卫星遥感北大西洋风暴“尤尼斯”生成和发展特征*

任素玲 毛冬艳 蒋建莹 杨冰韵 牛 宁

1 引 言

北大西洋冬季风暴是影响欧洲最重要的自然灾害之一，它属于温带气旋，一般生成于北大西洋东部的格陵兰岛东南部，由于海面摩擦力小，海上更有利于气旋发展，气旋向东移动的过程中逐渐加强，经常给欧洲国家造成大风、降温、雨雪和风暴潮等灾害天气（Duque，et al，2021）。对温带气旋的研究包括气旋生命史、三维结构、发展机理、气候学统计特征、中尺度结构和数值模拟等（张颖娴等，2015）。

Bjerknes（1919）、Bjerknes 等（1944）提出了温带气旋结构和理论，解释了气旋的成因，提出的温带气旋天气分析方法应用于多个国家业务气象服务。早在1986 年，加拿大大西洋风暴计划（CASP）外场试验与美国大西洋低压生成试验（GALE）在大西洋上空开展（Stewart，et al，1987，1989），该研究建立了风暴的概念模型，典型的风暴包含一条冷输送带、一条暖输送带和中高层的干侵入。1997 年，为了研究北大西洋气旋生命史，开展了锋面和大西洋风暴路径试验（FASTEX）（Joly，et al，1997），验证了气旋形成和发展理论，并刻画了气旋中云的垂直运动、中尺度结构及其动力学过程，获得了风暴生命周期、降水区域和降水类型的转变等信息。

气候特征研究表明温带气旋活动分布不均，北半球的北大西洋、太平洋和地中海为频发区域（Petterssen，1956）。全球变暖进程中，北半球冬季气温升高趋势最为明显，中、高纬度地区尤其更甚，20 世纪70 年代以后，全球变暖造成温带气旋频数和强度均发生变化（Lambert，1996；Geng，et al，2001； Graham， et al， 2001； Gulev， et al， 2001；McCabe， et al，2001），北大西洋冬季强气旋（中心气压≤970 hPa）事件显著增多，北大西洋冬季气旋频数、强度和加强速度增大，冬季风暴路径有向北偏移的趋势。北大西洋冬季风暴的活动和北大西洋海温有一定关系，风暴发生时美国东南海岸附近的大西洋海温比多年平均高出1.0—1.5℃（da Silva，et al，2006），海温异常还会影响风暴的移动路径（Brayshaw，et al，2011；Baatsen，et al，2015；Gan，et al，2015）。

北大西洋冬季风暴经常出现爆发性发展，Sanders 等（1980）把爆发性发展定义为24 h 内气压降低24 hPa 以上。发生在冬季的北大西洋爆发性风暴经常给欧洲带来灾害天气（Duque，et al，2021），傅刚等（2017）回顾了爆发性气旋的研究进展，Wang等（2001）和孙雅文等（2018）对北大西洋爆发性气旋活动区域进行了分析，发现北大西洋爆发性气旋主要发生在4个区域，即：北美大陆区、西北大西洋区、北大西洋中央区和东北大西洋区，其中西北大西洋区气旋中心气压下降率最大、爆发时长最长，东北大西洋区爆发性气旋个数少，但气旋强度最强，爆发时移动路径集中在冰岛以南、大不列颠岛以西的洋面上，主要受高层大气强迫的影响。Uccellini等（1985）研究也指出上游槽的加强和对流层顶折叠对气旋风暴的快速发展有重要作用。另外，气温、海面温度（SST）、表面能量通量等也会影响大西洋爆发性气旋的早期发展和快速增强（Kuo，et al，1991；Nesterov，2010）。

由于海上常规观测资料十分稀少，而卫星观测可以提供高时空分辨率的观测数据，因此近年来卫星成为研究海上各种灾害天气系统的重要手段。鄢珅等（2021）利用CloudSat、MODIS （Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）等卫星观测资料对不同季节北大西洋4 个爆发性气旋个例的云微物理特性的垂直结构进行了分析，井苗苗等（2017）利用MODIS 可见光云图、GOES-EAST （Geostationary Operational Environmental Satellite-EAST）卫星红外云图等对爆发性风暴做了个例分析，表明，上游高空正位涡大值区随着气旋发展演变为“钩”状，存在高层高位涡向下入侵。

随着全球化发展，中国对全球极端气象灾害事件的关注度越来越高，极端天气、气候事件监测预报技术和能力提升迫在眉睫。实时监测依赖于全球气象观测，风云气象卫星经过50 多年的发展，综合探测技术水平显著提升。2023 年风云静止气象卫星实现从非洲中部到太平洋中部地区的覆盖，风云极轨气象卫星首次实现全球晨、昏时刻观测。风云气象卫星遥感全球监测数据时效已达3.5 h，为“一带一路”和“全球监测、全球预报、全球服务”提供重要支撑。本研究主要应用风云极轨气象卫星云图和反演数据，针对北大西洋冬季频发风暴展开研究，有利于提升风云气象卫星全球灾害天气、气候事件监测服务能力。

2022 年2 月中旬，北大西洋风暴“尤尼斯”（Eunice）生成于北大西洋西部，沿着副热带高压北侧边缘向东北方向移动，在靠近英国前一天出现爆发性发展，先后影响英国及北海周边多个国家，给欧洲带来强风、暴雪和风暴潮等灾害天气，这是自2014 年2 月以来影响英格兰和威尔士最严重、最具破坏性的风暴。2023 年1 月9 日，中国气象局新闻发布会揭晓了“2022 年度国内外十大天气气候事件”评选结果，“尤尼斯”被评选为“2022 年国外十大天气气候事件”（强风暴“尤尼斯”席卷西欧，英格兰阵风破纪录）之一。本研究以卫星观测数据为主，研究“尤尼斯”发生的大气和海洋环境场特征、卫星洋面风观测实况、卫星水汽图像干侵入特征、极涡造成的冷空气南下及其伴随的对流层高层位涡强迫对爆发性发展的可能影响，以此获得北大西洋风暴爆发性发展触发因子和形成原因，特别是海洋上卫星观测如何识别和监测这类异常发展特征，为全球极端天气事件卫星遥感监测、预警提供思路和方法。

2 数 据

2.1 FY-3D/VASS 温度

本研究采用风云三号D 星大气垂直探测系统（Vertical Atmospheric Sounding System，FY-3D/VASS）仪器组反演的温度数据（谷松岩等，2010；张鹏等，2012；郭杨等，2014），该垂直观测仪器组共包括3 台仪器，分别为13 个通道的微波温度计、15 个通道的微波湿度计和2287 个通道的红外高光谱大气探测仪。FY-3D/VASS 温度廓线为轨道数据，包括升轨和降轨，覆盖范围为全球，空间分辨率为16 km，垂直方向从地面（1013.25 hPa）至高空（0.1 hPa）共43 个气压层，并对轨道数据进行融合处理，形成日平均等经、纬度格点数据。本研究关注的北美北部极区附近，和ERA5（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Reanalysis v5）数据相比，大部分地区温度平均绝对偏差在1℃以内（任素玲等，2022），选取1991—2020 年ERA5 共30 a 日平均温度作为本研究的气候态（曾昭美等，1999）。

2.2 洋面风

2.2.1 FY-3E/WindRAD 洋面风

风云三号E 星（FY-3E）于2021 年7 月成功发射，为全球首颗民用晨、昏轨道气象卫星。卫星搭载了11 台遥感仪器（中国气象局，2022；Zhang，et al，2022）。FY-3E 实现了主、被动结合的洋面风场探测，新增的双频风场测量雷达（WindRAD），为风云系列气象卫星首次搭载的主动遥感仪器。风场测量雷达通过对地球系统的后向散射测量获取全球海洋表面风场。本研究选用风场测量雷达洋面风数据，每日分为升轨（黄昏）和降轨（凌晨），数据处理成等经、纬度格点（0.25°×0.25°），覆盖范围为全球洋面。数据下载地址为http://data.nsmc.org.cn。

2.2.2 Metop/ASCAT 洋面风

ASCAT（The Advanced Scatterometer）是欧洲航天局发射的气象业务极轨卫星（Meteorological operational polar satellites，Metop）上搭载的仪器之一，由欧洲气象卫星组织运营（European organization for the exploitation of meteorological satellites，EUMETSAT）（Verhoef，et al，2012）。Metop-B/C卫星分别于2012 和2018 年发射，观测时间均为过境地区的上午（夜间），但时间和扫描区域略有差异。ASCAT 反演的洋面风场等效为10 m 高的洋面风，包括风速和风向。风速测量范围为0—50 m/s，超过25 m/s 的风速精度下降。风速偏差小于0.5 m/s时，风分量（经向风和纬向风）标准偏差的精度优于2 m/s。空间分辨率约为12.5 km×12.5 km。数据下载地址为https://data.eumetsat.int/。

2.3 其他数据

其他数据见表1。

表1 其他数据及简要说明Table 1 Other data and brief introduction

3 研究结果

3.1 北大西洋风暴“尤尼斯”生成的环境场特征

根据英国强天气预警服务需求，基于风暴可能产生的灾害天气，2015 年英国首次发布北大西洋风暴名称。秋季开始，北大西洋低压或风暴的活动频率及造成的灾害风险增加，因此风暴名单从9 月初至次年8 月底为一个风暴季。2015/2016 年 —2021/2022 年近7 个风暴季命名风暴个数分别为11（2015/2016 年）、5（2016/2017 年）、10（2017/2018 年）、8（2018/2019 年）、7（2019/2020 年）、7（2020/2021 年）和7 个（2021/2022 年）。其中9、10、11、12、1、2 和3 月出现的个数分别为3、6、5、11、9、10 和4 个，12、1 和2 月是北大西洋风暴高发期。2022 年北大西洋风暴“尤尼斯”发生在风暴活跃的2 月，于14 日命名，18 日影响英国（https://www.metoffice.gov.uk/weather/warnings-andadvice/uk-storm-centre/index）。

3.1.1 “尤尼斯”活动期间北极温度特征

2022 年2 月14—18 日平均850 hPa 温度显示（图1a、b），欧亚大陆北部和北美北部两个冷空气活动关键区域高纬度冷中心偏向北美，北美北部较历史同期平均偏低3—6℃，欧亚大陆北部温度明显偏高。50°N 以北的北大西洋偏冷，50°N 以南的北大西洋则偏暖，整体表现出北半球高纬度地区西半球偏冷、东半球偏暖的特征。西半球高纬度偏冷有利于冷空气南下触发北大西洋风暴活动。

图1 2022 年2 月14—18 日FY-3D/VASS 850 hPa 平均温度 （a） 和距平 （b）Fig. 1 FY-3D/VASS average temperature （a） and its anomaly （b） at 850 hPa from 14 to 18 February 2022

3.1.2 “尤尼斯”活动期间SST 特征

海洋天气系统的发展演变除了和大气参数密切相关外，海洋热力特征也是重要影响因素 （Brayshaw，et al，2011；Baatsen，et al，2015；Gan，et al，2015）。2022 年2 月14—18 日“尤尼斯”活动期间，北大西洋平均SST 分布显示（图2a）：和同纬度相比北大西洋西部SST 偏低，东部偏高，10℃ SST 等值线呈东北—西南走向，西部SST 经向水平梯度较大，和北美大陆极区冷空气活动有关（图1），极地南下的冷空气加强了北大西洋西部冷洋流的强度，40°N 以北的北美大陆东海岸SST 为1—10℃，在SST 经向梯度大的交界面形成波动特征。北大西洋东部英国西部沿海SST 为10—13℃，较同纬度的大西洋西部SST 高10℃左右。平均SST 距平显示（图2b），北大西洋西部SST 经向梯度较大的地方温度距平呈现正、负相间的波动特征，60°N 以北SST 距平为负，海温偏低，该特征和2022 年2 月14—18 日该区域平均850 hPa 温度偏低一致。60°N 以南的北大西洋中东部SST 偏高0.5—2.0℃，较高的SST 有利于风暴爆发性发展。

图2 2022 年2 月14—18 日北大西洋平均SST （a） 和距平 （b）Fig. 2 Average SST （a） and its anomaly （b） from 14 to 18 February 2022 in North Atlantic

3.2 北大西洋风暴“尤尼斯”云系演变和灾情

“尤尼斯”快速发展和移动过程中，主要灾害为大风、暴雪和大风引发的沿海风暴潮。“尤尼斯”影响英国的同一周时间内，还有另外两个获得命名的北大西洋风暴先后影响，这是自2015 年风暴开始命名以来首次发生，针对“尤尼斯”风暴罕见地发出两次红色预警，为2014 年2 月以来影响英格兰和威尔士的最严重和最具破坏性的风暴。据英国气象局消息，2 月18 日，“尤尼斯”最大阵风风速达54 m/s，刷新了英格兰最大风速纪录。受强风影响，英国和爱尔兰有4 人死亡，超过100 万户家庭断电，停电持续数日。威尔士和英格兰受影响最严重地区的学校和企业关闭、交通严重中断，大风引起的风暴潮袭击了西部和南部海岸线以及塞文河口，整个威尔士海岸线面临严重的洪水风险。除了大风影响外，风暴“尤尼斯”还带来了强降雪天气，苏格兰和英格兰北部部分地区因降雪造成严重交通中断（https://www.metoffice.gov.uk）。18 日，“尤尼斯”再次登陆法国，在法国北部造成强风。

3.2.1 FY-3D 监测“尤尼斯”云系演变

FY-3D 真彩色合成图显示（图3）：14 日“尤尼斯”位于北大西洋西部美国东部沿海，出现清晰的锋面和气旋头部，此时，格陵兰岛也有涡旋云系活动，该云系的西侧存在大范围排列整齐的细胞状积云，表明在格陵兰岛附近涡旋的影响下，极区冷空气自北美大陆东北部吹向北大西洋；15—16 日“尤尼斯”向东北方向移动，涡旋云系结构略有减弱（图略），17 日开始快速发展，此时“尤尼斯”具有典型的温带气旋云系结构特征，中心西南侧为狭长的冷锋云带，冷锋云带的北部为极区冷空气侵入洋面后形成的大范围细胞状积云，风暴中心为积云，头部为深厚的降水云系，风暴中心东南侧盾状卷云表明高空向外流出气流较强，并且开始影响英国；18 日“尤尼斯”中心位于英国东部，中心西侧和北侧云系造成强降水，中心东南侧的云系给欧洲其他地区也带来强降雪，海上的细胞状积云控制北大西洋东部大范围海域，北大西洋西部又有新的低压系统发展，后期发展为北大西洋风暴“弗兰克林”（Franklin）。19 日“尤尼斯”快速东移，对英国的影响基本结束，对欧洲其他国家继续造成强风和雨雪天气。

图3 2022 年2 月14 （a）、17 （b） 和18 （c） 日北大西洋风暴“尤尼斯”FY-3D/MERSI 真彩色图 （蓝点为风暴中心）Fig. 3 FY-3D/MERSI true color images of the North Atlantic storm Eunice on 14 （a），17 （b） and 18 （c） February 2022 （the bule dot shows the storm center）

3.2.2 “尤尼斯”爆发性发展特征

2 月14 日大西洋风暴“尤尼斯”命名后，在副热带高压北侧向东偏北方向移动，14—16 日风暴云系和中心海平面气压均发展缓慢，17 日开始出现爆发性发展，从风暴中心逐时海平面气压时间序列和移动路径可知（图4）：17 日03 时（世界时，下同）开始，气压快速下降，18 日02 时为气压快速下降时段，24 h 内气压下降约40 hPa，远超过爆发性发展气压下降率（24 hPa/（24 h））（Sanders，et al，1980），为典型的气旋爆发性发展过程，此时风暴中心位于洋面，移动路径为东北方向。18 日02 时开始，风暴中心逐渐靠近爱尔兰，海平面气压略有升高，18 日02—11 时维持在975 hPa，12 时当“尤尼斯”中心穿过英格兰再次进入洋面时，海平面气压又开始缓慢下降，最低值出现在17—19 时，约为969 hPa，19 时之后风暴中心再次移向陆地，中心海平面气压开始升高。在“尤尼斯”快速加强和移动的过程中，陆面对风暴中心海平面气压有一定影响。

图4 2022 年2 月17 日00 时—19 日00 时 （世界时） “尤尼斯”中心附近最低海平面气压演变 （a） 及移动路径 （b）Fig. 4 Time series of minimum sea level pressure near the Eunice center （a） and its track （b） from 00:00 UTC 17 February to 00:00 UTC 19 February 2022

3.2.3 卫星联合观测“尤尼斯”海上大风

利 用FY-3E/WindRAD、 Metop-B/ASCAT 和Metop-C/ASCAT 洋面风对“尤尼斯”快速加强和影响英国时段进行海上大风监测，由2 月17 日FY-3E/WindRAD 凌晨轨道（07 时25 分前后）监测可知（图5）：07 时前后，风暴中心位于（46.5°N，27°W，图4b）附近，中心附近风速较小，西侧35°W 附近出现20 m/s 以上的西北风，该强西北风和格陵兰岛附近的气旋相连，在FY-3D 真彩色图上表现为大范围冷空气形成的细胞状积云（图3），FY-3E/WindRAD黄昏轨道（17 时15 分前后）监测显示，大于20 m/s的强风速快速东移至18°W 附近（17 时风暴中心位于49.4°N，17.6°W），风暴中心西侧出现大风，风暴中心以西的北大西洋持续维持强西北风，最大风速超过26 m/s。17 日22 时09 分的Metop-C/ASCAT监测显示，除“尤尼斯”中心西北侧部分区域外，风暴中心及其附近出现大范围20 m/s 以上大风，最大值出现在风暴中心南侧，约为28 m/s。18 日06 时50 分“尤尼斯”大风开始影响爱尔兰西部和南部沿海，最大风速超过26 m/s。10 时前后，爱尔兰海中北部和英吉利海峡风速增强至20 m/s 以上，16 时55 分英吉利海峡风速减弱（18 m/s），大风速区随着风暴东移影响英国东部的北海。19 日“尤尼斯”对英国的大风影响显著减小，风暴中心位于北海北部。综上可见，17 日“尤尼斯”风速快速加强和其西侧强西北风有关，大风影响英国的时间主要是

图5 2022 年2 月17—19 日FY-3E/WindRAD （a. 17 日07 时25 分，b. 17 日17 时15 分，d. 18 日06 时50 分，g. 18 日16 时55 分，h. 19 日06 时30 分）、Metop-B/ASCAT （f. 18 日10 时45 分） 和Metop-C/ASCAT （c. 17 日22 时09 分，e. 18 日09 时57 分） 洋面风和风速 （色阶，单位：m/s）Fig. 5 Ocean wind vectors and wind speed on 17—19 February 2022 derived from FY-3E/WindRAD （a. 07:25 UTC 17 February，b. 17:15 UTC 17 February，d. 06:50 UTC 18 February，g. 16:55 UTC 18 February，h. 06:30 UTC 19 February），Metop-B/ASCAT （f. 10:45 UTC 18 February），Metop-C/ASCAT （c. 22:09 UTC 17 February，e. 09:57 UTC 18 February）（shaded，unit：m/s）

18 日凌晨和上午。

3.2.4 “尤尼斯”降水实况

除带来极端大风外，“尤尼斯”还造成了强降雪天气，苏格兰和英格兰北部部分地区因降雪造成严重交通中断。2 月18 日地面观测24 h 累计降水量分布显示（图6a）：受“尤尼斯”影响，爱尔兰和英国中北部降水量为6—18 mm，其中爱尔兰西部沿海、北爱尔兰西部局地降水超过14 mm。GSMAP 卫星反演降水显示（图6b）：18 日“尤尼斯”在海洋上也造成了强降水，特别是爱尔兰西北部洋面，出现大范围18 mm 以上降水。地面观测日平均气温显示（图6c），英国苏格兰大部分地区气温低于0℃，降水类型以雪为主，该区域的降水量为6—14 mm，为大雪至暴雪等级。英格兰中北部气温为1—4℃，南部气温较高。当“尤尼斯”东移后，19 日FY-3D 真彩色图晴空区可见英国北部苏格兰大部分地区被积雪覆盖（图7）。

图6 2022 年2 月18 日24 h 累计降水量 （a. 站点观测，b. GSMAP 卫星反演） 和地面平均气温 （c）Fig. 6 Daily precipitation （a. rain gauge，b. GSMAP satellite derived） and mean surface air temperature （c） on 18 February 2022

图7 2022 年2 月19 日FY-3D 真彩色图监测积雪覆盖Fig. 7 Snow cover shown by FY-3D/MERSI true color image on 19 February 2022

3.3 水汽图像干侵入特征和冷空气活动对“尤尼斯”爆发性发展的影响

3.3.1 水汽图像干侵入特征和高位涡异常

卫星观测锋面气旋发展经典概念模型为存在暖输送带、冷输送带和干带（Carlson，1980；Browning，et al，1994），不同气旋和发展阶段输送带和干带特征不同，其中干带在卫星水汽图像上表现为暗区，一般代表冷空气，具有高位涡异常（于玉斌等，2003；帕特里克·桑特里特等，2008）。北大西洋风暴“尤尼斯”属于温带气旋，在爆发性发展和影响英国阶段，卫星水汽干侵入特征清晰（图8 中棕色区域）。2 月17 日00 时，风暴中心西侧出现暗区，水汽亮温为-34℃左右，500 hPa 位涡为1—2 PVU（1 PVU=10-6m2·K/（s·kg）），相对其他区域为高位涡异常。17 日12 时，风暴中心西侧和西南侧暗区加强，亮温升高，500 hPa 高位涡的强度和范围加大，大于1 PVU 的高位涡自格陵兰岛南部一直南伸至42°N，最大值约为5 PVU，该高位涡区以西北风转偏西和西南风为主，风暴中心东南侧水汽暗区和高位涡在西南风的影响下向风暴中心移动。17 日18 时，风暴中心完全被水汽暗区控制，出现高亮温中心，最大值约为-24℃，较17 日00 时升高10℃左右，中心西侧的高位涡带依然清晰，风暴中心位涡增强至1 PVU。18 日00 时，暗区发展到最强阶段，水汽亮温升高至-20℃，500 hPa 高位涡中心位于风暴中心附近及其南侧和东侧，最大值为5 PVU，高位涡和水汽暗区开始影响爱尔兰西部沿海，此时爱尔兰西部和南部海域出现大风（图5）。18 日凌晨和上午英国及附近海域出现大风时，水汽暗区和高位涡异常达到最强，18 日12 时，风暴中心东移至英国东北部沿海，中心附近水汽暗区和位涡减弱，风暴中心南部（英国中南部）的暗区和高位涡异常依然较强。在“尤尼斯”爆发性发展和影响英国时段，“尤尼斯”西侧500 hPa 自北向南为西北风转偏西和西南风，引导高纬度地区水汽暗区和高位涡逐渐侵入风暴中心附近，来自“尤尼斯”中心西侧的干侵入和高位涡对风暴的发展起到高层动力强迫作用，对流层中高层高位涡异常可激发低层气旋的发展。

图8 2022 年2 月17—19 日北大西洋风暴“尤尼斯”卫星水汽干侵入特征 （色阶：单位：℃）、500 hPa 位涡 （等值线，单位：PVU） 和风场 （箭头，单位：m/s） （a. 17 日00 时，b. 17 日12 时，c. 17 日18 时，d. 18 日00 时，e. 18 日12 时，f. 19 日00 时）Fig. 8 Dry intrusion characteristics on satellite water vapor images （shaded，unit：℃），potential vorticity （contour，unit：PVU）and wind vectors at 500 hPa （unit：m/s） from 17 to 19 February 2022 （a. 00:00 UTC 17 February，b. 12:00 UTC 17 February，c. 18:00 UTC 17 February，d. 00:00 UTC 18 February，e. 12:00 UTC 18 February，f. 00:00 UTC 19 February）

3.3.2 冷空气活动和高位涡下传

“尤尼斯”活动期间，极涡中心位于75ºN 附近的北美东北部，500 hPa 最低位势高度为475—480 dagpm（图9），极涡东侧的格陵兰岛南部有低压中心发展并形成闭合气旋。2 月14—15 日，极涡南侧北大西洋西部高空槽发展，极地冷空气东移南下，触发大西洋风暴“尤尼斯”，并向东平流。16—17 日格陵兰岛南部气旋发展，引导冷空气南下和南侧冷空气连接在一起。由FY-3D/VASS 24 h 850 hPa变温可知，本次冷空气势力强大，15 和16 日24 h 变温最大值超过-16℃。17 日风暴爆发性发展期间，24 h 变温超过-10℃。沿着风暴中心附近24 h 变温经向和纬向垂直剖面显示（图10），爆发性发展阶段，17 日最强24 h 变温出现在风暴中心的西侧和北侧400—500 hPa，最大变温幅度为-14℃，低层冷空气超前于对流层中层，中心西侧的最大变温区以下沉偏西气流为主，北侧则为上升偏南气流。

图9 2022 年2 月15—18 日FY-3D 850 hPa 24 h 变温 （色阶，单位：℃） 和500 hPa 位势高度 （等值线，单位：dagpm） （a. 15 日，b. 16 日，c. 17 日，d. 18 日）Fig. 9 FY-3D 24 h temperature difference （shaded，unit：℃） at 850 hPa and geopotential height （counter，unit：dagpm） at 500 hPa from 15 to 18 February 2022 （a. 15 February， b. 16 February， c. 17 February， d. 18 February）

图10 2022 年2 月17 日FY-3D 24 h 变温 （色阶，单位：℃）、流场 （等值线） 垂直剖面 （a.沿48.8°N，b.沿23.5°W；绿色线为23.5°W 和48.8°N 位置）Fig. 10 Vertical cross sections of FY-3D 24 h temperature difference （shaded，unit：℃） and wind stream （contour） on 17 February 2022 （a. along 48.8°N，b. along 23.5°W；green lines indicate the locations of 23.5°W and 48.8°N）

温带气旋发展演变过程中，卫星水汽干侵入一般为中、高纬度干冷空气，具有高位涡特征。由2 月17 日12 和18 时沿 “尤尼斯”中心的垂直速度和位涡垂直分布可知（图11），在爆发性发展阶段，来自对流层顶的高位涡显著向下伸展（一般认为1—2 PUV 等值线为对流层顶位置），4 PVU 向下伸展到400 hPa，2 PVU 向下伸展到500 hPa，深厚大范围的高位涡异常位于“尤尼斯”中心的西侧，和该时刻中心附近水汽暗区分布一致（图8），“尤尼斯”中心附近925 hPa 低层也出现大于1 PVU 的高位涡异常，形成高、低空高位涡“锁相”，低层高位涡部分源自低层气旋发展引起的涡度增大（陶祖钰等，2012）。“尤尼斯”中心西侧水汽暗区伴随的高位涡向下伸展主体区域为下沉运动，1 PUV 向下伸展的前方为上升运动（东侧）。18 日00 时，“尤尼斯”强度发展至较强时（图4），高位涡向下伸展更明显，从卫星水汽图像可知，该时刻“尤尼斯”中心附近被水汽暗区控制，中心南侧和东侧水汽暗区及干侵入达到最强，此时沿51.4°N 的垂直剖面显示，主体高位涡区出现两条高位涡向下伸展的窄带，分别位于中心西侧较远的25°W 和中心附近的13°W，东侧的高位涡带500 hPa 已经越过“尤尼斯”中心，2 PVU 向下伸展到700 hPa，两处高位涡带下方为下沉运动，中间区域即风暴中心的西侧17°W 附近为强上升运动。高位涡带向下伸展伴随的下沉运动和上升运动在18 日00 时沿15.2°W 的垂直剖面图中更加清晰，高位涡向下伸展400 hPa 最强区域位于风暴中心的正上方，500 hPa 以下高位涡带向东、向南偏移，“尤尼斯”风暴中心南侧400 hPa 以下出现大范围的强下沉运动，风暴中心附近的北侧为上升运动。高位涡的异常向下伸展过程中，伴随着下沉运动，强下沉运动为低层风速发展提供一定的能量来源，而高位涡侵入的下方也有利于低层气旋式环流发展。爆发性气旋中心附近的上升和下沉运动在陆地爆发性温带气旋中也有类似的结构特征（熊秋芬等，2013）。

图11 2022 年2 月17 日12 时 （a. 沿48.8°N）、17 日18 时 （b. 沿49.9°N） 和18 日00 时 （c. 沿51.4°N，d. 沿15.2°W） 垂直速度（色阶，单位：Pa/s，正值代表下沉运动，负值代表上升运动） 和位涡 （等值线，单位：PVU） 垂直分布 （绿色线为“尤尼斯”中心位置）Fig. 11 Vertical distributions of vertical velocity （shaded，unit：Pa/s，positive value represents descending，negative value represents ascending） and potential vorticity （contour，unit：PVU） at 12:00 （a. along 48.8°N） and 18:00 UTC （b. along 49.9°N） 17 February，and at 00:00 UTC （c. along 51.4°N，d. along 15.2°W） 18 February 2022 （green line indicates the location of the Eunice center）

4 结论和讨论

本研究利用多源气象卫星观测结合再分析数据，分析了2022 年2 月中旬爆发性发展的北大西洋冬季风暴“尤尼斯”发生的大气和海洋环境场特征、云系和海上大风发展演变、卫星水汽干侵入特征、极区冷空气活动伴随的高位涡对风暴爆发性发展的影响等。主要结论如下：

（1）根据英国强天气预警服务需求，2015 年开始对可能产生灾害的北大西洋风暴命名， 9 月初至次年8 月底为一个风暴季，近7 个风暴季（2015/2016 年—2021/2022 年）共有55 个风暴被命名，其中12、1 和2 月是大西洋命名风暴高发期，分别为11、9、10 个，“尤尼斯”发生在风暴高发期的2 月。

（2） “尤尼斯”活动期间，2022 年2 月中旬极区冷空气中心偏向北美大陆，北美北部极区较历史同期平均偏低3—6℃，欧亚大陆北部温度明显偏高，60°N 以北的北大西洋偏冷，以南的北大西洋则偏暖，整体表现出北半球高纬度地区西半球偏冷、东半球偏暖的特征；北大西洋西部SST 经向梯度较大的地方温度距平呈现正、负相间的波动特征，60°N以北SST 距平为负，海温偏低，该特征和该区域平均850 hPa 温度偏低一致。60°N 以南的北大西洋中东部SST 偏高0.5—2.0℃，“尤尼斯”爆发性增长发生在距平SST 偏高的海域，较高的SST 有利于气旋风暴的发展。

（3） “尤尼斯”爆发性发展期间，风暴中心海平面气压24 h 内下降约40 hPa，远超爆发性发展指标（24 h 下降24 hPa）。风暴的生成和北美冷空气活动关键区分裂南下的冷空气沿着西风带东传有关，风暴加强阶段，格陵兰岛南部气旋提供的补充冷空气尤为重要，该冷空气在北大西洋洋面形成强西北风转偏西风，并且形成宽广的排列整齐的细胞状积云线一直伸入到风暴中心附近。在卫星水汽图像上表现为快速增强的干侵入特征，并伴有高位涡异常。

（4）随着“尤尼斯”发展，高位涡异常向下伸展到更低的层次，强度更强。发展至最强阶段时，向下伸展的高位涡具有倾斜结构，高位涡向下伸展，400 hPa 最强区域位于风暴中心正上方，500 hPa 以下高位涡带向东南方向偏移，“尤尼斯”中心南侧400 hPa 以下出现大范围的强下沉运动，风暴中心附近的北侧为上升运动。高位涡向下伸展过程中，伴随着下沉运动，强下沉运动为低层风速发展提供一定的高空能量来源，400 hPa 高位涡侵入的下方也有利于低层气旋式环流发展。

本研究主要应用气象卫星云图和反演数据对造成极端大风、暴雪和风暴潮等灾害的爆发性发展的北大西洋风暴“尤尼斯”开展了研究，采取了多源卫星反演参数，特别是综合利用了中国风云三号极轨气象卫星和EUMETSAT 极轨卫星洋面风观测数据，形成时空互补，为快速演变的海洋极端天气事件提供监测分析方法。同时利用静止气象卫星数据追踪对锋面气旋（风暴）发展具有重要指示意义的干侵入特征，形成极轨和静止气象卫星的优势互补。该研究成果有助于增强气象卫星全球灾害事件监测能力和服务水平，特别是提升中国风云气象卫星观测数据的应用能力。对北大西洋冬季风暴“尤尼斯”造成极端灾害的成因分析，将为该类灾害天气的监测、预报提供理论支撑，同时对亚洲和西北太平洋温带气旋高发区域的灾害监测、预警也具有一定的借鉴意义（黄立文等，1999；何立富等，2022）。

本研究重点研究了卫星观测冷空气活动以及干侵入特征对“尤尼斯”爆发性发展以及形成大风的原因，温带气旋的爆发性发展是冷、暖空气相互作用的结果，暖湿空气的强度和移动特征同样重要。另外，EUMETSAT Meteosat 静止卫星全圆盘观测频次为15 min/次，同时还可获得区域1 min/次的快扫观测，这些更高时、空分辨率卫星观测数据的应用，将为风暴的爆发性发展提供更多信息，也是值得未来开展深入研究和应用的方向。