2020年春季海洋天气评述

曹越男，刘涛，尹尽勇，张增海，柳龙生

(国家气象中心，北京 100081)

引言

本文分析了2020年春季(2020年3—5月，下同)北半球的大气环流特征及逐月演变对我国近海天气的影响，并对我国近海海域发生的主要灾害性天气进行了总结。除此之外，还分析了热带气旋、浪高和海面温度等气象、水文要素在春季的变化特征，同时简要统计了全球各海域热带气旋的基本情况。

文中提到的海上大风、海雾和大浪等几种重大过程的统计标准及使用的主要数据同文献[1-3]。

1 环流特征与演变

1.1 环流特征

2020年春季500 hPa平均位势高度场及距平场(图1)显示，北半球极涡为单极型分布，极涡较常年平均值偏强，中心最低强度为512 dagpm，较常年偏低约8 dagpm，中高纬度西风带呈现为3波型。欧亚大陆及西北太平洋海域的中高纬环流呈“两槽一脊”型，西侧的槽区位于乌拉尔山以西，并向南延伸到地中海以东地区，东亚大槽位于鄂霍次克海至日本海洋面，脊区位于西伯利亚地区。从距平图上看，西侧槽区伴有负距平，而高压脊区伴有强的正距平，东亚大槽与常年相比较差别不大。我国北方的大部分地区及北部海域处于高压脊前的西北气流控制下，这种形势有利于冷空气南下。东部和南部海域环流较为平直，与常年相比变化不大。

图1 2020年春季(3—5月)北半球500 hPa平均位势高度场(a)和距平场(b)(单位：dagpm)

1.2 环流演变对我国天气的影响

3月，欧亚大陆及西北太平洋海域的中高纬环流与常年相比经向性更强，呈两槽一脊型(图2a)。西侧的槽区位于黑海以西至地中海东部上空；中纬地区有小槽东移；东亚大槽位于鄂霍次克海至日本海洋面；弱脊区位于西伯利亚地区。亚洲大陆中高纬度环流呈弱经向性，与纬向环流相比，有利于冷空气南下。从距平场上看，东亚槽区位于弱正距平区，但其后的脊区有较强正距平，东亚大槽与常年相比位置偏西且偏强；槽前的高压脊区也伴有强的正距平，这种形势有利于冷空气渗透南下。我国北方的大部分地区处于西北气流控制，冷空气活动对北方海域影响较大。由相对应的海平面气压场和距平图(图2b)可以看到，冷高压中心位于贝加尔湖以西，中心气压为1 030 hPa左右，我国北部及东部海域位于冷高压前部，有弱的负距平，影响我国的冷空气总体多而不强[4]。

图2 2020年3月北半球500 hPa平均位势高度场(等值线)及距平场(填色)(a；单位：dagpm)和海平面气压场(等值线)及距平场(填色)(b；单位：hPa)

4月，欧亚大陆及西北太平洋海域的中高纬环流仍然为“两槽一脊”型，欧亚大陆及我国近海海域上空为经向环流。与3月相比，东亚大槽位置变化不大，乌拉尔山以西的大槽东移至乌拉尔山附近并明显加强，两槽之间的西伯利亚地区仍为脊区且明显加强。从距平图上看，高压脊区伴有正距平，而东亚大槽处于负距平区，这种形势有利于冷空气的堆积和南下(图3a)。由海平面气压场和距平图可以看到，4月冷高压位于贝加尔湖附近地区，中心气压值为1 025 hPa左右，大陆高压较常年偏强。我国近海的渤海、黄海、东海、台湾海峡为高压区控制，由负距平转为正距平，冷空气活跃且强度比常年偏强(图3b)。

图3 2020年4月北半球500 hPa平均位势高度场(等值线)及距平场(填色)(a；单位：dagpm)和海平面气压场(等值线)及距平场(填色)(b；单位：hPa)

5月，欧亚大陆及西北太平洋海域的中高纬环流仍然维持“两槽一脊”型(图4a)，两槽分别位于西欧和东亚地区，西欧槽在中高纬地区比常年略深，东亚大槽明显减弱且偏西，脊区位于贝加尔湖附近地区，且明显强于常年。在中低纬地区，以纬向环流为主，其上不断有小槽东移，造成本月气旋活跃。从海平面气压场和距平图(图4b)上可以看到，贝加尔湖附近的冷高压强度减弱，我国近海海域处于两个高压之间的弱低压区控制下且伴有负距平，影响我国近海的冷空气较弱。

图4 2020年5月北半球500 hPa平均位势高度场(等值线)及距平场(填色)(a；单位：dagpm)和海平面气压场(等值线)及距平场(填色)(b；单位：hPa)

2 我国近海天气分析

2.1 大风过程

2.1.1 概况

2020年春季，我国近海出现了13次8级以上大风过程(表1)，其中冷空气大风过程4次，冷空气和温带气旋共同影响的大风过程5次，温带气旋影响的大风过程4次。

从大风的时间分布来看，大风过程一般持续2～3 d，冷空气过程主要发生在3—4月，5月主要是入海温带气旋过程。3月，由于影响我国的冷空气多而不强，观测到8级以上大风过程的次数(5次)相对于2018年3月和2019年3月[2-3](分别为7次和8次)偏少。4月，冷空气活跃且强度比常年偏强，大风过程和持续时间与3月相当。5月，影响我国的冷空气较弱，3次大风过程均为受入海温带气旋影响。其中5月17—19日的过程伴有雷暴大风天气；5月21—22日的过程，大风区有南北两个区域，北部海域受入海气旋影响，南部海域受静止锋影响。下面重点对3月18—19日的冷空气和温带气旋共同影响的大风过程进行分析。

表1 中国近海2020年春季(3—5月)主要大风过程

2.1.2 3月18—19日大风过程分析

3月18日19时—19日14时的大风过程主要影响我国北方海域，渤海、渤海海峡出现了8～9级、阵风10～11级的偏北到西北风，其中渤海海峡偏西部海域的风力为9～10级、阵风11级，黄海北部和中部海域出现了7～8级、阵风9级的西南风转偏北风，黄海南部海域出现了6～7级、阵风8级的西到西南风。这次过程虽然持续时间短，但是观测到的风速很大，大连蛇岛站(站号54653)在19日23时出现了28.3 m·s-1的平均风，极大风34.2 m·s-1，蓬莱站(站号54654)在19日23时30分出现了25.1 m·s-1的平均风，极大风27.6 m·s-1。

从500 hPa形势场上看，3月17日(图略)，蒙古国东部有一个横槽，冷空气在贝加尔湖附近堆积。18日槽区东移转竖，20时(图5a)分裂为南北两支槽区，南支槽区影响我国东北南部和华北地区，槽后的西北气流引导冷空气南下。19日08时(图5b)，冷中心位于我国东北地区，中心值达到-38 ℃，槽底南压至黄海海域，随后该槽区继续东移加深，19日夜间，槽区移至日本海、朝鲜海峡一带，对我国海区的影响趋于结束。

图5 2020年3月18日20时(a)、19日08时(b)500 hPa高度场(等值线，单位：dagpm)和温度场(填色，单位：℃)

地面图上，18日中午(图略)在500 hPa高空槽前的正涡度区，有一弱气旋生成，中心位于华北地区，18日20时(图6a)气旋中心东移入渤海并加强，在渤海观测到的最低气压为997 hPa。19日02时(图6b)气旋中心东移至黄海北部海域，强度维持，同时在内蒙古地区有一冷高压存在，渤海、黄海等压线密集，气压梯度较大，本次过程的大风区域主要出现在锋面后部的渤海、渤海海峡、黄海北部海域。19日08时，气旋中心移入日本海，强度逐渐加强，大风区也随之东移，出现在黄海东部海域。19日夜间，我国北部海域风力减弱到6级以下，此次大风过程结束。

图6 2020年3月18日20时(a)、19日02时(b)海平面气压(等值线，单位：hPa)和10 m风场(风矢，单位：m·s-1)

研究[5-8]表明，中低层的冷平流可以诱发地面大风过程，故分析925 hPa的冷平流可以看到大风在这次过程中的发展变化。3月18日20时，气旋中心移入渤海，渤海西部受较强的冷平流影响(图7a)，大值中心达到-18×10-4K·s-1，渤海出现了8～9级、阵风10～11级的偏北到西北风，而渤海海峡、黄海北部受明显的暖平流影响，中心达到12×10-4K·s-1。到了19日02时(图7b)，冷平流东移至渤海海峡、黄海西部海域，大值中心在-12×10-4K·s-1以上，大风区也随之东移，渤海海峡偏西海域的风力达到9～10级、阵风11级，黄海东部受暖平流影响，中心值为12×10-4K·s-1。气旋中心位于冷暖空气交汇处，冷平流降温和暖平流增温汇合加大了气旋发展的斜压性，致使该区域层结的斜压不稳定增长，这种斜压不稳定引起的上升运动对气旋发展有利[9-10]。19日08时，气旋东移至日本海后强度持续加强。

图7 2020年3月18日20时(a)、19日02时(b)925 hPa温度平流(等值线，单位：10-4 K·s-1)和风场(风矢，单位：m·s-1)

2.2 海雾过程

2.2.1 概况

2020年春季，我国近海出现了7次比较明显的海雾过程(表2)，分别为：3月3次，4月1次，5月3次。一般的海雾过程持续时间在2～3 d。从环流形势来看，主要是500 hPa高空以平直的偏西气流为主，地面雾区主要处于高压后部、低压前部的偏南暖湿气流控制区域，中低层大气比较稳定。下面对4月末5月初的海雾个例进行分析。

表2 中国近海2020年春季主要海雾过程

2.2.2 4月29日—5月2日海雾个例分析

4月29日夜间至30日，雾区位于黄海大部海域及渤海海峡。5月1日白天，雾区向东向北收缩，范围减小，夜间雾区主要位于黄海北部海域、渤海海峡、渤海。5月2日白天，雾区主要位于黄海北部海域，夜间，渤海海峡、黄海西部海域出现雾。日本葵花8号卫星的可见光监测(图8)揭示了此次海雾过程的空间分布变化。

图8 2020年4月30日08时(a)、5月1日08时(b)、5月2日08时(c)葵花8号卫星可见光通道图像

4月30日，500 hPa形势场中黄海海域受槽后西北风控制，槽后下沉气流有利于低层形势场的稳定，地面位于高压系统后部、低压系统前侧的偏南暖湿气流中(图略)。5月1日和2日，黄海西侧有气旋发展，雾区向东向北收缩，西北太平洋海上高压稳定存在，高压西侧的偏南气流不断向北输送暖湿空气，有利于黄海北部和东部雾区的维持。

图9 2020年4月30日08时(a)、5月1日08时(b)2 m相对湿度场(填色，单位：%)和10 m风场(风矢，单位：m·s-1)

一般来说，有利于海雾发生发展的低层气象条件包括：低层(850 hPa以下)有较大的相对湿度，低层的温度露点差较小[11]；低层存在等温或者逆温，空气层结较稳定。由4月30日08时和5月1日08时的2 m相对湿度和10 m风场(图9)看到，雾区以偏南风为主，有利于南部海面的暖湿水汽向北方冷海面输送，而且风速在6～8 m·s-1，有利于平流冷却雾的维持，出雾海区的相对湿度在80%以上，最大达到95%以上。1 000 hPa相对湿度值在70%以上的分布形态(图10)与2 m相似，但是范围要缩小一些，4月30日08时和5月1日08时的最大湿度区分别位于黄海北部和中东部，相对湿度达到95%以上，雾区边缘的相对湿度在70%左右，雾区风向与10 m一致，以偏南风为主，风速在10～12 m·s-1。平流冷却雾成雾的气海温差范围为0.5～3 ℃，气海温差大于5 ℃或者小于-0.1 ℃时，平流冷却雾的生成机会不多[12]，本次过程在4月30日08时气海温差范围为0～2 ℃，5月1日和2日08时为2～3 ℃(图11)，海面温度略低于气温，有利于低层大气中水蒸气的冷却凝结，形成海雾。从低层温度差分布(图12)来看，4月30日，渤海、黄海在925 hPa以下有弱的逆温层，925 hPa和1 000 hPa温差最大在3～5 ℃；5月1日，黄海海域低层稳定性加强，925 hPa和1 000 hPa最大温差达到6～7 ℃，大值区分布在黄海北部和东部、渤海北部，与雾区范围对应；5月2日，低层层结稳定的区域北缩，对应雾区范围也进一步缩小。

图10 2020年4月30日08时(a)、5月1日08时(b)1 000 hPa相对湿度场(填色，单位：%)和风场(风矢，单位：m·s-1)

图11 2020年4月30日08时(a)、5月1日08时(b)和5月2日08时(c)海气温差(填色，单位：℃)

图12 2020年4月30日08时(a)、5月1日08时(b)和5月2日08时(c)925 hPa和1 000 hPa的温度差(单位：℃)

2.3 热带气旋

2.3.1 西北太平洋和南海热带气旋

2020年春季，西北太平洋和南海共生成1个台风(表3)，比1949—2019年平均值(约2.09个)偏少1.09个。2001号台风“黄蜂”(VONGFONG)于5月12日20时在菲律宾以东洋面生成(图13)，随后向西偏北方向移动，并快速增强至强台风级，14日白天以强台风级在菲律宾中部近海登陆。

表3 2020年春季西北太平洋和南海热带气旋

图13 2020年春季西北太平洋和南海热带气旋路径图

之后继续向西北方向移动，穿过菲律宾中北部，并于16日进入巴士海峡减弱为热带低压，对我国影响不大，主要给南海东部海域、巴士海峡等海域带来6～8级的大风天气。

2.3.2 全球其他海域热带气旋概况

2020年春季，除西北太平洋和南海之外的其他各大洋共有热带气旋9个(表4)，分别为南太平洋2个，东太平洋1个，北印度洋1个，南印度洋3个，澳大利亚附近海域1个，北大西洋1个。同历史平均(1981—2010年共30 a平均，南印度洋为2000—2010年共10 a平均)个数对比来看，东太平洋(常年平均0.6个)、北印度洋(常年平均0.9个)、北大西洋(常年平均0.1个)比常年平均偏多，南半球(11个)比常年平均偏少。

表4 2020年春季全球其他各大洋热带气旋统计

3 海洋概况

3.1 浪高

2020年春季，我国近海有效波高(以下简称“浪高”)在2 m以上的海浪过程有10次(表5)，大浪过程基本对应有海上大风过程，但是大风过程的时间与大浪过程并不一定完全一致，浪高的大小受风时风区、波浪的成长与传递以及地形等原因影响。主要的大浪区域有东海、台湾以东洋面、巴士海峡、南海北部和中部海域，渤海、渤海海峡、黄海北部海域、台湾海峡、北部湾、南海南部海域未出现2 m以上的海浪过程。

表5 中国近海2020年春季主要大浪(2 m以上)过程

3月，我国近海大于2 m浪高的过程有4次，日数9 d，4月大于2 m浪高的过程为5次，日数6 d，5月大于2 m浪高的过程1次，日数为1 d。随着季节的转变、风力的减小，2 m以上浪高日数也明显减少。从最大浪高来看，3月大浪过程中最大的浪高都在2.5～3 m之间，较之4月和5月的2.2～2.5 m要高一些。

由浪高场的月平均分布(图14)来看，2020年春季，我国近海海域浪高较小，各个海区平均浪高都在1.6 m以下。3月平均浪高的大值区在东海东部、台湾以东洋面和巴士海峡，浪高在1.6 m以上。4月我国北部和东部海区的平均浪高比3月有所减小，南部海域略有增大，东海东南部、台湾以东、巴士海峡、南海东北部和中东部的浪高在1.6 m以上。5月南部海区浪高明显减小，仅黄海南部部分、东海、台湾以东、巴士海峡浪高在1.0～1.4 m之间，其他海域均低于1.0 m。

图14 2020年春季逐月月平均浪高(a. 3月，b. 4月，c. 5月；填色，单位：m)

3.2 海面温度

海面温度(以下简称“海温”)在春季的逐月变化比较明显。由逐月平均海温分布(图15)可以看出，春季我国近海海域都是逐渐升温的过程，尤其是北部海域升温更明显，渤海3月的海温在3～5 ℃，4月上升到7～9 ℃，到5月则达到12～15 ℃，平均每月升温4～5 ℃。黄海与渤海类似，3月黄海海温在4～10 ℃，4月为8～13 ℃，5月为11～17 ℃，平均每月升温3～4 ℃。东海海域呈现较为密集的等温线，等温线从西南向东北方向伸展，3—4月除了长江口沿岸海域外其他海域海温变化不大，为15～23 ℃，4—5月升温明显，平均升高5 ℃左右，5月海温为20～25 ℃。我国南部海域海温的变化程度明显小于北部海域，南海最高海温由28 ℃上升到30 ℃，南海北部沿岸地区海温从21～22 ℃逐渐升高到26～28 ℃。

图15 2020年春季月平均海面温度(a. 3月，b. 4月，c. 5月；填色，单位：℃)

由逐月平均海温的距平场(图16)可以看到，2020年春季我国近海海温整体是较常年平均偏高的。3月，黄海中西部和西南部、北部湾较常年平均偏高1.5 ℃左右，东海西南部沿岸海域偏低0.25 ℃左右，其他海域海温都略高于常年平均。4月，黄海中西部和西南部仍较常年平均偏高1.5 ℃左右，东海西南部、台湾海峡、台湾以东、南海东北部和中东部部分海域较常年平均偏低。5月，北部海域略低于常年平均，其余海域均高于常年平均，其中长江口附近海域较常年平均偏高1.5 ℃。

图16 2020年春季月平均海面温度距平场(a. 3月，b. 4月，c. 5月；填色，单位：℃)

4 小结

2020年春季，北半球极涡为单极型分布，极涡较常年平均值偏强，中高纬度西风带呈现为3波型。3月，影响我国的冷空气总体多而不强，对北方海域影响较大。4月，我国近海海域上空为经向型环流，有利于冷空气南下。5月，中低纬地区不断有小槽东移，影响我国近海的冷空气较弱，以温带气旋影响为主。具体天气总结如下：

1)我国近海出现了13次8级以上大风过程，其中冷空气大风过程4次，冷空气和温带气旋共同影响的大风过程5次，温带气旋影响的大风过程4次。

2)我国近海共出现7次比较明显的海雾过程，逐月分布为：3月3次，4月1次，5月3次。

3)西北太平洋和南海共生成1个台风，全球其他各大洋共有热带气旋9个，分别为南太平洋2个，东太平洋1个，北印度洋1个，南印度洋3个，澳大利亚附近海域1个，北大西洋1个。

4)我国近海浪高2 m以上的海浪过程有10次，主要的大浪区域有东海、台湾以东洋面、巴士海峡、南海北部和中部海域。

5)3—5月，我国近海海域是逐渐升温的过程，北部海域的升温幅度大于南部海域，从北到南的海面温度差逐渐减小。