2021年11月大氣環流和天氣分析*

謝 超 饒曉琴 尤 媛

國家氣象中心，北京 100081

提 要： 2021年11月大氣環流的主要特征為：北半球極渦顯著偏強，歐亞中高緯環流呈緯向多波動型，冷空氣活躍，東亞大槽和西太平洋副熱帶高壓均偏西偏強。11月，全國平均降水量為23.8 mm，比常年同期(18.8 mm)偏多26.7%；全國平均氣溫為2.9℃，與常年同期持平。月內氣溫冷暖起伏較大，出現了2次全國型寒潮過程和3次大范圍持續性霧-霾天氣過程。其中4—9日的寒潮天氣過程具有影響范圍廣、降溫幅度大、大風持續時間長、北方暴雪極端性強等特點。

1 天氣概況

1.1 降 水

2021年11月，全國平均降水量為23.8 mm，較常年同期(18.8 mm)偏多26.7%(圖1)。從空間分布看，除西北地區大部和西南地區中西部的降水量不足10 mm外，全國其他大部地區降水量在10 mm以上，江南大部、華南北部、西南東部部分地區、東北部分地區及山東北部的降水量在50 mm以上，其中江南南部至華南北部降水量為100～200 mm，湖南南部和廣西北部達200 mm以上；與常年同期相比(圖2)，北方大部及江南南部、華南北部等地降水量偏多5成至2倍，其中東北地區大部、華北東部和北部、黃淮東北部等地偏多2倍以上，黑龍江、吉林的降水量為1961年以來同期最多，天津、遼寧為歷史第二多；新疆西部、青海中西部、西藏中東部、西北地區東南部、四川東北部、云南北部、黃淮西部、江淮、江漢、江南北部、華南南部以及臺灣北部等地降水量偏少2～8成，部分地區偏少8成以上(國家氣候中心, 2021)。

圖1 2021年11月全國降水量分布(單位：mm)Fig.1 Distribution of precipitation in China in November 2021 (unit: mm)

圖2 2021年11月全國降水量距平百分率分布(單位:%)Fig.2 Distribution of precipitation anomaly percentage in China in November 2021 (unit:%)

1.2 氣 溫

11月，全國平均氣溫為2.9℃，與常年同期持平。氣溫距平的空間分布(圖3)呈現“西低東高”，西北大部、西南地區東部等地氣溫較常年同期明顯偏低，其中新疆大部、青海西北部、甘肅西部、四川東部、重慶西部等地偏低2～4℃；內蒙古東部、東北地區大部、華北東部、黃淮、江淮大部、江漢東部以及西藏中東部、云南南部等地偏高1～4℃，內蒙古東北部和黑龍江西北部偏高4℃以上(國家氣候中心, 2021)。

圖3 2021年11月全國氣溫距平分布(單位：℃)Fig.3 Distribution of temperature anomaly in China in November 2021 (unit: ℃)

2 環流特征和演變

11月北半球環流形勢較10月出現明顯調整，極渦顯著加強，表明月內影響我國的冷空氣勢力較強。圖4為11月北半球500 hPa平均位勢高度場和距平場分布，與常年平均相比有以下特點：

圖4 2021年11月北半球500 hPa(a)平均高度場和(b)距平場(單位：dagpm)Fig.4 (a) Geopotential height at 500 hPa and(b) its anomaly in the Northern Hemisphere in November 2021 (unit: dagpm)

2.1 極渦強度強且偏在東半球

11月北半球極渦呈偏心型分布，主體位置偏在東半球，極渦中心位于俄羅斯北地群島附近地區，中心位勢高度低于504 dagpm，并伴有明顯的負距平，中心值達-12 dagpm以下，表明極渦強度較常年同期顯著偏強，有利于強冷空氣在西伯利亞堆積。

2.2 東亞大槽偏強位置偏西

歐亞中高緯環流為緯向多波動型，北支鋒區勢力偏強，歐洲北部至亞洲西北部被龐大的低值系統控制，從中不斷分裂出冷空氣沿巴爾喀什湖附近的高空槽東移影響我國，導致月內我國西部大部地區氣溫較常年同期顯著偏低。東亞大槽從鄂霍次克海向西南方向延伸至我國江淮地區，位置偏西，強度偏強(張天航等，2019；南洋等，2021)，有利于冷暖空氣在我國東部地區交匯，造成月內我國降水較常年同期偏多，尤其是東北、華北地區顯著偏多。

2.3 西太平洋副熱帶高壓偏強位置偏西

11月，南支槽較為平直且為正距平控制，表示南支槽強度明顯偏弱，不利于水汽向我國西南地區輸送，導致月內西南大部地區降水偏少，部分地區氣象干旱發展。西北太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)面積明顯偏大，強度偏強，西伸脊點到達95°E附近，較常年同期128°E顯著偏西，北界到達22°N，副高控制下的華南南部月內降水明顯偏少；而處在副高邊緣的華南北部和江南南部地區，暖濕氣流較為活躍，月內降水明顯偏多。

2.4 環流演變與我國天氣

11月各旬歐亞地區500 hPa大氣環流發展演變趨勢的平均位勢高度場如圖5所示，具體如下：

上旬(圖5a)，歐亞中高緯環流總體呈緯向多波動型。旬內環流由緯向型向經向型調整，氣溫“前暖后冷”，起伏較大。上旬前期，我國大部地區受高壓脊控制，氣溫回升；2—6日，華北、黃淮等地出現持續性霧-霾天氣，天津、河北、山東等地低能見度持續時間較長，嚴重時段最低能見度不足50 m。4日，里海高壓脊強烈向東北方向發展，貝加爾湖西側至巴爾喀什湖一線形成東西向的橫槽，槽后偏北大風將極地冷空氣源源不斷向南輸送。隨后橫槽緩慢東移中，由于溫度槽落后于高度槽，有利于槽發展向南加深，6日20時(北京時，下同)開始，橫槽轉豎，環流經向度加大，槽后西北氣流引導冷空氣向東南爆發，隨后自西北向東南影響我國大部地區，由前期偏暖逆轉為偏冷，普遍出現8～16℃的降溫，為全國型寒潮過程；期間多地還伴有大風天氣，瞬時風力較強。冷空氣南下過程中與槽前暖濕氣流交匯，給我國中東部地區帶來大范圍雨雪天氣，東北、華北、黃淮有多站日降水量突破11月歷史極值；華北北部、內蒙古東部、吉林西部等地普降暴雪，局地出現大暴雪和特大暴雪；內蒙古、吉林、遼寧積雪深度超過40 cm，東北部分地區還出現了凍雨。與常年同期相比，旬內我國大部地區氣溫偏低、降水偏多。

中旬(圖5b)，歐亞中高緯環流為兩槽兩脊型。西部的高空槽位相較上旬西撤至咸海附近，東亞大槽則東進至鄂霍次克海地區，影響我國的冷空氣勢力明顯減弱，我國大部地區為弱高壓脊控制，有利于氣溫逐漸回升。旬內，全國大部地區氣溫相較常年同期偏高1～3℃，其中內蒙古東部、黑龍江北部的部分地區偏高4～6℃。高空脊前盛行西北偏西氣流，不利于水汽輸送，導致旬內全國大部降水偏少。另外，受靜穩天氣形勢影響，16—19日，華北、黃淮、汾渭平原等地出現了持續性霧-霾天氣。

圖5 2021年11月歐亞500 hPa(a)上旬、(b)中旬、(c)下旬位勢高度場(單位: dagpm)Fig.5 Eurasia geopotential heights at 500 hPa averaged over the (a) 1st, (b) 2nd and (c) last dekads of November 2021 (unit: dagpm)

下旬(圖5c)，歐亞中高緯環流調整為兩槽一脊的形勢，環流經向度加大，冷空氣較為活躍，旬前期和后期先后有兩次冷空氣影響我國，其中19—23日的冷空氣過程給我國大部地區造成8～12℃的降溫，屬全國型寒潮過程，其降溫強度和雨雪范圍不及11月上旬寒潮過程，降雪主要集中在東北地區東部，其中吉林東部和黑龍江東部出現大到暴雪，局地大暴雪。28—30日，我國中東部地區受強冷空氣影響，再次出現大風降溫和雨雪天氣。旬內東亞大槽明顯偏強，位置偏西，有利于冷暖空氣在我國東部地區交匯，導致東北地區和山東等地降水明顯偏多；氣溫冷暖起伏，總體接近常年同期或略偏低。在兩次冷空氣間歇期的25—29日，華北、黃淮、汾渭平原等地出現了霧-霾天氣。

3 冷空氣活動

3.1 概 況

依據中央氣象臺冷空氣劃分標準，11月有3次冷空氣過程影響我國(表1)，與近三年歷史同期相比(周軍等，2019；張天航等，2019；南洋等，2021)，冷空氣活動頻次較往年(4次)略偏少，但強度明顯偏強，其中4—9日、19—23日為全國型寒潮過程，28—30日為全國型強冷空氣過程。

表1 2021年11月主要冷空氣過程Table 1 Main cold air processes in November 2021

3.2 11月4—9日寒潮天氣過程

4—9日我國自西北向東南經歷了一次寒潮天氣過程，造成的影響詳見表1。本次寒潮過程降溫劇烈，我國8℃以上降溫區域面積達770.9萬km2，16℃以上降溫區域面積達101.1萬km2，全國有116個國家站日降溫幅度達到或超過歷史極值。依據氣象行業《冷空氣過程監測》標準，此次寒潮的綜合強度指數位居1961年以來第四高(國家氣候中心，2021)。寒潮影響期間伴有大風天氣，瞬時風力強，內蒙古呼和浩特最大風速達25.2 m·s-1(10級)，河南平頂山瞬時極大風速達39.2 m·s-1(13級)。冷暖空氣劇烈交匯，還給我國中東部地區帶來大范圍雨雪天氣，東北、華北地區有多站日降水量突破11月歷史極值；華北北部、內蒙古東部、吉林西部等地普降暴雪或大暴雪，局地出現特大暴雪；東北部分地區還出現了凍雨。

從500 hPa位勢高度場和海平面氣壓場的演變趨勢來看，此次冷空氣過程為橫槽轉豎型，冷空氣的源地為新地島以東洋面，冷空氣經喀拉海、泰梅爾半島、俄羅斯地區進入我國，路徑為西北路徑，從關鍵區經蒙古到達我國河套地區附近東移和南下，進而影響我國大部分地區。

4日08時，我國中東部地區受弱高壓脊控制，氣溫處在回升之中。貝加爾湖西側至巴爾喀什湖有一東西向橫槽，地面冷高壓主體維持在咸海北部地區，高壓中心強度達1 047.5 hPa，系統斜壓性強，地面冷鋒前沿開始進入新疆北部。

5日08時500 hPa位勢高度場(圖6)可以看出，橫槽緩慢移動至我國新疆沿天山一帶，槽后偏北氣流不斷引導極地冷空氣南下。地面冷高壓強烈向東發展，主體移到巴爾喀什湖，中心強度加強為1 052.5 hPa，地面冷空氣前鋒到達新疆南部、甘肅西部和內蒙古北部，上述地區普遍出現大風降溫和降雪天氣，新疆東部和南疆盆地出現揚沙或浮塵，部分地區出現沙塵暴和強沙塵暴。

圖6 2021年11月5日08時500 hPa位勢高度場(等值線，單位：dagpm)和海平面氣壓(陰影)Fig.6 Geopotential height at 500 hPa (contour, unit: dagpm) and sea level pressure (shaded) at 08:00 BT 5 November 2021

6日08時，500 hPa橫槽緩慢移動至甘肅西部，移速慢有利于引導冷空氣補充南下，另外由于溫度槽落后于高度槽，橫槽東移過程逐漸向南加深。地面冷高壓主體東移至蒙古國西部，中心強度繼續加強，達1 062.5 hPa，地面冷鋒前沿到達東北地區西部、華北北部和西北地區東部，給上述地區帶來大風、降溫和降雪天氣，內蒙古出現中到大雪。6日20時，500 hPa溫度場上-36℃中心南壓至我國內蒙古西部，500 hPa槽后強烈冷平流作用使得橫槽向南加深并逐漸轉豎，引導冷空氣向南爆發，與南支槽前暖濕空氣在我國中東部地區交匯，帶來大范圍雨雪天氣。由于橫槽轉豎，地面冷空氣快速南下，冷鋒西段到達了貴州、重慶等地。

7日08時(圖7)，500 hPa高空槽東移加深，隨著環流經向度的加大，高空切斷出低渦，位于內蒙古河套地區北側。地面冷高壓控制著我國西北地區，高壓中心位于青海北部，中心值達1 055 hPa，龐大的冷高壓系統前鋒已推進到江南北部，造成了全國性的大風降溫天氣和雨雪天氣。7日20時，高空500、700和850 hPa深厚的低渦系統前側強烈輻合上升運動有利于地面減壓，在黃海激發出地面氣旋，沿高空引導氣流向東北方向移動，給東北地區帶來暴雪天氣。

圖7 同圖6，但為2021年11月7日08時Fig.7 Same as Fig.6, but for 08:00 BT 7 November 2021

8日08時，地面冷空氣前沿到達華南沿海，南方降雨逐漸減弱。東北地區受黃海氣旋北上影響，降雪天氣發展。9日，仍有東北冷渦補充冷空氣影響，10日，隨著高空槽東移入海，冷高壓強度逐漸減弱，寒潮天氣過程趨于結束。

4 主要降水過程

4.1 概 況

11月主要有2次降水過程。5—9日寒潮過程影響期間，我國東部地區出現大范圍雨雪天氣，降水量普遍在10 mm以上，其中東北地區中南部、華北東部、黃淮東部、江淮東部、江南大部、華南北部有25～50 mm，遼寧北部、山東中北部、福建大部、江西南部等地超過50 mm，遼寧、吉林、黑龍江、內蒙古、河北、河南、山東、天津等地有151個國家站日降水量突破11月歷史極值。降雪主要出現在華北、東北、黃淮等地，其中華北北部、內蒙古東部、吉林西部等地普降暴雪或大暴雪，局地出現特大暴雪；內蒙古東部、吉林西部、遼寧西部積雪深度超過40 cm；東北地區雨雪相態轉換復雜，黑龍江、吉林、遼寧等地還出現了凍雨天氣。21—23日，東北地區東部再次出現降雪天氣，其中吉林東部和黑龍江東部出現大到暴雪，局地大暴雪。與上旬發生的寒潮過程相比，本次雨雪天氣影響范圍相對較小。

4.2 11月5—9日東北暴雪天氣過程

本次過程是由高空槽引導北方冷氣團東移，和地面氣旋前部的暖濕氣團交匯產生的鋒面降水導致。6日08時，500 hPa高空槽位于甘肅西部，地面冷鋒位于東北地區西部、華北北部至西北地區東部一線，冷鋒后的西北地區、內蒙古、東北地區西部等地出現純雪，其中內蒙古中部的部分地區出現中到大雪，局地暴雪，華北北部出現弱的雨夾雪或小雨；隨著氣溫繼續下降，午后華北北部出現降雪。6日20時，隨著橫槽轉豎，冷空氣向南爆發，華北中部轉為純雪。7日08時(圖8)，500 hPa高空槽東移至河套地區，地面冷鋒西段移速較快，推進至湖南、貴州，冷鋒東段移速較慢，位于山東東部，有利于冷空氣補充加強。從動力條件來看，500 hPa高空槽前以及700 hPa、850 hPa低渦附近的強烈輻合上升運動均有利于降雪天氣的產生，華北、黃淮、內蒙古東部、遼寧西部等地出現中到大雪，部分地區出現暴雪或大暴雪，局地出現特大暴雪。7日20時，山東至遼寧700 hPa有低空急流建立，達20 m·s-1以上，源源不斷地將黃、渤海的水汽向東北地區輸送，高空冷渦附近強烈輻合上升有利于地面減壓，在黃海激發出地面氣旋，然后沿槽前西南氣流向東北方向移動。從水汽條件看，8日08時(圖9)，700 hPa和850 hPa低渦東側偏南氣流和東南氣流分別從黃海和日本海持續輸送暖濕氣流，加強了降水，造成內蒙古東北部、黑龍江、吉林、遼寧等地部分地區出現中到大雪天氣，部分地區出現暴雪或大暴雪，局地出現特大暴雪。9日08時，地面氣旋中心東移進入日本海，黑龍江東部位于地面氣旋北側，東南風持續輸送水汽，造成該區域降雪持續。10日08時，隨著高空槽東移入海，東亞大槽建立，我國大部地區受槽后西北氣流控制，降雪過程逐漸結束。

圖8 2021年11月7日08時500 hPa位勢高度場(實線，單位：dagpm)、850 hPa風場(風向標)和比濕(陰影)Fig.8 Geopotential height at 500 hPa (solid line, unit: dagpm), wind field and specific humidity (shaded) at 850 hPa (barbs) at 08:00 BT 7 November 2021

圖9 同圖8，但為2021年11月8日08時Fig.9 Same as Fig.8, but at 08:00 BT 8 November 2021

5 霧-霾過程

5.1 概 況

11月，盡管冷空氣強度偏強，但冷空氣過程較歷史同期略少，冷空氣的間歇時間較長，導致我國出現了3次階段性霧-霾天氣過程。分別出現在上旬前期(2—6日)、中旬后期(16—19日)和下旬后期(26—29日)。其中2—6日霧-霾過程具有持續時間長、污染程度重和能見度較低的特點。

5.2 11月2—6日霧-霾天氣過程

2—6日，受靜穩天氣影響，華北中南部、黃淮、江漢、江淮等地氣象條件不利于污染物擴散，出現了輕至中度霾，其中4—6日，河北中南部、河南北部、山東西部、天津、北京中南部等地出現重度霾。6日夜間起，受冷空氣和降水共同影響，上述地區霾天氣自北向南逐漸減弱消散。此外，3—6日的早晨時段，華北中南部、黃淮以及四川盆地南部等地的部分地區出現大霧天氣，其中影響最重時段為3日早晨至上午，天津、河北中南部、山東西部、河南東部等地出現大范圍能見度不足50 m的特強濃霧，多條高速公路大面積封閉。

從這次持續霧-霾過程的大尺度環流背景看(圖10)，2—6日，我國中東部地區高空500 hPa受緯向環流控制，冷空氣勢力較弱；平均海平面氣壓場上華北、黃淮等地位于冷高壓前部的均壓場中，等壓線稀疏，氣壓梯度小，水平風速弱，污染物和水汽的水平擴散條件較差。同時，華北中南部850 hPa配合有溫度脊發展，有利于在近地層形成逆溫結構，抑制了污染物和水汽的垂直擴散，北京2—6日混合層高度普遍不足800 m，污染物和水汽在低層積聚，有利于霧-霾天氣的發生和維持，因此出現連續4天的空氣污染。夜間至上午時段華北、黃淮地區水汽達到飽和，相對濕度高，基本在95%以上，有利于大霧天氣的形成。并且高濕環境有利于液相反應，生成二次污染物，進一步加重污染。從過程演變看，2—3日，華北中南部、黃淮、江漢等地受不利擴散條件影響，污染物開始積累，出現輕至中度霾，其中河南中部、湖北北部等地出現重度霾。4—5日，受持續偏南風影響，污染物向北傳輸，黃淮西部、汾渭平原、華北中南部、東北地區南部等地先后出現輕至中度霾，河南北部、河北南部、北京等地出現重度霾。6日白天，受冷空氣和降水共同影響，東北地區南部、汾渭平原大氣擴散條件轉好，霾開始消散，華北中部霾減弱，華北南部和黃淮西部霾天氣維持。6日夜間，隨著橫槽轉豎，冷空氣向南爆發，地面風力加大到5級，華北、黃淮大氣擴散條件全面改善，PM2.5濃度迅速下降，能見度快速好轉，霧-霾天氣過程結束。

圖10 2021年11月2—6日平均500 hPa位勢高度場(等值線，單位：dagpm)和海平面氣壓(陰影)Fig.10 Average geopotential height at 500 hPa (contour, unit: dagpm) and sea level pressure (shaded) from 2 to 6 November 2021

致謝：感謝國家氣象中心宋文彬提供的降水量、降水距平和溫度距平資料。