2021年2月大氣環(huán)流和天氣分析*

胡 藝 董 全

國家氣象中心，北京 100081

提 要：2021年2月大氣環(huán)流的主要特征為北半球極渦呈偶極型分布，較常年同期明顯偏弱，北半球中高緯西風帶呈四波型，以緯向環(huán)流為主，西北太平洋副熱帶高壓與常年同期相比偏強但范圍較小。2月，我國冷空氣強度較弱且影響范圍小，全國平均氣溫為1.2℃，較常年同期偏高2.9℃，為1961年以來歷史同期最高，出現了極端高溫事件，有618個國家氣象站的日最高氣溫突破有氣象記錄以來2月歷史同期極值。月內，全國平均降水量為19.6 mm，較常年同期偏多9.5%。另外，2月中旬我國中東部出現持續(xù)大霧天氣，月底北方地區(qū)出現沙塵天氣過程。

引 言

2021年2月，全國平均氣溫為1.2℃，較常年同期(-1.7℃)偏高2.9℃，為1961年以來歷史同期最高，2月18—21日發(fā)生的極端高溫事件，有618個國家氣象站突破2月歷史同期極值。全國平均降水量為19.6 mm，較常年同期(17.9 mm)偏多9.5%(國家氣候中心，2021)。月內，出現了4次主要降水過程，其中7—11日我國南方地區(qū)出現明顯降水過程，有效緩解了江南、華南、西南地區(qū)東南部的干旱情況。整體來看，2月冷空氣偏弱，共有4次冷空氣過程。其中，21—23日是一次北方地區(qū)強冷空氣過程，造成東北、華北、黃淮和江淮地區(qū)氣溫下降4～8℃，局地降溫超過10℃，并伴有4～6級偏北風，給部分地區(qū)帶來雨雪天氣，其余冷空氣過程強度較弱且影響范圍小。另外，月中旬華北、黃淮等地出現了持續(xù)大霧天氣，月底北方地區(qū)出現了沙塵天氣過程。

1 天氣概況

1.1 降 水

2021年2月，全國平均降水量為19.6 mm，較常年同期(17.4 mm)偏多9.5%(國家氣候中心，2021)。從全國降水量的空間分布(圖1)可知，東北地區(qū)東部、華北地區(qū)中南部、黃淮、江淮、江漢、江南、華南大部、內蒙古東北部、西南地區(qū)東部、西北地區(qū)東部及新疆北部累計降水量超過10 mm，其中山東西南部、江蘇南部、安徽南部、湖北東南部、貴州東南部、云南東南部、湖南、江西、浙江、福建、廣東、廣西累計降水量超過50 mm，湖南東南部累計降水量超過100 mm，全國其余地區(qū)降水量不足10 mm。

圖1 2021年2月全國降水量分布(單位：mm)

與常年同期相比，西北地區(qū)中部、內蒙古西部、西藏東部、西南地區(qū)西部、東北地區(qū)中南部、華北北部、江漢南部、江淮、江南、華南北部降水偏少，其中，東北地區(qū)南部、江淮、江南東部、華南東部降水偏少五成以上，其中，西北地區(qū)中東部、內蒙古西部、西南地區(qū)西部降水量比往年少一倍。全國其余大部分地區(qū)降水量接近常年同期或明顯偏多，其中，西北地區(qū)北部和東部、西南地區(qū)東南部、江南西部、華南西部降水偏多五成以上，新疆南部、云南南部、內蒙古東部、東北地區(qū)西部、華北南部、黃淮偏多兩倍以上(圖2)。

圖2 2021年2月全國降水量距平百分率分布(單位：%)

1.2 氣 溫

2月，全國平均氣溫為1.2℃，較常年同期(-1.7℃)偏高2.9℃，為1961年以來歷史同期最高(國家氣候中心，2021)。從溫度距平的空間分布(圖3)看，除了東北地區(qū)北部氣溫偏低0.5～1℃，全國大部地區(qū)氣溫較常年同期偏高2～4℃，其中，西北地區(qū)東北部、內蒙古中西部、西藏地區(qū)北部、華北、黃淮、江淮、江南、華南北部、江漢東部氣溫偏高4～6℃。

圖3 2021年2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

圖4為2021年2月北半球500 hPa平均位勢高度場及其距平場水平分布，如圖所示，北半球環(huán)流形勢有以下特點：

圖4 2021年2月北半球500 hPa平均位勢高度場(a)和距平場(b)(單位：dagpm)

2.1.1 極渦呈偶極型分布，強度明顯偏弱

2月，北半球極渦呈偶極型分布，兩個中心分別位于北極圈內北西伯利亞北部和加拿大北部，兩個極渦中心強度均為508 dagpm(圖4a)。從距平場上看，兩個極渦中心附近位勢高度均為正距平，且正距平中心大于30 dagpm(圖4b)，表明極渦強度較常年明顯偏弱，影響中國的冷空氣偏弱，這成為2月全國平均氣溫異常偏高的重要原因之一。

從圖4a可知，北半球中高緯西風帶呈四波型，四個大槽分別位于亞洲東岸、北美中部、大西洋東部和歐洲東部。從距平場上看(圖4b)，后三個大槽區(qū)為負距平，亞洲東岸槽區(qū)為正距平，說明東亞大槽較歷史同期偏弱。另外，我國大部地區(qū)處于高空脊區(qū)，位勢高度為正距平。偏弱的極渦和東亞大槽，導致東亞區(qū)域以緯向氣流為主，冷空氣活動明顯偏弱，造成2月氣溫較常年同期異常偏高。

2.1.2 西北太平洋副熱帶高壓較常年同期強度偏強，但范圍小

從圖4a中可以看出，西北太平洋副熱帶高壓呈東西帶狀分布，588 dagpm線位于15°N的西太平洋上，范圍偏小。從距平場上可以看出，西北太平洋副熱帶高壓較常年同期偏強2～4 dagpm。孟加拉灣附近高度距平為0 dagpm，表明南支槽強度接近常年同期(圖4b;曹爽等，2020)。

2.2 環(huán)流演變與我國天氣

圖5為2月上、中、下旬歐亞地區(qū)500 hPa平均的位勢高度場環(huán)流形勢。上旬(圖5a)，歐亞中高緯地區(qū)大氣環(huán)流形勢為“一槽一脊”型，低壓槽位于日本海至臺灣島以東海域，呈東北—西南向分布，高壓脊位于烏拉爾山，以伊朗高原為界，呈現南槽北脊的分布特征。鄂霍次克海及其以東地區(qū)有低值系統存在，低壓中心為504 dagpm，低壓槽較深，經向環(huán)流明顯，我國大部地區(qū)位于槽后脊前，易受來自極地的冷空氣影響，造成6—9日一次中等強度全國范圍的冷空氣過程。

圖5 2021年2月上旬(a)、中旬(b)、下旬(c)歐亞500 hPa平均位勢高度(單位：dagpm)

中旬(圖5b)，亞歐中高緯地區(qū)大氣環(huán)流形勢為“兩槽一脊”型，與上旬相比，脊的位置更加偏東，位于中西伯利亞西部至我國新疆以東，除了鄂霍次克海上空的槽以外，歐洲上空還有一個高空槽。旬初，我國受到平直的西風氣流的影響，沒有明顯的天氣過程；旬中，位于喀拉海的低渦逐漸東移，并分裂出切斷低壓位于黑龍江北部，高空槽隨著低壓系統不斷東移，13—15日給我國北方地區(qū)帶來一次中等強度的冷空氣過程。旬末我國大部地區(qū)受高壓脊控制，天氣晴好，高空氣流以緯向輸送為主，在暖氣團和下沉增溫的共同作用下，華北、黃淮、江淮地區(qū)氣溫持續(xù)上升，18—21日期間有618個國家氣象站的日最高氣溫突破有氣象記錄以來2月歷史同期極值，其中多個站點氣溫連續(xù)刷新當地2月歷史極值。

下旬(圖5c)，500 hPa歐亞中高緯地區(qū)以平直的西風環(huán)流為主，特別是在我國所處的東亞地區(qū)，沒有明顯的槽脊，影響我國的冷空氣較弱，氣溫偏高。從逐日500 hPa環(huán)流形勢可以看出(圖略)，旬初，從極渦分裂出一個低渦位于中西伯利亞上空，隨著西北方向的引導氣流逐漸東移，給我國大部地區(qū)自北往南帶來一次冷空氣過程，21夜間至23日，華北、東北、黃淮、江淮等地氣溫下降4～8℃，局地降溫幅度超過10℃。24—27日，南方大部地區(qū)降溫，四川東部、重慶中西部、湖北東部、安徽中南部、江蘇、福建、江西、湖南、貴州北部、廣西東北部、廣東北部等地出現6～10℃降溫，四川東部、重慶西南部、湖北東部、湖南南部等局地降幅達12～16℃。

3 冷空氣活動

3.1 概 況

2月影響我國的冷空氣頻繁，一共出現了4次冷空氣過程，但強度普遍偏弱且影響范圍較小，均未達到寒潮標準。其中，6—9日出現了全國范圍的中等強度冷空氣，21—23日北方大部地區(qū)出現了強冷空氣過程，另外兩次冷空氣過程影響區(qū)域小且為中等強度(表1)。整體來看冷空氣較弱，造成2月我國氣溫較常年同期偏高。

表1 2021年2月主要冷空氣過程

3.2 21日夜間至23日冷空氣過程分析

2月21日夜間至23日，我國北方大部地區(qū)出現了一次強冷空氣過程，帶來了大風、降溫、雨雪和沙塵天氣(表1)。從500 hPa的環(huán)流形勢上來看(圖6)，21日20時(圖6a)，貝加爾湖西側被高壓脊控制，東側有一個東北—西南向的大槽，槽底一直延伸至長江入?？谔?，溫度槽落后于高度槽，有利于東部槽的進一步發(fā)展。到22日20時(圖6b)，東部槽與21日20時相比東移加深，且槽線轉豎為南北向，冷空氣大舉南下。在21日20時地面圖上(圖7)，冷高壓中心位于貝加爾湖西南方，其中心最高氣壓為1 040 hPa，低壓中心位于渤海，形成東高西低的氣壓分布，對應地面有一條東北—西南向的冷鋒。受冷空氣影響，華北、東北、黃淮、江淮地區(qū)氣溫下降4～8℃，其中，內蒙古中部、遼寧、河北、山東、陜西、河南降溫幅度超過10℃，并伴有4～6級偏北風，東部海區(qū)出現6～8級大風，內蒙古東部、東北地區(qū)中北部出現了小到中雪，局地大雪。同時，西南地區(qū)東部有南支槽(圖6)，將南方的暖空氣向北輸送，冷暖空氣相遇造成南支槽前西南地區(qū)東部和江南地區(qū)小雨。

圖6 2021年2月21日20時(a)和22日20時(b)500 hPa位勢高度場(實線，單位：dagpm)、溫度場(虛線，單位：℃)和風場(風羽)

圖7 2021年2月21日20時海平面氣壓場(單位：hPa)

4 主要降水過程

4.1 概 況

2月主要有4次降水過程，雨雪相態(tài)都較為復雜，具體情況見表2。其中7—11日我國南方地區(qū)出現明顯的降水過程，強度和范圍都較大，有效緩解了江南、華南、西南地區(qū)東部的干旱情況，下面將著重分析此次過程。

表2 2021年2月主要降水過程

4.2 7—11日降水過程分析

受西風帶高空槽、南支槽、低空切變線和700 hPa西南急流的共同作用，7—11日從云貴高原自西向東出現一次明顯的降水過程，西南地區(qū)東部、江南、華南出現中到大雨，部分地區(qū)暴雨，局地大暴雨(圖8)。

此次降水天氣過程主要是由對流層低層冷暖氣流交匯產生。從圖9中可以看出，7日08時，在鄂霍次克海上空有一個低渦中心，西伯利亞上空被強大的高壓脊控制，我國北方大部分地區(qū)位于槽后脊前，700 hPa上有明顯的西北急流，急流中心最大風速為28 m·s-1。同時，孟加拉灣南支槽也隨著西風氣流不斷向東移動，我國南方位于槽前，受到來自孟加拉灣的西南暖濕急流的影響，急流中心最大風速為18 m·s-1，與西北的干冷空氣在長江中下游地區(qū)匯合，產生穩(wěn)定持續(xù)的降水。850 hPa高比濕區(qū)呈東北—西南向的帶狀分布，比濕中心超過12 g·kg-1(圖9)。從國家站24 h降水實況圖(圖略)中可以看出，降水先發(fā)生在云南東南部，之后隨系統向東移動，廣西東部、廣東西部、湖南南部、江西西南部、福建東北部先后出現暴雨，雨帶大值區(qū)也呈現東北—西南向的分布(圖8)。

圖8 2021年2月7日08時至11日08時全國降水量分布(單位：mm)

圖9 2021年2月7日08時500 hPa位勢高度場(實線，單位：dagpm)、700 hPa風場(風羽)和850 hPa比濕(陰影)

5 極端高溫及災害天氣

5.1 極端高溫天氣過程

2月18—21日，有618個國家站突破了2月極端高溫歷史同期極值，個別站連續(xù)突破當地2月極端高溫歷史極值，這些站集中分布在華北、黃淮、江淮、江漢、西北地區(qū)東部和西南地區(qū)東北部(圖10)。此次極端高溫事件主要受暖平流和高空氣流下沉增溫的共同作用。從20日20時500 hPa高度場和850 hPa風場上來看(圖11)，我國北方地區(qū)被高壓脊控制，華北黃淮等地，位于槽后脊前的西北氣流中，盛行下沉氣流，大氣由于下沉而增溫，同時對流層中下層存在明顯的暖平流(圖12)。以上兩個因素共同導致我國850 hPa溫度異常偏高，在華北和內蒙古中部等地出現近20℃的氣溫正距平(圖略)。再加上前期極渦偏弱，冷空氣影響不明顯，以及18—21日白天持續(xù)4 d的晴天輻射，造成了這一極端高溫事件，華北、黃淮等地的大部分站點連續(xù)突破歷史同期極值。

圖10 2021年2月18—21日極端高溫事件分布

圖11 2021年2月20日20時500 hPa高度場(實線，單位：dagpm)和850 hPa風場(風羽)

圖12 2021年2月20日20時700 hPa溫度(等值線，單位：℃)和風場(風羽)

5.2 霧-霾天氣過程

2月11—15日的早晨至上午的河北南部、山東南部、河南東部、蘇皖中北部、湖北中東部、湖南北部、四川盆地南部、貴州中北部等地出現大霧天氣，部分地區(qū)能見度不足200 m。

5.3 沙塵天氣過程

2月26—27日，受蒙古氣旋和地面冷鋒的影響，新疆東部和南疆盆地、甘肅、內蒙古西部和東部、寧夏、遼寧中西部、吉林中西部、黑龍江西部等地的部分地區(qū)出現揚沙或浮塵天氣，青海柴達木盆地出現沙塵暴。

致 謝：感謝國家氣象中心楊楠提供的降水量、降水距平和溫度距平資料。