2022年1月大氣環(huán)流和天氣分析*

南 洋 饒曉琴 尤 媛 關(guān) 良

國(guó)家氣象中心，北京 100081

提 要： 2022年1月大氣環(huán)流的主要特征是：北半球極渦呈偶極型，東亞大槽位置偏東，南支槽顯著偏強(qiáng)。全國(guó)平均降水量為18.2 mm，比常年同期(14.5 mm)偏多25.5%。月內(nèi)我國(guó)出現(xiàn)了2次大范圍雨雪冰凍過程，影響范圍廣、降雪量大、雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換復(fù)雜，江西、湖南、重慶、四川、云南、西藏等地遭受低溫雨雪冰凍災(zāi)害影響。月內(nèi)冷空氣活動(dòng)較弱，全國(guó)平均氣溫為-4.0℃，比常年同期(-4.8℃)偏高0.8℃。上中旬大氣污染擴(kuò)散和濕清除條件總體偏差，出現(xiàn)了2次霧-霾過程。

1 天氣概況

1.1 降 水

2022年1月，全國(guó)平均降水為18.2 mm，比常年同期(14.5 mm)偏多25.5%。從月降水量空間分布(圖1)看，月內(nèi)我國(guó)南方大部地區(qū)降水量普遍為25～100 mm，其中湖北東南部、安徽南部、浙江北部、江西北部、湖南大部、貴州東南部、廣西東北部等地降水量達(dá)100 mm以上；月降水量前十位國(guó)家級(jí)自動(dòng)站均位于湖南，最大月降水量出現(xiàn)在南岳(270.7 mm)。1月我國(guó)北方地區(qū)除江蘇北部、安徽北部、河南、山西南部、陜西中南部外，降水量普遍不足10 mm(國(guó)家氣候中心,2022)。

圖1 2022年1月全國(guó)降水量分布(單位：mm)Fig.1 Distribution of precipitation in China in January 2022 (unit: mm)

相較于常年同期(圖2)，黑龍江中部、內(nèi)蒙古中部、甘肅東部、陜西中南部、山西南部、河北南部和東部、山東西部、河南、湖北、安徽南部、湖南、江西北部、廣西、貴州南部、云南西北部和東南部、川西高原北部、西藏東南部等地降水量偏多5成至2倍，局地偏多2倍以上；吉林大部、遼寧東部、新疆、甘肅大部、青海北部和東部、廣東南部和東北部、西藏西部等地偏少5～8成(國(guó)家氣候中心,2022)。

圖2 2022年1月全國(guó)降水量距平百分率分布(單位:%)Fig.2 Distribution of precipitation anomaly percentage in China in January 2022 (unit:%)

1.2 氣 溫

1月，全國(guó)平均氣溫為-4.0℃，比常年同期(-4.8℃)偏高0.8℃。從月氣溫距平分布(圖3)看，新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古中西部、陜西、山西、河北西部和南部、山東中西部、河南北部、安徽、江蘇、上海、浙江、江西、福建、廣東、海南、四川東部、重慶西部等地氣溫偏高1～4℃，新疆北部的部分地區(qū)偏高4℃以上，前八位月平均氣溫正距平的國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站均在新疆，巴音布魯克站居第一位，氣溫偏高6.7℃。全國(guó)其余大部地區(qū)氣溫接近常年同期或偏低，其中黑龍江中東部、青海南部、四川西部、西藏大部等地偏低1～4℃，西藏西部部分地區(qū)偏低4℃以上。

圖3 2022年1月全國(guó)氣溫距平分布(單位：℃)Fig.3 Distribution of temperature anomaly in China in January 2022 (unit: ℃)

2 環(huán)流特征和演變

圖4為2022年1月北半球500 hPa平均位勢(shì)高度場(chǎng)及距平分布，與常年同期相比(徐冉等，2021；江琪等，2020；趙彥哲等，2019；劉超等，2018；張楠和馬學(xué)款，2017；江琪等，2016；尹姍和何立富，2015；賴芬芬和馬學(xué)款，2014；關(guān)月和何立富，2013；李勇，2012；韋青，2011；徐輝，2010)，月內(nèi)北半球的環(huán)流形勢(shì)有以下主要特點(diǎn)。

圖4 2022年1月北半球500 hPa平均高度場(chǎng)(a)和距平場(chǎng)(b)(單位：dagpm)Fig.4 Geopotential height at 500 hPa (a) and its anomaly (b) in the Northern Hemisphere in January 2022 (unit: dagpm)

2.1 極渦呈偶極型分布，強(qiáng)度偏強(qiáng)

1月北半球極渦呈偶極性分布(圖4a)，主極渦偏在西半球，中心位于北美洲加拿大北部，中心值低于500 dagpm；另外一個(gè)極渦位于新地島以北地區(qū)，中心值低于504 dagpm。兩個(gè)極渦中心均伴有明顯的負(fù)距平，高度距平絕對(duì)值大于8 dagpm，表明極渦強(qiáng)度較常年同期偏強(qiáng)。

2.2 北半球環(huán)流呈三波型，東亞大槽位置偏東

從月平均的500 hPa高度場(chǎng)和距平(圖4)可知，1月北半球環(huán)流呈三波型分布，長(zhǎng)波槽分別位于歐洲中部、太平洋西部和北美洲東部，其中，歐洲中部低壓槽最為深厚，從新地島向南伸展與中低緯低槽同位相疊加，且低槽區(qū)伴有較強(qiáng)的負(fù)距平，強(qiáng)度顯著偏強(qiáng)。歐亞中高緯為兩槽一脊型分布，低壓槽位于歐洲中部和日本以東洋面，由于西風(fēng)槽位置略偏西，東亞大槽位置顯著偏東，這種形勢(shì)不利于北方冷空氣影響我國(guó)，月內(nèi)冷空氣勢(shì)力較弱。我國(guó)北方大部地區(qū)為高壓脊控制，伴有明顯高度正距平，有利于氣溫回升，導(dǎo)致月內(nèi)北方大部地區(qū)氣溫較常年同期偏高1～4℃。

2.3 南支槽顯著偏強(qiáng)

1月，我國(guó)500 hPa高度場(chǎng)距平呈“南低北高”分布，中低緯等高線密集，南支鋒區(qū)較為強(qiáng)勁，從印度東部至我國(guó)云南的高度距平達(dá)-4～-2 dagpm，較常年同期明顯偏低，南支槽強(qiáng)度偏強(qiáng)，而位置恰好處于90°E附近，非常有利于將孟加拉灣的水汽經(jīng)中南半島輸送至我國(guó)南方地區(qū)，導(dǎo)致月內(nèi)南方大部降水偏多。此外，西北太平洋副熱帶高壓呈帶狀分布，位置偏南，強(qiáng)度接近常年同期水平。

2.4 環(huán)流演變與我國(guó)天氣

1月上、中、下旬歐亞地區(qū)500 hPa大氣環(huán)流平均高度場(chǎng)如圖5所示?？傮w來看，歐亞中高緯為兩槽一脊形勢(shì)，我國(guó)主要受高壓脊控制，北方冷空氣影響弱，大氣擴(kuò)散條件整體偏差，霧-霾日數(shù)偏多。具體如下：

圖5 2022年1月上旬(a)、中旬(b)、下旬(c)歐亞500 hPa平均位勢(shì)高度場(chǎng)(單位:dagpm)Fig.5 Eurasia geopotential heights at 500 hPa (unit: dagpm) averaged over the 1st (a), 2nd (b) and last (c) dekads of January 2022

1月上旬(圖5a)，歐亞中高緯環(huán)流為兩槽一脊型，東亞大槽偏在140°E以東洋面，貝加爾湖至我國(guó)西部為龐大的高壓脊控制，冷空氣影響弱，導(dǎo)致上旬我國(guó)大部地區(qū)氣溫偏高，新疆北部偏高4℃以上。低緯南支槽區(qū)為淺脊，受正距平控制，不利于水汽向我國(guó)內(nèi)陸輸送，導(dǎo)致上旬全國(guó)大部地區(qū)降水偏少。全國(guó)大氣擴(kuò)散和濕清除條件明顯偏差，有利于霧-霾天氣的發(fā)生、發(fā)展。隨著水汽和污染的逐漸積累，6—12日河北中南部、河南中北部、山東中西部、安徽北部、江蘇北部等地出現(xiàn)了一次持續(xù)性霧-霾天氣過程。

1月中旬(圖5b)，環(huán)流形勢(shì)較上旬有所調(diào)整，主要表現(xiàn)為：新地島附近極渦進(jìn)一步加強(qiáng)，中心氣壓值低于500 dagpm，歐洲中部低槽向南加深至非洲北部，冷空氣強(qiáng)，但影響位置距我國(guó)較為偏西。東亞大槽偏北偏強(qiáng)，位于日本海附近，有利于冷暖空氣在我國(guó)東北地區(qū)交匯，造成中旬黑龍江降水明顯偏多、氣溫偏低。中旬前期(11—12日)，受東路冷空氣影響，我國(guó)中東部地區(qū)出現(xiàn)4～6℃、局地6～8℃降溫。低緯地區(qū)有南支槽建立，位于80°E附近，強(qiáng)度偏強(qiáng)，有利于槽前暖濕氣流向我國(guó)偏南地區(qū)輸送，南支槽東移和東路南下冷空氣交匯，造成中旬西藏東部、云南、廣西、湖南南部等地降水明顯偏多，其中17—18日，冷空氣主要影響我國(guó)東北和西南地區(qū)，氣溫下降4～6℃，云南中北部降溫幅度達(dá)6～8℃，造成云南麗江等地發(fā)生低溫冷凍災(zāi)害，西藏那曲、日喀則遭受雪災(zāi)。旬內(nèi)我國(guó)其余大部地區(qū)受高壓脊控制，氣溫顯著偏高，新疆北部偏高達(dá)6℃以上，降水普遍偏少8成至1倍。長(zhǎng)江中下游及其以北地區(qū)旬內(nèi)大氣擴(kuò)散和濕清除條件總體偏差，中旬后期(16—20日)，受弱高壓脊影響，河南、山東西部、湖北、湖南北部、安徽西部等地出現(xiàn)霧-霾天氣。

1月下旬(圖5c)，歐亞中高緯環(huán)流較前期出現(xiàn)明顯調(diào)整，貝加爾湖附近高壓脊向北強(qiáng)烈發(fā)展，環(huán)流經(jīng)向度加大，脊前偏北氣流強(qiáng)盛，有利于引導(dǎo)極地冷空氣沿東路南下影響我國(guó)，而脊區(qū)南側(cè)不斷分裂有短波東移沿西路影響我國(guó)。中低緯地區(qū)等高線密集，南支鋒區(qū)較為強(qiáng)勁，南支槽位于90°E附近，強(qiáng)度偏強(qiáng)，異常活躍，東移頻繁，槽前西南氣流源源不斷將孟加拉灣水汽向我國(guó)輸送，冷暖空氣頻繁在中東部地區(qū)交匯，21—24日和25—29日先后給中東部帶來2次大范圍雨雪冰凍過程，造成中東部地區(qū)以及西藏降水顯著偏多。下旬大氣污染擴(kuò)散和濕清除條件較為有利，沒有出現(xiàn)大范圍的霧-霾天氣。

3 主要降水過程

3.1 概 況

1月共出現(xiàn)了2次降水過程(表1)。2次降水過程均具有影響范圍廣、降雪量大、雨雪相態(tài)復(fù)雜等特點(diǎn)，與2018年1月出現(xiàn)的雨雪冰凍天氣較為相似(劉超等，2018)。其中21—24日，陜西中北部、內(nèi)蒙古中部、華北、黃淮大部、湖北北部等地先后出現(xiàn)小到中雪，河北南部、山西中南部、山東西部、河南、湖北北部等地出現(xiàn)大雪，局地暴雪。南方地區(qū)大部地區(qū)出現(xiàn)中雨，浙江北部、安徽南部、江西北部、湖南大部、廣西中北部、臺(tái)灣大部等地出現(xiàn)大雨，局地暴雨。25—29日，我國(guó)中東部地區(qū)再次出現(xiàn)大范圍雨雪冰凍過程，中央氣象臺(tái)發(fā)布了暴雪藍(lán)色預(yù)警4期和黃色預(yù)警6期。甘肅東南部、寧夏東部和南部、陜西中部和南部、山西南部、河南西部和南部、湖北、湖南北部、江西北部、安徽大部、浙江北部、江蘇西南部等地出現(xiàn)中到大雪，陜西中部、河南南部、湖北北部和中部、湖南東北部、江西北部、安徽南部、浙江西北部等地有暴雪到大暴雪，局地超過25 mm。浙江北部和西部、江西北部、湖南東北部的累計(jì)降水量超過50 mm。后一次過程降雪影響范圍大，長(zhǎng)江中下游地區(qū)持續(xù)出現(xiàn)低溫雨雪天氣，雖然過程最大降溫幅度、降雪強(qiáng)度、積雪深度不及2018年同期(2018年1月24—28日)過程，但長(zhǎng)江流域降水強(qiáng)度略高于2018年過程(國(guó)家氣候中心,2022)。

表1 2022年1月主要降水過程Table 1 Main precipitation in January 2022

3.2 1月25—29日降水過程分析

25—29日，我國(guó)中東部出現(xiàn)了大范圍雨雪冰凍天氣，全國(guó)降雪區(qū)域面積達(dá)516.5萬km2，其中10 mm 以上降雪區(qū)域面積有35.2萬km2。陜西中部、湖北、湖南中北部、江西北部、浙江、安徽南部、江蘇南部、重慶南部、四川東南部、貴州東部等地降水量普遍有10 mm以上，浙江北部和西部、江西北部、湖南東北部累計(jì)降水量超過50 mm。其中，甘肅東南部、寧夏東部和南部、陜西中部和南部、山西南部、河南西部和南部、湖北、湖南北部、江西北部、安徽大部、浙江北部、江蘇西南部等地降雪量普遍有2～10 mm，陜西中部、河南南部、湖北北部和中部、湖南東北部、江西北部、安徽南部、浙江西北部等地有10～25 mm，局地超過25 mm。安徽黃山、江西九江、湖南衡陽、貴州貴陽、黔東南和黔南等地出現(xiàn)凍雨。

此次過程主要由高空槽引導(dǎo)北方冷空氣南下，南支槽加深東移配合副熱帶高壓加強(qiáng)西伸共同影響，高空短波槽與南支槽同位相疊加，槽前西南暖濕氣流加強(qiáng)，同時(shí)配合低層切變線發(fā)展，冷暖氣流在長(zhǎng)江中下游地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間交匯；近地面偏東氣流形成冷墊，暖濕氣流在低層冷墊上爬升，造成我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)持續(xù)低溫雨雪天氣。

25日白天，地面冷鋒前沿位于華北中部至陜西北部，西北地區(qū)東南部到西南地區(qū)有低壓倒槽發(fā)展，水汽沿低層?xùn)|南氣流向甘肅南部、陜西中南部輸送，與北方冷空氣交匯，甘肅中南部出現(xiàn)降雪。25日夜間，隨著北方地區(qū)地面冷鋒向南推進(jìn)，陜西中南部氣溫下降，出現(xiàn)雨轉(zhuǎn)雪天氣；南方地區(qū)隨著南支槽加深和東移，槽前強(qiáng)迫作用有利于低空西南急流發(fā)展，700 hPa云南、貴州、湖南、江西等地低空急流風(fēng)速達(dá)18～24 m·s-1，孟加拉灣經(jīng)中南半島至我國(guó)西南和江南北部的水汽通道建立，配合850 hPa有暖濕切變形成，水汽在切變線附近積聚，湖北南部、湖南北部出現(xiàn)中到大雨。

26日，隨著700 hPa低空急流向北發(fā)展，850 hPa 低層暖切向東發(fā)展加強(qiáng)，強(qiáng)降雨主要發(fā)生在850 hPa切變線南側(cè)和700 hPa急流軸左側(cè)，該區(qū)域強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動(dòng)為降水提供了較好的動(dòng)力條件，湖南北部、湖北東部、江西北部、安徽南部、浙江北部、江蘇南部出現(xiàn)大范圍中到大雨；地面冷鋒逐漸推進(jìn)到江淮、江漢，暖濕氣流在偏東氣流形成的冷墊上爬升，疊加秦嶺和大別山區(qū)地形對(duì)偏東氣流的抬升，850 hPa垂直上升速度達(dá)到0.6 Pa·s-1以上，陜西中南部、河南、湖北北部、安徽中部出現(xiàn)小到中雪。

27日(圖6a)，地面冷鋒推進(jìn)到長(zhǎng)江沿江一線，低層850 hPa由前期暖式切變轉(zhuǎn)為冷式切變，南方暖濕氣流活躍，水汽充沛，850 hPa比濕在4 g·kg-1以上，有利于雨雪天氣維持，強(qiáng)降雨出現(xiàn)在切變南側(cè)，湖南北部、江西北部出現(xiàn)大雨。從降雪相態(tài)轉(zhuǎn)換看，由于冷暖空氣長(zhǎng)時(shí)間在長(zhǎng)江一線對(duì)峙，850 hPa溫度-4℃ 線南壓較為緩慢，-4℃線以北地區(qū)以純雪為主，28日之前降雪基本維持在長(zhǎng)江以北地區(qū)。

圖6 2022年1月27日(a)和28日(b)08時(shí)850 hPa風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽)和比濕(陰影,≥6 g·kg-1)Fig.6 Wind field (barb) and specific humidity (shaded， ≥6 g·kg-1) at 850 hPa at 08:00 BT 27 (a) and 08:00 BT 28 (b) January 2022

28日(圖6b)開始，隨著850 hPa溫度-4℃線逐漸南壓至江南北部，湖北南部、湖南北部、江西北部、安徽南部、江蘇南部、浙江北部等地先后出現(xiàn)雨轉(zhuǎn)雨夾雪或純雪，降雪范圍廣、降雪強(qiáng)度大，雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換復(fù)雜，安徽黃山、江西九江、湖南衡陽、貴州貴陽、黔東南和黔南等地出現(xiàn)凍雨。雨雪天氣影響持續(xù)到29日。30日，隨著南支波動(dòng)移出，我國(guó)大部地區(qū)轉(zhuǎn)為高空偏北氣流控制，南方雨雪冰凍天氣暫時(shí)間歇。

4 冷空氣活動(dòng)

1月影響我國(guó)的冷空氣總體較弱，共出現(xiàn)2次一般強(qiáng)度的冷空氣過程，較常年同期(3.3次)偏少1.3次，分別發(fā)生在11—12日和17—18日。其中，11—12日，受冷空氣過程影響，我國(guó)中東部大部地區(qū)出現(xiàn)4～6℃降溫，黑龍江中部、吉林東北部、遼寧南部、河北東北部、山西東南部、陜西中部和南部、湖北北部、浙江以及西藏西南部降溫幅度為6～8℃，局地超過8℃。17—18日，冷空氣過程主要影響我國(guó)北部地區(qū)以及西南部分地區(qū)，內(nèi)蒙古東北部、黑龍江大部、吉林大部以及四川西部、云南大部、西藏東部等地出現(xiàn)4～6℃降溫，其中黑龍江中部、四川西北部、云南中北部等地降溫幅度為6～8℃，局地超過8℃。受其影響，云南麗江等地發(fā)生低溫冷凍災(zāi)害，西藏那曲、日喀則遭受不同程度雪災(zāi)。

5 霧-霾過程

5.1 概 況

月內(nèi)出現(xiàn)了2次霧-霾天氣過程，次數(shù)與2017年(張楠和馬學(xué)款，2017)、2019年(趙彥哲等，2019)和2021年(徐冉等，2021)持平，少于2015年和2020年(3次；尹姍和何立富，2015；江琪等，2020)，多于2016年和2018年(1次；江琪等，2016；劉超等，2018)。6—12日，受靜穩(wěn)天氣影響，華北中南部、黃淮、江淮、汾渭平原等地出現(xiàn)了一次持續(xù)性的霧-霾天氣，中央氣象臺(tái)發(fā)布了大霧黃色預(yù)警7期，天津、河北、山東、河南、湖北、江蘇、湖南等地出現(xiàn)了能見度小于200 m的強(qiáng)濃霧。16—20日，黃淮、江淮、江漢、江南、四川盆地、汾渭平原等地出現(xiàn)一次大范圍霧-霾天氣，中央氣象臺(tái)發(fā)布大霧黃色預(yù)警4期。

5.2 1月6—12日霧-霾天氣過程分析

6—12日，影響我國(guó)的冷空氣勢(shì)力較弱，不利于中東部地區(qū)污染物和水汽擴(kuò)散，華北中南部、黃淮、江淮、汾渭平原等地出現(xiàn)了一次霧-霾天氣過程，天津、河北中南部、河南中北部、山東中西部等地空氣質(zhì)量達(dá)重度污染，其中12日河南開封市PM2.5日均質(zhì)量濃度達(dá)206 μg·m-3。夜間至上午時(shí)段，由于相對(duì)濕度高，達(dá)到飽和，還出現(xiàn)了大霧或濃霧天氣。

從大尺度環(huán)流背景看(圖7),6—12日，華北、黃淮等地主要受高空槽后西北偏西氣流控制，有利于夜間地面輻射降溫。地面位于冷高壓前部的均壓場(chǎng)內(nèi)，等壓線稀疏，氣壓梯度小，水平風(fēng)速弱，不利于水汽和污染物水平擴(kuò)散。另外，850 hPa有暖脊發(fā)展，華北南部、黃淮等地處于“暖干蓋”控制，垂直擴(kuò)散條件差，污染物和水汽只能在低層積聚，有利于霧-霾天氣的發(fā)生和維持。6日隨著冷空氣的移出，汾渭平原和華北地面轉(zhuǎn)為小風(fēng)、高濕環(huán)境影響，污染物逐漸積累，出現(xiàn)了輕至中度霾。7日，黃淮等地由前期偏北風(fēng)轉(zhuǎn)為弱偏南風(fēng)，河南、山東、安徽、江蘇等地霾天氣逐漸發(fā)展，并向北傳輸，導(dǎo)致河北中部、天津等地霾加重。

圖7 2022年1月6—12日500 hPa平均位勢(shì)高度場(chǎng)(等值線，單位：dagpm)和海平面氣壓場(chǎng)(陰影)Fig.7 Average geopotential height (isoline, unit: dagpm) at 500 hPa and sea level pressure (shaded) during 6-12 January 2022

8—12日，受不斷分裂的弱冷空氣影響，天津、河北中部、山東北部霾天氣逐漸減弱消散，但華北南部、黃淮西部、江淮等地仍維持靜穩(wěn)形勢(shì)，霾進(jìn)一步發(fā)展維持。同時(shí)，夜間至上午時(shí)段，華北南部、黃淮西部、江淮等地的部分地區(qū)地面濕度較高，850 hPa濕度較低，“上干下濕”結(jié)構(gòu)有利于輻射霧生成，河北、山東、河南、安徽、江蘇等地出現(xiàn)能見度不足200 m 的強(qiáng)濃霧。高濕環(huán)境也有利于污染物二次轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步加重污染，河北南部、山東西部、河南先后出現(xiàn)重度霾。12日午后開始，受冷空氣影響，華北、黃淮地面偏北風(fēng)逐漸加大，大氣擴(kuò)散能力轉(zhuǎn)好，PM2.5質(zhì)量濃度迅速下降，能見度逐漸好轉(zhuǎn)，霧-霾天氣過程自北向南結(jié)束。

致謝：感謝國(guó)家氣象中心宋文彬提供的降水量、降水距平和溫度距平資料。