2023年7月大氣環流和天氣分析*

羅 琪 符嬌蘭

國家氣象中心,北京 100081

提 要：2023年7月北半球大氣環流主要特征表現為:極渦分裂為多個中心呈繞極分布,較常年同期偏強;西太平洋副熱帶高壓較常年同期強度偏強,位置偏西、偏北;全國平均降水量為122.0 mm,接近常年同期,有45個站日降水量超建站以來歷史極值,吉林西部、河北南部等地累計降水量較常年同期顯著偏多1～2倍,而西北中北部、廣西中北部、湖南中部以及新疆北部等地偏少5成左右;有8次區域性暴雨天氣過程,受臺風杜蘇芮及其殘余環流影響,7月26—29日、7月29日至8月1日,臺灣、浙江東部、福建東部以及京津冀等地部分地區先后出現極端強降水;月內共有3個臺風生成,2個登陸我國,較常年同期略偏少,其中,臺風杜蘇芮為登陸福建第二強臺風;全國平均氣溫為23.0℃,較歷史同期略偏高,山東西部、河北南部、新疆西北部和東北部等地最高氣溫平均值較常年同期偏高2～4℃;高溫過程共有7次,其中,7月5—16日為全國性的高溫過程,中東部大部以及內蒙古西部和新疆大部最高氣溫超過35℃,12個國家站日最高氣溫超過歷史極值。

1 天氣概況

1.1 降 水

2023年7月,全國平均降水量為122.0 mm,接近常年同期(121.6 mm)(國家氣候中心,2023)。全國降水量分布顯示(圖1),累計降水量超過100 mm的區域主要集中在東北地區、華北東部、華東、華中大部、華南大部、西南大部、西北地區東南部及西藏中東部、內蒙古東部等地,其中東北地區中部、華北東部、黃淮東部、江淮東部、華南沿海、西南地區東南部及海南島等地達250～400 mm,河北中南部、北京西南部、江蘇南部、福建東部沿海等地局地超過400 mm。其中福建莆田(526.8 mm)、福建福州(338.2 mm)、北京霞云嶺(395.2 mm)和河北順平(318.2 mm)等45個站日降水量超建站以來歷史極值。

圖1 2023年7月全國降水量分布Fig.1 Distribution of precipitation over China in July 2023

與常年同期相比(圖2),東北地區中部、華北東南部、黃淮東部、江淮東部、西南地區東南部以及西北地區東南部等地降水量偏多,其中吉林西部、河北中南部、北京西南部等地偏多1～2倍,局地偏多2倍以上。另外,云南大部、廣西、廣東大部、湖南大部以及西北中北部、新疆中北部、內蒙古中西部等地降水量偏少2～5成,局地偏少8成以上。

圖2 2023年7月全國降水量距平百分率分布Fig.2 Distribution of precipitation anomaly percentage over China in July 2023

1.2 氣 溫

2023年7月,全國平均氣溫為23.0℃,較常年同期(22.2℃)偏高0.8℃,為1961年以來第四高。廣西氣溫為歷史同期最高,海南、河北、云南和山東為歷史第二高(國家氣候中心,2023)。全國大部地區平均氣溫接近常年同期或偏高(圖3),其中,華北東部、山東大部、河南中東部、四川東部和南部、云南東部、貴州南部、廣西、湖南中南部、浙江南部以及西北地區中北部、內蒙古西部、新疆大部等地偏高1～2℃,山東西部、河北南部、新疆西北部和東北部等地局地偏高2～4℃。另外,黑龍江西南部、吉林西北部、重慶中東部、西藏西部等地平均氣溫較常年同期偏低0.5～1℃,局部偏低1～2℃。

圖3 2023年7月全國平均氣溫距平分布Fig.3 Distribution of mean temperature anomaly over China in July 2023

2 環流特征與演變

2.1 環流特征

如圖4a所示, 2023年7月北半球500 hPa極渦呈多極型繞極分布,存在3個主要的極渦中心,分別位于格陵蘭島、新地島以東地區以及加拿大以北地區上空,強度較常年同期均偏強,其中位于新地島以東地區的極渦中心強度達540 dagpm,對應高度距平達-8 dagpm(圖4b),較同期顯著偏強。北半球中高緯環流呈現“四槽四脊”的多波型分布,而歐亞地區環流較為平直,我國北方大部地區受平直西風環流控制,高度場為正距平,表明高空槽以及冷空氣活動明顯偏弱。西太平洋副熱帶高壓(以下稱副高)強度較歷史同期偏強,平均脊線位于28°N附近,較歷史同期偏北,西段脊點位于110°E附近,與常年相比位置偏西(徐成鵬和于超,2022;趙威和孫軍,2021;羅琪和張芳華,2020)。

圖4 2023年7月北半球500 hPa(a)平均位勢高度和(b)距平(單位:dagpm)Fig.4 (a) The average geopotential height and (b) its anomaly at 500 hPa in the Northern Hemisphere in July 2023 (unit: dagpm)

2.2 環流演變與我國天氣

圖5為7月歐亞大陸上旬、中旬及下旬的500 hPa 平均環流形勢場。上旬(圖5a),30°E以東歐亞大陸中高緯地區環流呈現“兩槽兩脊”型,西西伯利亞至中亞地區、鄂霍次克海至我國黃淮地區分別存在明顯的低槽,而中西伯利亞和里海以北地區上空各存在一個高壓脊。我國中緯度地區環流形勢總體呈現“西高東低”的特征。副高西伸顯著,其西段脊點平均達到90°E附近。受東移東亞大槽的影響,我國東北地區出現明顯強降水過程。另外,槽后冷空氣與不斷西伸的副高外圍源源不斷的暖濕氣流交匯,在西南地區東部至江淮、黃淮等地造成持續性強降水。四川東部、貴州北部、陜西南部、河南南部、江蘇大部、遼寧東部、吉林東部等地累計降水量較常年同期偏多1～2倍,遼寧東部、吉林東部等地局地偏多4倍以上(圖略)。

圖5 2023年7月(a)上旬、(b)中旬、(c)下旬的500 hPa平均位勢高度(單位:dagpm)Fig.5 The average geopotential height at 500 hPa in the (a) first, (b) middle and (c) last dekads of July 2023 (unit: dagpm)

中旬(圖5b),歐亞中高緯地區維持“三槽兩脊”環流型,槽脊位置和強度分別較上旬均發生明顯變化。具體表現為里海北部、中西伯利亞轉變為高空槽,且后者的槽區寬廣,另一個高空槽位于鄂霍次克海東部至千葉群島南側。另外,我國東北地區至江淮地區存在短波槽活動。而中亞以北地區和俄羅斯遠東地區轉變為顯著的高壓脊區。副高較上旬有所東退,平均位置位于105°E附近,且整體強度有所減弱。另外,受臺風泰利的影響,副高脊線位置較上旬略有北抬。受短波槽和副高的共同作用,中旬西南、西北、黃淮、華北等地出現大范圍暴雨過程;華南地區則受臺風影響,出現暴雨到大暴雨。

下旬(圖5c),里海北部的高空槽東移至西西伯利亞地區,強度有所減弱。中西伯利亞至俄羅斯遠東地區存在阻塞高壓,同樣強度有所減弱。中高緯環流經向度相比中旬趨于平緩,平均低槽減弱。受臺風杜蘇芮北上影響,副高在下旬后期北抬東退,588 dagpm等高線到達我國華北、東北地區南部等地?！岸盘K芮”登陸減弱后的低壓環流攜帶充足的水汽與副高外圍東南氣流匯合,打通了水汽通道,再加上臺風卡努遠距離輸送的水汽,兩股水汽匯集直奔華北平原。因此,下旬華北、黃淮、西南地區東部、福建、浙江等地累計降水量達到250～400 mm,其中河北中南部、北京西南部局地超過400 mm。

3 熱帶氣旋活動概況

常年7月南海及西北太平洋有3.7個臺風生成,其中2個登陸我國。今年7月我國南海及西太平洋臺風活躍程度較常年同期略偏弱,共有3個臺風生成(表1),2個登陸我國。第4號臺風泰利于7月14日11時在菲律賓北部洋面生成,15日上午在南海東部海面加強為臺風,17日22時在廣東湛江市南三島沿海登陸,是今年首個登陸我國的臺風。登陸后強度迅速減弱,18日05時在廣西北海市再次登陸,20時在廣西崇左市減弱為熱帶低壓,23時停止編號。受“泰利”影響,16—18日海南島西部和北部、廣東西南部、廣西西部和南部出現暴雨到大暴雨,局地特大暴雨。

表1 2023年7月西北太平洋和南海熱帶氣旋概況Table 1 Summary of tropical cyclones generated in Northwest Pacific and South China Sea in July 2023

第5號臺風杜蘇芮于7月21日08時在菲律賓以東洋面生成,28日09時在福建晉江市沿海登陸,登陸時中心附近最大風力達15級(50 m·s-1),是1949年以來登陸福建第二強臺風,29日08時在安徽安慶境內減弱為熱帶低壓,11時停止編號。受“杜蘇芮”影響,7月26—29日,臺灣東部和南部、福建東部、浙江東部、安徽西南部等地的部分地區出現大暴雨、局地特大暴雨。另外,此次臺風殘余環流北上影響強,7月29日至8月1日華北、黃淮等地出現極端強降水,其中京津冀、山西、山東、河南等地的部分地區出現暴雨到大暴雨,北京、河北部分地區出現特大暴雨。

4 主要降水過程

4.1 概 況

7月,受副高外圍持續的西南暖濕氣流、北方頻繁南下弱冷空氣以及臺風影響,我國中東部地區先后出現8次強降水過程(表2)。其中,7月26—29日是臺風本體造成的降水,7月29日至8月1日是臺風殘余環流北上形成的降水,具有持續時間長、降水強度大、極端性顯著、影響范圍廣、災害性強等特點。因此,下文將重點分析這兩次過程。

表2 2023年7月主要降水過程Table 2 Main precipitation events in July 2023

4.2 7月26—29日臺風杜蘇芮強降水過程

今年第5號臺風杜蘇芮于28日09:55前后在福建省晉江市沿海登陸,受其影響, 26—29日,臺灣東部和南部、福建東部、浙江東部、安徽西南部等地的部分地區累計降水量達200～350 mm,福建泉州、莆田、福州、寧德,浙江溫州、麗水、臺州、寧波等地局地達400～861 mm,臺灣南部局地超過1400 mm (圖6)。期間,福建、安徽共計6個國家氣象觀測站日降水量突破歷史極值。福建泉州、漳州、寧德,浙江寧波、溫州、麗水等多地出現不同程度的城鄉積澇、山洪、滑坡災害以及建筑房屋和工地摧毀、樹木倒伏、電力設施受損、農作物受災,早稻收曬和晚稻移栽受阻,沿海漁業受損較重。

圖6 2023年7月26日08時至30日08時累計降水量Fig.6 Accumulated precipitation from 08:00 BT 26 to 08:00 BT 30 July 2023

根據影響系統和降水配置關系,可以將本次強降水過程分為兩個階段。第一階段為26—27日,臺風杜蘇芮登陸前,受臺風北側偏東風和外圍螺旋雨帶影響,浙江中東部、福建北部、臺灣島等地出現暴雨或大暴雨。500 hPa上副高東退北抬,北界和西界分別位于41°N和119°E附近,其西側邊緣低層偏南急流與“杜蘇芮”東側的偏南氣流匯合,850 hPa上形成20～24 m·s-1的強低空急流(圖7a,7b)。福建、浙江等地位于低空急流左側出口區,其整層可降水量達60 mm以上,受低空急流輻合以及海陸和地形分布影響,水汽在急流頂端輻合上升,在該區域造成強降水。

圖7 2023年7月(a)27日08時,(b)27日20時,(c)28日08時,(d)28日20時500 hPa位勢高度場(等值線,單位:dagpm)、850 hPa風場(風羽)和比濕(陰影)Fig.7 The 500 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm), 850 hPa wind (barb) and specific humidity (shaded) at (a) 08:00 BT 27, (b) 20:00 BT 27, (c) 08:00 BT 28 and (d) 20:00 BT 28 July 2023

第二階段為28—29日,臺風登陸福建后迅速減弱為低壓環流系統,降水回波變得松散,主要為臺風本體穩定性降水和其東側、南側螺旋雨帶中的對流性降水。熱帶低壓外圍東側的偏南風與副高西側的偏南氣流匯合形成的低空急流仍然維持,850 hPa急流核位于福建東部和浙江東部,強度達28 m·s-1以上,比濕也增大至14 g·kg-1左右(圖7c,7d),整層可降水量增加至70 mm左右。充沛的水汽和有利的動力條件導致福建大部、廣東東部、浙江東部、安徽南部等地出現暴雨到大暴雨、局地特大暴雨。29日夜間低壓環流結構逐漸松散,受副高引導,低壓殘余環流繼續北上,并影響黃淮、華北以及東北等地。

4.3 7月29日至8月1日京津冀極端強降水過程

受“杜蘇芮”殘余環流、大陸高壓、副高和地形等多因素影響,7月29日至8月1日,京津冀等地出現極端強降水過程,具有持續時間長、累計雨量大、極端性強等特點。北京西南部、河北中部等地累計降水量為350～600 mm,局地達700～800 mm,河北邢臺臨城縣局地達1003 mm(圖8);過程強度超華北歷史上的3次極端暴雨過程(1996年8月3—5日、2012年7月21—22日和2016年7月19—21日),為歷史罕見。河北和北京共14個國家氣象觀測站日降水量突破歷史極值,26個站3 d累計降水量突破歷史極值。強降水過程造成海河流域發生流域性大洪水,其中子牙河發生2023年第1號洪水,是今年我國大江大河首次發生編號洪水;海河流域34個水庫超汛限,北三河、漳衛南運河、子牙河、大清河等21條以上河流發生超警以上洪水,部分超保;北京市多區,河北保定、石家莊市等地出現山洪、山體滑坡以及嚴重城市內澇,致使車輛、房屋被毀,多處道路塌方,橋梁坍塌。

圖8 2023年7月29日08時至8月2日08時累計降水量Fig.8 Accumulated precipitation from 08:00 BT 29 to 08:00 BT 2 August 2023

從29日20時500 hPa高度場和850 hPa風場及比濕分布(圖9a)可以看出,臺風系統減弱后的低壓環流北上,黃淮、華北南部等地受低壓倒槽控制。在倒槽右側低層存在明顯的東南風急流,850 hPa急流核強度達20～24 m·s-1。低層氣流在倒槽附近輻合上升,不斷有對流新生發展。副高外圍的偏南氣流北上,其攜帶的水汽與低壓環流東側的東南氣流匯合,形成了強大的水汽通道。850 hPa比濕在河南、山東、河北南部等地達到14 g·kg-1以上,為強降水提供了充沛的水汽和動力條件,河南中北部、山東西部以及河北中南部等地出現暴雨到大暴雨、局地特大暴雨。

圖9 2023年7月(a)29日20時,(b)30日20時,(c)31日20時,(d)8月1日20時500 hPa位勢高度場(等值線,單位:dagpm)、850 hPa風場(風羽)和比濕(陰影)Fig.9 The 500 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm), 850 hPa winds (barb) and specific humidity (shaded) at (a) 20:00 BT 29, (b) 20:00 BT 30, (c) 20:00 BT 31 July and (d) 20:00 BT 1 August 2023

30日(圖9b),副高與大陸高壓打通,形成高壓壩。低壓系統進入河南境內,進一步減弱,受高壓壩阻擋緩慢北上,并于30日夜間與西北地區東部弱低壓環流合并。低壓北部和東部東北—西南向切變線穩定維持在山西、河北、北京一帶。同時,低層東南風急流區也隨之北抬,850 hPa急流軸呈西北—東南走向,急流核位于急流區的頂端,其強度仍維持在20～24 m·s-1。東南風源源不斷向華北地區輸送水汽,受其影響,850 hPa比濕在山西南部、河北南部達到16 g·kg-1以上,整層可降水量也達80 mm左右。此時河北南部和北京南部的CAPE值在500 J·kg-1左右,雖然能量條件一般,但由于風速輻合和太行山、燕山山脈造成的動力抬升作用,使得低層輻合作用顯著,垂直上升速度達到10 Pa·s-1。此時主要以混合型降水回波為主,且回波移動緩慢,降水持續時間長。同時,在河北中部東南風輻合前沿配合較好的對流不穩定能量,不斷有MCS發展,并沿著東南風向西北方向移動,整體回波走向與移向平行,有利于產生列車效應。受其影響,30日河北中南部、北京、天津等地出現大范圍暴雨到大暴雨,河北中部、北京西南部的部分地區為特大暴雨。

7月31日至8月1日(圖9c,9d),副高進一步西伸,低壓環流逐漸填塞,華北地區逐漸由東西向的暖切變轉為偏南風影響,動力抬升條件較前期有所減弱。但此時,臺風卡努進一步加強發展,并逐漸向北移動,其外圍偏東氣流與東南風急流匯合,遠距離補充水汽,致使水汽源源不斷地向華北平原輸送。根據850 hPa比濕變化可見,31日白天較前一階段進一步增強,大值區范圍明顯增大,京津冀地區達到了16 g·kg-1以上。雖然850 hPa偏南急流強度有所減弱,維持在14～16 m·s-1,但由于臺風卡努的北上,導致偏南急流上多脈動。急流上一旦出現波動,便會導致氣流輻合抬升及不穩定能量釋放,從而觸發局地對流系統的發展,因此,該階段降水的對流性質較過程前期顯著。對流沿著急流方向不斷新生并向北移動,形成列車效應,造成河北中部、北京、天津北部的暴雨到大暴雨、局地特大暴雨。8月1日,京津冀地區不穩定條件增強,北京觀象臺14時訂正后的CAPE值達1000 J·kg-1以上,K指數達40 K左右,抬升凝結高度在1000 hPa附近,有利于局地出現高效率的對流性降水,河北東部、天津等地的部分地區仍出現大雨或暴雨,但降水明顯減弱,過程趨于結束。

5 高溫天氣概況

2023年7月,我國35℃以上的平均高溫日數為5.4 d,為1961年以來歷史同期第三多。高溫過程共有7次,其中,7月5—16日為全國性高溫過程,中東部大部以及內蒙古西部和新疆大部最高氣溫超過35℃,華北、華東東南部以及內蒙古西部、新疆大部等地局地達40℃以上,新疆吐魯番站最高達到48.7℃;北京、山西、廣東、新疆、河北、河南、甘肅、遼寧等地共有12個國家氣象觀測站日最高氣溫超過歷史極大值。另外,7月21—25日,受副高影響,內蒙古、華北南部、西北東部、黃淮、江淮、江南、華南、西南、海南北部等地出現35℃以上的高溫天氣,其中,內蒙古西南部、陜西東南部、四川東南部、重慶北部等地局地最高氣溫達40℃以上;云南、四川等地共有16個站超過7月極值。

6 結 論

2023年7月北半球中高緯環流呈現“四槽四脊”的多波型分布,而歐亞地區環流較為平直,我國北方大部地區受平直西風環流控制,高空槽以及冷空氣活動明顯偏弱;西太平洋副熱帶高壓較常年同期強度偏強,位置偏西、偏北。有3個臺風生成,其中“泰利”和“杜蘇芮”登陸我國。月內我國中東部地區先后出現8次強降水過程,其中,受臺風杜蘇芮及其殘余環流影響,7月26—29日、7月29日至8月1日,華南東部、江淮東部、黃淮以及京津冀等地的部分地區先后出現極端強降水。高溫過程共有7次,其中,7月5—16日為全國性高溫過程,中東部大部以及內蒙古西部和新疆大部最高氣溫超過35℃。

致謝：感謝國家氣象中心向欣為本文提供月降水量、降水距平百分率和溫度距平資料。