2020, Vol. 40
本文首先对2020年夏季(6-8月，下同)北半球大尺度环流影响进行了总结分析，并就我国近海海域的大风、海雾海浪及海面温度场逐月演变特征进行了总结分析。另外，热带气旋是影响我国近海海域的主要灾害性天气系统之一，本文也重点分析了2020年夏季西北太平洋及南海海洋热带气旋的活动特征及其对我国的影响。与此同时，为了全面分析全球热带气旋的活动特征，统计了除西北太平洋和南海海域外其他海域的热带气旋活动情况。
所使用的资料包括：常规气象观测资料、FY-4A静止气象卫星资料、ERA5再分析资料、NOAA最优插值海面温度资料(OISST v2)、JTWC全球热带气旋最佳路径数据资料等。文章中所涉及的海上大风、海雾及大浪的统计标准与文献[1-5]相同。
1 环流特征与演变 1.1 大尺度环流特征由2020年夏季(6-8月)平均的500 hPa位势高度场(图 1a)可以看出，北半球极涡呈现明显的单极型分布，极涡主体位于北极圈内，中心偏向东半球，位势高度为536 dagpm，较常年平均值表现为正距平(图 1b)，表明极涡较常年同期偏弱。中高纬环流呈现4波型分布，欧亚大陆则为“两槽一脊”的环流形势，我国近海位于西风槽底部，中高纬维持高度负距平，说明多温带气旋活动。西北太平洋副热带高压(以下简称“副高”)较常年同期偏西偏南，特征线588 dagpm等位势高度线(以下简称“588线”)的西脊点位于21°N，112°E附近，较常年平均(24°N，131°E)明显偏南偏西。
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图 1 2020年6-8月北半球500 hPa平均位势高度场(a)和位势高度距平场(b；填色)(单位：dagpm) Fig.1 Mean geopotential height (a) and geopotential height anomaly (b; colored) at 500 hPa in the Northern Hemisphere from June to August 2020 (units: dagpm) |
6月欧亚大陆到西北太平洋500 hPa中高纬呈现多波型(图 2a)，西侧槽位于东欧地区，并向南延伸到北非东部地区，且槽区为负距平，较常年平均偏强。从东欧到贝加尔湖一带由脊控制，且为正距平，也较常年平均偏强。东亚地区受到浅槽控制，东亚大槽较常年同期明显偏弱，且槽底位置明显偏北。与此同时，极地冷涡中心位于新地岛附近(负距平中心-4 dagpm)，负距平一直延伸到贝加尔湖到鄂霍次克海一带，冷槽底部一直向南延伸到我国新疆地区，控制中西伯利亚高原脊区位置明显偏北。在月平均的海平面气压场(图 2b)上，极地分裂出来的冷涡中心位于贝加尔湖以北的位置，中心气压值为1 005 hPa，且有-2 dagpm的负距平，说明冷涡较常年平均偏强。我国近海海域受到地面低压控制，且为负距平，说明6月我国近海冷空气活动偏强，整个西北太平洋和南海地区受到副高控制，且副高位置偏南，不利于热带气旋活动，仅有一个热带气旋“鹦鹉”生成，且生命史较短，仅维持2 d时间。
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图 2 2020年6月北半球500 hPa平均位势高度场(等值线)及其距平场(填色)(a；单位：dagpm)和海平面气压场(等值线)及其距平场(填色)(b；单位：hPa) Fig.2 Monthly mean geopotential height (isoline) and its anomaly (colored) at 500 hPa (a; units: dagpm) and monthly mean sea-level pressure (isoline) and its anomaly (colored) (b; units: hPa) in the Northern Hemisphere in June 2020 |
7月500 hPa中高纬欧亚大陆到西北太平洋依旧呈现多波型(图 3a)，欧洲西部地区受到弱槽控制，呈现正距平，欧洲东部受到弱脊控制，贝加尔湖附近的短波槽偏弱，我国东北地区也受到弱脊控制，冷空气活动受限。亚洲大陆一直延伸到日本海一带为较为平直的短波槽，我国近海主要受到西风槽和副热带高压共同影响，副高西脊点位于22°N，108°E，且副高中心具有4 dagpm的正距平，说明副热带高压较常年平均偏强，且位置偏西偏南，使得西北太平洋上热带气旋的生成源地主要受下沉气流控制，不利于热带气旋活动(图 3b)。2020年7月没有热带气旋生成，为有历史记录以来西北太平洋上首个没有热带气旋生成的7月。
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图 3 2020年7月北半球500 hPa平均位势高度场(等值线)及其距平场(填色)(a；单位：dagpm)和海平面气压场(等值线)及其距平场(填色)(b；单位：hPa) Fig.3 The same as Fig. 2, but for July 2020 |
进入8月后500 hPa中高纬环流经向度进一步减小(图 4a)，贝加尔湖以南到我国内蒙古一带出现平直的浅槽，贝加尔湖以北为弱脊，极涡较前期有所东移。我国东北和华北地区受到槽前西南气流控制，东亚大槽东移至白令海附近，且为负距平。副高较前期有所北抬，北界到达日本海，面积较常年平均明显偏大，另外副高西脊点位于我国中东部地区，较常年平均(30°N，133°E)仍偏西偏南，在日本海西南部出现4 dagpm的正距平，说明副高仍然偏强。地面气压场上大陆高压较前期有所减弱，海上仍为高压控制，我国近海盛行偏南风，有利于热带地区的水汽自南向北输送，有利于热带气旋的活动(图 4b)。8月西北太平洋上共有7个热带气旋生成，其中4个生成后以偏北行路径移动，“巴威”“美莎克”和9月1日生成的“海神”都北上影响我国东北地区。
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图 4 2020年8月北半球500 hPa平均位势高度场(等值线)及其距平场(填色)(a；单位：dagpm)和海平面气压场(等值线)及其距平场(填色)(b；单位：hPa) Fig.4 The same as Fig. 2, but for August 2020 |
2020年夏季，我国近海共出现了10次8级以上的大风过程(表 1)，其中2次与热带气旋活动有关，另外7次是由于入海气旋引起的，1次是准静止锋造成的。6月的几次近海海上大风均由入海气旋造成，影响我国北部海域，最大风力有7~8级、阵风9级。8月的2次大风过程分别是由登陆台风“黑格比”和北上台风“巴威”引起的。
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表 1 中国近海2020年夏季主要大风过程 Table 1 Main gale events over offshore areas of China in summer 2020 |
8月3-5日的大风过程是由热带气旋“黑格比”引起的，2020年第4号台风“黑格比”8月1日20时在台湾以东洋面上生成，生成后沿副高外围向西北方向移动(图 5a)，8月2日05时加强为强热带风暴级，3日14时加强为强台风级，4日凌晨03：30以其极值强度(38 m·s-1，970 hPa)登陆浙江乐清沿海，登陆后“黑格比”转为偏北方向移动，强度逐渐减弱，4日09时减弱为强热带风暴级，穿过浙江和江苏后于5日08时移入黄海西部海域，并逐渐减弱变性为温带气旋，于6日02时在黄海北部海域减弱为热带低压并停止编号。“黑格比”是2020年首个在我国华东沿海登陆的热带气旋，也是历史首次7月“空台”结束之后的首个登陆台风。“黑格比”登陆后在陆上维持了26 h，而在浙江境内停留超过16 h, 强度减弱缓慢，移动速度也较慢，对浙江东部产生了严重的风雨影响(图 5a)。受其影响，浙江东部沿海和上海都出现了强降水，其中最大累计降水出现在浙江乐清(图 5b)，黄海南部偏南海域、东海北部海域浙江沿海、长江口区，江苏南部沿海均出现了8级以上的大风(图 5c)，其中，浙江沿海普遍风力有12~14级，浙江玉环沿海的最大阵风达到了14~16级(图 5d)。
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图 5 “黑格比”全路径图(a)、2020年8月3-5日降雨量(b；填色，单位：mm)实况、2020年8月4日08时地面10 m风场(c；填色，单位：m·s-1)和8月3-5日地面实况阵风(d；填色为风力，单位：级) Fig.5 Track (a) of Typhoon HAGBIT, observed precipitation (b; colored area, units: mm) from 3 to 5, wind field (c; colored area, units: m·s-1) at 10 m at 08:00 BST 4, and observed gust wind (d; colored area for wind scale, units: scale) from 3 to 5 August 2020 |
4-7月是我国北方海雾频发的季节[6]，初夏北方海域气温上升，而海洋仍是冷性的，海洋对海面以上的大气有冷却作用，此时当有持续偏南风向北方海域输送暖湿空气时，容易出现海雾。研究[7]表明，海气温差在-1~3 ℃时是形成海雾的适宜条件，有利于水汽凝结成雾。2020年6-8月，我国近海海域共出现了7次比较明显的海雾过程，其中6月3次，7月1次，8月3次(表 2)，与2019年同期相比明显偏少。6-7月海雾过程主要发生于渤海、渤海海峡和黄海等北方海域，主要由于北方海域的海面温度较低，而边界层盛行偏南风，向北输送了暖湿空气，加上适度的海气温差(0~2 ℃)，使得北方海域多出现平流冷却雾。6-7月发生于黄渤海的海雾过程持续日数较长，且大多具有明显的日变化特征；海雾在夜间增强，一般日出前后达到最强，白天减弱甚至消失。同时，夏季对流层下层多有逆温层，大气处于层结稳定状态，有利于海雾的向上发展。
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表 2 中国近海2020年夏季主要海雾过程 Table 2 Main sea fog events over offshore areas of China in summer 2020 |
6月2-6日，黄海大部、东海北部部分海域自北向南先后出现了能见度不足1 km的大雾天气，其中黄海部分海域的能见度不足100 m，由可见光云图(图 6a-d)监测和客观算法反演的海雾落区分布(图 6e-h)可以看出。6月3日，渤海和黄海位于500 hPa弱的高空槽前，对流层低层有弱的偏南气流(图略)，从08时的可见光云图(图 6a)上可以看到黄海北部和中部以及渤海海峡北部、成山头附近海域均出现了成片的海雾云团，从可见光云图上看海雾边界清晰，呈亮白色，结构密实，与黄海南部的高云有着明显的区别。到了4日，黄渤海位于均压场中，水平气压梯度减小，有利于海雾的维持，4日早晨(图 6b)海雾面积进一步扩大和东移，在黄海北部、中东部和东南部都出现了明显的能见度不足0.1 km的海雾天气。到了5日，华北地面受到高压控制，黄渤海的低层受到偏北风控制，海雾有所消散，雾区面积明显减小(图 6c)，但在黄海中部部分海洋、朝鲜半岛西侧仍有能见度不足1 km的海雾发生。5日夜间到6日白天，由于偏南暖湿气流的再度加强，使得黄海中部和南部海域、山东南部和江苏东部沿岸海域再次出现了海雾天气，此次海雾过程维持了5 d，主要影响了我国北方海域。
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图 6 2020年6月葵花8号卫星可见光云图(a-d)和客观识别的海雾落区(e-h)(a/c. 3日08时; b/f. 4日08时; c/g. 5日08时; d/h. 6日08时) Fig.6 Visible cloud imagery (a-d) and objectively determined sea-fog zone (e-h) by Himawari-8 satellite at 08:00 BST 3 (a/c), 08:00 BST 4 (b/f), 08:00 BST 5 (c/g), and 08:00 BST on 6 (d/h) June 2020 |
由2-6日10 m风场和2 m相对湿度的演变图(图 7)可以进一步分析此次海雾过程的水汽条件。可以看到，与海雾落区相对应(图 6e-h)的10 m风场有稳定的偏南或东南气流相配合。3-4日，在高空弱的均压场影响下，有利于低层暖湿气流向北输送，其中黄海北部和中部海域的风速小于10 m·s-1，且相对湿度超过95%，有利于大范围海雾的发生(图 7a-b)；并且4日在成山头附近出现了反气旋环流，有利于雾区的东移和海雾浓度的加大。5日由于华北西北部受到冷高压的控制，渤海和黄海北部海域的高空偏北气流的增强，地面大气相对湿度也相应减小，但黄海中东部地区的相对湿度仍有90%以上(图 7c)。6日，黄渤海的偏南风再次建立，但高湿度区位于黄海中部和南部海域，海雾落区较前期也进一步南压。到7日，受冷空气东移南下影响，北部海域转为东北风控制，海雾开始减弱。
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图 7 10 m风场(风矢，单位：m·s-1)和2 m相对湿度(填色，单位：%)(a. 3日08时，b. 4日08时，c. 5日08时，d. 6日08时) Fig.7 Wind field (wind arrow, units: m·s-1) at 10 m and relative humidity (colored, units: %) at 2 m (a. 08:00 BST 3, b. 08:00 BST 4, c. 08:00 BST 5, d. 08:00 BST 6 June 2020) |
由2-6日海气温差和低层垂直速度的演变图(图 8)可以看出：3日08时(图 8a)渤海和黄海大部海域的大气底层温度要高于海面温度，只有黄海中部出现了逆温差，最大的海气温差(4 ℃)出现在渤海湾，且有明显的上升运动，不利于海雾形成，而黄海大部的海气温差都在-1~2 ℃之间，同时低层层结稳定，对流层低层受到下沉运动控制，利于海雾的出现。
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图 8 海气温差(填色，单位：℃)和低层大气(925 hPa)垂直速度(等值线，单位：Pa·s-1)，(a. 3日08时，b. 4日08时，c. 5日08时，d. 6日08时) Fig.8 Temperature difference (colored, units: ℃) between sea surface and 2 m air and vertical vorticity (isoline, units: Pa·s-1) at 925 hPa (a. 08:00 BST 3, b. 08:00 BST 4, c. 08:00 BST 5, d. 08:00 BST 6 June 2020) |
另外，海上大气逆温也是海雾持续的重要条件之一。由成山头的探空曲线(图 9a)可以看出，3日08时，大气低层的逆温层已经建立，可以抑制近海面对流的发展和水汽的扩散，从而防止海雾抬升后发展成低云。4日08时，黄渤海海气温差均在0~2 ℃之间(图 8b)，这是由于偏南风持续向北输送，湿层厚度增加，海雾得以维持和东移。5日08时，黄海东部出现大于-1 ℃的海气温差，不利于海雾的维持。6日08时，黄海南部转为明显上升运动，对于出现了降水天气，而黄海中部仍存在适宜的海气温差，且成山头附近逆温层高度明显降低(图 9b)，表明海雾厚度变薄，容易受到低层气流影响而减弱或者消散。
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图 9 成山头站t-lnp探空曲线图(a. 3日08时; b. 5日08时) Fig.9 The t-lnp diagram of Chengshantou Station (a. 08:00 BST 3, b. 08:00 BST 5 June 2020) |
2020年夏季共有8个热带气旋在西北太平洋和南海生成(表 3)，比多年平均(1981-2010年)偏少3个。在8个编号热带气旋中，有“鹦鹉”“黑格比”“米克拉”“海高斯”共4个热带气旋在我国沿海登陆，登陆个数与多年平均数(4.5个)相当。此外，8月下旬开始连续有“巴威”“美莎克”“海神”登陆中朝交界区域或韩国后移入我国东北地区，带来明显的风雨过程。
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表 3 2020年夏季西北太平洋和南海热带气旋简表 Table 3 Tropical cyclone activities in western North Pacific and the South China Sea in summer 2020 |
2020年夏季8个热带气旋的平均强度为33.6 m·s-1，略低于常年同期(36.1 m·s-1)；其中4个登陆热带气旋的平均极值强度为32.2 m·s-1，与常年同期的平均登陆强度(31.0 m·s-1)相比略偏强。
2.3.2 全球其他海域热带气旋2020年夏季，除西北太平洋和南海之外，其他热带洋面另有20个热带气旋生成(表 4)，其中北大西洋11个，东太平洋8个，北印度洋1个，南半球无编号热带气旋生成。与常年同期的平均值相比，北大西洋的热带气旋生成个数明显偏多(平均4.9个)达6.1个，东太平洋的生成个数与多年平均数(9.8个)略偏少，北印度洋比常年平均数(0.6个)偏多0.4个。
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图 10 2020年夏季西北太平洋和南海热带气旋路径图 Fig.10 Tracks of tropical cyclones in western North Pacific and the South China Sea in summer 2020 |
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表 4 2020年夏季全球其他海域热带气旋统计表 Table 4 Global tropical cyclone activities (except western North Pacific and the South China Sea) in summer 2020 |
通过再分析浪高资料分析发现，2020年夏季我国近海共发生了12次明显的大浪过程(最大浪高2 m以上，表 5)。其中，6月出现了4次，累计日数为10 d，7月出现了5次，日数为12 d，8月出现了3次，日数为9 d。其中7月的近海大浪日数明显增加，8月的最大浪高最大(8.7 m)，说明与热带气旋的近海活动有关，其中7月30日-8月5日与“黑格比”登陆过程有关，8月23-27日与“巴威”的北上影响有关。
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表 5 中国近海2020年夏季主要大浪过程(2 m以上) Table 5 Main wave events (higher than 2 m) in offshore areas of China in summer 2020 |
6-8月的月平均浪高的分布图(图 11)说明8月浪高最大，7月最小，主要由于7月缺少热带气旋活动有关。6月(图 11a)，南海北部、台湾以东洋面、东海大部，均有1.6 m以上的大浪，7月(图 11b)由于没有热带气旋活动，最大浪高区仅有1.8 m，出现在东海中部。8月(图 11c)我国近海频繁受到入海气旋和热带气旋登陆影响，北部海域和南部海域的浪高都在2 m以上，最大浪高出现在台湾以东洋面，达到2.6 m。
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图 11 2020年夏季月平均浪高(a. 6月，b. 7月，c. 8月；填色，单位：m) Fig.11 Monthly mean wave height in summer 2020 (a. June, b. July, c. August; colored, units: m) |
夏季，我国近海海域的海面温度整体呈现逐渐上升的趋势。以20°N为界，南方海域海面温度变化不大，平均海面温度稳定在28~30 ℃；北方海域海面温度空间分布差异较大，且随时间变化明显(图 12)。6月，北方海域的径向温差较大，北部海域如黄海北部和渤海海峡等最低温度达到16 ℃，而此时黄海南部海域的平均海面温度为24 ℃，两端温差达8 ℃(图 12a)。7月，北方海域的海面温度整体升高，较6月平均升高2~4 ℃，仅有黄海东部海面温度低于20 ℃(图 12 b)，同时南部海域的海面温度整体达30 ℃及以上，由于缺少热带气旋活动，海洋热量没有释放。8月，北方海域的海面温度进一步上升，从6月的经向温度梯度转变为纬向温度梯度，海面温度都上升至20 ℃以上。南部海域的海面温度在华南沿海和越南沿海出现了低于30 ℃的分布，这主要与该时段内南海热带气旋的活跃，造成了次表层海水上翻，从而导致了海面温度的降低。
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图 12 2020年夏季月平均海面温度(a. 6月，b. 7月，c. 8月；填色，单位：℃) Fig.12 Monthly mean sea surface temperature in summer 2020 (a. June, b. July, c. August; colored, units: ℃) |
2020年夏季(6-8月)，北半球极涡呈现明显的单极型分布，中高纬环流呈现4波型分布，欧亚大陆则为“两槽一脊”的环流形势，我国近海位于西风槽底部。6月，我国北方受到入海气旋活动影响，多海上大风过程，同时受到偏南暖湿气流的影响多海雾天气。7月，西太平洋副热带高压较常年平均偏强，且位置偏西偏南，不利于热带气旋活动。8月，副高有所北抬，共有7个热带气旋生成。具体天气总结如下：
1) 2020年夏季，我国近海共出现了10次8级以上的大风过程，其中2次与热带气旋活动有关，另外7次是由于入海气旋引起的，1次是准静止锋造成的。6月的几次近海海上大风均有入海气旋造成，影响我国北部海域，最大风力有7~8级、阵风9级。8月的2次大风过程分别是由登陆台风“黑格比”和北上台风“巴威”引起的。
2) 2020年6-8月，我国近海海域共出现了7次比较明显的海雾过程，其中6月3次，7月1次，8月3次。6-7月海雾过程主要发生于渤海、渤海海峡和黄海等北方海域，主要由于北方海域的海面温度较低，而边界层盛行偏南风，向北输送了暖湿空气，加上适度的海气温差(0~2 ℃)，使得北方海域多出现平流冷却雾。
3) 热带气旋活动明显偏少，西北太平洋和南海在6-8月共有8个热带气旋在西北太平洋和南海生成，其中7月没有热带气旋生成。其中有“鹦鹉”“黑格比”“米克拉”“海高斯”共4个热带气旋在我国沿海登陆，登陆个数与多年平均相当。此外，8月下旬开始连续有“巴威”“美莎克”“海神”登陆中朝交界或韩国后移入我国东北地区，带来明显的风雨过程。
4) 2 m以上的大浪过程出现了12次，6月出现了4次，累计日数为10 d，7月出现了5次，日数为12 d，8月出现了3次，日数为9 d。其中7月的近海大浪日数明显增加，8月的最大浪高(8.7 m)最大，均与热带气旋的近海活动有关。
5) 我国近海海域的海面温度整体呈现逐渐上升的趋势，6-8月北部海域的海面温度由经向温度梯度转变为纬向温度梯度，整体都上升至20 ℃以上，南部海域的海面温度在华南沿海和越南沿海出现了低于30 ℃的分布，这可能主要与该时段内南海热带气旋的活跃，造成了次表层海水上翻，导致了海面温度降低。
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