共有4個臺風(fēng)(“康森”“燦都”“電母”“蒲公英”)生成(圖9)，生成個數(shù)較常年同期(4.9個)偏少0.9個，沒有臺風(fēng)登陸我國，但給我國華東沿海地區(qū)帶來了強(qiáng)烈的風(fēng)雨天氣。

圖9 2021年9月西北太平洋和南海熱帶氣旋路徑Fig.9 Tracks of tropical cyclones over the Northwestern Pacific and the South China Sea in September 2021

今年第14號臺風(fēng)燦都于9月7日上午在關(guān)島以西的西北太平洋洋面上生成，7日夜間至8日早晨從強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級快速加強(qiáng)為超強(qiáng)臺風(fēng)級，隨后北上，在東海回旋三天之后，于17日登陸日本福岡，9月18日08時，變性為溫帶氣旋，中央氣象臺對其停止編號。

臺風(fēng)的移動主要受引導(dǎo)氣流影響，從9月14—16日平均500 hPa高度場來看(圖10)，“燦都”嵌入于龐大的副高之中，引導(dǎo)氣流方向并不明確，這也是“燦都”在東海回旋三天的重要原因。受“燦都”影響，浙江北部和東部、上海等地部分地區(qū)出現(xiàn)大到暴雨，浙江嘉興、寧波、臺州、溫州等局地大暴雨。

圖10 2021年9月14日08時至16日08時500 hPa平均位勢高度場(實(shí)線：dagpm)和臺風(fēng)燦都在此期間的路徑變化(：臺風(fēng)路徑)Fig.10 The averaged 500 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm) and track change of Typhoon Chanthu during this period (： the track of typhoon) from 08:00 BT 14 to 08:00 BT 16 September 2021

5 其他災(zāi)害天氣

5.1 華西地區(qū)秋雨開始時間偏早，雨量大

今年華西秋雨開始時間總體顯著偏早，其中四川、重慶、貴州、湖南和湖北于8月23日進(jìn)入秋雨季，較常年(9月9日)偏早17 d；甘肅、寧夏和陜西于8月30日進(jìn)入秋雨季，較常年(9月8日)偏早9 d。

月內(nèi)，華西秋雨區(qū)發(fā)生5次區(qū)域性暴雨過程(4日、6日、16—20日、24—26日及28日)，陜西、四川、重慶、湖北、湖南、貴州、云南多地遭受暴雨洪澇災(zāi)害。9月2—5日，受西南暖濕氣流與地面冷空氣的共同影響，四川省廣元市出現(xiàn)持續(xù)的區(qū)域性暴雨至大暴雨，造成6萬余人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2億多元。9月3—6日，四川省巴中市巴州區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣，共造成6.35萬人受災(zāi)，房屋倒損329間，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1.18 億元(國家氣候中心，2021)。

進(jìn)入秋雨季以來，四川、重慶、貴州、湖南和湖北的大部分地區(qū)日照時數(shù)較常年同期偏少20 h以上。降水日數(shù)普遍有16～24 d，陜西南部、重慶、四川東北部等地較常年同期偏多2～4 d，部分地區(qū)偏多4 d以上。多雨寡照天氣對西北地區(qū)東南部、江漢西部和四川盆地的農(nóng)作物造成了一定不利影響。

5.2 南方出現(xiàn)階段性高溫，華南氣象干旱持續(xù)

月內(nèi)我國南方出現(xiàn)3次高溫過程，分別出現(xiàn)在1—6日、9—15日及17—30日。其中，1—6日的高溫過程主要影響廣西東北部、廣東北部、湖南中部、江西中部和東部、福建西部、浙江中部和江蘇西南部等地。受此次高溫過程影響，南方131.6萬km2和其中的43.8萬km2國土面積分別遭受35℃以上和37℃以上高溫影響。廣西、湖南等地部分地區(qū)出現(xiàn)旱情，農(nóng)作物絕收。截至9月30日，華南地區(qū)中等及以上氣象干旱面積為13.8萬km2，氣象干旱向北擴(kuò)展到江南南部的部分地區(qū)。

致 謝：國家氣象中心氣象服務(wù)室連治華為本文提供月降水量、降水距平和溫度距平資料。