2022年4月大氣環(huán)流和天氣分析*

華 珊 張 濤 張 宸

1 國家氣象中心，北京 100081 2 中國民用航空局空中交通管理局航空氣象中心，北京 100122

提 要：2022年4月北半球極渦呈單極型分布，強度偏弱；中高緯環(huán)流呈三波型，我國基本為正距平，副熱帶高壓較常年均偏弱。全國平均氣溫為12.4℃，較常年同期偏高0.9℃，為1961年以來第五高。全國平均降水量為45.7 mm，較常年同期偏多4.8%，其中西南地區(qū)降水較常年顯著偏多。月內(nèi)僅出現(xiàn)1次冷空氣過程，全國范圍內(nèi)共發(fā)生2次大范圍降水過程，部分地區(qū)受風雹影響出現(xiàn)災情。此外，北方地區(qū)出現(xiàn)3次沙塵天氣過程，河南、陜西、山西、山東等地氣象干旱顯露并發(fā)展。

引 言

2022年4月，全國平均氣溫為12.4℃，較常年同期(11.5℃)偏高0.9℃，為1961年以來第五高。全國平均降水量為45.7 mm，較常年同期(43.6 mm)偏多4.8%。據(jù)統(tǒng)計，月內(nèi)僅有1次冷空氣過程影響我國,3次沙塵過程影響北方地區(qū)。降水分布上南盛北弱的形勢明顯，西南地區(qū)降水較常年顯著偏多，共有2次區(qū)域性暴雨過程影響西南地區(qū)及長江中下游一帶；強對流天氣次數(shù)(3次)較常年偏少。河南、陜西、山西、山東等地氣象干旱顯露并發(fā)展。

1 天氣概況

1.1 降 水

4月，全國平均降水量為45.7 mm，較常年同期(43.6 mm)偏多4.8%。空間分布表明(圖1)，降水呈西北—東南階梯遞增分布，西北地區(qū)東南部、江漢大部、江淮南部、江南大部、華南大部、西南地區(qū)北部和南部部分地區(qū)、西藏東南部、河南南部等地降水量普遍在50～150 mm，江西中部、湖南東部、湖北南部和廣西北部等地超過200 mm，其中四川平均降水量(106.3 mm)為1961年以來同期最多；全國其余大部地區(qū)降水量不足50 mm，其中西北地區(qū)北部和西部、新疆南部、西藏中西部、內(nèi)蒙古中部和西部、河北大部、天津、山東南部等地降水量不足10 mm。

圖1 2022年4月全國降水量分布(單位：mm)

從降水距平場中可以看出(圖2)，與常年同期相比，我國西南地區(qū)及西北大部降水顯著偏多，華北地區(qū)及黃淮地區(qū)大部降水顯著偏少。其中新疆東南部、西藏中部和東南部、青海西部和東北部、甘肅中部、內(nèi)蒙古東北部、東北地區(qū)北部、西南地區(qū)大部、華中地區(qū)中部、江蘇南部和浙江北部部分地區(qū)降水偏多2成至1倍；全國其余地區(qū)降水以偏少為主，其中新疆西部、甘肅北部、內(nèi)蒙古中部、東北地區(qū)南部、華北大部、黃淮大部等地降水量偏少2～8成，新疆西部、甘肅北部、內(nèi)蒙古西部和中北部的部分地區(qū)、遼寧南部、河北北部、河南東部、山東南部和東部、江蘇北部部分地區(qū)偏少8成以上。華南地區(qū)已進入前汛期，但與常年相比華南東南部降水量偏少2～8成，其中廣東東部附近地區(qū)的降水偏少總量是最多的，據(jù)國家氣候中心(2022)統(tǒng)計，4月廣東省降水量為65.3 mm，降水量距平百分率達-62.9%。

圖2 2022年4月全國降水量距平百分率分布(單位：%)

1.2 氣 溫

2022年4月，全國平均氣溫為12.4℃，較常年同期(11.5℃)偏高0.9℃，為1961年以來第五高(圖3)。新疆大部、西藏大部、內(nèi)蒙古大部、東北地區(qū)中部和南部、華北地區(qū)、華中地區(qū)大部、華東地區(qū)北部等地氣溫偏高1℃以上，其中東北地區(qū)中東部、新疆西部、西藏西部和中南部等地偏高2～4℃。云南東部、貴州南部、四川中部、廣西西部、海南大部偏低1～2℃，局部偏低2～4℃，全國其余地區(qū)氣溫接近常年同期(國家氣候中心，2022)。

圖3 2022年4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4月北半球500 hPa平均位勢高度場及距平場的水平空間分布如圖4所示，4月北半球環(huán)流形勢相比常年平均具有以下特點。

圖4 2022年4月北半球500 hPa(a)平均高度場和(b)距平場(單位：dagpm)

2.1.1 極渦呈單極型分布

4月，北半球極渦呈單極型分布(圖4a)，極渦位于加拿大北部群島至新地島以東洋面，中心略偏向于格陵蘭島一側，中心強度低于520 dagpm。與常年相比(麥子等，2021；關良等，2020；周曉敏和張濤，2019；毛旭和張濤，2018)，極渦強度偏弱；距平場表明(圖4b)，相對于氣候平均態(tài)，極渦中心對應正距平約為0～1 dagpm，強度、位置均與平均態(tài)相當。

2.1.2 中高緯呈三波型，副熱帶高壓較常年偏弱

對比月平均位勢高度場(圖4a)及其距平場(圖4b)可以看出，4月北半球中高緯環(huán)流呈三波型，東亞槽、歐洲槽偏深偏強，北美槽與常年相當。具體而言，北美槽強度與位置均接近常年同期，歐洲槽強度較常年偏東、偏強2～6 dagpm，致使格陵蘭島以東的脊區(qū)得以發(fā)展，較常年偏強4～8 dagpm。此外，鄂霍次克海附近存在一個低壓中心(距平為-6 dagpm)，相對于常年位勢高度偏低，對應東亞槽北段(鄂霍次克海西部至我國東北地區(qū)一帶)強度較常年顯著偏強2～6 dagpm，而東亞槽南段(朝鮮半島至我國東南沿海一帶)強度較常年略偏弱2 dagpm；受加深的歐洲槽和東亞槽影響，烏拉爾山脊得以發(fā)展加強，較常年偏強4～6 dagpm。歐亞大陸呈現(xiàn)兩槽一脊的環(huán)流形勢，我國大部分區(qū)域處于槽后脊前區(qū)，位勢高度對應正距平。總體而言，受偏強的東亞槽影響，月內(nèi)影響我國的冷空氣相對偏多，但由于西伯利亞整體高度場顯著偏高，冷空氣源地相對偏東，導致冷空氣雖多但弱，加之北方多晴好天氣，輻射增溫削弱了冷空氣勢力，因此全國氣溫總體偏高，北方地區(qū)多大風沙塵天氣，河南、陜西、山西、山東等地氣象干旱顯露并發(fā)展。此外，由于冷空氣長驅(qū)南下滲透范圍廣，鋒面位置整體偏南偏西，導致月內(nèi)南方地區(qū)持續(xù)出現(xiàn)顯著低溫多雨天氣。

在低緯度地區(qū)，西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)較常年強度偏弱，位置明顯偏東；南支槽平均位置位于90°E附近(圖4a)，相對常年同期勢力偏弱，對應為2 dagpm左右的正距平(圖4b)。受偏弱的副高及南支槽影響，不利于暖濕氣流向我國的輸送和北上，冷暖空氣交匯輻合較弱，因此，月內(nèi)我國華北地區(qū)及華南地區(qū)東南部降水與常年相比顯著偏少。

2.2 環(huán)流演變與我國天氣

圖5給出了4月上、中、下旬歐亞地區(qū)500 hPa的旬平均位勢高度場分布。

4月上旬(圖5a)，極渦中心位于歐洲以北海域，中心強度為512 dagpm；歐亞大陸中高緯環(huán)流呈現(xiàn)兩槽一脊型，較氣候平均態(tài)而言，上旬歐洲槽、烏拉爾山脊勢力均相對偏強，東亞槽勢力偏強且位置偏東。里海以東至我國的寬廣大陸受高壓脊控制，中間存在少量短波活動，我國大部分地區(qū)環(huán)流經(jīng)向度相對較大，上旬冷空氣勢力較強且相對活躍。中低緯地區(qū)，4月第一候孟加拉灣南支槽較常年相對較強，副高位于海南島以東區(qū)域，但范圍小；4月第二候南支槽減弱，副高同時減弱東退，因此旬平均場中南支槽及副高均較常年有所減弱(圖略)。總體而言，月內(nèi)上旬我國冷空氣勢力較強且活躍，但由于西伯利亞整體高度場顯著偏高，冷空氣源地相對偏東，導致冷空氣次數(shù)雖多但勢力較弱，加之北方多晴好天氣，輻射增溫削弱了冷空氣勢力，因此全國氣溫總體偏高。此外，鋒面位置顯著偏南，導致上旬我國北方地區(qū)降水總體偏少，全國大部分地區(qū)天氣晴好，西南地區(qū)多陰雨天氣。受高溫少雨的影響，4月以來，陜西中北部、山西中南部、河北南部、河南大部等地氣象干旱顯露并持續(xù)發(fā)展，至11日全國中旱及以上氣象干旱面積達42萬km2。

圖5 2022年4月(a)上旬、(b)中旬、(c)下旬的500 hPa平均位勢高度場(單位：dagpm)

4月中旬(圖5b)環(huán)流形勢與上旬相類似。極渦中心東移至新西伯利亞群島附近，范圍擴大；歐亞地區(qū)中高緯仍維持兩槽一脊型，歐洲北部環(huán)流相對平直，西側高空槽區(qū)移至地中海附近，東側槽區(qū)仍位于日本海附近，但相比上旬有所加強。里海附近脊區(qū)相比上旬顯著加強，4月第三候于咸海附近生成了一個切斷低壓(圖略)，致使我國北方地區(qū)環(huán)流經(jīng)向度顯著增加，西高東低的環(huán)流形勢有所加強。受活躍的冷空氣活動影響，10—12日我國西北地區(qū)、華北地區(qū)及內(nèi)蒙古、河南中東部等地出現(xiàn)揚沙或浮塵天氣，內(nèi)蒙古西部局地出現(xiàn)沙塵暴。此外，受冷空氣影響中東部先后出現(xiàn)大風降溫天氣，13—17日，東北地區(qū)、華北地區(qū)大部、華東地區(qū)北部、華中地區(qū)東部、西南地區(qū)東部部分地區(qū)以及內(nèi)蒙古、青海和陜西部分地區(qū)普遍降溫8～12℃。中低緯地區(qū)，南支槽勢力與上旬相當?shù)喽滩ɑ顒樱备呦啾扔谏涎杂诘谌蝻@著增強，北界位于我國華南一帶，外圍低層西南暖濕氣流顯著增強，可提供良好的水汽條件和能量供應，但副高范圍較常年相對較小。受高空短波槽、低層切變及西南渦的共同影響，11—14日，四川盆地至長江中下游一帶先后出現(xiàn)暴雨天氣，局地大暴雨，同時伴隨強對流天氣，其中四川、重慶、湖南、江西、廣西北部及福建等地的部分地區(qū)出現(xiàn)小時降水量為20～50 mm的短時強降水，11日21—22時宜賓市南溪區(qū)最強小時降水量達76.5 mm。上述地區(qū)局地同時出現(xiàn)8～11級雷暴大風天氣，河北南部、山東北部、四川中東部等地局地出現(xiàn)冰雹，最大冰雹直徑約為40 mm(發(fā)生于11日20—21時，河北省衡水市故城縣)。

4月下旬(圖5c)環(huán)流形勢有所調(diào)整，但仍維持兩槽一脊型。原位于新西伯利亞群島附近的極渦北收，范圍減小、強度減弱。歐洲槽、烏拉爾山脊相比于中旬勢力均有所減弱，烏拉爾山脊及東亞槽位置均有所東移，東亞大部分區(qū)域多短波脊活動。受蒙古氣旋及冷空氣的影響，19—21日、25—27日，我國北方大部分地區(qū)接連出現(xiàn)大范圍揚沙或浮塵天氣，其中內(nèi)蒙古西部出現(xiàn)沙塵暴，局地強沙塵暴。中低緯地區(qū)，南支槽相比于中旬明顯加強，副高范圍變大，北界位于20°N附近。候平均場顯示4月第六候我國北方處于冷渦槽前，且副高顯著西伸北抬，北方南下活躍的冷空氣配合副高強盛的暖濕氣流，在我國長江中下游地區(qū)出現(xiàn)兩次大范圍暴雨過程，并伴隨強對流天氣。其中，24—26日，受西南渦及江淮氣旋影響，配合低層西南急流及低空切變，西南地區(qū)大部、江漢、江淮、江南北地區(qū)出現(xiàn)暴雨，局地大暴雨，福建西北部浙江以及東海近海海域出現(xiàn)8～10級雷暴大風。此外，27—29日，四川、重慶、貴州、廣西、湖北、湖南、江西、浙江出現(xiàn)大范圍短時強降水天氣并伴有8～11級雷暴大風，局地達12級，監(jiān)測顯示28日04—05時貴州道真最大小時降水量達90 mm。

3 冷空氣活動和沙塵天氣

3.1 冷空氣過程

4月以來我國共出現(xiàn)1次冷空氣過程，影響時段為13—17日(表1)。此次為全國性中等強度冷空氣過程，影響我國大部分地區(qū)，其中內(nèi)蒙古中部和北部、東北地區(qū)中部和南部、華北地區(qū)大部、華東地區(qū)北部和西部、華中地區(qū)東部、西南地區(qū)東部部分地區(qū)以及陜西部分地區(qū)普遍降溫8～12℃，全國降溫幅度超過8℃的面積達244.7萬km2。受冷空氣影響，中東部先后出現(xiàn)2～3 d的大風降溫天氣，對正值開花期的果樹、設施農(nóng)業(yè)以及春耕春播有短暫不利影響(國家氣候中心，2022)。

表1 2022年4月主要冷空氣過程

3.2 沙塵天氣過程

4月中下旬，受蒙古氣旋和地面冷鋒共同影響，我國北方地區(qū)先后出現(xiàn)3次沙塵天氣過程，分別發(fā)生于10—12日、19—21日、25—27日(表2)，3次均為揚沙天氣過程，過程次數(shù)較2000—2020年同期平均值(4.3次)偏少(國家氣候中心，2022)。

表2 2022年4月主要沙塵過程

2022年3月全國平均氣溫為1961年以來最高，4月高溫持續(xù)，為1961年以來第五高。在我國北方降水顯著偏少、氣溫顯著偏高的背景下，內(nèi)蒙古西部、甘肅中部附近沙源地受旱情發(fā)展影響導致土壤松動加劇，利于起沙(周曉敏和張濤，2019；關良等，2020；麥子等，2021)。配合地面冷鋒及蒙古氣旋的東移，4月25—27日我國西北地區(qū)至華北一帶出現(xiàn)揚沙天氣。環(huán)流背景場顯示(圖6)，25日08時500 hPa 槽區(qū)位于蒙古國以西一帶，自08時起從100°E附近逐步東移至120°E，26日14時在東北地區(qū)形成冷渦。沙塵區(qū)基本位于500 hPa槽后，槽前上升運動對沙塵傳輸和移動影響較小(張亞妮等，2013)。實況監(jiān)測顯示(圖略)，25日05時蒙古國中西部地區(qū)出現(xiàn)揚沙及浮塵天氣，局地出現(xiàn)沙塵暴。從25日08時海平面氣壓場(圖6a)可以看到明顯的氣旋中心，其位于蒙古國南部至我國內(nèi)蒙古中部地區(qū)(中心強度為1 000 hPa)，冷高壓系統(tǒng)位于蒙古國西部，地面鋒面位于冷高壓前側。10 m風場大值區(qū)位于氣旋與冷高壓間的高梯度區(qū)，也是最強冷平流區(qū)。因此，25日08時自蒙古國中西部起沙，并在中低層西偏北的平均氣流下向東偏南方向傳輸，導致內(nèi)蒙古大部、河北北部、北京、山西北部、陜西北部等地先后出現(xiàn)揚沙天氣。隨著高空槽東移加強為冷渦，槽前氣旋也逐漸加強東移，槽后西北氣流引導冷高壓東移南下。26日14時地面氣旋冷鋒鋒面位于黃淮一帶(圖6b)，鋒后冷高壓主體位于蒙古國東南部到內(nèi)蒙古中東部一帶，受高壓底部偏東氣流回流傳輸影響，華北一帶的沙塵被攜帶輸送至西北地區(qū)，導致寧夏北部、甘肅中西部、青海柴達木盆地等地出現(xiàn)揚沙或浮塵天氣，監(jiān)測顯示26日夜間甘肅省PM10質(zhì)量濃度達460 μg·m-3。之后隨著地面冷鋒系統(tǒng)的進一步東移，沙塵過程于27日夜間結束。

圖6 2022年4月(a)25日08時，(b)26日14時的500 hPa位勢高度場(實線，單位：dagpm)、10 m風場(風羽)和海平面氣壓場(陰影)

4 主要降水過程和強對流過程

4.1 概 況

4月，主要有兩次降水過程和三次強對流過程影響我國(表3，表4)，強對流過程相比于常年同期偏少。月內(nèi)，暴雨過程造成湖北、廣西、河南、云南、四川、重慶、湖南等省份百余縣遭受暴雨洪澇災害，其中湖北、廣西、河南等省(自治區(qū))受災較重(國家氣候中心，2022)。其中，24—26日暴雨過程強度較強，影響范圍較廣，同時伴隨混合型強對流天氣。受此次區(qū)域性暴雨過程影響，湖北大部分地區(qū)出現(xiàn)大到暴雨天氣過程，共造成14.7 萬人受災，農(nóng)作物受災面積達1.55萬hm2，直接經(jīng)濟損失達1.7 億元；廣西東北部出現(xiàn)大雨到暴雨，局部大暴雨，造成3.1 萬人受災，農(nóng)作物受災面積超700 hm2，直接經(jīng)濟損失約為6 800萬元；河南南部出現(xiàn)暴雨，局部大暴雨，造成部分農(nóng)田積水、小麥倒伏，農(nóng)作物受災面積為 6 300 hm2，直接經(jīng)濟損失近3 900萬元。

表3 2022年4月主要降水過程

表4 2022年4月主要強對流過程

4.2 4月24—26日降水及強對流過程分析

受西南渦、低空西南急流及低層切變共同影響，24—26日西北地區(qū)東南部、西南地區(qū)東部、江漢南部、江淮西南部、江南大部及華南北部部分地區(qū)出現(xiàn)一次大范圍降水過程，局地出現(xiàn)大暴雨。從高空500 hPa高度場和低空850 hPa風場演變形勢可以看出(圖7)，24—25日青藏高原東部有短波槽發(fā)展東移，對應短波槽前有低空急流加強，在槽前正渦度平流和低空暖平流的共同作用下，低層西南渦得以形成并東移發(fā)展，這是此次大范圍強降水和強對流過程的環(huán)流背景。具體來看，24日08時短波槽位于四川盆地附近，槽前低空西南渦初步形成，25日08時是短波槽和西南渦最強時段，高空短波槽位于河南、湖北，西南渦中心位于安徽附近，整個華東地區(qū)位于槽前和西南渦東側。同時，短波槽后(即西南渦西側)有偏北氣流引導北方南下的弱冷空氣與南側西南急流形成低空的冷式切變線和地面鋒面，造成重慶、湖北、湖南到安徽南部的廣大區(qū)域出現(xiàn)較強降水和強對流天氣。在整個過程中，深厚的西南急流提供了充沛的水汽條件，也為對流不穩(wěn)定條件的形成起到了關鍵作用。從低空急流強度來看，925 hPa 風速達到了16 m·s-1。重慶南部、湖南大部、廣西、廣東等地整層可降水量普遍達到45 mm，隨著暖濕舌的北抬，25日08時湖北、安徽、江蘇、浙江、江西、福建等地的部分地區(qū)整層可降水量超過50 mm。在不穩(wěn)定條件方面，24日14時湖南、廣西北部等地的最有利抬升指數(shù)達-4℃，湖北、貴州、湖南、江西、福建、廣西大部分地區(qū)的對流有效位能(CAPE)超過1 000 J·kg-1，廣西部分地區(qū)CAPE超過1 500 J·kg-1。25日14時，江西、浙江、廣西等地持續(xù)具備較強的不穩(wěn)定能量。良好的動力條件和充足水汽在與對流不穩(wěn)定條件的配合下，使得自24日起重慶北部、河南南部、湖北南部、廣西東北部、安徽南部、江蘇西南部、浙江西南部、江西中北部、福建中北部、廣東北部先后出現(xiàn)暴雨天氣，局地有大暴雨。26日，伴隨低渦東移入海，過程趨于結束。

圖7 2022年4月(a)24日08時，(b)25日08時的500 hPa位勢高度場(實線，單位：dagpm)、850 hPa風場(風羽)和整層可降水量分布(陰影)

此次過程同時伴隨短時強降水、雷暴大風及冰雹等強對流天氣。24日午后，貴州省六盤水、畢節(jié)、遵義3個市5個縣(區(qū))出現(xiàn)大風、冰雹等強對流天氣，23個站出現(xiàn)大風，最大風速為松桃縣盤信的27.8 m·s-1；冰雹最大直徑為普定縣坪上的12 mm。災害至少造成3.4萬人受災，百余間房屋受到不同程度損壞，農(nóng)作物受災面積為3 100 hm2，直接經(jīng)濟損失達8 700余萬元。24日午后至夜間，低層切變位于貴州北部，低層西南氣流向該地區(qū)持續(xù)輸送水汽和熱量，熱力不穩(wěn)定條件較強。圖8給出了24日08時貴陽站的探空曲線，經(jīng)過14時地面溫度和露點溫度的訂正，表明14時以后貴陽CAPE將近1 800 J·kg-1，最有利抬升指數(shù)為-3.4℃。中層存在干層，探空曲線呈上干下濕形勢，0～6 km垂直風切變?yōu)?7 m·s-1，下沉對流有效位能(DCAPE)為483.2 J·kg-1，綜合條件有利于雷暴大風的發(fā)生。此外，低層0～3 km風向有明顯的順時針旋轉，-30～-10℃的CAPE也較大，濕球零度層高度位于4 km左右，總體環(huán)境場特征有利于冰雹的產(chǎn)生。

圖8 2022年4月24日08時貴陽站探空資料經(jīng)過14時地面溫度和露點溫度訂正后的探空曲線

此外，25日午后，安徽南部、江西中東部、江蘇南部、福建西北部、浙江以及東海近海海域出現(xiàn)8～10級，局地達11～12級的雷暴大風天氣。伴隨西南渦東移，25日午后低層西南急流進一步加強，為安徽至浙江一帶低層提供了良好的水汽條件，熱力不穩(wěn)定條件增強。圖9給出了25日08時衢州站的探空曲線，經(jīng)過14時地面溫度和露點溫度的訂正，表明14時以后衢州附近CAPE為1 452 J·kg-1。中層存在干層，探空曲線呈上干下濕形勢，0～6 km垂直風切變?yōu)?7 m·s-1，850～500 hPa溫差達25.1℃，DCAPE達716.1 J·kg-1，綜合環(huán)境條件有利于雷暴大風的發(fā)生。

圖9 同圖8，但為25日08時衢州站

5 其他災害性天氣——干旱

受高溫少雨影響，4月以來，陜西中北部、山西中南部、河北南部、河南大部等地氣象干旱顯露并持續(xù)發(fā)展，11日全國中旱及以上氣象干旱面積達42萬km2。12—15日旱區(qū)部分地區(qū)先后出現(xiàn)降水過程，一定程度上減緩了干旱形勢的發(fā)展，但降水強度偏弱，之后氣象干旱維持并進一步發(fā)展加強。27日華北中部和西南部、華東和華中的北部以及陜西中部和北部等地維持中度至重度氣象干旱，其中陜西東北部、山西中部、河南中部和山東南部等地為特旱，全國中旱及以上氣象干旱面積達68.3萬km2，特旱達15.2萬km2。30日受降水過程影響，陜西和山西等地氣象干旱有所緩解，山東和河南部分地區(qū)氣象干旱持續(xù)，全國中旱及以上氣象干旱面積為38.1萬km2(其中特旱達2.1萬km2)。受干旱影響，陜西關中、山西西南部、河北中南部、河南中部、安徽北部等地部分麥區(qū)土壤缺墑，對小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量形成不利影響。

致謝：感謝國家氣象中心楊琨、宋文彬為本文提供月降水量、降水距平百分率和溫度距平資料。