南 洋 饒曉琴 尤 媛 關(guān) 良

國家氣象中心，北京 100081

提 要： 2020年11月大氣環(huán)流的主要特征為：北半球極渦呈偶極分布，環(huán)流呈三波型，東亞大槽偏弱，南支槽偏弱，西太平洋副熱帶高壓偏西偏強。全國平均降水量為16.9 mm，比常年同期(19.0 mm)偏少11%，月內(nèi)17—19日出現(xiàn)了一次強雨雪天氣過程，湖北恩施建始縣和遼寧丹東出現(xiàn)大暴雨，黑龍江牡丹江、雞西和七臺河、內(nèi)蒙古通遼和赤峰等地出現(xiàn)大暴雪或特大暴雪。全國平均氣溫為3.9℃，比常年同期(2.9℃)偏高1℃，11月共出現(xiàn)4次冷空氣過程，其中1次為全國強冷空氣過程(18—22日)。10—17日，大氣擴散條件較為不利，華北中南部、黃淮西部、汾渭平原等地發(fā)生一次霧-霾天氣過程。

1 天氣概況

1.1 降 水

2020年11月，全國平均降水為16.9 mm，較常年同期(19.0 mm)偏少11 % (國家氣候中心, 2020)。從月降水量空間分布(圖1)看，11月降水主要集中在黃淮中部、江淮大部、江南北部、海南南部等地，累計降水量為50～100 mm；新疆西北部、內(nèi)蒙古中部、東北、華北、西藏東南部、西南地區(qū)東部和南部、華南西部等地為10～50 mm，其余地區(qū)降水量不足 10 mm。相較于常年同期(圖2)，內(nèi)蒙古中部和西部、東北地區(qū)南部、華北大部、黃淮、江淮、西北地區(qū)東部及新疆西部等地降水偏多，其中新疆西部、西北地區(qū)東部、內(nèi)蒙古中部和西部、東北地區(qū)南部、華北北部、黃淮等地偏多5成以上；而西北地區(qū)中西部、西藏大部、西南、華南以及江南等地降水偏少，其中，江南東南部、華南中部和東部以及四川南部、西藏中部、新疆南部、青海西部等地偏少8成以上。11月，全國共有196個站日降水量超過當(dāng)月極大值，主要分布在東北、華北、黃淮等地。其中遼寧長興島(60.2 mm，11月18日)日降水量超過當(dāng)?shù)厍锛緲O大值。17—19日，東北、華北、黃淮等地出現(xiàn)大范圍雨雪天氣。內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林、遼寧共有14個站日降水量超過50 mm，96個站日降水量超過當(dāng)月極大值(國家氣候中心,2020)。

圖1 2020年11月全國降水量分布(單位：mm)Fig.1 Distribution of precipitation amount in China in November 2020 (unit: mm)

1.2 氣 溫

11月，全國平均氣溫為3.9℃，較常年同期(2.9℃)偏高1℃。從月氣溫距平分布(圖3)看，僅在新疆西部和南部等地氣溫偏低1～2℃，局地偏低2～4℃；全國其余大部分地區(qū)平均氣溫接近常年同期或偏高，其中，西北地區(qū)東南部、內(nèi)蒙古東部、東北地區(qū)大部、華北中部和南部、黃淮、江淮、江漢北部、江南中部和東部、華南中部和東部、西南地區(qū)西部、西藏北部和云南東部等地偏高1～4℃。11月上旬，全國大部偏暖，除新疆南部、青海西北部、黑龍江北部、貴州等地偏冷；11月中旬，全國大部地區(qū)明顯偏暖，中東部偏暖4℃以上，內(nèi)蒙古中東部、東北地區(qū)偏暖6～8℃；11月下旬，全國大部地區(qū)由前期偏暖轉(zhuǎn)為偏冷，內(nèi)蒙古中西部、山西北部偏低5～9℃。此外，月內(nèi)全國共有20個國家站達(dá)到極端日降溫事件監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，其中遼寧11個站、黑龍江1個站、吉林2個站、內(nèi)蒙古1個站、山東4個站、西藏1個站，山東膠州(11.7℃)更是超過了該站的歷史極值。

圖2 2020年11月全國降水量距平百分率分布(單位:%)Fig.2 Distribution of precipitation anomaly percentage in China in November 2020 (unit: %)

2 環(huán)流特征和演變

圖4為2020年11月北半球500 hPa平均位勢高度場及距平分布，與常年同期相比(梅雙麗和牛若蕓，2017；尤媛等，2018；周軍等，2019；張?zhí)旌降龋?020)，環(huán)流形勢有以下主要特點：

2.1 極渦呈偶極型分布

11月北半球極渦呈偶極型分布(圖4a)，主極渦位于北美洲的阿勒特附近，中心值低于500 dagpm，另一個極渦中心位于亞洲北部的鄂霍次克海附近。從距平場上來看(圖4b)，兩個極渦中心均處于負(fù)距平區(qū)，強度較常年同期偏強，主極渦中心負(fù)距平超過-8 dagpm。

圖3 2020年11月全國平均氣溫距平分布(單位：℃)Fig.3 Distribution of mean temperature anomaly in China in November 2020 (unit: ℃)

圖4 2020年11月北半球500 hPa平均高度場(a)和距平場(b)(單位：dagpm)Fig.4 Geopotential height at 500 hPa (a) and its anomaly (b) in the Northern Hemisphere in November 2020 (unit: dagpm)

2.2 北半球環(huán)流呈三波型，東亞大槽偏弱

從月平均的500 hPa高度場和距平場(圖4)可知，11月北半球環(huán)流呈三波型，歐亞地區(qū)位勢高度呈“西高東低”分布型，亞洲中高緯度地區(qū)環(huán)流經(jīng)向度小，東亞大槽強度較常年同期偏弱，這種形勢不利于冷空氣南下影響我國，導(dǎo)致月內(nèi)氣溫較常年同期偏高。與多年平均相比，除新疆地區(qū)高度場為負(fù)距平控制外，全國其余大部分地區(qū)為正距平區(qū)，這也說明月內(nèi)影響我國的冷空氣勢力總體較弱，有利于氣溫升高。

2.3 西太平洋副熱帶高壓偏西偏強

11月南支槽平均位置在80°E，較常年同期偏西10°，控制印度半島且伴有正距平，南支槽強度偏弱、位置偏西，總體不利于孟加拉灣的水汽向我國內(nèi)陸地區(qū)輸送。西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)面積偏大，強度偏強，西伸脊點位置在80°E附近，較常年同期(128°E)顯著偏西，北界達(dá)到25°N附近，較常年同期偏北，副高控制區(qū)為下沉氣流，阻斷了南海和孟加拉灣水汽向我國南方地區(qū)的輸送，導(dǎo)致11月全國大部分地區(qū)降水量較常年同期偏少，西南、華南降水偏少5成以上。

2.4 環(huán)流演變與我國天氣

圖5給出了11月上、中、下旬歐亞地區(qū)500 hPa大氣環(huán)流發(fā)展演變的三個時段平均高度場，總體來看，歐亞大陸中高緯度環(huán)流經(jīng)向度較小，冷空氣勢力偏弱。

11月上旬(圖5a)，極渦活動偏強，歐亞中高緯度環(huán)流為“兩槽一脊”形勢，東亞大槽偏強，南支槽偏弱。我國中高緯地區(qū)受槽后西北氣流控制，多干燥晴朗天氣。影響我國的冷空氣較為活躍，但勢力不強，2—3日和7—9日先后有兩次冷空氣影響我國。低緯地區(qū)副高異常偏強，控制孟加拉灣至南海的廣大地區(qū)，不利于水汽向我國輸送，全國大部地區(qū)降水稀少，降水量較歷史同期普遍偏少80%以上。

11月中旬(圖5b)，歐亞中高緯度環(huán)流調(diào)整為“兩槽兩脊”形勢，以緯向環(huán)流為主，東亞大槽位置偏東，強度偏弱，不利于北方冷空氣影響我國。11—17日，我國大部地區(qū)受高壓脊控制，氣溫較常年同期顯著偏高，華北中南部、黃淮西部和汾渭平原等地出現(xiàn)靜穩(wěn)天氣形勢，導(dǎo)致霧-霾天氣發(fā)生。中旬后期，隨著北方高空槽東移，環(huán)流經(jīng)向度加大，我國遭受了一次大范圍強冷空氣過程，多地出現(xiàn)明顯降溫。過程中，配合有副高東退，南支槽加深，引導(dǎo)西南暖濕氣流向我國內(nèi)陸地區(qū)輸送，導(dǎo)致江漢、江淮、黃淮、華北、東北等地出現(xiàn)一次大范圍較強雨雪天氣過程，對北方旱情起到了明顯緩解的作用。

11月下旬(圖5c)，歐亞中高緯環(huán)流為“兩槽一脊”形勢，烏拉爾山至貝加爾湖地區(qū)為強大的高壓脊控制，脊前西北氣流有利于引導(dǎo)北方冷空氣南下影響我國，東亞大槽偏強，環(huán)流經(jīng)向度較大，冷空氣活動偏強。旬內(nèi)全國大部地區(qū)氣溫由前期偏暖轉(zhuǎn)為偏冷。大氣擴散條件較為有利，沒有出現(xiàn)大范圍的霧-霾天氣。

3 冷空氣活動

3.1 概 況

11月共有4次冷空氣過程影響我國，接近常年同期(4.1次)，分別發(fā)生在2—3日、7—9日、13—14日、18—22日，其中第一次和第三次較弱，第二次為全國范圍中等強度冷空氣，第四次為全國范圍強冷空氣過程，影響范圍最大(見表1)。

3.2 18—22日強冷空氣過程分析

18—22日我國大部分地區(qū)經(jīng)歷了一次強冷空氣過程，造成的影響詳見表1。本次冷空氣過程有兩個特點：一是移動緩慢，過程持續(xù)時間長，造成的累積降溫明顯；二是造成了大范圍雨雪天氣。

由500 hPa位勢高度場和地面氣壓場的演變趨勢來看，此次冷空氣過程為低槽分裂東移型，冷空氣的源地為冰島以南的洋面上，冷空氣經(jīng)歐洲南部、黑海、里海進入我國。冷空氣到達(dá)關(guān)鍵區(qū)后，經(jīng)蒙古國沿西北路徑影響我國河套附近地區(qū)，然后東移和南下影響我國中東部大部地區(qū)。16日08時，歐亞中高緯為緯向型環(huán)流，高空槽位于巴爾喀什湖以西地區(qū)，由于高度槽落后于溫度槽，在槽后冷平流作用下，高空槽在東移過程中發(fā)展加強。冷高壓主體位于歐洲南部，高壓中心為1 048 hPa，地面氣旋位于西西伯利亞南部。17日08時，冷高壓中心位置穩(wěn)定少動。地面氣旋東移，帶動其后部的龐大冷高壓系統(tǒng)向東擴展。地面冷鋒開始進入我國新疆北部。

18日08時500 hPa高度位勢場(圖6a)可以看出，有高空短波槽分裂東移至河套地區(qū)，與低緯地區(qū)的南支槽同位相疊加，槽進一步加深并緩慢東移；冷暖空氣交匯且高空槽前強烈的輻合上升運動，有利于在地面激發(fā)出黃河氣旋，并沿高空引導(dǎo)氣流向東北方向移動，造成我國淮河以北大部地區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)降溫和雨雪天氣。19日08時，地面圖上冷高壓主體移至亞洲西部，中心強度為1 052 hPa，高壓系統(tǒng)向東強烈發(fā)展，控制著貝加爾湖以西的廣大地區(qū)。500 hPa烏拉爾山高壓脊在暖平流作用下，向東北方向強烈發(fā)展，脊前偏北氣流加強，引導(dǎo)新鮮冷空氣從新地島南下源源不斷補充，有利于冷空氣堆積加強，高空槽分裂東移至貝加爾湖西側(cè)。20日08時(圖6b)，地面冷高壓強度已達(dá)到1 070 hPa，冷空氣主體移至蒙古國西部。500 hPa高空槽位于貝加爾湖東側(cè)至新疆北部一線，槽后西北氣流不斷引導(dǎo)冷空氣南下。21日08時，冷空氣前鋒已抵達(dá)我國華北北部地區(qū)，并不斷擴散南下，給中東部帶來大風(fēng)降溫天氣。500 hPa高空槽移動較為緩慢，有利于引導(dǎo)冷空氣補充南下。22日08時(圖6c)，500 hPa高空槽東移至我國東北至華北一帶；地面冷高壓仍穩(wěn)定維持在蒙古國西部，但龐大冷高壓系統(tǒng)的前鋒已推進到江南南部，造成了全國性的大風(fēng)降溫天氣。23日開始，隨著高空槽東移入海，冷高壓強度逐漸減弱，強冷空氣過程趨于結(jié)束。

4 主要降水過程

11月出現(xiàn)了一次較強雨雪天氣過程。17—20日，西北地區(qū)東部、內(nèi)蒙古、華北、黃淮、江淮、江漢、江南北部以及東北地區(qū)出現(xiàn)了大范圍雨雪天氣，其中，河南中東部、山東大部、遼寧大部、吉林中東部等地出現(xiàn)大到暴雨，局地大暴雨；黑龍江東部和南部、吉林中西部偏北、內(nèi)蒙古中部和東南部等地出現(xiàn)大到暴雪，黑龍江哈爾濱、牡丹江、七臺河和雞西以及內(nèi)蒙古通遼和赤峰等地出現(xiàn)大暴雪到特大暴雪，部分地區(qū)累計降雪量超過50 mm。內(nèi)蒙古東北部和東南部、黑龍江北部和南部、吉林中部最大積雪深度有15～25 cm，其中黑龍江南部大部達(dá)25～30 cm。最大積雪深度出現(xiàn)在吉林長嶺、黑龍江密山兩站，達(dá)38 cm。吉林中東部、遼寧中東部出現(xiàn)降雨、雨夾雪或雨轉(zhuǎn)雪，累計降水量達(dá)25～80 mm，遼寧丹東、大連局地超過100 mm。內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林、遼寧共有14個站日降水量超過50 mm，96個站日降水量超過當(dāng)月極大值。

表1 2020年11月主要冷空氣過程Table 1 Main cold air processes in November 2020

本次過程是由高空分裂短波槽東移，與南支槽同位相疊加，冷暖氣團交匯導(dǎo)致地面黃河氣旋鋒生，由此產(chǎn)生強烈的鋒面降水。過程前期，我國中東部地區(qū)氣溫持續(xù)偏高，為低空大氣的高比濕提供了基礎(chǔ)條件，使飽和空氣的水汽含量較高。17日08時(圖7a)，500 hPa低緯地區(qū)有南支槽東移，和中緯度西風(fēng)帶短波槽發(fā)生同相位疊加，高空槽加深，槽前暖平流作用使得強盛的西南氣流向北推進，低空700 hPa 槽前有低空急流(風(fēng)速>20 m·s-1)建立，把來自低緯度地區(qū)充沛的水汽(比濕>10 g·kg-1)向華北、黃淮等地輸送，配合850 hPa有西南低渦活動并東移，地面有暖低壓發(fā)展并向東北移動。高空槽前強烈的輻合上升運動，造成地面不斷減壓，高層出現(xiàn)強輻散。18日08時(圖7b)，高空槽東移，暖低壓系統(tǒng)北上，與北方冷空氣交匯于黃淮一帶，低空急流輻合上升區(qū)與高空急流輻散下沉區(qū)形成垂直深厚耦合系統(tǒng)，導(dǎo)致強的大尺度上升運動，激發(fā)地面氣旋鋒生，氣旋緩慢移動，為強降水提供了較好的動力條件，強降水主要出現(xiàn)在氣旋的東側(cè)。異常偏強的低空急流將充沛的水汽源源不斷地輸送到黃淮和東北地區(qū)上空，為強降水形成提供了充足的水汽。14時地面氣旋移至黃、渤海地區(qū)，有利于海上水汽近距離向東北地區(qū)輸送。從動力條件來看，低層鋒生強迫條件性對稱不穩(wěn)定，加劇了低層大氣不穩(wěn)定度，產(chǎn)生了持續(xù)的上升運動，有利于產(chǎn)生強降水。另外，遼寧和吉林東部的長白山對降水也起到了一定的增幅作用，一方面地形阻擋作用使得水汽在山前輻合加強，另一方面地形抬升有利于上升運動的加強，為降水提供有利的動力條件。極端強降水主要出現(xiàn)在遼寧東部、吉林東部的山前輻合區(qū)內(nèi)，遼寧丹東日降水量超過100 mm。18日16時，內(nèi)蒙古中東部、東北中部和南部、華北北部上空主要以厚冰云為主，隨著冷空氣侵入，地面氣溫降至0℃附近，遼寧西部、吉林中西部出現(xiàn)了雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換。19日13時，遼寧的降水全部轉(zhuǎn)為純雪，吉林于19時也全部轉(zhuǎn)雪。20日14時以后，隨著地面冷鋒東移入海，雨雪過程基本結(jié)束。

圖6 2020年11月18日(a)、20日(b)和22日(c)08時500 hPa位勢高度場(等值線，單位：dagpm)和海平面氣壓場(陰影，單位：hPa)Fig.6 Geopotential height (isoline, unit: dagpm) at 500 hPa and sea-level pressure (shaded, unit: hPa) at 08:00 BT 18 (a), 20 (b) and 22 (c) November 2020

圖7 2020年11月17日(a)和18日(b)08時500 hPa位勢高度場(等值線，單位：dagpm)、850 hPa風(fēng)場(風(fēng)羽，單位：m·s-1)和比濕(陰影：≥6 g·kg-1)Fig.7 Geopotential height (isoline, unit: dagpm) at 500 hPa, wind field (barb, unit: m·s-1) and specific humidity (shaded: ≥6 g·kg-1) at 850 hPa at 08:00 BT 17 (a) and 18 (b) November 2020

5 霧-霾過程

5.1 概 況

11月出現(xiàn)了一次明顯霧-霾天氣過程，次數(shù)與2017年和2019年同期持平(1次；尤媛等，2018；張?zhí)旌降龋?020)，少于2018年同期(2次；周軍等，2019)。受靜穩(wěn)天氣形勢影響，11月10—17日，京津冀及周邊地區(qū)、汾渭平原、東北地區(qū)中南部等地出現(xiàn)一次輕至中霾、局地短時重度霾天氣過程， 其中16—17日，華北中南部、黃淮、江淮東部、江漢、江南西部和北部等地的部分地區(qū)出現(xiàn)大霧，河南東部、江蘇東部、湖北中部、湖南東部等地的局部地區(qū)出現(xiàn)能見度不足200 m的強濃霧。

5.2 10—17日霧-霾天氣過程分析

10—17日，影響我國的冷空氣勢力較弱，不利于中東部地區(qū)大氣污染物的擴散，華北中南部、黃淮西部、汾渭平原、東北地區(qū)中南部等地出現(xiàn)了一次霧-霾天氣過程。過程期間，北京日均PM2.5質(zhì)量濃度最高達(dá)108 μg·m-3(11日)，單站小時平均PM2.5質(zhì)量濃度峰值達(dá)到210 μg·m-3(出現(xiàn)在12日11時順義新城)，污染最重城市河南濮陽小時平均PM2.5質(zhì)量濃度峰值高達(dá)290 μg·m-3(出現(xiàn)在13日10時)。此外，16—17日，華北中南部、黃淮和江淮東部等地由于地面濕度高至飽和，部分地區(qū)伴有大霧天氣，局地出現(xiàn)能見度不足200 m的強濃霧。本次霧-霾天氣過程持續(xù)時間較長，前期以霾為主，后期部分地區(qū)出現(xiàn)了霧-霾混合天氣。10日，大氣擴散條件轉(zhuǎn)為不利，華北南部、黃淮西部、陜西關(guān)中地區(qū)出現(xiàn)輕度霾。11日，受近地面偏南風(fēng)輸送影響，霾天氣向北發(fā)展，華北中北部、東北地區(qū)中南部相繼出現(xiàn)輕至中度霾。12日，霾進一步發(fā)展加重，河北中部、陜西關(guān)中達(dá)重度霾。13—14日，受弱冷空氣影響，北京、天津、河北中北部霾天氣消散，但在污染傳輸作用下，河北南部、河南、山東中西部等地霾天氣維持，部分地區(qū)短時加重，出現(xiàn)重度霾；陜西關(guān)中持續(xù)中至重度霾。15日起，地面又轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)控制，霾影響區(qū)域逐步北移，華北中南部、陜西關(guān)中地區(qū)持續(xù)輕至中度霾，局地發(fā)展為重度霾；同時地面相對濕度較前期明顯增大，夜間達(dá)飽和，北京南部、河北東部、山東西部、遼寧東部伴有大霧天氣。17日夜間起，受降水和冷空氣共同影響，汾渭平原、京津冀等地霾天氣消散；東北地區(qū)中南部受上游污染物傳輸影響，出現(xiàn)污染短時加重趨勢，于18日中午減弱消散，霧-霾過程結(jié)束。

從10—17日500 hPa平均位勢高度場來看，歐亞中高緯以緯向環(huán)流為主，我國北方大部地區(qū)受弱高壓脊控制，無明顯冷空氣活動；平均海平面氣壓場顯示，華北、黃淮等地受高壓后部弱氣壓場控制(圖8)。高空盛行下沉氣流，地面水平風(fēng)速較小，污染物水平和垂直擴散條件均較差，導(dǎo)致了霾天氣的形成。12日08時海平面氣壓場(圖略)上，華北、黃淮位于蒙古冷高壓和黃海高壓之間的低壓輻合區(qū)內(nèi)。近地面風(fēng)場顯示，京津冀及周邊地區(qū)位于西側(cè)蒙古高壓前部弱東北風(fēng)和東側(cè)黃海高壓后部弱西南風(fēng)的風(fēng)場輻合區(qū)中，有利于污染物向輻合區(qū)匯聚，導(dǎo)致北京南部、天津、河北中部出現(xiàn)污染最重時段。13日，北京位于500 hPa短波槽槽底，受東北路徑弱冷空氣影響，北京、天津、河北中北部的霾天氣逐漸消散，同時大氣污染向南傳輸，河北南部、河南、山東中西部等地霾天氣維持或加重。14日08時地面風(fēng)場輻合區(qū)向南推進到河北南部、河南東部、山東西部等地，有利于周邊污染物向輻合區(qū)積聚，對應(yīng)該時刻上述區(qū)域空氣污染達(dá)到重度級別。地面輻合線的維持和在弱冷空氣下南北擺動導(dǎo)致了污染在京津冀地區(qū)難以清除并反復(fù)出現(xiàn)，地面輻合區(qū)位置與重污染區(qū)域有高度的重合關(guān)系，研究輻合區(qū)的位置變化對重污染預(yù)報有較好的指示參考意義。15—17日華北、黃淮地區(qū)在低層偏東和偏南風(fēng)作用下，早晨地面相對濕度明顯增大，輻合區(qū)內(nèi)水汽積聚，部分地區(qū)出現(xiàn)大霧天氣，能見度下降。17日夜間開始，受降水和冷空氣共同影響，華北、黃淮等地大氣污染擴散和濕清除條件轉(zhuǎn)好，霧-霾過程逐漸結(jié)束。

圖8 2020年11月10—17日平均 500 hPa位勢高度場(等值線，單位：dagpm)和海平面氣壓場(陰影，單位：hPa)Fig.8 Average geopotential height (isoline, unit: dagpm) at 500 hPa and sea-level pressure (shaded, unit: hPa) during 10-17 November 2020

致 謝：感謝國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。