2023年11月大氣環流和天氣分析*

霍 達 周寧芳 馬殿博

1 國家氣象中心,北京 100081

2 內蒙古自治區通遼市氣象局,通遼 028000

提 要：2023年11月北半球大氣環流的主要特征是:極渦呈多極型分布,與歷史同期相比,主體強度顯著偏強;中高緯度地區環流形勢為“四槽四脊”,亞洲中高緯度地區環流整體呈西高東低型,但東亞大槽偏弱;副熱帶高壓強度顯著偏強。11月全國平均氣溫較常年同期(3.3℃)偏高0.5℃。全國平均降水量較常年同期(20.2 mm)偏多9%,降水顯著偏多地區主要在內蒙古、東北地區、華北南部和黃淮北部,東北部分地區降水量突破歷史同期極大值。月內冷空氣活動較為頻繁,大氣擴散條件整體較好,中東部等地較少出現霧和霾天氣。月內出現了2次北方型寒潮天氣過程。

1 天氣概況

1.1 降 水

2023年11月,全國平均降水量為22.1 mm,比常年同期(20.2 mm)偏多9%(國家氣候中心,2023)。2023年11月全國降水量分布(圖1)顯示,降水量在10 mm以上的區域普遍集中在我國中東部大部地區以及新疆北部,其中,東北地區中東部、黃淮北部、江漢大部、江南、西南地區東部和華南西部等地的部分地區月降水量超過50 mm,江西中部偏北地區、湖南中部、重慶東北部、海南島等地月降水量為100～250 mm,海南島東北部局地超過250 mm。位于內蒙古東北部和東北地區的部分站點累計降水量突破了歷史同期極值。

圖1 2023年11月全國降水量分布Fig.1 Distribution of precipitation over China in November 2023

與常年同期相比(圖2),內蒙古大部、東北地區、華北南部、黃淮北部、云南西部等地11月降水量偏多1～2倍,東北部分地區偏多3倍以上。另外,四川中南部、江漢、江南中部等地也較常年同期略偏多,我國其余大部地區降水量偏少了5～8成,局地偏少8成以上。

圖2 2023年11月全國降水量距平百分率分布Fig.2 Distribution of precipitation anomaly percentage over China in November 2023

1.2 氣 溫

2023年11月,全國平均氣溫為3.8℃,較常年同期(3.3℃)偏高0.5℃,偏高幅度明顯,云南平均氣溫為歷史同期第三高(國家氣候中心,2023)。除內蒙古中東部、東北地區、華北中北部等地的月平均氣溫較常年同期偏低1～3℃外,全國大部地區月平均氣溫接近常年同期或偏高(圖3),其中,河南東部、江西大部、湖南、貴州、四川盆地、云南中東部和西南部、廣西北部、青海東北部以及新疆等地較常年同期偏高1～2℃,貴州中西部和新疆北部偏高2～4℃。

圖3 2023年11月全國平均氣溫距平分布Fig.3 Distribution of mean temperature anomaly over China in November 2023

2 環流特征與演變

2.1 環流特征

如圖4a所示,2023年11月北半球500 hPa極渦呈單極型,較常年略偏強。環繞極渦在高緯度地區存在3個分裂的低渦槽區,其中1個低渦位于新地島以東洋面上空,低渦中心強度達508 dagpm,較常年偏低(-8 dagpm,圖4b);另外2個分別位于鄂霍次克海以及加拿大巴芬島上空。北半球中高緯度環流呈現“四槽四脊”的多波形分布,長波槽分別位于北美洲東部、歐洲東部、東北亞地區和太平洋中部。同時,東亞大槽和太平洋的槽偏弱,亞洲中高緯地區環流經向度也較小,二者共同造成了影響我國的冷空氣強度明顯偏弱,從而導致我國11月平均氣溫較常年同期偏高。同時,由于東北亞低渦的存在,東北地區多短波槽活動,使得內蒙古中東部和東北地區氣溫偏低。

11月,孟加拉灣上空環流較為平直且為正距平所控制,不利于南支槽加深,使來自孟加拉灣和印度洋的暖濕氣流輸送偏弱。此外,西太平洋副熱帶高壓呈帶狀分布,具有面積大、強度較常年同期明顯偏強的特征(遲茜元等,2023;謝超等,2022;南洋等,2021;張天航等,2020),588 dagpm線與阿拉伯海副熱帶高壓貫通連接,兩者共同導致了我國南方地區相較于常年同期氣溫偏高、降水偏少。

2.2 環流演變與我國天氣

圖5為2023年11月亞歐大陸上旬、中旬、下旬的500 hPa平均環流形勢場。上旬(圖5a),亞歐中高緯度地區環流呈現“兩槽一脊”型,西歐至地中海西部、鄂霍次克海西部至我國黃淮以北分別存在明顯的高空槽區,而西西伯利亞至中亞地區存在較強的高壓脊,除內蒙古以及東北地區外,我國大部地區處于正位勢高度距平區。在這種西高東低的環流背景下,影響我國的冷空氣強度逐步增強,但影響范圍偏北。月初時,大氣擴散條件明顯偏差,10月28日至11月2日,中東部大部地區和西南地區東部等地出現了1次持續性霧-霾天氣過程。11月4—7日,有1次寒潮天氣影響我國大部,除西南地區東部和南部、江南南部、華南等地外,全國其他大部地區出現8～16℃降溫,局地降溫幅度超過16℃。新疆阿勒泰地區、內蒙古中東部、東北地區以及華北北部出現降雪天氣過程,總體以小到中雪為主,內蒙古東南部、黑龍江、吉林中西部有大到暴雪,局地有大暴雪。同時,由于孟加拉灣500 hPa位勢高度場為正距平所控制,副高強度偏強、位置較常年同期偏北,且588 da-gpm線西伸、明顯與阿拉伯海副熱帶高壓貫通,不利于熱帶低緯度水汽輸送至我國,這導致我國南方地區降水偏少。

圖5 2023年11月(a)上旬、(b)中旬、(c)下旬500 hPa平均位勢高度場(單位:dagpm)Fig.5 500 hPa mean geopotential height field (unit: dagpm) for the (a) first, (b) middle and (c) last dekads of November 2023

中旬(圖5b),亞歐大陸中高緯度地區維持“兩槽一脊”環流型,但槽脊位置和強度分別較上旬發生較為明顯的變化。具體表現為,上旬位于西歐至地中海西部的高空槽進一步加深,并向東移動到東歐平原至地中海東部,另一個東亞高空槽略有減弱并東移到鄂霍次克海東部至日本海上空,西西伯利亞上空高壓脊區東移至蒙古國和我國北方地區。在中高緯度環流演變過程中,中旬先后有2次(11—13日、15—17日)較強冷空氣活動,因此中東部氣溫較常年偏低了1～3℃。15—17日冷空氣過程中,西北地區中東部、內蒙古、東北地區出現降雪天氣過程,其中,黑龍江、吉林等地累計降雪量達大到暴雪量級,黑龍江東部局地大暴雪到特大暴雪。此外,副高西端位置相較上旬有所南落,強度略有加強,且高原槽和南支系統強度不強但比較活躍,因此西南暖濕氣流有所加強,造成云南中西部等地多降水天氣。

下旬(圖5c),歐亞環流經向度加大,東歐平原至地中海東部高空槽加深為低渦,鄂霍次克海東部上空低槽加深為低渦,北支鋒區南壓至我國江淮一帶,烏拉爾山以西的高壓脊明顯加強。因此旬內影響我國的2次冷空氣活動(21—24日、26—28日)強度明顯偏強,其中,21—24日,寒潮天氣自西向東影響我國長江中下游以北地區,具有降溫幅度大、綜合強度強等特點,內蒙古東部、黑龍江中東部、吉林長白山區等地出現了明顯的降雪過程,部分地區累計降雪量達大到暴雪量級,局地有大暴雪;另外,內蒙古東部、黑龍江和吉林等地出現了雨雪相態轉換,部分站點累計降水量突破歷史同期極值。此外,副高位置相較中旬繼續南落西伸,同時孟加拉灣水汽輸送的條件差,我國南方大部地區降水較常年偏少8成以上(圖略)。

3 冷空氣活動

3.1 概 況

2023年11月共有5次冷空氣過程影響我國,與近3年同期相比(遲茜元等,2023;謝超等,2022;南洋等,2021),冷空氣活動頻次較常年同期(3.3次)明顯偏多,但過程強度相對偏弱。5次冷空氣過程分別發生在4—7日、11—13日、15—17日、21—24日和26—28日,其中4—7日和21—24日冷空氣過程為北方寒潮,影響長江以北大部地區(表1)。

表1 2023年11月主要冷空氣過程Table 1 Main cold air process in November 2023

3.2 21—24日寒潮過程分析

2023年11月21—24日我國自西向東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,內蒙古、陜西北部、山西、京津冀、山東、吉林、遼寧、黑龍江等地平均氣溫降幅為10～15℃,局地達到18～23℃,內蒙古察右后旗、河北張北、北京順義等10個站最低氣溫達到或超過歷史同期極值(圖6)。冷暖空氣劇烈交匯,給我國東北地區和內蒙古東部等地帶來強雨雪天氣,內蒙古東部、黑龍江中東部、吉林長白山區等地部分地區出現大到暴雪天氣,局地有大暴雪,累計降雪量為8～20 mm,局地達20～30 mm,黑龍江省超過20個站積雪深度超過29 cm,其中黑龍江依蘭站最大積雪深度為51 cm;吉林中部、黑龍江東南部等局地出現凍雨;黑龍江尚志(27.3 mm)、遼寧舒蘭(23.8 mm)、遼寧寬甸(23.9 mm)等56個站累計降水量突破歷史同期極值。

圖6 2023年11月21日08時至25日08時最低氣溫最大降溫幅度Fig.6 Maximum decrease range of minimum temperature from 08:00 BT 21 to 08:00 BT 25 November 2023

由500 hPa位勢高度場和海平面氣壓場的演變可以看出,此次寒潮過程中,500 hPa高空槽東移過程中不斷分裂,引導新地島以東洋面的冷氣團經由西西伯利亞、蒙古高原進入我國境內。21日前,亞洲中高緯度西高東低的形勢場已基本建立,但鋒區位置偏北。隨著烏拉爾山高壓脊強烈發展,脊前的低槽東移并進一步加深。

21日08時,高空槽位于中西伯利亞西部、貝加爾湖西側至阿爾泰山脈以北一帶,地面冷高壓中心位于西西伯利亞南部地區,中心強度為1040 hPa,地面冷鋒前沿開始進入新疆阿勒泰地區。21日20時500 hPa位勢高度場(圖7)顯示,高空低槽進一步東移南壓,地面冷高壓主體依舊停留在西西伯利亞南部一帶,但主體強度較08時有所加強,中心強度增強至1047.5 hPa,同時地面冷鋒前沿影響新疆沿天山一帶。

圖7 2023年11月21日20時500 hPa位勢高度場(等值線,單位:dagpm)和海平面氣壓場(陰影)Fig.7 Geopotential height field at 500 hPa (contour, unit: dagpm) and sea level pressure (shaded) at 20:00 BT 21 November 2023

22日08時,500 hPa位勢高度場顯示,高空槽移動至中西伯利亞西南部、貝加爾湖至蒙古高原西部一帶,槽后強盛的西北氣流進一步引導冷空氣南下。同時,地面冷高壓表現出向東發展的態勢,主體已移動至中西伯利亞南部至貝加爾湖西側一帶,中心強度增強至1050 hPa,地面冷鋒西段到達新疆南部—甘肅河西—內蒙古西部一帶,東段冷鋒開始影響內蒙古東北部和黑龍江西北部,給上述地區帶來大風降溫及降雪天氣。至22日20時,配合高空槽主體進一步東移南下(圖8),地面冷鋒有所前推,西段前鋒移動至內蒙古河套地區以東、陜西北部、山西西北部一線,給西北地區中東部、內蒙古中西部、山西等地帶來7～8級的陣風,青海東北部、內蒙古中部局地陣風風力達到10～11級。冷鋒東段較08時繼續向東南方向移動,同時,北支鋒區斜壓性強,配合低空急流強盛發展,給內蒙古東部、東北地區等地部分地區帶來較強的雨雪天氣,其中,黑龍江南部、吉林北部出現大到暴雪,局地大暴雪;遼寧北部出現小到中雨。

圖8 2023年11月22日20時500 hPa位勢高度場(等值線,單位:dagpm)和海平面氣壓場(陰影)Fig.8 Geopotential height field at 500 hPa (contour, unit: dagpm) and sea level pressure (shaded) at 20:00 BT 22 November 2023

23日08時冷空氣已移動至黑龍江西部、內蒙古東部至黃淮東部一帶,不斷補充南下。地面冷高壓主體分裂,分裂出來的南部冷高壓東移南下至蒙古國中部和我國內蒙古中部交界處,中心強度繼續加強,達1052.5 hPa,地面冷鋒西段前沿已到達華北中南部、黃淮等地,給上述地區及其以北地區帶來大風、降溫天氣。23日20時(圖9),高空槽后強烈的冷平流作用使得高空槽向南加深并移至華東沿海地區,進一步引導冷空氣向南爆發,冷鋒東段前沿到達東北地區中東部至山東半島一帶,受冷流與渤海水汽影響,山東半島北部出現了小到中雪,局地大到暴雪,最大降雪量為16.9 mm;冷鋒西段則到達長江中下游一帶,江淮、江漢等地出現降溫天氣,并伴有7級以上陣風。

圖9 2023年11月23日20時500 hPa位勢高度場(等值線,單位:dagpm)和海平面氣壓場(陰影)Fig.9 Geopotential height field at 500 hPa (contour, unit: dagpm) and sea level pressure (shaded) at 20:00 BT 23 November 2023

24日08時,高空槽北段移至黑龍江中東部至朝鮮半島一帶,南段已移入東海,地面冷高壓移動至內蒙古東南部、河北西北部一帶,地面冷鋒前沿到達江南南部,仍有補充冷空氣繼續影響我國中東部大部地區。24日晚,隨著高空槽北段移出我國境內,地面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

2023年11月共出現5次較大范圍雨雪天氣過程,但降水區域重疊性高,降水主要集中發生在內蒙古、東北地區、黃淮等地,上述地區降水量較常年偏多1～2倍,局地偏多2倍以上,全國平均降水量總體偏少。1—2日,新疆北部、內蒙古東北部及黑龍江等地出現小到中雪過程,部分地區大到暴雪,新疆阿勒泰地區局地出現大暴雪。4—6日寒潮影響期間,黃淮東部、江淮、江漢、江南北部、西南地區東部、遼寧東部等地出現中到大雨過程,局地達到暴雨以上量級,內蒙古東南部、華北北部、東北地區出現中到大雪或雨夾雪(雨轉雪天氣),遼寧北部、吉林中西部、黑龍江中東部出現暴雪到大暴雪,黑龍江東北部有特大暴雪,黑龍江穆棱(76 mm)等227個站點過程累計降水量達到或超過歷史同期極值,吉林中部、黑龍江東南部等局地出現凍雨。8—9日,新疆西部、內蒙古東部及東北地區出現小到中雪,吉林中部和黑龍江中東部等地出現大到暴雪過程。16—17日,內蒙古東部、東北地區出現小到中雪,吉林中東部、黑龍江中東部出現大到暴雪,局地大暴雪。21—22日寒潮影響期間,內蒙古中東部、東北地區、山東半島出現小到中雪或雨夾雪,內蒙古東南部、黑龍江中東部、吉林中部和長白山區、山東半島北部出現大到暴雪,局地大暴雪,吉林中部、黑龍江東南部等局地出現凍雨。

4.2 11月4—6日我國中東部地區降水天氣過程分析

11月4—6日,我國出現了入冬以來的首次寒潮天氣,伴隨寒潮冷空氣,中東部大部地區出現了一次大范圍降水天氣過程。降水主要集中在西南地區東部至黃淮南部一帶和東北地區,東北地區降水具有明顯的極端性特征,降水相態多樣復雜。下面將分區域分別進行討論。

西南地區東部至黃淮南部一帶的主要降水時段為4—5日。4日白天(圖10a),500 hPa高空槽在東移南下過程中不斷加深為低渦,并引導冷空氣南下,地面冷鋒到達內蒙古西部、甘肅河西一帶。同時,高原槽和弱的南支波動疊加東移,與副熱帶高壓外圍的暖濕氣流交匯,體現在850 hPa風場上,在西南地區東部至黃淮南部一帶形成明顯切變線。從水汽條件上來看,850 hPa以及700 hPa上都存在強大的西南急流,來自孟加拉灣的水汽不斷輸送至西南地區東部至黃淮南部一線,上述地區在850 hPa上比濕普遍有6～12 g·kg-1,整層可降水量也在30 g·kg-1以上。以上是導致西南地區東部至黃淮南部一帶部分地區出現中到大雨的主要原因。至5日08時(圖10b),地面冷鋒已到達內蒙古東南部、華北北部、西北地區東南部和西南地區東部一帶。強冷空氣與暖空氣在此交匯,配合低層西南暖濕急流,暖空氣抬升強烈,同時850 hPa比濕達到8～12 g·kg-1,因而江淮南部和東部地區也同時伴有明顯的對流性降水,降水中心為850 hPa切變線南側的西南急流出口區。5—6日早晨,江漢東部、江淮大部、江南東北部以及黃淮東部等地部分地區出現中到大雨,安徽鳳陽(60.2 mm)等地出現暴雨。6日白天,伴隨高空槽東移南下至黃淮東部、江南東部一帶,江淮地區高層主要受到偏西冷平流控制,低層850 hPa也由西南風轉為槽后西北風控制,降水天氣趨于結束。

圖10 2023年11月(a)4日08時,(b)5日08時和(c)6日08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.10 Geopotential height field at 500 hPa (contour, unit: dagpm), 850 hPa wind field (barb), and specific humidity (shaded) at (a) 08:00 BT 4, (b) 08:00 BT 5 and (c) 08:00 BT 6 November 2023

東北地區的主要降水時段為5—6日。5日08時(圖10b),受高空低渦低槽東移下擺影響,內蒙古中東部和東北地區環流經向度加強,低層850 hPa低渦前部西南急流加強,不斷將來自黃海的水汽傳輸至東北地區和內蒙古東南部,造成水汽異常充沛,整層可降水量達到15～25 g·kg-1。此外,由于上述地區前期溫度偏高,伴隨冷空氣東移南下,850 hPa 的-4℃線隨之東移南壓,因此存在較為復雜的雨雪相態轉換。5日至6日早晨,內蒙古東部、黑龍江大部、吉林西部、遼寧西部、河北北部出現小到中雪、雨轉雪或雨夾雪天氣,其中,內蒙古東南部、黑龍江東部和南部出現大到暴雪;吉林中東部、遼寧中東部出現中到大雨,遼寧遼陽(58.1 mm)、海城(53.2 mm)等地出現暴雨。

6日08時(圖10c),隨著高空低渦低槽繼續東移加深,低層850 hPa低渦隨之加深,外圍急流顯著加強,最大風速達20～28 m·s-1,斜壓性特征顯著。從水汽條件來看,低層水汽輸送通道完全打開,南部海域的水汽源源不斷地輸送至東北地區東部,并通過低渦外圍環流輸送至內蒙古東南部內陸地區。此外,伴隨冷空氣繼續東移南下,850 hPa的-4℃ 線推進至黑龍江東南部、吉林中部和遼寧東部一帶。6—7日早晨,內蒙古東南部、東北地區大部出現中到大雪、雨轉雪或雨夾雪天氣,其中,內蒙古東南部、黑龍江中部和南部、吉林中西部、遼寧北部出現暴雪到大暴雪,局地特大暴雪;吉林中部偏北地區、黑龍江東南部出現凍雨。7日中午前后,隨著高空低渦低槽移出我國境內,冷高壓強度逐漸減弱,寒潮天氣過程趨于結束。東北地區主要受槽后冷平流控制,降水天氣趨于結束。

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