2023年7月大氣環(huán)流和天氣分析*

羅 琪 符嬌蘭

國家氣象中心,北京 100081

提 要：2023年7月北半球大氣環(huán)流主要特征表現(xiàn)為:極渦分裂為多個中心呈繞極分布,較常年同期偏強;西太平洋副熱帶高壓較常年同期強度偏強,位置偏西、偏北;全國平均降水量為122.0 mm,接近常年同期,有45個站日降水量超建站以來歷史極值,吉林西部、河北南部等地累計降水量較常年同期顯著偏多1～2倍,而西北中北部、廣西中北部、湖南中部以及新疆北部等地偏少5成左右;有8次區(qū)域性暴雨天氣過程,受臺風(fēng)杜蘇芮及其殘余環(huán)流影響,7月26—29日、7月29日至8月1日,臺灣、浙江東部、福建東部以及京津冀等地部分地區(qū)先后出現(xiàn)極端強降水;月內(nèi)共有3個臺風(fēng)生成,2個登陸我國,較常年同期略偏少,其中,臺風(fēng)杜蘇芮為登陸福建第二強臺風(fēng);全國平均氣溫為23.0℃,較歷史同期略偏高,山東西部、河北南部、新疆西北部和東北部等地最高氣溫平均值較常年同期偏高2～4℃;高溫過程共有7次,其中,7月5—16日為全國性的高溫過程,中東部大部以及內(nèi)蒙古西部和新疆大部最高氣溫超過35℃,12個國家站日最高氣溫超過歷史極值。

1 天氣概況

1.1 降 水

2023年7月,全國平均降水量為122.0 mm,接近常年同期(121.6 mm)(國家氣候中心,2023)。全國降水量分布顯示(圖1),累計降水量超過100 mm的區(qū)域主要集中在東北地區(qū)、華北東部、華東、華中大部、華南大部、西南大部、西北地區(qū)東南部及西藏中東部、內(nèi)蒙古東部等地,其中東北地區(qū)中部、華北東部、黃淮東部、江淮東部、華南沿海、西南地區(qū)東南部及海南島等地達(dá)250～400 mm,河北中南部、北京西南部、江蘇南部、福建東部沿海等地局地超過400 mm。其中福建莆田(526.8 mm)、福建福州(338.2 mm)、北京霞云嶺(395.2 mm)和河北順平(318.2 mm)等45個站日降水量超建站以來歷史極值。

圖1 2023年7月全國降水量分布Fig.1 Distribution of precipitation over China in July 2023

與常年同期相比(圖2),東北地區(qū)中部、華北東南部、黃淮東部、江淮東部、西南地區(qū)東南部以及西北地區(qū)東南部等地降水量偏多,其中吉林西部、河北中南部、北京西南部等地偏多1～2倍,局地偏多2倍以上。另外,云南大部、廣西、廣東大部、湖南大部以及西北中北部、新疆中北部、內(nèi)蒙古中西部等地降水量偏少2～5成,局地偏少8成以上。

圖2 2023年7月全國降水量距平百分率分布Fig.2 Distribution of precipitation anomaly percentage over China in July 2023

1.2 氣 溫

2023年7月,全國平均氣溫為23.0℃,較常年同期(22.2℃)偏高0.8℃,為1961年以來第四高。廣西氣溫為歷史同期最高,海南、河北、云南和山東為歷史第二高(國家氣候中心,2023)。全國大部地區(qū)平均氣溫接近常年同期或偏高(圖3),其中,華北東部、山東大部、河南中東部、四川東部和南部、云南東部、貴州南部、廣西、湖南中南部、浙江南部以及西北地區(qū)中北部、內(nèi)蒙古西部、新疆大部等地偏高1～2℃,山東西部、河北南部、新疆西北部和東北部等地局地偏高2～4℃。另外,黑龍江西南部、吉林西北部、重慶中東部、西藏西部等地平均氣溫較常年同期偏低0.5～1℃,局部偏低1～2℃。

圖3 2023年7月全國平均氣溫距平分布Fig.3 Distribution of mean temperature anomaly over China in July 2023

2 環(huán)流特征與演變

2.1 環(huán)流特征

如圖4a所示, 2023年7月北半球500 hPa極渦呈多極型繞極分布,存在3個主要的極渦中心,分別位于格陵蘭島、新地島以東地區(qū)以及加拿大以北地區(qū)上空,強度較常年同期均偏強,其中位于新地島以東地區(qū)的極渦中心強度達(dá)540 dagpm,對應(yīng)高度距平達(dá)-8 dagpm(圖4b),較同期顯著偏強。北半球中高緯環(huán)流呈現(xiàn)“四槽四脊”的多波型分布,而歐亞地區(qū)環(huán)流較為平直,我國北方大部地區(qū)受平直西風(fēng)環(huán)流控制,高度場為正距平,表明高空槽以及冷空氣活動明顯偏弱。西太平洋副熱帶高壓(以下稱副高)強度較歷史同期偏強,平均脊線位于28°N附近,較歷史同期偏北,西段脊點位于110°E附近,與常年相比位置偏西(徐成鵬和于超,2022;趙威和孫軍,2021;羅琪和張芳華,2020)。

圖4 2023年7月北半球500 hPa(a)平均位勢高度和(b)距平(單位:dagpm)Fig.4 (a) The average geopotential height and (b) its anomaly at 500 hPa in the Northern Hemisphere in July 2023 (unit: dagpm)

2.2 環(huán)流演變與我國天氣

圖5為7月歐亞大陸上旬、中旬及下旬的500 hPa 平均環(huán)流形勢場。上旬(圖5a),30°E以東歐亞大陸中高緯地區(qū)環(huán)流呈現(xiàn)“兩槽兩脊”型,西西伯利亞至中亞地區(qū)、鄂霍次克海至我國黃淮地區(qū)分別存在明顯的低槽,而中西伯利亞和里海以北地區(qū)上空各存在一個高壓脊。我國中緯度地區(qū)環(huán)流形勢總體呈現(xiàn)“西高東低”的特征。副高西伸顯著,其西段脊點平均達(dá)到90°E附近。受東移東亞大槽的影響,我國東北地區(qū)出現(xiàn)明顯強降水過程。另外,槽后冷空氣與不斷西伸的副高外圍源源不斷的暖濕氣流交匯,在西南地區(qū)東部至江淮、黃淮等地造成持續(xù)性強降水。四川東部、貴州北部、陜西南部、河南南部、江蘇大部、遼寧東部、吉林東部等地累計降水量較常年同期偏多1～2倍,遼寧東部、吉林東部等地局地偏多4倍以上(圖略)。

圖5 2023年7月(a)上旬、(b)中旬、(c)下旬的500 hPa平均位勢高度(單位:dagpm)Fig.5 The average geopotential height at 500 hPa in the (a) first, (b) middle and (c) last dekads of July 2023 (unit: dagpm)

中旬(圖5b),歐亞中高緯地區(qū)維持“三槽兩脊”環(huán)流型,槽脊位置和強度分別較上旬均發(fā)生明顯變化。具體表現(xiàn)為里海北部、中西伯利亞轉(zhuǎn)變?yōu)楦呖詹?且后者的槽區(qū)寬廣,另一個高空槽位于鄂霍次克海東部至千葉群島南側(cè)。另外,我國東北地區(qū)至江淮地區(qū)存在短波槽活動。而中亞以北地區(qū)和俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)轱@著的高壓脊區(qū)。副高較上旬有所東退,平均位置位于105°E附近,且整體強度有所減弱。另外,受臺風(fēng)泰利的影響,副高脊線位置較上旬略有北抬。受短波槽和副高的共同作用,中旬西南、西北、黃淮、華北等地出現(xiàn)大范圍暴雨過程;華南地區(qū)則受臺風(fēng)影響,出現(xiàn)暴雨到大暴雨。

下旬(圖5c),里海北部的高空槽東移至西西伯利亞地區(qū),強度有所減弱。中西伯利亞至俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)存在阻塞高壓,同樣強度有所減弱。中高緯環(huán)流經(jīng)向度相比中旬趨于平緩,平均低槽減弱。受臺風(fēng)杜蘇芮北上影響,副高在下旬后期北抬東退,588 dagpm等高線到達(dá)我國華北、東北地區(qū)南部等地?！岸盘K芮”登陸減弱后的低壓環(huán)流攜帶充足的水汽與副高外圍東南氣流匯合,打通了水汽通道,再加上臺風(fēng)卡努遠(yuǎn)距離輸送的水汽,兩股水汽匯集直奔華北平原。因此,下旬華北、黃淮、西南地區(qū)東部、福建、浙江等地累計降水量達(dá)到250～400 mm,其中河北中南部、北京西南部局地超過400 mm。

3 熱帶氣旋活動概況

常年7月南海及西北太平洋有3.7個臺風(fēng)生成,其中2個登陸我國。今年7月我國南海及西太平洋臺風(fēng)活躍程度較常年同期略偏弱,共有3個臺風(fēng)生成(表1),2個登陸我國。第4號臺風(fēng)泰利于7月14日11時在菲律賓北部洋面生成,15日上午在南海東部海面加強為臺風(fēng),17日22時在廣東湛江市南三島沿海登陸,是今年首個登陸我國的臺風(fēng)。登陸后強度迅速減弱,18日05時在廣西北海市再次登陸,20時在廣西崇左市減弱為熱帶低壓,23時停止編號。受“泰利”影響,16—18日海南島西部和北部、廣東西南部、廣西西部和南部出現(xiàn)暴雨到大暴雨,局地特大暴雨。

表1 2023年7月西北太平洋和南海熱帶氣旋概況Table 1 Summary of tropical cyclones generated in Northwest Pacific and South China Sea in July 2023

第5號臺風(fēng)杜蘇芮于7月21日08時在菲律賓以東洋面生成,28日09時在福建晉江市沿海登陸,登陸時中心附近最大風(fēng)力達(dá)15級(50 m·s-1),是1949年以來登陸福建第二強臺風(fēng),29日08時在安徽安慶境內(nèi)減弱為熱帶低壓,11時停止編號。受“杜蘇芮”影響,7月26—29日,臺灣東部和南部、福建東部、浙江東部、安徽西南部等地的部分地區(qū)出現(xiàn)大暴雨、局地特大暴雨。另外,此次臺風(fēng)殘余環(huán)流北上影響強,7月29日至8月1日華北、黃淮等地出現(xiàn)極端強降水,其中京津冀、山西、山東、河南等地的部分地區(qū)出現(xiàn)暴雨到大暴雨,北京、河北部分地區(qū)出現(xiàn)特大暴雨。

4 主要降水過程

4.1 概 況

7月,受副高外圍持續(xù)的西南暖濕氣流、北方頻繁南下弱冷空氣以及臺風(fēng)影響,我國中東部地區(qū)先后出現(xiàn)8次強降水過程(表2)。其中,7月26—29日是臺風(fēng)本體造成的降水,7月29日至8月1日是臺風(fēng)殘余環(huán)流北上形成的降水,具有持續(xù)時間長、降水強度大、極端性顯著、影響范圍廣、災(zāi)害性強等特點。因此,下文將重點分析這兩次過程。

表2 2023年7月主要降水過程Table 2 Main precipitation events in July 2023

4.2 7月26—29日臺風(fēng)杜蘇芮強降水過程

今年第5號臺風(fēng)杜蘇芮于28日09:55前后在福建省晉江市沿海登陸,受其影響, 26—29日,臺灣東部和南部、福建東部、浙江東部、安徽西南部等地的部分地區(qū)累計降水量達(dá)200～350 mm,福建泉州、莆田、福州、寧德,浙江溫州、麗水、臺州、寧波等地局地達(dá)400～861 mm,臺灣南部局地超過1400 mm (圖6)。期間,福建、安徽共計6個國家氣象觀測站日降水量突破歷史極值。福建泉州、漳州、寧德,浙江寧波、溫州、麗水等多地出現(xiàn)不同程度的城鄉(xiāng)積澇、山洪、滑坡災(zāi)害以及建筑房屋和工地摧毀、樹木倒伏、電力設(shè)施受損、農(nóng)作物受災(zāi),早稻收曬和晚稻移栽受阻,沿海漁業(yè)受損較重。

圖6 2023年7月26日08時至30日08時累計降水量Fig.6 Accumulated precipitation from 08:00 BT 26 to 08:00 BT 30 July 2023

根據(jù)影響系統(tǒng)和降水配置關(guān)系,可以將本次強降水過程分為兩個階段。第一階段為26—27日,臺風(fēng)杜蘇芮登陸前,受臺風(fēng)北側(cè)偏東風(fēng)和外圍螺旋雨帶影響,浙江中東部、福建北部、臺灣島等地出現(xiàn)暴雨或大暴雨。500 hPa上副高東退北抬,北界和西界分別位于41°N和119°E附近,其西側(cè)邊緣低層偏南急流與“杜蘇芮”東側(cè)的偏南氣流匯合,850 hPa上形成20～24 m·s-1的強低空急流(圖7a,7b)。福建、浙江等地位于低空急流左側(cè)出口區(qū),其整層可降水量達(dá)60 mm以上,受低空急流輻合以及海陸和地形分布影響,水汽在急流頂端輻合上升,在該區(qū)域造成強降水。

圖7 2023年7月(a)27日08時,(b)27日20時,(c)28日08時,(d)28日20時500 hPa位勢高度場(等值線,單位:dagpm)、850 hPa風(fēng)場(風(fēng)羽)和比濕(陰影)Fig.7 The 500 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm), 850 hPa wind (barb) and specific humidity (shaded) at (a) 08:00 BT 27, (b) 20:00 BT 27, (c) 08:00 BT 28 and (d) 20:00 BT 28 July 2023

第二階段為28—29日,臺風(fēng)登陸福建后迅速減弱為低壓環(huán)流系統(tǒng),降水回波變得松散,主要為臺風(fēng)本體穩(wěn)定性降水和其東側(cè)、南側(cè)螺旋雨帶中的對流性降水。熱帶低壓外圍東側(cè)的偏南風(fēng)與副高西側(cè)的偏南氣流匯合形成的低空急流仍然維持,850 hPa急流核位于福建東部和浙江東部,強度達(dá)28 m·s-1以上,比濕也增大至14 g·kg-1左右(圖7c,7d),整層可降水量增加至70 mm左右。充沛的水汽和有利的動力條件導(dǎo)致福建大部、廣東東部、浙江東部、安徽南部等地出現(xiàn)暴雨到大暴雨、局地特大暴雨。29日夜間低壓環(huán)流結(jié)構(gòu)逐漸松散,受副高引導(dǎo),低壓殘余環(huán)流繼續(xù)北上,并影響黃淮、華北以及東北等地。

4.3 7月29日至8月1日京津冀極端強降水過程

受“杜蘇芮”殘余環(huán)流、大陸高壓、副高和地形等多因素影響,7月29日至8月1日,京津冀等地出現(xiàn)極端強降水過程,具有持續(xù)時間長、累計雨量大、極端性強等特點。北京西南部、河北中部等地累計降水量為350～600 mm,局地達(dá)700～800 mm,河北邢臺臨城縣局地達(dá)1003 mm(圖8);過程強度超華北歷史上的3次極端暴雨過程(1996年8月3—5日、2012年7月21—22日和2016年7月19—21日),為歷史罕見。河北和北京共14個國家氣象觀測站日降水量突破歷史極值,26個站3 d累計降水量突破歷史極值。強降水過程造成海河流域發(fā)生流域性大洪水,其中子牙河發(fā)生2023年第1號洪水,是今年我國大江大河首次發(fā)生編號洪水;海河流域34個水庫超汛限,北三河、漳衛(wèi)南運河、子牙河、大清河等21條以上河流發(fā)生超警以上洪水,部分超保;北京市多區(qū),河北保定、石家莊市等地出現(xiàn)山洪、山體滑坡以及嚴(yán)重城市內(nèi)澇,致使車輛、房屋被毀,多處道路塌方,橋梁坍塌。

圖8 2023年7月29日08時至8月2日08時累計降水量Fig.8 Accumulated precipitation from 08:00 BT 29 to 08:00 BT 2 August 2023

從29日20時500 hPa高度場和850 hPa風(fēng)場及比濕分布(圖9a)可以看出,臺風(fēng)系統(tǒng)減弱后的低壓環(huán)流北上,黃淮、華北南部等地受低壓倒槽控制。在倒槽右側(cè)低層存在明顯的東南風(fēng)急流,850 hPa急流核強度達(dá)20～24 m·s-1。低層氣流在倒槽附近輻合上升,不斷有對流新生發(fā)展。副高外圍的偏南氣流北上,其攜帶的水汽與低壓環(huán)流東側(cè)的東南氣流匯合,形成了強大的水汽通道。850 hPa比濕在河南、山東、河北南部等地達(dá)到14 g·kg-1以上,為強降水提供了充沛的水汽和動力條件,河南中北部、山東西部以及河北中南部等地出現(xiàn)暴雨到大暴雨、局地特大暴雨。

圖9 2023年7月(a)29日20時,(b)30日20時,(c)31日20時,(d)8月1日20時500 hPa位勢高度場(等值線,單位:dagpm)、850 hPa風(fēng)場(風(fēng)羽)和比濕(陰影)Fig.9 The 500 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm), 850 hPa winds (barb) and specific humidity (shaded) at (a) 20:00 BT 29, (b) 20:00 BT 30, (c) 20:00 BT 31 July and (d) 20:00 BT 1 August 2023

30日(圖9b),副高與大陸高壓打通,形成高壓壩。低壓系統(tǒng)進(jìn)入河南境內(nèi),進(jìn)一步減弱,受高壓壩阻擋緩慢北上,并于30日夜間與西北地區(qū)東部弱低壓環(huán)流合并。低壓北部和東部東北—西南向切變線穩(wěn)定維持在山西、河北、北京一帶。同時,低層?xùn)|南風(fēng)急流區(qū)也隨之北抬,850 hPa急流軸呈西北—東南走向,急流核位于急流區(qū)的頂端,其強度仍維持在20～24 m·s-1。東南風(fēng)源源不斷向華北地區(qū)輸送水汽,受其影響,850 hPa比濕在山西南部、河北南部達(dá)到16 g·kg-1以上,整層可降水量也達(dá)80 mm左右。此時河北南部和北京南部的CAPE值在500 J·kg-1左右,雖然能量條件一般,但由于風(fēng)速輻合和太行山、燕山山脈造成的動力抬升作用,使得低層輻合作用顯著,垂直上升速度達(dá)到10 Pa·s-1。此時主要以混合型降水回波為主,且回波移動緩慢,降水持續(xù)時間長。同時,在河北中部東南風(fēng)輻合前沿配合較好的對流不穩(wěn)定能量,不斷有MCS發(fā)展,并沿著東南風(fēng)向西北方向移動,整體回波走向與移向平行,有利于產(chǎn)生列車效應(yīng)。受其影響,30日河北中南部、北京、天津等地出現(xiàn)大范圍暴雨到大暴雨,河北中部、北京西南部的部分地區(qū)為特大暴雨。

7月31日至8月1日(圖9c,9d),副高進(jìn)一步西伸,低壓環(huán)流逐漸填塞,華北地區(qū)逐漸由東西向的暖切變轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)影響,動力抬升條件較前期有所減弱。但此時,臺風(fēng)卡努進(jìn)一步加強發(fā)展,并逐漸向北移動,其外圍偏東氣流與東南風(fēng)急流匯合,遠(yuǎn)距離補充水汽,致使水汽源源不斷地向華北平原輸送。根據(jù)850 hPa比濕變化可見,31日白天較前一階段進(jìn)一步增強,大值區(qū)范圍明顯增大,京津冀地區(qū)達(dá)到了16 g·kg-1以上。雖然850 hPa偏南急流強度有所減弱,維持在14～16 m·s-1,但由于臺風(fēng)卡努的北上,導(dǎo)致偏南急流上多脈動。急流上一旦出現(xiàn)波動,便會導(dǎo)致氣流輻合抬升及不穩(wěn)定能量釋放,從而觸發(fā)局地對流系統(tǒng)的發(fā)展,因此,該階段降水的對流性質(zhì)較過程前期顯著。對流沿著急流方向不斷新生并向北移動,形成列車效應(yīng),造成河北中部、北京、天津北部的暴雨到大暴雨、局地特大暴雨。8月1日,京津冀地區(qū)不穩(wěn)定條件增強,北京觀象臺14時訂正后的CAPE值達(dá)1000 J·kg-1以上,K指數(shù)達(dá)40 K左右,抬升凝結(jié)高度在1000 hPa附近,有利于局地出現(xiàn)高效率的對流性降水,河北東部、天津等地的部分地區(qū)仍出現(xiàn)大雨或暴雨,但降水明顯減弱,過程趨于結(jié)束。

5 高溫天氣概況

2023年7月,我國35℃以上的平均高溫日數(shù)為5.4 d,為1961年以來歷史同期第三多。高溫過程共有7次,其中,7月5—16日為全國性高溫過程,中東部大部以及內(nèi)蒙古西部和新疆大部最高氣溫超過35℃,華北、華東東南部以及內(nèi)蒙古西部、新疆大部等地局地達(dá)40℃以上,新疆吐魯番站最高達(dá)到48.7℃;北京、山西、廣東、新疆、河北、河南、甘肅、遼寧等地共有12個國家氣象觀測站日最高氣溫超過歷史極大值。另外,7月21—25日,受副高影響,內(nèi)蒙古、華北南部、西北東部、黃淮、江淮、江南、華南、西南、海南北部等地出現(xiàn)35℃以上的高溫天氣,其中,內(nèi)蒙古西南部、陜西東南部、四川東南部、重慶北部等地局地最高氣溫達(dá)40℃以上;云南、四川等地共有16個站超過7月極值。

6 結(jié) 論

2023年7月北半球中高緯環(huán)流呈現(xiàn)“四槽四脊”的多波型分布,而歐亞地區(qū)環(huán)流較為平直,我國北方大部地區(qū)受平直西風(fēng)環(huán)流控制,高空槽以及冷空氣活動明顯偏弱;西太平洋副熱帶高壓較常年同期強度偏強,位置偏西、偏北。有3個臺風(fēng)生成,其中“泰利”和“杜蘇芮”登陸我國。月內(nèi)我國中東部地區(qū)先后出現(xiàn)8次強降水過程,其中,受臺風(fēng)杜蘇芮及其殘余環(huán)流影響,7月26—29日、7月29日至8月1日,華南東部、江淮東部、黃淮以及京津冀等地的部分地區(qū)先后出現(xiàn)極端強降水。高溫過程共有7次,其中,7月5—16日為全國性高溫過程,中東部大部以及內(nèi)蒙古西部和新疆大部最高氣溫超過35℃。

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