關(guān) 良 張 濤 李 鑫

1 國家氣象中心，北京 100081 2 中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院， 北京 100081

提 要： 2021年3月大氣環(huán)流呈雙極型分布，中高緯環(huán)流為三波型，東亞大槽偏弱，西太平洋副熱帶高壓強度與常年相當(dāng)。3月全國平均氣溫為6.6℃，較常年同期(4.1℃)偏高2.5℃，為1961年以來同期第二高。全國降水量為27.8 mm，較常年同期(29.5 mm)偏少6%。本月有3次大范圍沙塵天氣過程，較常年偏強偏多，其中13—18日為近十年我國最強沙塵天氣過程。強對流天氣偏少，僅月底在長江流域發(fā)生一次強對流天氣過程。月內(nèi)冷空氣偏弱，僅于15—17日發(fā)生一次中等強度冷空氣過程。云南等地干旱持續(xù)，華南干旱開始發(fā)展。

引 言

2021年3月冷空氣活動總體偏少偏弱，2月以來氣溫顯著偏高、降水偏少的天氣形勢持續(xù)。在此形勢下，我國北方和蒙古國土壤解凍偏早，有利于地表起沙，月內(nèi)共發(fā)生3次沙塵暴天氣過程，影響范圍較大，強度強，為近十年來少見。月底長江中下游流域發(fā)生一次以短時強降水為主的強對流天氣過程，造成江西北部、安徽南部等地的冰雹、雷電天氣災(zāi)害，并伴有雷暴大風(fēng)。月內(nèi)有一次中等強度冷空氣過程影響我國，多地出現(xiàn)低溫冷凍災(zāi)害或雪災(zāi)，最高降溫幅度超過14℃。云南中北部、四川南部、貴州西部等地干旱持續(xù)發(fā)展，森林火險等級較高。

1 天氣概況

1.1 降 水

3月，全國平均降水量為27.8 mm，較常年同期(29.5 mm)偏少6%。從空間分布看(圖1)，全國呈現(xiàn)出階梯向心型分布，從西北到東南,降水量逐漸增多。江淮、江漢、江南大部為降水極大值區(qū)，降水量超過100 mm，其中浙江和江西局部超過200 mm，華南北部及重慶東部等地降水量為50 mm以上。西北中西部、青藏高原西部和北部、東北地區(qū)西部以及內(nèi)蒙古中東部、云南大部、四川西南部等地降水量不足10 mm。其余大部地區(qū)降水量為10～50 mm。

圖1 2021年3月全國降水量分布(單位：mm)Fig.1 Distribution of precipitation over China in March 2021 (unit: mm)

與常年同期相比，西南地區(qū)東南部、華南大部、東北地區(qū)西南部以及江西南部、甘肅西北部、青海中北部、新疆西部等地偏少2～8成，云南大部、四川南部、貴州西部和新疆西部偏少8成以上(圖2)，其中云南平均月降水量在10 mm以下，為歷史同期第二少；華北大部、河套地區(qū)以及黑龍江大部、山東東部和北部、湖北東部和西南部、重慶中東部、新疆北部和東南部、西藏中部等地偏多5成至2倍，其中部分地區(qū)偏多2倍以上，黑龍江、寧夏部分地區(qū)的平均月降水量超過25 mm為歷史同期第二多，北京為同期第三多；其余地區(qū)接近常年同期。

圖2 2021年3月全國降水量距平 百分率分布(單位：%)Fig.2 Spatial distribution of precipitation anomaly percentage over China in March 2021 (unit: %)

1.2 氣 溫

3月，全國平均氣溫為6.6℃，較常年同期(4.1℃)偏高2.5℃，為1961年以來同期第二高。從空間分布上看(圖3)，全國大部地區(qū)較常年同期均偏暖，氣溫偏高1～4℃，我國東部地區(qū)較西部偏暖程度高，其中黃淮、江淮、江漢、江南、華南等地區(qū)偏高2～3℃，內(nèi)蒙古中東部、黑龍江西部、吉林西部等地偏高最多，超過4℃。

圖3 2021年3月全國平均氣溫 距平分布(單位：℃)Fig.3 Distribution of monthly mean temperature anomaly over China in March 2021 (unit: ℃)

2 環(huán)流特征

2021年3月北半球500 hPa平均高度及距平的水平分布(圖4)表明，3月北半球環(huán)流形勢有以下特點。

2.1 極渦呈雙極型分布

3月北半球極渦呈雙極型分布(圖4a)，兩極分別位于東西伯利亞海和格陵蘭島以西，中心強度低于500 dagpm，與去年同期的單極型極渦相比，極渦中心沿120°E和60°W向南延伸分裂，東西伯利亞海一側(cè)的極渦與負(fù)距平中心相對應(yīng)(圖4b)，距平值低于-16 dagpm。

圖4 2021年3月北半球500 hPa平均 位勢高度場(a)和距平場(b)(單位：dagpm)Fig.4 Monthly average geopotential height (a) and its anomaly (b) at 500 hPa in the Northern Hemisphere in March 2021 (unit: dagpm)

2.2 中高緯度呈三波型，東亞槽偏弱，副熱帶高壓與常年相當(dāng)

如圖4所示，2021年3月，北半球中高緯度500 hPa 位勢高度呈三波型分布，北美槽與常年相比略向南加深，但位置和強度相當(dāng)。整個歐亞大陸地區(qū)中高緯的“兩槽一脊”型環(huán)流較常年呈現(xiàn)“西強東弱”的態(tài)勢。歐洲槽偏東位于東歐且顯著偏強(對應(yīng)10 dagpm的負(fù)距平區(qū))偏深，烏拉爾山脊偏弱偏東，東亞槽較偏弱，亞洲中高緯環(huán)流平直，影響我國的冷空勢力較弱，導(dǎo)致3月全國范圍內(nèi)均出現(xiàn)氣溫正異常，平均氣溫較同期偏高2.5℃，其中內(nèi)蒙古中東部、黑龍江西部、吉林西部等地較常年氣溫偏高4～6℃，加速積雪融化，造成土壤沙化。

低緯地區(qū)高度場普遍為正距平(0～2 dagpm)，表現(xiàn)為西太平洋副熱帶高壓與南支槽略偏北，配合較弱冷空氣活動，使得冷暖交匯區(qū)域偏北，我國長江中下游地區(qū)月內(nèi)累計降水超過200 mm。江淮、江漢、江南地區(qū)降水偏多，華南與云南中北部、四川南部、貴州西部等地降水量較常年偏少，云南大部降水量不足10 mm，干旱持續(xù)發(fā)展，部分地區(qū)達中到重度氣象干旱，廣東和臺灣等地旱情明顯。

2.3 環(huán)流演變與我國天氣

圖5表示3月上、中、下旬歐亞地區(qū)500 hPa的旬平均位勢高度場。

3月上旬(圖5a)極渦偏東位于東西伯利亞海附近，相應(yīng)東亞槽位置偏東，貝加爾湖脊控制我國西北地區(qū)，環(huán)流經(jīng)向度為3月最強時期。冷空氣活動相對活躍并主要影響我國北方和東部地區(qū)。東北大部、華北、江漢北部、黃淮大部及青海西北部最大過程降溫達8～14℃，其中黑龍江和吉林部分地區(qū)降溫超過20℃，造成新疆、黑龍江、吉林、山西、河北、湖南、浙江、四川等地的部分地區(qū)出現(xiàn)中到大雪。南下冷空氣與偏南暖濕氣流在江南地區(qū)匯合，較往年略偏北，江南大部和華南北區(qū)3月上旬累計超過50 mm，其中安徽南部、浙江西部、江西東北部累計降水量達到200 mm以上。

圖5 2021年3月上旬(a)、中旬(b)、下旬(c) 500 hPa平均位勢高度場(單位：dagpm)Fig.5 Average geopotential height at 500 hPa for the first (a), second (b), and third (c) dekads in March 2021 (unit: dagpm)

3月中旬(圖5b)，東西伯利亞極渦西移至新地島，東亞槽隨之顯著減弱，貝加爾湖脊減弱南退，并略向東移動，環(huán)流經(jīng)向度減小，影響我國冷空氣總體較弱。地表增溫明顯，有利起沙，在3月15—17日蒙古氣旋和中等強度冷空氣過程的背景下，出現(xiàn)了近十年來我國最強沙塵天氣過程。持續(xù)時間長、影響范圍廣，涉及19個省(自治區(qū)、直轄市)，影響范圍4 562 000 km2；內(nèi)蒙古中西部、甘肅西部、寧夏、陜西北部、山西北部、河北北部、北京、天津等地出現(xiàn)沙塵暴，其中內(nèi)蒙古中西部、寧夏、陜西北部、山西北部、河北北部、北京等地部分地區(qū)出現(xiàn)強沙塵暴。南支槽減弱，我國南方大部地區(qū)3月中旬降水偏少。

3月下旬(圖5c)，東半球極渦減弱消失，貝加爾湖脊有所加強，繼續(xù)有利于蒙古國和內(nèi)蒙古西部起沙。同時東亞槽較中旬有所加強，經(jīng)向度加大，冷空氣活動較中旬有所加強，月末一次蒙古氣旋和冷空氣活動，造成3月27日至4月1日的強沙塵暴過程，影響范圍廣，西北大部及內(nèi)蒙古中西部、東北中南部、華北、黃淮、江淮東部及湖北北部、上海、浙江北部等地出現(xiàn)揚沙和浮塵天氣，內(nèi)蒙古中部、陜西北部、河北西北部的部分地區(qū)出現(xiàn)沙塵暴，內(nèi)蒙古中部出現(xiàn)強沙塵暴。南支槽加深，配合南下冷空氣，月底長江流域發(fā)生一次以高架雷暴為主的強對流天氣過程。

3 沙塵和強對流天氣

3.1 沙塵天氣概況

3月，我國北方地區(qū)平均揚沙及以上等級沙塵日數(shù)共0.9 d，為2011年以來同期最多。月內(nèi)，共出現(xiàn)3次沙塵天氣過程(表1)，接近2000—2020年平均值(3.6次)，其中3月13—18日、27日至4月1日為強沙塵暴過程，19—21日為揚沙過程。其中13—18日，出現(xiàn)近十年我國最強沙塵天氣過程，持續(xù)時間長、影響范圍廣，涉及19個省(自治區(qū)、直轄市)，影響范圍4 562 000 km2。

表1 2021年3月主要沙塵天氣過程Table 1 Main sand-dust weather processes in March 2021

3.2 3月13—18日沙塵天氣過程分析

2月下旬，全國共有494個國家氣象觀測站氣溫突破歷史極值。從3月平均場看(圖3)，內(nèi)蒙古、甘肅東北部、山西北部、河北北部等地與常年同期相比氣溫偏高3℃以上，其中內(nèi)蒙古中東部偏高4℃以上，入冬以來，蒙古國和我國西北地區(qū)降水量較常年同期偏少，2月中旬至3月中旬降水普遍偏少50%以上，大部分地區(qū)少于10 mm甚至無降水，地表基本無積雪覆蓋，加速了無積雪裸露地表擴展，大范圍裸露地表為沙塵天氣有力的起沙條件，蒙古國為此次過程主要沙塵源地。

從3月14日14時500 hPa環(huán)流形勢來看(圖6a)，亞洲中高緯有三槽兩脊，中西亞和遠(yuǎn)東地區(qū)為長波槽區(qū)，中間寬廣的區(qū)域內(nèi)有一短波槽脊活動。新疆東部、至蒙古國西部在高空短波槽后由地面冷高壓控制，蒙古國中東部為高空短波槽前，地面蒙古氣旋發(fā)展，蒙古國沙源地位于冷高壓與蒙古氣旋間氣壓梯度最強區(qū)域(50 hPa)，且存在中低空強冷平流(圖6b)，配合日間地表快速升溫，造成中低空干絕熱不穩(wěn)定層結(jié)。強氣壓梯度、強冷平流以及不穩(wěn)定層結(jié)造成的動量下傳等共同作用，使得這一地區(qū)出現(xiàn)西北大風(fēng)刮起沙塵，而不穩(wěn)定層結(jié)同時又有利于沙塵通過湍流向上交換在西北氣流引導(dǎo)下向我國輸送。最終蒙古國約有110萬km2的起沙面積，15日后沙塵沿三路影響我國東北、華北和黃淮、甘肅、新疆等地區(qū)，其中甘肅、新疆等地沙塵影響時間最長、強度最強。從偏東路徑南下影響的華北地區(qū)，出現(xiàn)10級以上的陣風(fēng)，其中張家口部分地區(qū)PM10平均質(zhì)量濃度超過10 000 μg·m-3，北京部分地區(qū)超過9 000 μg·m-3， 16日上午沙塵沿地面向下游輸送至江淮、江漢地區(qū)，華北、東北空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)好。16日下午至17日受偏南風(fēng)影響，一部分沙塵由地面輸送沿東北、黃淮地區(qū)回流至北京及周邊地區(qū)，另一部分向西北輸送與滯留于新疆盆地的沙塵匯合，持續(xù)影響我國西北地區(qū)。18—19日500 hPa高壓脊維持，經(jīng)向度減小，冷空氣主體影響結(jié)束，風(fēng)力減小，雨雪天氣削弱了沙塵對西北地區(qū)的影響。19—20日西北地區(qū)沙塵隨偏東氣流影響我國的西北東部和華北地區(qū)，造成陜西、山西大范圍浮塵天氣。20日以后，本次極端沙塵天氣過程趨于結(jié)束。

圖6 2021年3月14日14時(a)500 hPa位勢高度場(等值線，單位：dagpm)和海平面氣壓(陰影)， (b)850 hPa溫度(陰影)和風(fēng)場(風(fēng)向桿，單位：m·s-1)Fig.6 (a) The 500 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm) and sea-level pressure (shaded area), (b) 850 hPa winds (wind barb, unit: m·s-1) and temperature (shaded area) at 14:00 BT 14 March 2021

3.3 3月30—31日強對流天氣過程分析

3月，共出現(xiàn)一次強對流天氣過程，與近兩年數(shù)量相同,且均發(fā)生在3月下旬(周曉敏和張濤，2020；韓旭卿和張濤，2019)，受災(zāi)區(qū)域主要以長江中下游流域和云貴川三省為主，南支槽、低空切變線、低空急流為主要影響系統(tǒng)。3月30—31日湖北南部、湖南北部、江西北部以大范圍雷雨為主，并伴有雷暴大風(fēng)，局地由冰雹天氣。受南支槽、低層切變線影響，浙江、江西、安徽、江蘇、湖南、重慶、四川發(fā)生雷暴和短時強降水，并伴有雷暴大風(fēng)和冰雹，多地出現(xiàn)不同程度的受災(zāi)，其中浙江西南部31日17時出現(xiàn)直徑57.5 mm的冰雹，湖北東部(鄂州)、安徽南部、江西南部、福建東北部、浙江南部等地出現(xiàn)8～9級雷暴大風(fēng)。

從30日20時500 hPa的形勢看(圖7a)，位于四川東部的短波槽東移至長江中下游流域，槽前與底層850 hPa切變線交匯，大尺度鋒面抬升作用從湖南北部、湖北南部開始，直至安徽南部，湖北南部、湖南北部、江西北部的低空切變系統(tǒng)附近，整層可降水量達到60 mm，并有低層偏南暖濕氣流持續(xù)輸送，為大范圍雷雨過程提供必要的動力和水汽條件。此次過程為高架強對流天氣過程，由30日20時的南昌站實況探空(圖7b)可知，邊界層氣溫不高而中低空暖濕平流明顯，地基雷暴抑制較大且能量較弱不易發(fā)生，最不穩(wěn)定層約在850 hPa左右，訂正對流抬升點至850 hPa(圖7c)，LI達到-7 K，對流有效位能超過1 500 J·kg-1，且對流平衡高度超過-30℃ 層，極其有利于大冰雹的產(chǎn)生。

圖7 2021年3月30日20時(a)500 hPa位勢高度場(等值線，單位：dagpm)、850 hPa風(fēng)場(風(fēng)向桿，單位：m·s-1)、 850 hPa整層可降水量(陰影)，(b)南昌站探空曲線和(c)訂正后探空曲線Fig.7 (a) The 500 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm), 850 hPa winds (wind barb, unit: m·s-1) and precipitable water (shaded area), (b)T-lnp diagram for Nanchang Sounding Station and (c) the corrected diagram at 20:00 BT 30 March 2021

4 其他災(zāi)害性天氣

4.1 冷空氣

3月僅有1次全國冷空氣過程，發(fā)生在15—17日，為中等強度冷空氣過程，與15日沙塵暴過程為同一股冷空氣，持續(xù)時間較長，影響范圍較廣，造成東北、華北、西北、黃淮、江淮、江南東部不同程度的降溫，最大降溫超過14℃，其中15日內(nèi)蒙古呼倫貝爾受蒙古氣旋影響，新巴爾虎左旗出現(xiàn)暴風(fēng)雪天氣，受災(zāi)人口超過3 000人，全旗15個氣象監(jiān)測站最大風(fēng)力均達到9級以上，其中2個站最大風(fēng)力達到12級(32.7 m·s-1以上)，全旗各蘇木鎮(zhèn)降雪量均達到中雪以上量級，其中罕達蓋、烏布爾寶力格蘇木、新寶力格蘇木降雪量達到大雪標(biāo)準(zhǔn)，過程期間能見度僅為30 m。

4.2 干 旱

3月，云南中北部、四川南部、貴州西部等地干旱持續(xù)發(fā)展，普遍達中到重度氣象干旱，云南西北部和東北部有特旱；福建南部、廣東東部、廣西南部氣象干旱露頭并發(fā)展，出現(xiàn)中旱和重旱。31日，云南、貴州、四川、廣東、廣西和福建等6省(自治區(qū))中旱以上面積達到749 000 km2，重旱以上達28.9萬km2，其中特旱85 000 km2。云南部分地區(qū)因旱造成水庫蓄水不足，人畜飲水困難。云南、四川南部等地森林火險等級高。受旱情影響，去冬今春以來，云南昭通、臨滄、迪慶、楚雄、昆明等13市(自治州)51個縣(市、區(qū))97.7萬人受災(zāi)，30.4萬人因旱需生活救助，其中28.8萬人因旱飲水困難需救助；農(nóng)作物受災(zāi)面積為41 400 ha，其中絕收面積為1 900 ha；飲水困難大牲畜為13.5萬頭(只)；直接經(jīng)濟損失為3億元。

致 謝：感謝國家氣象中心氣象服務(wù)室劉揚為本文提供月降水量、降水距平百分率和溫度距平資料；感謝國家氣象中心天氣預(yù)報室中期科提供的全國冷空氣過程記錄。