2022年3月大氣環(huán)流和天氣分析

麥 子 張 濤

國(guó)家氣象中心，北京 100081

提 要： 2022年3月主要的環(huán)流特征是極渦呈偶極型分布，強(qiáng)度偏弱；中高緯環(huán)流異常呈4波型，亞洲環(huán)流較平直，西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度較常年略偏強(qiáng)，南支槽較常年偏弱。影響我國(guó)冷空氣總體較少，月內(nèi)僅出現(xiàn)1次強(qiáng)冷空氣過程，導(dǎo)致3月大部分地區(qū)顯著偏暖，全國(guó)平均氣溫為7.2℃，較常年同期偏高2.4℃，為1961年以來歷史同期第一高；全國(guó)平均降水量為36.7 mm，較常年同期(29.4 mm)偏多25%。月內(nèi)出現(xiàn)3次大范圍降水過程，并伴隨有不同程度的強(qiáng)對(duì)流天氣，多省遭受風(fēng)雹襲擊，局部地區(qū)受災(zāi)較重。此外，北方地區(qū)出現(xiàn)兩次沙塵天氣過程；黃淮、江淮北部發(fā)生干旱。

引 言

2022年3月全國(guó)平均氣溫為7.2℃，較常年同期(4.8℃)偏高2.4℃，全國(guó)平均降水量為36.7 mm，較常年同期(29.4 mm)偏多25%(國(guó)家氣候中心，2022)。月內(nèi)，我國(guó)共發(fā)生1次冷空氣過程；3次大范圍降水過程；2次沙塵天氣過程影響北方地區(qū)；黃淮、江淮氣象干旱發(fā)展。

1 天氣概況

1.1 降 水

3月，全國(guó)平均降水量為36.7 mm，較常年同期(29.4 mm)偏多25%，為1961年以來第六高(國(guó)家氣候中心，2022)。從空間分布來看(圖1)，華南、江南、江淮等地降水量在100 mm以上，其中浙江西部、安徽南部、湖北東部、江西東北部等地降水量在200 mm以上。與常年同期相比(周曉敏和張濤，2020)，西北地區(qū)中東部等地降水量偏少5成以上；而全國(guó)其余地區(qū)降水以偏多為主，江漢、江淮、江南東北部、東北地區(qū)南部、新疆中北部降水量較常年同期偏多5成及以上，其中江淮西部、江漢北部、東北南部偏多2倍以上，新疆中部偏多3倍以上(圖2)。

1.2 氣 溫

2022年3月，全國(guó)平均氣溫為7.2℃，較常年同期(4.8℃)偏高2.4℃，為1961年以來歷史同期第一高(國(guó)家氣候中心，2022)。從全國(guó)平均氣溫距平空間分布看(圖3)，除華北東北部和東北南部以外，全國(guó)其余大部地區(qū)氣溫偏高2℃以上，其中江南、西南地區(qū)東部、西北地區(qū)東部、內(nèi)蒙古西部的部分地區(qū)偏高4℃以上，局地達(dá)到6°C以上，河南、山東、湖北、安徽、江蘇等地的部分地區(qū)平均氣溫突破歷史同期極值。

圖3 2022年3月全國(guó)平均氣溫距平分布(單位：℃)Fig.3 Distribution of monthly mean temperature anomaly (unit: ℃) over China in March 2022

2 環(huán)流特征

與常年平均比較，2022年3月北半球500 hPa平均位勢(shì)高度及距平的水平分布(圖4)表明，3月北半球環(huán)流形勢(shì)有以下特點(diǎn)。

2.1 極渦呈偶極型分布，強(qiáng)度偏弱

3月，北半球極渦呈雙極型分布(圖4a)，兩極分別位于東西伯利亞海和格陵蘭島以西，中心強(qiáng)度分別低于512 dagpm 和508 dagpm。與歷史同期相比，極渦中心為0～4 dagpm的正距平，說明極渦偏弱(圖4b)。與去年同期相比(關(guān)良等，2021)，極渦位置變化不大，但強(qiáng)度較弱。

圖4 2022年3月北半球500 hPa(a)平均高度場(chǎng)和(b)距平場(chǎng)(單位：dagpm)Fig.4 (a) Monthly average geopotential height and (b) monthly geopotential height anomaly at 500 hPa in the Northern Hemisphere in March 2022 (unit: dagpm)

2.2 中高緯環(huán)流異于常年呈四波型，副熱帶高壓較常年略偏強(qiáng)

北半球3月常年呈三波型(韓旭卿和張濤，2019)，但2022年3月北半球中高緯度500 hPa環(huán)流呈四波型分布，除東亞槽、東歐槽與北美槽外，中北太平洋還存在一槽并有切斷低渦對(duì)應(yīng)(圖4a)。從距平場(chǎng)看(圖4b)，西歐異常偏高6～10 dagpm，對(duì)應(yīng)西歐長(zhǎng)波脊偏強(qiáng)，東歐槽偏東偏強(qiáng)2～4 dagpm，歐洲環(huán)流經(jīng)向度大。亞洲中高緯為明顯負(fù)距平區(qū)域(存在8 dagpm以上的負(fù)距平)，東亞槽與東歐槽之間為寬廣淺脊，環(huán)流平直，影響我國(guó)的冷空氣偏弱，導(dǎo)致3月全國(guó)大部氣溫偏高2～6℃。

低緯地區(qū)普遍表現(xiàn)為0～6 dagpm的正距平，與常年同期相比約有2～4 dagpm的正距平，較常年偏弱；西太平洋副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱副高)較常年同期略偏北偏強(qiáng)，配合較弱冷空氣活動(dòng)，使得冷暖交匯區(qū)域偏北，我國(guó)降水主要集中在長(zhǎng)江中下游及以南地區(qū)。

2.3 環(huán)流演變與我國(guó)天氣

圖5表示3月上、中、下旬歐亞地區(qū)500 hPa的平均位勢(shì)高度場(chǎng)。我國(guó)總體上處于西高東低形勢(shì)，環(huán)流較為平直。3月上旬(圖5a)，歐亞大陸中高緯地區(qū)為兩槽一脊，中亞到我國(guó)西北部地區(qū)為一寬廣的高壓脊，東亞槽位于日本海東部，槽寬而淺，鋒區(qū)偏弱，冷空氣勢(shì)力偏弱；低緯南支槽在印度洋東部，華南為副高脊區(qū)控制，這種整體環(huán)流配置造成3月上旬我國(guó)多地出現(xiàn)顯著高溫天氣，降水偏少，河南、山東、湖北、安徽、江蘇等地的部分地區(qū)平均氣溫突破歷史同期極值，黃淮、江淮北部等地的干旱持續(xù)發(fā)展。

3月中旬(圖5b)，我國(guó)仍受貝加爾湖東部高壓脊控制，導(dǎo)致我國(guó)氣溫持續(xù)偏高。16—20日，中高緯貝加爾湖東部高壓脊發(fā)展東移，我國(guó)南方地區(qū)有短波槽生成并發(fā)展，東亞槽加深，環(huán)流經(jīng)向度顯著加大，我國(guó)處于西高東低的態(tài)勢(shì)，導(dǎo)致影響我國(guó)的冷空氣勢(shì)力加強(qiáng)，華北、東北地區(qū)氣溫由偏高轉(zhuǎn)為偏低。其中3月16—17日，受高空東移短波槽影響，配合低層明顯西南暖濕急流，我國(guó)中東部地區(qū)出現(xiàn)大范圍的降水過程，部分地區(qū)出現(xiàn)雷暴大風(fēng)和冰雹天氣；19—22日，北方短波槽發(fā)展并東移入海，受槽后冷空氣影響，配合西南低空急流發(fā)展，江淮、江南中東部等地出現(xiàn)大范圍降水過程，部分地區(qū)累計(jì)降水量達(dá)50～120 mm，局地超過150 mm。

圖5 2022年3月(a)上旬、(b)中旬、(c)下旬500 hPa平均位勢(shì)高度場(chǎng)(單位：dagpm)Fig.5 The average geopotential height (unit: dagpm) at 500 hPa for the (a) first, (b) second, and (c) third dakads in March 2022

3月下旬(圖5c)，歐亞大陸中高緯環(huán)流形勢(shì)仍維持兩槽一脊，環(huán)流較為平直，多短波槽活動(dòng)；相對(duì)中上旬，低緯地區(qū)副高位置偏北，強(qiáng)度變強(qiáng)，面積增大。受低層切變系統(tǒng)和西南暖濕氣流影響，3月22—24日，華南出現(xiàn)明顯降水過程，降水量達(dá)到入汛標(biāo)準(zhǔn)，華南進(jìn)入前汛期，較常年偏早16 d。24—27日，有短波槽從新疆開始自西向東移動(dòng)，槽后冷空氣影響我國(guó)大部分地區(qū)，給中東部帶來4～6℃降溫及5～7級(jí)大風(fēng)，同時(shí)，冷空氣與西南暖濕氣流相結(jié)合，給我國(guó)中東部地區(qū)帶來大范圍降水，江淮、江南、華南部分地區(qū)累計(jì)降水量達(dá)到50～120 mm，局地超過150 mm。

3 主要降水和強(qiáng)對(duì)流過程

3.1 概 況

3月我國(guó)主要降水過程有3次(表1),集中分布在中下旬，均伴隨有不同程度的強(qiáng)對(duì)流天氣。其中，16—17日的大范圍降水和強(qiáng)對(duì)流過程為今年首次區(qū)域性強(qiáng)對(duì)流天氣過程，具有一定的代表性和極端性，下面具體分析這個(gè)過程。

表1 2022年3月主要降水和強(qiáng)對(duì)流過程Table 1 Main precipitation and convective weather processes in March 2022

3.2 3月16—17日強(qiáng)降水及強(qiáng)對(duì)流過程分析

3月16—17日，受高空槽東移、西南渦東移發(fā)展和低空急流的影響，我國(guó)南方地區(qū)自西向東出現(xiàn)大范圍強(qiáng)降水及強(qiáng)對(duì)流天氣過程，江蘇南部、浙江西北部、安徽西部和南部、河南東南部、湖北東部和南部、江西北部、湖南北部、貴州中部、四川東南部等地部分地區(qū)累計(jì)降水量達(dá)50～120 mm，安徽安慶、池州和黃山、湖北黃岡和恩施等局地150～255 mm，湖北東部、安徽南局地出現(xiàn)60 mm·h-1以上的短時(shí)強(qiáng)降水；河南、安徽、江蘇北部、湖北、湖南、四川盆地中西部、重慶東南部和西部、貴州、廣西東北部等局地出現(xiàn)8～10級(jí)雷暴大風(fēng)，湖北東部局地出現(xiàn)11～12級(jí)雷暴大風(fēng)，四川、貴州、湖北等局地出現(xiàn)冰雹。過程最強(qiáng)時(shí)段為3月16日午后至17日前半夜。針對(duì)此次過程，中央氣象臺(tái)3月15日發(fā)布今年首個(gè)暴雨藍(lán)色預(yù)警和強(qiáng)對(duì)流天氣藍(lán)色預(yù)警。

從16日08時(shí)(北京時(shí)，下同)的環(huán)流形勢(shì)(圖6a)可以看出，500 hPa上，伴隨高空南支槽東移的槽前正渦度平流配合低空偏南暖濕氣流加強(qiáng)的暖平流，低層逐漸有西南渦發(fā)生發(fā)展和東移，至16日20時(shí)以后北方冷空氣南下匯入使得斜壓鋒生加劇，導(dǎo)致西南渦快速發(fā)展加強(qiáng)和氣旋形成，最終導(dǎo)致冷鋒一側(cè)的貴州、湖南、江西西部一帶觸發(fā)颮線強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)，暖鋒一側(cè)的江西北部、浙江一帶出現(xiàn)較大范圍暴雨。

圖6 2022年3月16日(a)08時(shí)和(b)20時(shí)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(等值線，單位：dagpm)、850 hPa風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽)和850 hPa 比濕(陰影)Fig.6 The 500 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm), 850 hPa wind (barb) and specific humidity (shaded) at (a) 08:00 BT and (b) 20:00 BT 16 March 2022

從水汽條件看，16日，西南地區(qū)東部、江淮和江漢地區(qū)850 hPa比濕達(dá)到了8 g·kg-1，局地可達(dá)10 g·kg-1以上(圖6)，水汽充沛。從不穩(wěn)定條件來看，西南地區(qū)東部、江漢、江南一帶處于高能高不穩(wěn)定區(qū)(圖7)，最佳抬升指數(shù)(BLI)值低于-4，對(duì)流有效位能(CAPE)和下沉對(duì)流有效位能(DCAPE)均超過500 J·kg-1，部分地區(qū)超過了1 000 J·kg-1，K指數(shù)也較強(qiáng)(圖略)，說明這些地區(qū)不穩(wěn)定能量強(qiáng)盛，這都有利于大范圍對(duì)流降水系統(tǒng)的發(fā)生和發(fā)展。此外，上述區(qū)域500 hPa存在干區(qū)，風(fēng)速達(dá)到20 m·s-1以上，部分地區(qū)超過22 m·s-1；850 hPa 西南急流強(qiáng)盛發(fā)展，最大風(fēng)速達(dá)到20 m·s-1，相對(duì)濕度低于40%，這都有利于在高CAPE區(qū)域發(fā)生對(duì)流降水發(fā)生后的蒸發(fā)冷卻和動(dòng)量下傳作用，從而導(dǎo)致雷暴大風(fēng)的形成。強(qiáng)的動(dòng)力抬升觸發(fā)對(duì)流，進(jìn)而發(fā)展移動(dòng)，造成3月16日午后至17日前半夜江漢東部、江淮西部、西南地區(qū)東部等地部分地區(qū)出現(xiàn)大到暴雨，湖北南部、安徽南部局地出現(xiàn)大暴雨(100～129 mm)；西南地區(qū)東部、黃淮、江淮、江南北部等地出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)天氣，局地有冰雹。

圖7 2022年3月16日(a)08 時(shí)和(b)20時(shí)500 hPa相對(duì)濕度(陰影)、500 hPa風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽)和BLI(等值線)Fig.7 The 500 hPa relative humidity (sahded), 500 hPa wind (barb) and BLI (contour) at (a) 08:00 BT and (b) 20:00 BT 16 March 2022

17日白天，系統(tǒng)快速東移并減弱，影響江淮、江南東部地區(qū)，17日夜間東移入海，此次過程趨于結(jié)束。

4 冷空氣和沙塵活動(dòng)

4.1 冷空氣過程

3月我國(guó)僅發(fā)生1次冷空氣過程(表2)，發(fā)生在3月16—18日，是一次全國(guó)性強(qiáng)冷空氣過程，內(nèi)蒙古東北部、黑龍江北部和東部、黃淮南部、江漢、江淮、江南等地降溫4～8℃，內(nèi)蒙古東北部、黑龍江北部、安徽東南部、浙江北部、江西東北部、湖南東部等地部分地區(qū)降溫10℃以上。此次過程北方以降雪為主，黃淮及其以南為雨夾雪和降水為主。內(nèi)蒙古、山西、河北共有18個(gè)站達(dá)到暴雪及以上級(jí)別；安徽、河南、湖北、江西、四川共66個(gè)站降水量達(dá)暴雨及以上級(jí)別(國(guó)家氣候中心，2022)。受此次強(qiáng)雨雪影響，安徽秋浦河殷家匯站和黃湓河雁塔站出現(xiàn)超警戒水位；安徽石臺(tái)縣多處出現(xiàn)山洪、山體滑坡等現(xiàn)象，多處農(nóng)作物、道路被淹。

4.2 沙塵天氣過程

如表3所示，3月3—5日，隨著地表的解凍(尤悅等，2017)，北方地區(qū)出現(xiàn)今年首次大范圍沙塵天氣過程，此次過程為揚(yáng)沙級(jí)別，較2000—2021年首場(chǎng)沙塵平均出現(xiàn)時(shí)間(2月15日)偏晚16 d，過程陣風(fēng)風(fēng)力大，多地出現(xiàn)PM10中到重度污染，共影響國(guó)土面積為56×104km2(國(guó)家氣候中心，2022)。內(nèi)蒙古大部、陜西北部、山西中北部、北京、天津、河北、河南北部、山東大部、江蘇北部、遼寧西部、吉林西南部等地出現(xiàn)了揚(yáng)沙或浮塵天氣，內(nèi)蒙古中部的部分地區(qū)出現(xiàn)沙塵暴。3月13—16日，北方地區(qū)再次出現(xiàn)大范圍沙塵天氣過程，本次過程為沙塵暴級(jí)別，過程影響國(guó)土面積達(dá)181×104km2(國(guó)家氣候中心，2022)。內(nèi)蒙古中西部、甘肅中東部、青海東部、寧夏、陜西大部、山西、天津南部、河北大部、河南、山東中西部、湖北中東部、安徽中北部等地出現(xiàn)揚(yáng)沙和浮塵天氣，內(nèi)蒙古中部的部分地區(qū)出現(xiàn)沙塵暴。

表2 2022年3月主要冷空氣過程Table 2 Main cold surge processes in March 2022

表3 2022年3月主要沙塵天氣過程Table 3 Main sand-dust weather processes in March 2022

4.3 3月16—18日冷空氣過程分析

從500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)和海平面氣壓場(chǎng)的演變趨勢(shì)來看，此次冷空氣過程的源地為新地島以東洋面，路徑為西北路徑，冷空氣從關(guān)鍵區(qū)經(jīng)蒙古到達(dá)我國(guó)華北地區(qū)附近東移和南下，進(jìn)而影響我國(guó)大部分地區(qū)。

14日，貝加爾湖東北部高空有一閉合低壓發(fā)展并東移，地面冷高壓主體仍位于西伯利亞地區(qū)，我國(guó)大部地區(qū)處于閉合低壓底部較為平直的西北緯向環(huán)流中。15日08時(shí)，閉合冷低壓繼續(xù)東移，地面冷高壓主體壓至蒙古國(guó)地區(qū)，中心強(qiáng)度大于1 035 hPa，冷空氣前鋒到達(dá)我國(guó)內(nèi)蒙古中東部地區(qū)。

16日08時(shí)(圖8a)，500 hPa高空槽東移至我國(guó)東北地區(qū)，并與該地區(qū)的短波槽合并加深，地面冷高壓東移至貝加爾湖到我國(guó)內(nèi)蒙古中部一帶，中心氣壓大于1 042.5 hPa，東北地區(qū)蒙古氣旋強(qiáng)盛，中心氣壓低于1 012.5 hPa，同時(shí)從蒙古氣旋伸出的冷鋒已壓到我國(guó)華北地區(qū)。槽前有弱的偏南水汽輸送，冷暖氣流在此交匯。850 hPa，貝加爾湖以東地區(qū)為一冷高壓，冷高壓前部的偏北氣流不斷南下，形成溫度密集帶和帶狀冷平流，前沿位于40°N附近。鋒區(qū)北部的冷空氣借助于冷平流經(jīng)華北地區(qū)不斷南下，帶來大風(fēng)和降溫。

圖8 2022年3月(a)16日08時(shí)和(b)17日08時(shí)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(等值線，單位：dagpm)、850 hPa風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽)和海平面氣壓(陰影)Fig.8 The 500 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm), 850 hPa wind (barb) and SLP (shaded) at (a) 08:00 BT 16 and (b) 08:00 BT 17 March 2022

17日08時(shí)(圖8b)，系統(tǒng)繼續(xù)東移，地面冷高壓東移南落至內(nèi)蒙古東部地區(qū)，冷鋒南壓至長(zhǎng)江中下游地區(qū)，冷高壓后部的冷空氣不斷補(bǔ)充南下，給華北南部、黃淮西部、江漢等地帶來4～10℃降溫，部分地區(qū)降溫達(dá)12℃以上。16日夜間冷空氣南下至長(zhǎng)江流域促使了西南渦的發(fā)展和相應(yīng)氣旋的生成，17日白天，冷空氣繼續(xù)南壓至華南地區(qū)，本次冷空氣與北上暖濕氣流交匯，帶來大范圍的雨雪天氣。受雨雪和冷空氣的共同影響，中東部大部地區(qū)有4～8℃降溫并伴有4～5級(jí)偏北風(fēng)，陣風(fēng)達(dá)6～8級(jí)，部分地區(qū)降溫達(dá)12℃以上。18日，系統(tǒng)減弱并入海，此次過程趨于結(jié)束。

5 其他災(zāi)害性天氣——干旱

3月1日以來，黃淮、江淮北部等地的干旱持續(xù)發(fā)展。魯豫皖蘇鄂5省3月11日中旱及以上等級(jí)干旱面積最大，達(dá)50.2×104km2；之后有所緩解，3月13日之后再次發(fā)展；3月17—19日，黃淮、江淮前期旱區(qū)出現(xiàn)降水過程，湖北東部、安徽大部、江蘇南部、浙江西北部、江西北部、湖南北部累計(jì)降水量為25～50 mm，局地降水量為50 mm以上，降水使得氣象干旱顯著緩解(國(guó)家氣候中心，2022)。

致 謝：感謝國(guó)家氣象中心氣象服務(wù)室楊楠為本文提供月降水量、降水距平百分率和溫度距平資料。