2023年9月大氣環(huán)流和天氣分析*

華雯麗 張芳華

國家氣象中心,北京 100081

提 要: 2023年9月北半球大氣環(huán)流的主要特征為極渦呈單極型偏向東半球,強度與常年相當,貝加爾湖以西的歐亞中高緯度環(huán)流經向度較大,西太平洋副熱帶高壓較常年明顯偏西偏強;我國北方大部地區(qū)受平直西風環(huán)流影響,而南方大部則受西太平洋副熱帶高壓控制。9月,全國平均氣溫為18.2℃,較常年同期(16.9℃)偏高1.3℃,江南、華南等地出現高溫天氣;全國平均降水量為69.1 mm,較常年同期(65.3 mm)偏多5.8%。西北太平洋和南海有2個臺風生成,較常年同期偏少;另有臺風蘇拉和?？顷懳覈?接連影響華南導致極端強降水,登陸個數接近常年同期。全國共出現6次大范圍較強降水過程及2次強對流天氣過程,江蘇宿遷、鹽城遭受多個強龍卷風襲擊。

1 天氣概況

1.1 降 水

9月,全國平均降水量為69.1 mm,較常年同期(65.3 mm)偏多5.8%。從空間分布看,華中北部和中部、華東中部和東南部、華南大部以及陜西南部、甘肅西南部、四川中部和東部、重慶、貴州北部、云南西部等地累計降水量有100～250 mm,其中華南南部以及陜西南部、河南東南部、湖北北部、重慶北部、四川東北部等地有250～400 mm,廣東南部、臺灣島東部等地超過400 mm(圖1);與常年同期相比(圖2),內蒙古東部、華中北部、華東中部、華南北部及黑龍江中西部、陜西南部、甘肅南部、青海中部、四川東部、重慶、新疆北部和中西部等地降水量偏多5成至2倍。全國其余大部地區(qū)降水量接近常年同期到偏少,其中內蒙古中西部、黑龍江東南部、河北大部、山西大部、新疆東部、西藏西部和南部、青海西北部、云南東部、貴州南部、福建東部和臺灣島等地偏少5～8成,局地偏少8成以上。

圖1 2023年9月全國降水量分布Fig.1 Distribution of precipitation over China in September 2023

圖2 2023年9月全國降水量距平百分率分布Fig.2 Distribution of precipitation anomaly percentage over China in September 2023

1.2 氣 溫

2023年9月,全國平均氣溫為18.2℃,較常年同期(16.9℃)偏高1.3℃,為1961年以來最高(國家氣候中心,2023)。除新疆北部偏低0～1℃外,全國其余大部地區(qū)氣溫均接近常年同期或偏高,其中內蒙古大部、東北地區(qū)大部、河北大部、山東大部、山西北部和中部、寧夏、甘肅中部和南部、新疆西南部、西藏西北部、浙江、江西中部、福建北部以及四川南部、貴州中部和南部、云南東北部等地偏高2～4℃(圖3)。

圖3 2023年9月全國平均氣溫距平分布Fig.3 Distribution of monthly mean temperature anomaly over China in September 2023

2 環(huán)流特征及演變

2.1 環(huán)流特征

圖4為2023年9月500 hPa平均位勢高度場及距平場的水平分布,與常年平均相比,9月北半球環(huán)流形勢有以下主要特點。

圖4 2023年9月北半球500 hPa(a)平均位勢高度場和(b)距平場(單位:dagpm)Fig.4 (a) Monthly average geopotential height and (b) anomaly at 500 hPa in the Northern Hemisphere in September 2023 (unit: dagpm)

2.1.1 極渦呈單極型偏心分布

北半球極渦呈單極型偏心分布,中心位置偏向東半球,中心強度為532 dagpm,與歷史同期(1991—2020年)相當(王海平和許映龍,2020);中高緯西風帶環(huán)流呈多波型分布,比較明顯的平均槽分別位于亞洲東北部、西西伯利亞以及格林蘭島至北大西洋西部、北美洲西北部海岸(圖4a)。其中,亞洲東北部平均槽較常年同期偏強,對應高度場距平為-4～-2 dagpm,而西西伯利亞附近的高空槽較常年同期偏弱,對應高度場距平為2～6 dagpm,該槽后為高度場正距平中心(圖4b),環(huán)流經向度較大,有利于冷空氣東移南下影響我國新疆地區(qū),使得該地區(qū)降水偏多、氣溫偏低。我國北方其余大部地區(qū)受平直西風環(huán)流控制,冷空氣勢力不強,氣溫整體偏高。

2.1.2 西太平洋副熱帶高壓偏西偏強

9月,西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)呈帶狀分布,西伸脊點在95°E附近(圖4a),較常年同期明顯偏西(王海平和許映龍,2020;柳龍生和高拴柱,2021);在90°E以東的亞洲大陸至太平洋洋面對應有寬廣的正距平區(qū),正距平中心位于45°N附近東、西太平洋交界處,距平值達10 dagpm(圖4b)。副高588 dagpm特征等高線控制我國南方大部地區(qū)(圖4a),有利于出現高溫天氣;副高西側和北側邊緣是弱冷空氣和暖濕氣流交匯的區(qū)域,相應在西南地區(qū)東部、江漢、江淮等地多降水天氣,而副高南側則有利于臺風活動。

2.2 環(huán)流演變與我國天氣

圖5分別是2023年9月上、中、下旬歐亞地區(qū)500 hPa平均高度場。上旬(圖5a),歐亞中高緯大氣環(huán)流呈“一槽一脊”型分布,亞洲西部至東北部為寬廣的槽區(qū),俄羅斯西部地區(qū)為東北—西南走向的強盛高壓脊。結合逐日環(huán)流演變(圖略)分析,巴爾喀什湖以北有低渦系統(tǒng)穩(wěn)定維持,其前部影響我國新疆地區(qū),造成降水和降溫天氣;同時在北支鋒區(qū)上有短波槽東移,旬中期在地面發(fā)展為蒙古氣旋,給內蒙古和東北地區(qū)帶來明顯大風天氣。在副熱帶地區(qū),副高斷裂為3個環(huán),中心分別位于青藏高原東部至我國長江流域、140°E以東的西北太平洋洋面以及菲律賓群島附近,我國江南南部、華南至南海海域大部地區(qū)處于3個副高中心之間的相對低值區(qū),有利于臺風活動。上旬,臺風蘇拉和海葵先后影響華南,“?？钡挠绊懗掷m(xù)至中旬前期,福建、廣東等地出現持續(xù)性極端強降水,造成嚴重災害。

圖5 2023年9月(a)上旬、(b)中旬、(c)下旬500 hPa平均位勢高度場(單位:dagpm)Fig.5 Average geopotential height at 500 hPa over Eurasia for the (a) first, (b) second and (c) third decades of September 2023 (unit: dagpm)

中旬(圖5b),貝加爾湖以西地區(qū)的高空平均長波槽脊明顯減弱,東亞大槽較上旬增強,延伸至我國東部沿海地區(qū)。旬內副高西伸加強,588 dagpm等位勢高度線控制區(qū)域增加,較常年同期偏強。我國江南、華南等地受副高控制,中旬后期至下旬前期出現大范圍35℃以上的高溫天氣。受副高西伸與高空槽東移的共同作用,11—15日,西南地區(qū)東部及江淮、江南、華南等地先后出現大到暴雨,局地大暴雨。17—20日,受副高邊緣暖濕氣流與南下冷空氣影響,四川、重慶、湖北以及黃淮等地出現強降水,其中19日,低層有低渦和氣旋生成,水汽輻合與上升運動加強,黃淮出現區(qū)域性暴雨到大暴雨,為此次過程降水最強、范圍最大的時段;江蘇北部局地出現強龍卷風。中旬,西南地區(qū)東部、江漢、黃淮及其以南大部地區(qū)降水較常年同期偏多8成至2倍,其中,河南南部、湖北北部局地偏多4倍以上(圖略)。

下旬(圖5c),歐亞中高緯環(huán)流呈現“兩槽一脊”的形勢,脊區(qū)位于貝加爾湖及其以北地區(qū),東西2個高空槽分別位于鄂霍次克海至我國東北地區(qū)、西西伯利亞至巴爾喀什湖;副高繼續(xù)穩(wěn)定控制我國南方大部地區(qū),北界略有北抬。受平均槽及龐大的高空冷渦系統(tǒng)影響,新疆大部地區(qū)降水(氣溫)明顯偏多(低);東北地區(qū)有氣旋活動,造成大風天氣,氣溫亦多起伏;江南、華南大部仍為副高主體控制區(qū)域,氣溫較常年同期偏高2℃以上,其中,浙江中南部、福建中北部偏高4℃。下旬,中東部地區(qū)降水較上、中旬明顯減小,累計降水量在100 mm以上的區(qū)域出現在副高南北兩側的川、渝、陜、鄂交界地區(qū)附近以及雷州半島和海南島等地。

3 熱帶氣旋活動

3.1 概 況

2023年9月,西北太平洋和南海有2個臺風生成(表1,圖6a),較常年同期(5個)偏少3個;臺風蘇拉和海葵登陸我國(圖6b),登陸個數接近常年同期(1.7個)(孫舒悅和董林,2019;劉達和許映龍,2022)。“蘇拉”和“海葵”接連影響華南地區(qū),先后給臺灣、福建、廣東、香港、澳門和廣西等地帶來強風雨,造成雨澇風險疊加,多條中小河流發(fā)生超警以上洪水,部分地區(qū)出現內澇、滑坡、道路中斷等險情。

表1 2023年9月西北太平洋和南海生成臺風簡表Table 1 Summary of typhoons generated in Northwest Pacific and South China Sea in September 2023

圖6 2023年9月西北太平洋和南海(a)生成和(b)登陸臺風活動路徑Fig.6 The tracks of typhoons (a) generated and (b) landed in Northwest Pacific and South China Sea in September 2023

3.2 臺風蘇拉

2023年第9號臺風蘇拉(圖6b)于8月24日14:00在菲律賓以東洋面生成,生成后在菲律賓呂宋島東部海面徘徊,強度逐漸增強,最強達超強臺風級。8月29日開始轉向西北方向移動,9月2日03:00前后在廣東省珠海市南部沿海登陸,登陸時中心附近最大風力為14級(45 m·s-1,強臺風級)。3日上午減弱為熱帶低壓,17:00中央氣象臺對其停止編號。

“蘇拉”個頭小、強度強、超強臺風級持續(xù)時間長。在巴士海峽和南海東北部達到最大強度(62 m·s-1,7級以上),比 “杜蘇芮”在南海東北部和臺灣海峽內的強度還要強。相較于近十年在廣東的臺風,“蘇拉”在南海東北部強度最強并且連續(xù)維持超強臺風級長達82 h(運曉博等,2023)。

受“蘇拉”與南下弱冷空氣共同影響,8月30日至9月3日,華東東部和華南大部陸地區(qū)域最大陣風均達7級以上,10級以上的強風主要出現在廣東近海和沿海地區(qū);8月31日至9月3日,廣西中東部、廣東大部、福建東南部及香港、澳門、臺灣中東部等地出現暴雨到大暴雨,廣西東部和臺灣東部局地出現特大暴雨。

強降水導致廣東、廣西、福建、云南等地多條中小河流發(fā)生超警以上洪水,其中廣東西江支流羅定江發(fā)生1958年有實測資料以來的最大洪水,羅定江連灘鎮(zhèn)河段最高水位達25 m,超警約3.5 m。廣東78.7萬人受災,67.5萬人緊急避險轉移;福建漳州、泉州15.8萬人受災,11萬人緊急避險轉移。

3.3 臺風?？?/h3>

2023年第11號臺風海葵(圖6b)于8月28日上午在菲律賓以東約 2200 km的西北太平洋洋面生成,隨后向西偏北方向移動,強度緩慢加強。9月3日10:00加強為超強臺風級,3日15:30前后在臺灣省臺東市沿海登陸,5日早晨先后在福建省東山縣和廣東饒平縣沿海登陸,08:00減弱為熱帶低壓,6日17:00中央氣象臺對其停止編號。

“海葵”先后3次在我國登陸,給臺灣、福建、廣東、香港、澳門以及廣西等地造成嚴重影響,多地發(fā)生城鄉(xiāng)內澇、滑坡、道路中斷等險情,70余條中小河流發(fā)生超警洪水,福建木蘭溪和蘭溪發(fā)生超保洪水,廣東漠陽江發(fā)生超十年一遇洪水,東江支流石馬河和深圳市深圳河等6條中小河流發(fā)生漫堤洪水。

國家氣象中心暴雨災害評估結果顯示,“?？睅淼谋┯赀^程強度評估等級達特強。福建過程強度為2005年以來歷史第二強,僅次于2006年臺風碧利斯;廣東過程強度為2003年以來第二強,僅次于2013年強臺風尤特;廣西過程強度為1951年來9月臺風降水綜合強度的第15位(同期歷史過程個數81個),為2018年臺風山竹之后同期強度最強。

3.4 臺風鴛鴦和小犬

2023年第13號臺風鴛鴦(圖6a)于9月5日23:00在130°E以東的西北太平洋洋面生成,向北偏東方向移動趨向日本,8日20:00停止編號,對我國無影響。

2023年第14號臺風小犬(圖6a)于9月30日05:00在菲律賓以東洋面生成,向西北方向移動并增強,10月5日08:00前后在臺灣省屏東縣鵝鑾鼻登陸,之后向珠江口一帶沿海靠近。9日上午穿過廣東上川島后折向西南, 20:00停止編號?！靶∪本哂蟹秶　⒁苿勇?、近海消散的特點,在華南南部地區(qū)造成強降水。

4 主要降水過程

4.1 概 況

9月,全國共出現6次大范圍較強降水過程(表2)。強降水集中出現在2個區(qū)域,即華南和江南南部、四川盆地東部至江淮流域,前者主要受臺風蘇拉和?？皻堄喹h(huán)流的影響,多個國家級氣象站日降水量達到或超過歷史極值;后者則主要受東移高空槽與副高共同影響。

表2 2023年9月主要強降水過程Table 2 Major severe precipitation processes in September 2023

4.2 臺風?？麖娊邓^程分析

9月3—13日,受 “海葵”及其殘余環(huán)流影響,臺灣、福建、廣東、香港、澳門及廣西等地先后出現強降水天氣。

4.2.1 強降水過程特點

(1)影響時間長。“海葵”自3日開始影響福建,7日結束,影響時間為5 d;4—11日影響廣東,影響時間長達8 d;8—13日殘渦在廣西南部滯留,影響時間達6 d。

(2)累計降水量大。9月3日08:00至14日08:00,福建東部、廣東南部、廣西東部和南部、海南、湖南南部、江西南部及澳門、臺灣等地累計降水量為100～300 mm,福建東部、廣東中西部、香港及臺灣東部等地的部分地區(qū)達400～800 mm,臺灣花蓮局地超過1100 mm(圖7)。其中,7日傍晚至8日,粵港澳大灣區(qū)出現強降水,深圳市平均降水量超過200 mm,羅湖、鹽田局地累計降水量超過500 mm;香港港島、九龍超過600 mm;澳門接近200 mm。

圖7 2023年9月3日08:00至14日08:00累計降水量分布Fig.7 The accumulated precipitation from 08:00 BT 3 to 08:00 BT 14 September 2023

(3)降水極端性強。福建、廣東、廣西、江西等地有17個站日降水量突破9月歷史極值,有6個站突破歷史極值。廣東深圳2、3、6、12、24、48、72 h累計降水量均打破1952年有氣象記錄以來7項歷史極值。香港天文臺最大小時降水量達158.1 mm,為香港1884年有記錄以來最高紀錄;港島東南部赤柱24 h累計降水量達842 mm,亦打破香港觀測紀錄。

(4)夜雨特征明顯。短時強降水主要出現在夜間,特別是在7日21:00至8日02:00,廣東珠江口兩側市(縣)連續(xù)6 h均有站點1 h降水量超過80 mm,深圳羅湖區(qū)東湖街道錄得最大小時降水量為116.8 mm(7日21:00—22:00)。

4.2.2 強降水成因初步分析

根據 “?？奔捌錃堄喹h(huán)流和強降水的演變特征,可將此次過程分為4個階段,分別是9月3日至6日白天,6日夜間至9日,10—11日和12—13日。圖8分別給出了各階段代表性時刻(4日20:00、7日20:00、10日20:00、12日20:00)的500 hPa位勢高度場、925 hPa風場及整層可降水量分布。

第一階段,“海葵”主要受副高南側偏東氣流引導向西移動,3日傍晚穿過臺灣島后在海峽回旋約8 h,隨后繼續(xù)向西北轉偏西方向移動,5日早晨經閩南進入粵東,6日下午停止編號。臺灣、福建、廣東東部等地先后受臺風外圍東北風、臺風倒槽、臺風本體及其東側東南風的影響,降水時間長且水汽充沛,福建東部整層可降水量高達75 mm以上(圖8a)。另外還有沿海地形對偏東風的強迫抬升作用,非常有利于上述地區(qū)出現強降水。4日08:00至6日08:00,福建東部、廣東東部沿海多站日降水量突破歷史同期極值,其中福州國家氣象站5日08:00至6日08:00的24 h累計降水量達362.1 mm,突破該站歷史極值。

第二階段,副高西伸北抬與大陸高壓合并加強,在“海葵”殘余環(huán)流北側形成強大的反氣旋環(huán)流,使其緩慢向偏西方向移動,給粵港澳和廣西等地帶來強降水。7日20:00(圖8b),“?？睔堄喹h(huán)流中心移至珠江口西側,其東部地區(qū)受強盛的西南、東南季風和來自東北方向的弱冷空氣影響,三支氣流在珠江口附近地區(qū)交匯,形成深厚的輻合上升運動;季風帶來持續(xù)、充沛的水汽輸送,整層可降水量也增大至75 mm。由香港探空分析(圖9a)可知,粵港澳大灣區(qū)濕層深厚,對流有效位能位能(CAPE)為1526.4 J·Kg-1,K指數達39.7℃,高能高濕的環(huán)境條件配合較低的抬升凝結高度、自由對流高度,非常有利于深厚濕對流的發(fā)展;對流層中低層風向隨高度順轉,垂直風切變也有利于對流組織化發(fā)展。由雷達回波(圖9b)可以更清楚地看出,沿著邊界層西南風有多條對流回波向珠江口地區(qū)匯集,產生列車效應。7日20:00至8日14:00,珠江口地區(qū)普遍出現短時強降水,最大小時降水量有50～80 mm,局地超過100 mm,深圳、香港等地累計降水量超過400 mm,小時降水量和日降水量均具有顯著極端性。

圖9 2023年9月7日(a)20:00香港站探空曲線和(b)22:00華南地區(qū)雷達組合反射率因子Fig.9 (a) The T-lnp diagram of Hong Kong Sounding Station at 20:00 BT and (b) the radar composite reflectivity of South China at 22:00 BT 7 September 2023

第三階段(圖8c),“?？睔堄喹h(huán)流中心西移至廣西東南部地區(qū),其北側的高壓帶減弱東退,季風輸送也顯著減弱,強降水出現在環(huán)流東側的暖式切變線附近,即廣東西南部和廣西東南部,上述地區(qū)整層可降水量一般有65 mm,局地達70 mm以上,強降水范圍和整體強度呈明顯減小趨勢。

第四階段(圖8d),受南下冷空氣影響,“海葵”殘余環(huán)流中心南移至北部灣海面,其北側建立偏東風與東北風之間的倒槽切變,整層可降水量也有所增加,降水范圍有所擴大,但由于風場明顯減弱,降水強度繼續(xù)減弱,“?？奔捌錃堄喹h(huán)流帶來的持續(xù)性強降水過程趨于結束。

5 其他災害天氣

5.1 強對流天氣

9月,全國共出現2次區(qū)域性強對流天氣過程(表3)。19—20日,華中和華東部分地區(qū)出現混合型強對流天氣。此次強對流天氣發(fā)生在高空槽東移,低層低渦切變線和地面江淮氣旋發(fā)展的環(huán)流形勢下。黃淮南部處于副高邊緣冷暖空氣交匯劇烈區(qū)域,具備觸發(fā)強對流天氣的動力抬升條件;19日20:00,江蘇北部射陽探空站CAPE值為2270.6 J·kg-1,1000 hPa比濕達19 g·kg-1,整層可降水量超過65 mm;對流層低層風隨高度順轉,0～1 km垂直風切變達8～12 m·s-1,0～3 km垂直風切變達20 m·s-1左右。充沛的水汽和不穩(wěn)定能量、較強的垂直風切變條件,有利于出現對流性大風和短時強降水。19日午后至傍晚,江蘇宿遷、鹽城局地出現多個強龍卷,分別發(fā)生在17:20前后(宿遷市經開區(qū)南蔡鄉(xiāng))、17:50前后(宿遷市宿豫區(qū)大興鎮(zhèn))和20:20前后(鹽城市阜寧縣蘆浦鎮(zhèn)和板湖鎮(zhèn)),強度均達到國家標準強龍卷等級,前二者相當于美國的EF2級龍卷(最強風力15級以上),后二者相當于美國的EF3級龍卷(最強風力17級以上)。龍卷橫穿人口密集區(qū)域,大量的磚混房屋和鋼制廠房棚戶損毀,相關地區(qū)受災嚴重并有人員傷亡。

表3 2023年9月主要強對流天氣過程Table 3 Major severe convection events in September 2023

5.2 干 旱

9月,云南東部部分地區(qū)降水量偏少8成以上,氣溫偏高,旱情有所抬頭;新疆北部、青海北部和東部、甘肅南部、陜西北部降水量普遍較常年同期偏多,西北地區(qū)整體氣象干旱有所緩和;內蒙古西部、甘肅中部等地的部分地區(qū)仍存在中度氣象干旱。

致謝：感謝國家氣象中心運曉博、柳龍生等在資料和制圖方面提供的幫助。