2023年11月大气环流和天气分析*

霍 达 周宁芳 马殿博

1 国家气象中心,北京 100081

2 内蒙古自治区通辽市气象局,通辽 028000

提 要：2023年11月北半球大气环流的主要特征是:极涡呈多极型分布,与历史同期相比,主体强度显著偏强;中高纬度地区环流形势为“四槽四脊”,亚洲中高纬度地区环流整体呈西高东低型,但东亚大槽偏弱;副热带高压强度显著偏强。11月全国平均气温较常年同期(3.3℃)偏高0.5℃。全国平均降水量较常年同期(20.2 mm)偏多9%,降水显著偏多地区主要在内蒙古、东北地区、华北南部和黄淮北部,东北部分地区降水量突破历史同期极大值。月内冷空气活动较为频繁,大气扩散条件整体较好,中东部等地较少出现雾和霾天气。月内出现了2次北方型寒潮天气过程。

1 天气概况

1.1 降 水

2023年11月,全国平均降水量为22.1 mm,比常年同期(20.2 mm)偏多9%(国家气候中心,2023)。2023年11月全国降水量分布(图1)显示,降水量在10 mm以上的区域普遍集中在我国中东部大部地区以及新疆北部,其中,东北地区中东部、黄淮北部、江汉大部、江南、西南地区东部和华南西部等地的部分地区月降水量超过50 mm,江西中部偏北地区、湖南中部、重庆东北部、海南岛等地月降水量为100～250 mm,海南岛东北部局地超过250 mm。位于内蒙古东北部和东北地区的部分站点累计降水量突破了历史同期极值。

图1 2023年11月全国降水量分布Fig.1 Distribution of precipitation over China in November 2023

与常年同期相比(图2),内蒙古大部、东北地区、华北南部、黄淮北部、云南西部等地11月降水量偏多1～2倍,东北部分地区偏多3倍以上。另外,四川中南部、江汉、江南中部等地也较常年同期略偏多,我国其余大部地区降水量偏少了5～8成,局地偏少8成以上。

图2 2023年11月全国降水量距平百分率分布Fig.2 Distribution of precipitation anomaly percentage over China in November 2023

1.2 气 温

2023年11月,全国平均气温为3.8℃,较常年同期(3.3℃)偏高0.5℃,偏高幅度明显,云南平均气温为历史同期第三高(国家气候中心,2023)。除内蒙古中东部、东北地区、华北中北部等地的月平均气温较常年同期偏低1～3℃外,全国大部地区月平均气温接近常年同期或偏高(图3),其中,河南东部、江西大部、湖南、贵州、四川盆地、云南中东部和西南部、广西北部、青海东北部以及新疆等地较常年同期偏高1～2℃,贵州中西部和新疆北部偏高2～4℃。

图3 2023年11月全国平均气温距平分布Fig.3 Distribution of mean temperature anomaly over China in November 2023

2 环流特征与演变

2.1 环流特征

如图4a所示,2023年11月北半球500 hPa极涡呈单极型,较常年略偏强。环绕极涡在高纬度地区存在3个分裂的低涡槽区,其中1个低涡位于新地岛以东洋面上空,低涡中心强度达508 dagpm,较常年偏低(-8 dagpm,图4b);另外2个分别位于鄂霍次克海以及加拿大巴芬岛上空。北半球中高纬度环流呈现“四槽四脊”的多波形分布,长波槽分别位于北美洲东部、欧洲东部、东北亚地区和太平洋中部。同时,东亚大槽和太平洋的槽偏弱,亚洲中高纬地区环流经向度也较小,二者共同造成了影响我国的冷空气强度明显偏弱,从而导致我国11月平均气温较常年同期偏高。同时,由于东北亚低涡的存在,东北地区多短波槽活动,使得内蒙古中东部和东北地区气温偏低。

11月,孟加拉湾上空环流较为平直且为正距平所控制,不利于南支槽加深,使来自孟加拉湾和印度洋的暖湿气流输送偏弱。此外,西太平洋副热带高压呈带状分布,具有面积大、强度较常年同期明显偏强的特征(迟茜元等,2023;谢超等,2022;南洋等,2021;张天航等,2020),588 dagpm线与阿拉伯海副热带高压贯通连接,两者共同导致了我国南方地区相较于常年同期气温偏高、降水偏少。

2.2 环流演变与我国天气

图5为2023年11月亚欧大陆上旬、中旬、下旬的500 hPa平均环流形势场。上旬(图5a),亚欧中高纬度地区环流呈现“两槽一脊”型,西欧至地中海西部、鄂霍次克海西部至我国黄淮以北分别存在明显的高空槽区,而西西伯利亚至中亚地区存在较强的高压脊,除内蒙古以及东北地区外,我国大部地区处于正位势高度距平区。在这种西高东低的环流背景下,影响我国的冷空气强度逐步增强,但影响范围偏北。月初时,大气扩散条件明显偏差,10月28日至11月2日,中东部大部地区和西南地区东部等地出现了1次持续性雾-霾天气过程。11月4—7日,有1次寒潮天气影响我国大部,除西南地区东部和南部、江南南部、华南等地外,全国其他大部地区出现8～16℃降温,局地降温幅度超过16℃。新疆阿勒泰地区、内蒙古中东部、东北地区以及华北北部出现降雪天气过程,总体以小到中雪为主,内蒙古东南部、黑龙江、吉林中西部有大到暴雪,局地有大暴雪。同时,由于孟加拉湾500 hPa位势高度场为正距平所控制,副高强度偏强、位置较常年同期偏北,且588 da-gpm线西伸、明显与阿拉伯海副热带高压贯通,不利于热带低纬度水汽输送至我国,这导致我国南方地区降水偏少。

图5 2023年11月(a)上旬、(b)中旬、(c)下旬500 hPa平均位势高度场(单位:dagpm)Fig.5 500 hPa mean geopotential height field (unit: dagpm) for the (a) first, (b) middle and (c) last dekads of November 2023

中旬(图5b),亚欧大陆中高纬度地区维持“两槽一脊”环流型,但槽脊位置和强度分别较上旬发生较为明显的变化。具体表现为,上旬位于西欧至地中海西部的高空槽进一步加深,并向东移动到东欧平原至地中海东部,另一个东亚高空槽略有减弱并东移到鄂霍次克海东部至日本海上空,西西伯利亚上空高压脊区东移至蒙古国和我国北方地区。在中高纬度环流演变过程中,中旬先后有2次(11—13日、15—17日)较强冷空气活动,因此中东部气温较常年偏低了1～3℃。15—17日冷空气过程中,西北地区中东部、内蒙古、东北地区出现降雪天气过程,其中,黑龙江、吉林等地累计降雪量达大到暴雪量级,黑龙江东部局地大暴雪到特大暴雪。此外,副高西端位置相较上旬有所南落,强度略有加强,且高原槽和南支系统强度不强但比较活跃,因此西南暖湿气流有所加强,造成云南中西部等地多降水天气。

下旬(图5c),欧亚环流经向度加大,东欧平原至地中海东部高空槽加深为低涡,鄂霍次克海东部上空低槽加深为低涡,北支锋区南压至我国江淮一带,乌拉尔山以西的高压脊明显加强。因此旬内影响我国的2次冷空气活动(21—24日、26—28日)强度明显偏强,其中,21—24日,寒潮天气自西向东影响我国长江中下游以北地区,具有降温幅度大、综合强度强等特点,内蒙古东部、黑龙江中东部、吉林长白山区等地出现了明显的降雪过程,部分地区累计降雪量达大到暴雪量级,局地有大暴雪;另外,内蒙古东部、黑龙江和吉林等地出现了雨雪相态转换,部分站点累计降水量突破历史同期极值。此外,副高位置相较中旬继续南落西伸,同时孟加拉湾水汽输送的条件差,我国南方大部地区降水较常年偏少8成以上(图略)。

3 冷空气活动

3.1 概 况

2023年11月共有5次冷空气过程影响我国,与近3年同期相比(迟茜元等,2023;谢超等,2022;南洋等,2021),冷空气活动频次较常年同期(3.3次)明显偏多,但过程强度相对偏弱。5次冷空气过程分别发生在4—7日、11—13日、15—17日、21—24日和26—28日,其中4—7日和21—24日冷空气过程为北方寒潮,影响长江以北大部地区(表1)。

表1 2023年11月主要冷空气过程Table 1 Main cold air process in November 2023

3.2 21—24日寒潮过程分析

2023年11月21—24日我国自西向东经历了一次寒潮天气过程,造成的影响详见表1。本次寒潮过程降温剧烈,内蒙古、陕西北部、山西、京津冀、山东、吉林、辽宁、黑龙江等地平均气温降幅为10～15℃,局地达到18～23℃,内蒙古察右后旗、河北张北、北京顺义等10个站最低气温达到或超过历史同期极值(图6)。冷暖空气剧烈交汇,给我国东北地区和内蒙古东部等地带来强雨雪天气,内蒙古东部、黑龙江中东部、吉林长白山区等地部分地区出现大到暴雪天气,局地有大暴雪,累计降雪量为8～20 mm,局地达20～30 mm,黑龙江省超过20个站积雪深度超过29 cm,其中黑龙江依兰站最大积雪深度为51 cm;吉林中部、黑龙江东南部等局地出现冻雨;黑龙江尚志(27.3 mm)、辽宁舒兰(23.8 mm)、辽宁宽甸(23.9 mm)等56个站累计降水量突破历史同期极值。

图6 2023年11月21日08时至25日08时最低气温最大降温幅度Fig.6 Maximum decrease range of minimum temperature from 08:00 BT 21 to 08:00 BT 25 November 2023

由500 hPa位势高度场和海平面气压场的演变可以看出,此次寒潮过程中,500 hPa高空槽东移过程中不断分裂,引导新地岛以东洋面的冷气团经由西西伯利亚、蒙古高原进入我国境内。21日前,亚洲中高纬度西高东低的形势场已基本建立,但锋区位置偏北。随着乌拉尔山高压脊强烈发展,脊前的低槽东移并进一步加深。

21日08时,高空槽位于中西伯利亚西部、贝加尔湖西侧至阿尔泰山脉以北一带,地面冷高压中心位于西西伯利亚南部地区,中心强度为1040 hPa,地面冷锋前沿开始进入新疆阿勒泰地区。21日20时500 hPa位势高度场(图7)显示,高空低槽进一步东移南压,地面冷高压主体依旧停留在西西伯利亚南部一带,但主体强度较08时有所加强,中心强度增强至1047.5 hPa,同时地面冷锋前沿影响新疆沿天山一带。

图7 2023年11月21日20时500 hPa位势高度场(等值线,单位:dagpm)和海平面气压场(阴影)Fig.7 Geopotential height field at 500 hPa (contour, unit: dagpm) and sea level pressure (shaded) at 20:00 BT 21 November 2023

22日08时,500 hPa位势高度场显示,高空槽移动至中西伯利亚西南部、贝加尔湖至蒙古高原西部一带,槽后强盛的西北气流进一步引导冷空气南下。同时,地面冷高压表现出向东发展的态势,主体已移动至中西伯利亚南部至贝加尔湖西侧一带,中心强度增强至1050 hPa,地面冷锋西段到达新疆南部—甘肃河西—内蒙古西部一带,东段冷锋开始影响内蒙古东北部和黑龙江西北部,给上述地区带来大风降温及降雪天气。至22日20时,配合高空槽主体进一步东移南下(图8),地面冷锋有所前推,西段前锋移动至内蒙古河套地区以东、陕西北部、山西西北部一线,给西北地区中东部、内蒙古中西部、山西等地带来7～8级的阵风,青海东北部、内蒙古中部局地阵风风力达到10～11级。冷锋东段较08时继续向东南方向移动,同时,北支锋区斜压性强,配合低空急流强盛发展,给内蒙古东部、东北地区等地部分地区带来较强的雨雪天气,其中,黑龙江南部、吉林北部出现大到暴雪,局地大暴雪;辽宁北部出现小到中雨。

图8 2023年11月22日20时500 hPa位势高度场(等值线,单位:dagpm)和海平面气压场(阴影)Fig.8 Geopotential height field at 500 hPa (contour, unit: dagpm) and sea level pressure (shaded) at 20:00 BT 22 November 2023

23日08时冷空气已移动至黑龙江西部、内蒙古东部至黄淮东部一带,不断补充南下。地面冷高压主体分裂,分裂出来的南部冷高压东移南下至蒙古国中部和我国内蒙古中部交界处,中心强度继续加强,达1052.5 hPa,地面冷锋西段前沿已到达华北中南部、黄淮等地,给上述地区及其以北地区带来大风、降温天气。23日20时(图9),高空槽后强烈的冷平流作用使得高空槽向南加深并移至华东沿海地区,进一步引导冷空气向南爆发,冷锋东段前沿到达东北地区中东部至山东半岛一带,受冷流与渤海水汽影响,山东半岛北部出现了小到中雪,局地大到暴雪,最大降雪量为16.9 mm;冷锋西段则到达长江中下游一带,江淮、江汉等地出现降温天气,并伴有7级以上阵风。

图9 2023年11月23日20时500 hPa位势高度场(等值线,单位:dagpm)和海平面气压场(阴影)Fig.9 Geopotential height field at 500 hPa (contour, unit: dagpm) and sea level pressure (shaded) at 20:00 BT 23 November 2023

24日08时,高空槽北段移至黑龙江中东部至朝鲜半岛一带,南段已移入东海,地面冷高压移动至内蒙古东南部、河北西北部一带,地面冷锋前沿到达江南南部,仍有补充冷空气继续影响我国中东部大部地区。24日晚,随着高空槽北段移出我国境内,地面冷高压强度逐渐减弱,寒潮天气过程趋于结束。

4 主要降水过程

4.1 概 况

2023年11月共出现5次较大范围雨雪天气过程,但降水区域重叠性高,降水主要集中发生在内蒙古、东北地区、黄淮等地,上述地区降水量较常年偏多1～2倍,局地偏多2倍以上,全国平均降水量总体偏少。1—2日,新疆北部、内蒙古东北部及黑龙江等地出现小到中雪过程,部分地区大到暴雪,新疆阿勒泰地区局地出现大暴雪。4—6日寒潮影响期间,黄淮东部、江淮、江汉、江南北部、西南地区东部、辽宁东部等地出现中到大雨过程,局地达到暴雨以上量级,内蒙古东南部、华北北部、东北地区出现中到大雪或雨夹雪(雨转雪天气),辽宁北部、吉林中西部、黑龙江中东部出现暴雪到大暴雪,黑龙江东北部有特大暴雪,黑龙江穆棱(76 mm)等227个站点过程累计降水量达到或超过历史同期极值,吉林中部、黑龙江东南部等局地出现冻雨。8—9日,新疆西部、内蒙古东部及东北地区出现小到中雪,吉林中部和黑龙江中东部等地出现大到暴雪过程。16—17日,内蒙古东部、东北地区出现小到中雪,吉林中东部、黑龙江中东部出现大到暴雪,局地大暴雪。21—22日寒潮影响期间,内蒙古中东部、东北地区、山东半岛出现小到中雪或雨夹雪,内蒙古东南部、黑龙江中东部、吉林中部和长白山区、山东半岛北部出现大到暴雪,局地大暴雪,吉林中部、黑龙江东南部等局地出现冻雨。

4.2 11月4—6日我国中东部地区降水天气过程分析

11月4—6日,我国出现了入冬以来的首次寒潮天气,伴随寒潮冷空气,中东部大部地区出现了一次大范围降水天气过程。降水主要集中在西南地区东部至黄淮南部一带和东北地区,东北地区降水具有明显的极端性特征,降水相态多样复杂。下面将分区域分别进行讨论。

西南地区东部至黄淮南部一带的主要降水时段为4—5日。4日白天(图10a),500 hPa高空槽在东移南下过程中不断加深为低涡,并引导冷空气南下,地面冷锋到达内蒙古西部、甘肃河西一带。同时,高原槽和弱的南支波动叠加东移,与副热带高压外围的暖湿气流交汇,体现在850 hPa风场上,在西南地区东部至黄淮南部一带形成明显切变线。从水汽条件上来看,850 hPa以及700 hPa上都存在强大的西南急流,来自孟加拉湾的水汽不断输送至西南地区东部至黄淮南部一线,上述地区在850 hPa上比湿普遍有6～12 g·kg-1,整层可降水量也在30 g·kg-1以上。以上是导致西南地区东部至黄淮南部一带部分地区出现中到大雨的主要原因。至5日08时(图10b),地面冷锋已到达内蒙古东南部、华北北部、西北地区东南部和西南地区东部一带。强冷空气与暖空气在此交汇,配合低层西南暖湿急流,暖空气抬升强烈,同时850 hPa比湿达到8～12 g·kg-1,因而江淮南部和东部地区也同时伴有明显的对流性降水,降水中心为850 hPa切变线南侧的西南急流出口区。5—6日早晨,江汉东部、江淮大部、江南东北部以及黄淮东部等地部分地区出现中到大雨,安徽凤阳(60.2 mm)等地出现暴雨。6日白天,伴随高空槽东移南下至黄淮东部、江南东部一带,江淮地区高层主要受到偏西冷平流控制,低层850 hPa也由西南风转为槽后西北风控制,降水天气趋于结束。

图10 2023年11月(a)4日08时,(b)5日08时和(c)6日08时500 hPa位势高度场(等值线,单位:dagpm)、850 hPa风场(风羽)和比湿(阴影)Fig.10 Geopotential height field at 500 hPa (contour, unit: dagpm), 850 hPa wind field (barb), and specific humidity (shaded) at (a) 08:00 BT 4, (b) 08:00 BT 5 and (c) 08:00 BT 6 November 2023

东北地区的主要降水时段为5—6日。5日08时(图10b),受高空低涡低槽东移下摆影响,内蒙古中东部和东北地区环流经向度加强,低层850 hPa低涡前部西南急流加强,不断将来自黄海的水汽传输至东北地区和内蒙古东南部,造成水汽异常充沛,整层可降水量达到15～25 g·kg-1。此外,由于上述地区前期温度偏高,伴随冷空气东移南下,850 hPa 的-4℃线随之东移南压,因此存在较为复杂的雨雪相态转换。5日至6日早晨,内蒙古东部、黑龙江大部、吉林西部、辽宁西部、河北北部出现小到中雪、雨转雪或雨夹雪天气,其中,内蒙古东南部、黑龙江东部和南部出现大到暴雪;吉林中东部、辽宁中东部出现中到大雨,辽宁辽阳(58.1 mm)、海城(53.2 mm)等地出现暴雨。

6日08时(图10c),随着高空低涡低槽继续东移加深,低层850 hPa低涡随之加深,外围急流显著加强,最大风速达20～28 m·s-1,斜压性特征显著。从水汽条件来看,低层水汽输送通道完全打开,南部海域的水汽源源不断地输送至东北地区东部,并通过低涡外围环流输送至内蒙古东南部内陆地区。此外,伴随冷空气继续东移南下,850 hPa的-4℃ 线推进至黑龙江东南部、吉林中部和辽宁东部一带。6—7日早晨,内蒙古东南部、东北地区大部出现中到大雪、雨转雪或雨夹雪天气,其中,内蒙古东南部、黑龙江中部和南部、吉林中西部、辽宁北部出现暴雪到大暴雪,局地特大暴雪;吉林中部偏北地区、黑龙江东南部出现冻雨。7日中午前后,随着高空低涡低槽移出我国境内,冷高压强度逐渐减弱,寒潮天气过程趋于结束。东北地区主要受槽后冷平流控制,降水天气趋于结束。

致谢：感谢国家气象中心王韫喆为本文提供月降水量、降水距平百分率和温度距平资料。