黃奕武 董 林 劉 達(dá) 陳博宇

國家氣象中心，北京 100081

提 要： 2021年10月北半球大氣環(huán)流特征主要表現(xiàn)為：極渦主要呈單極型分布，位置偏離北極點靠近西伯利亞；中高緯地區(qū)環(huán)流呈5波型分布，500 hPa位勢高度場在亞洲東北部至東北太平洋一帶為負(fù)距平，在北美至北極地區(qū)為正距平；副熱帶高壓呈狹長帶狀分布，幾乎環(huán)繞北半球；西北太平洋副熱帶高壓較近幾年同期范圍偏小。10月全國平均降水量為52.1 mm，較常年同期偏多45.4%，為1961年以來歷史同期第四多，且分布不均勻；全國平均氣溫為10.7℃，較常年同期偏高0.4℃。月內(nèi)有3次主要降水過程，2次中等強度冷空氣過程，有4個臺風(fēng)和1個熱帶低壓生成。其中，3—6日主要降水過程由東北冷渦、低空急流和低層切變線共同引起，該過程持續(xù)時間長，累計雨量大且極端性強；另外2次主要降水過程分別由2117號臺風(fēng)獅子山和2118號臺風(fēng)圓規(guī)造成，使得我國東南至華南沿海地區(qū)出現(xiàn)強降水。

1 天氣概況

1.1 降 水

2021年10月，全國平均降水量為52.1 mm，較常年同期偏多45.4%，為1961年以來歷史同期第四多。從空間分布看(圖1)，降水量分布不均勻，華南沿海、湖南南部、云南南部及山西大部、陜西大部、四川東部、重慶大部降水量在100 mm以上，其中廣東沿海、廣西沿海、海南島東部、云南南部、四川東部、山西中部及陜西局部降水量超過200 mm。有79個站出現(xiàn)極端連續(xù)降水事件，主要分布于山西中部、陜西中部、河北中部、海南等地，其中山西小店(210.2 mm)、山西孝義(241.2 mm)、陜西富縣(220.5 mm)、海南臨高(480.1 mm)等16個站的連續(xù)降水量達(dá)到歷史極值。與常年同期相比(圖2)，遼寧東部、河北中部、山西大部、陜西中部、四川東部、青海西部、西藏西部及華南沿海等地偏多2倍以上，其中山西中部、青海西部、西藏西部和廣東東部沿海的局部地區(qū)甚至偏多5倍以上；東北地區(qū)中部、內(nèi)蒙古大部、新疆南部、西藏東南部、黃淮南部、湖北西南部等地偏少5成以上。甘肅和山西降水量均為1961年以來歷史同期最多，海南、河北和遼寧均為歷史同期次多(國家氣候中心，2021)。青海西部和西藏西部的局部地區(qū)較常年平均值偏多，分析與這些地區(qū)常年降水平均值較小有關(guān)。

圖1 2021年10月全國降水量分布(單位：mm)Fig.1 Distribution of precipitation over China in October 2021 (unit: mm)

圖2 2021年10月全國降水量距平百分比分布(單位：%)Fig.2 Spatial distribution of precipitation anomaly percentage over China in October 2021 (unit: %)

1.2 氣 溫

10月，全國平均氣溫為10.7℃，較常年同期(10.3℃)偏高0.4℃。從空間分布來看(圖3)，西藏大部、云南西北部、青海南部、四川西部等地氣溫偏高2～4℃；華北東部及新疆大部、廣西南部等地氣溫偏低1～2℃。青海氣溫為1961年以來歷史同期最高，西藏為次高。云南盈江國家觀測站出現(xiàn)極端高溫事件，最高氣溫達(dá)36.1℃(國家氣候中心，2021)。

2 環(huán)流特征與演變

2.1 環(huán)流特征

10月，北半球500 hPa月平均位勢高度場主要呈單極渦型分布，極渦主體明顯偏離北極點，位于西伯利亞以北的拉普捷夫海至白令海峽一帶，中心位勢高度低于520 dagpm，與近幾年極渦強度相當(dāng)(聶高臻和高拴柱，2018；曹越男和高拴柱，2019；王慧等，2020；聶高臻和高拴柱，2021)。北半球中高緯西風(fēng)帶呈5波型分布，長波槽分別位于北大西洋東部、歐洲南部、中亞、東北亞和東北太平洋，其中北大西洋東部大槽后部的北美地區(qū)有明顯高壓脊活動(圖4a)。受極渦和長波槽分布形態(tài)影響，亞洲東北部至東北太平洋一帶位勢高度場呈負(fù)距平分布，上述兩地各有一個達(dá)-10 dagpm的負(fù)距平中心；而北美至北極地區(qū)則出現(xiàn)大范圍的正距平區(qū)，正距平中心位于北美地區(qū)東部，達(dá)24 dagpm(圖4b)。

圖3 2021年10月全國平均氣溫距平分布(單位：℃)Fig.3 Spatial distribution of monthly mean temperature anomaly over China in October 2021 (unit: ℃)

10月的副熱帶高壓(以下簡稱副高)呈狹長的帶狀，幾乎環(huán)繞北半球，僅在印度半島和小笠原群島附近有斷裂。從近幾年的同期副高形態(tài)來看(聶高臻和高拴柱，2018；曹越男和高拴柱，2019；王慧等，2020；聶高臻和高拴柱，2021)，這種超長帶狀的副高分布形態(tài)比較罕見。其中，西北太平洋地區(qū)的副高西脊點位于22°N、97°E附近，相較于近幾年同期的副高形態(tài)，其范圍較??；中北太平洋的副高中心出現(xiàn)在592 dagpm以上的位勢高度，強度與去年同期相當(dāng)(聶高臻和高拴柱，2021)。由于副高范圍偏小，月內(nèi)臺風(fēng)活躍，先后有4個臺風(fēng)生成，其中臺風(fēng)獅子山和圓規(guī)先后登陸我國海南省。

圖4 2021年10月北半球500 hPa平均高度場(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 October 2021 (unit: dagpm)

2.2 環(huán)流演變與我國天氣

圖5給出了10月上、中、下旬歐亞地區(qū)500 hPa平均位勢高度場的演變。10月上旬(圖5a)，歐洲地區(qū)的環(huán)流呈阻塞高壓形態(tài)，高壓前的大槽位于西西伯利亞，從高緯地區(qū)不斷地輸送冷空氣，由新疆進(jìn)入，自西向東影響我國。東亞中高緯西風(fēng)帶比較平直，而我國淮河以南為副高所控制，暖濕氣流沿副高西北側(cè)向北輸送，與冷空氣交匯在我國中西部地區(qū)和東北地區(qū)，造成旬內(nèi)的一次區(qū)域性暴雨過程。旬內(nèi)的另一次降水過程是由副高西南側(cè)的偏東氣流和臺風(fēng)獅子山共同影響所致。

10月中旬(圖5b)，歐洲地區(qū)的阻塞高壓崩潰消散，整個歐亞地區(qū)高緯環(huán)流形勢呈“兩槽一脊”型；而中亞地區(qū)位置有另一弱槽發(fā)展，使中緯地區(qū)呈“三槽兩脊”的環(huán)流形勢。在這種環(huán)流形勢下，只有高緯地區(qū)的脊前西北氣流能形成較明顯的冷平流，冷空氣從東路南下，影響我國東北地區(qū)和華北的偏東部地區(qū)。另一方面，副高覆蓋我國長江以南大部，西脊點西延至93°E，與青藏高原形成天然屏障，阻礙暖濕氣流進(jìn)入我國。兩方面的共同影響，不利于大范圍降水的發(fā)生。旬內(nèi)唯一一次明顯降水過程是由沿副高南沿西行并登陸海南的臺風(fēng)圓規(guī)造成。

圖5 2021年10月上旬(a)、中旬(b)、下旬(c)500 hPa位勢高度場(單位：dagpm)Fig.5 The 500 hPa geopotential height in the first (a), second (b) and third (c) dekads in October 2021 (unit: dagpm)

10月下旬(圖5c)，歐亞地區(qū)中高緯環(huán)流的經(jīng)向分量相對于上、中旬明顯減小。歐洲地區(qū)以弱脊形勢為主，西西伯利亞至中亞一帶呈不連貫的弱槽形勢。東亞大槽略有東移并且強度減弱，但中緯度鋒區(qū)有整體南壓的趨勢，槽底由中旬的30°N附近向南推進(jìn)至25°N附近，我國大部分地區(qū)位于槽后脊前，西非至印度洋一帶的副高與我國南側(cè)的副高合并，形成狹長的帶狀副高。這種環(huán)流形勢不利于冷暖空氣交匯，使得旬內(nèi)我國沒有出現(xiàn)明顯的系統(tǒng)性降水過程，只有小股弱冷空氣活動。

3 主要降水過程

3.1 概 況

2021年10月，受高空冷渦、低層切變線和臺風(fēng)的共同影響，發(fā)生了3次主要降水過程。其中3—6日的區(qū)域降水過程主要由冷暖空氣在長江以北地區(qū)交匯引起；8—10日和12—14日降水過程則由臺風(fēng)和低空偏東急流引起，主要發(fā)生在華南及東南沿海。降水過程的主要影響系統(tǒng)、具體影響區(qū)域和降水強度見表1。

表1 2021年10月主要降水過程Table 1 Main precipitation events in October 2021

3.2 10月3—6日降水過程分析

3—6日，四川盆地、西北地區(qū)東部至東北南部、華北、黃淮北部一帶出現(xiàn)一次區(qū)域暴雨過程。此次過程持續(xù)時間長，累計雨量大，極端性強。期間，四川盆地北部、甘肅東部、陜西中部和西南部、山西中部、河北中部、天津中部、河南北部、山東北部、遼寧中東部、吉林東南部等地累計降水量為100～250 mm，四川廣元和巴中、陜西漢中、遼寧丹東和本溪局地累計降水量達(dá)300～400 mm，四川巴中南江縣局地達(dá)487 mm。有155個國家觀測站日降水量突破當(dāng)?shù)?0月極值。

3日08時，東北地區(qū)有冷渦活動，渦后有大范圍冷平流從西伯利亞穿過蒙古國直達(dá)我國內(nèi)蒙古至新疆一帶；黃河以南有一個風(fēng)速超過20 m·s-1的低空急流從貴州、湖南一帶推進(jìn)至東北南部，帶來大量水汽；冷暖氣團(tuán)在我國中西部地區(qū)和東北地區(qū)交匯，形成一條呈東北—西南走向的低層切變線，3日夜間，在四川盆地東部至陜西東南部的切變線上有低渦發(fā)展加強，給上述地區(qū)帶來強降水(圖6)。東北冷渦在西風(fēng)帶作用下向東快速移出東北，東北南部及黃淮北部的強降水結(jié)束，但冷渦后部的冷平流區(qū)和冷渦南側(cè)的暖濕低空急流所形成的切變線仍維持了較長時間并有小幅度的南北擺動，4日后主雨區(qū)轉(zhuǎn)移至華北南部、西北地區(qū)東部及四川盆地一帶。隨著冷、暖平流減弱，5日低層切變線逐漸消散，強降水過程結(jié)束。

圖6 2021年10月3日08時的850 hPa風(fēng)場、溫度(等值線，單位：℃)和比濕(陰影)Fig.6 The 850 hPa wind, temperature (contour, unit: ℃) and specific humidity (shaded) at 08:00 BT 3 October 2021

4 冷空氣過程

10月全國主要有2次中等強度的冷空氣過程。6—11日，新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、江蘇出現(xiàn)10～13℃的降溫，華北平原地區(qū)、華中、黃淮、江淮、江南等地降溫5～10℃；12—17日，東北地區(qū)北部出現(xiàn)10～14℃的降溫，內(nèi)蒙古東部、東北地區(qū)南部、華北平原地區(qū)、山東北部、浙江等地降溫8～12℃，西北、黃淮、江淮、江南等地降溫5～8℃。

6—11日的冷空氣過程影響范圍廣、時間長。6日 08時，新疆西北側(cè)500 hPa有一個橫槽發(fā)展并有切斷低渦，低渦中心位勢高度值低于544 dagpm，在溫度場上伴隨著一個中心溫度低于-32℃的冷堆(圖7a)。之后該低渦低槽逐漸向東移動，引導(dǎo)冷空氣從新疆北部東移并滲透南下，自西向東、自北向南影響我國大部分地區(qū)。至10日08時，低渦低槽東移至我國東北地區(qū)，東北亞有冷空氣補充，導(dǎo)致低渦低槽加強，冷空氣滲透南下(圖7b)，降溫區(qū)自北向南擴散，引發(fā)我國大范圍地區(qū)的降溫。此時新疆西側(cè)有低渦低槽新生發(fā)展，但強度較弱，后期在東移過程中與從西伯利亞南下的冷空氣合并，給我國帶來第二次冷空氣過程。

5 熱帶氣旋活動

5.1 概 況

10月，南海及西北太平洋共有4個臺風(fēng)生成(表2，圖8)，生成個數(shù)與常年同期(3.8個)基本持平。其中，臺風(fēng)獅子山和圓規(guī)先后在同一個地點(海南省瓊海市)登陸，登陸臺風(fēng)數(shù)較常年同期(0.6個)偏多1.4個。另外，9月23日生成的第16號臺風(fēng)蒲公英在遠(yuǎn)海活動至10月2日，最終在日本以東洋面變性為溫帶氣旋。 臺風(fēng)南川、瑪瑙和蒲公英對我國無影響。24—27日，南海南部有一熱帶低壓生成后向偏西方向移動，27日在越南慶和省沿海登陸，之后很快在越南境內(nèi)減弱消散。

5.2 2117號臺風(fēng)獅子山

6日，南海中西部海域有熱帶擾動發(fā)展為熱帶低壓。熱帶低壓向西北轉(zhuǎn)偏北方向緩慢移動，強度緩慢加強。8日該低壓加強為熱帶風(fēng)暴級，被編號為2117號臺風(fēng)并被命名為獅子山，之后向海南東部沿岸靠近，于8日22:50前后在海南省瓊海市登陸，登陸時中心附近最大風(fēng)力達(dá)8級(20 m·s-1)，中心最低氣壓為990 hPa。登陸后，“獅子山”穿過海南島北部后進(jìn)入瓊州海峽，然后轉(zhuǎn)向偏西方向移動進(jìn)入北部灣，強度維持，10日下午在越南北部沿海再次登陸，登陸后迅速減弱消散。

圖7 2021年10月6日08時(a)和10日08時(b)的500 hPa高度場(等值線，單位：dagpm)和溫度場(陰影)Fig.7 The 850 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm) and temperature (shaded) at 08:00 BT 6 (a) and 08:00 BT 10 (b) October 2021

表2 2021年10月西北太平洋和南海臺風(fēng)生成簡表Table 2 Tropical cyclones generated over Northwest Pacific and South China Sea in October 2021

圖8 南海和西北太平洋2021年10月生成臺風(fēng)路徑Fig.8 Tracks of typhoons generated over South China Sea and Northwest Pacific in October 2021

“獅子山”雖然強度不強，但移動速度慢。從近海生成至穿過海南島到登陸越南，其生命史接近60 h，平均移速僅為5～10 km·h-1。由于該臺風(fēng)移動速度慢且其云系與副高南側(cè)的偏東低空急流輻合帶云系相連，云系在華南地區(qū)上空維持時間較長。在“獅子山”和低空急流的共同影響下，8日08時至11日08時，廣東中西部、廣西南部、海南島中北部等地累計降水量達(dá)200～400 mm，海南臨高、昌江和白沙、廣東中山和珠海、廣西防城港等局地達(dá)450～557 mm。

5.3 2118號臺風(fēng)圓規(guī)

2118號臺風(fēng)圓規(guī)于8日在菲律賓以東洋面生成，先在原地回旋打轉(zhuǎn)，然后向偏北方向移動，10日逐漸轉(zhuǎn)為偏西方向移動，穿過巴士海峽后于12日早晨進(jìn)入南海，之后一路西行，強度逐漸加強，13日加強為臺風(fēng)級，13日15:40前后在海南省瓊海市沿海登陸，登陸時中心附近最大風(fēng)力達(dá)12級(33 m·s-1)，中心最低氣壓為975 hPa，之后穿過海南島進(jìn)入北部灣，14日晚上在北部灣西部減弱消散。

臺風(fēng)圓規(guī)體積較大，從巴士海峽進(jìn)入南海后，與滲透南下的冷空氣結(jié)合，導(dǎo)致其外圍云系南北跨度接近3 000 km(圖9)，較為罕見。但是，其云系松散、水汽輸送不集中，且南下的冷空氣在低層形成冷墊，導(dǎo)致臺風(fēng)北側(cè)的對流強度減弱。這些因素導(dǎo)致“圓規(guī)”的降水在我國大陸的影響范圍也主要局限于沿海地區(qū)。另一方面，“圓規(guī)”在南海北部的移動速度較快，移速一直保持在20～30 km·h-1，云系對沿海各地區(qū)的影響持續(xù)時間均不長，因而其在華南沿海的過程降水量極值反而不如強度弱得多但移動緩慢的“獅子山”。在“圓規(guī)”影響下，11日08時至14日20時，廣東沿海、廣西南部、海南中南部及臺灣等地累計降水量為100～250 mm，海南瓊中局地達(dá)328 mm；浙江東部、福建東北部和中部等地累計降水量為100～300 mm，浙江溫州和臺州、福建寧德局地達(dá)400～490 mm；臺灣東部達(dá)300～800 mm。

圖9 2021年10月12日14時FY-4A紅外云圖Fig.9 The infrared image of FY-4A at 14:00 BT 12 October 2021

6 其他極端天氣

6.1 干 旱

受副高控制，我國南方地區(qū)8月以來以高溫少雨天氣為主，8月中旬之后再次出現(xiàn)的華南氣象干旱，至10月上旬發(fā)展至華南大部、江南中南部及云南北部等地。8日，桂粵閩滇贛湘六省(自治區(qū))氣象干旱面積達(dá)45.6萬km2，其中重旱面積達(dá)5.7萬km2，特旱面積達(dá)0.2萬km2。之后受降水影響氣象干旱逐漸緩解。10月31日，僅江西南部局部地區(qū)存在中旱(國家氣候中心，2021)。

6.2 高 溫

10月上旬，南方地區(qū)出現(xiàn)一次高溫過程，平均高溫日數(shù)為0.96 d，為1961年以來歷史同期最多。浙江、江蘇、湖南、貴州、云南、廣東、重慶、江西、上海、四川、廣西和安徽等12個省(直轄市、自治區(qū))平均高溫創(chuàng)歷史新紀(jì)錄。江南和華南大部等地高溫影響面積達(dá)116萬km2(國家氣候中心，2021)。

致謝：感謝國家氣象中心張永恒提供的降水量、降水距平、溫度距平資料以及相關(guān)過程參考材料。