文中主要分析2024年北半球冬季(2024年12月—2025年2月,下同)的大气环流特征及逐月演变对我国近海天气的影响,并对我国冬季近海海域发生的主要灾害性天气(大风、海雾)进行分析总结。除此之外,还分析了浪高和海面温度(sea surface temperature, SST; 以下简称“海温”)等海洋、气象要素在冬季的变化特征,并统计了西北太平洋和南海热带气旋以及全球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(包含沿岸气象站、海岛气象站、浮标站等的能见度和风速等数据),欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析(ERA5)资料,中国气象局2024年台风最佳路径资料,世界气象组织(World Meteorological Organization,WMO)区域专业气象中心(Regional Specialized Meteorological Centre,RSMC)命名的2024—2025年其他海域的热带气旋实时定位定强数据,美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)的热带气旋实时定位定强数据等。文中涉及的海上大风及大浪过程的统计标准与文献[1-6]相同。采用1991—2020年共计30年的气象要素平均值作为气候基准值来表征该要素的气候态。
1 环流特征和热带气旋 1.1 环流特征由2024年冬季500 hPa平均位势高度场(图 1a)和位势高度距平场(图 1b)可以看出,冬季北半球极涡呈偶极型分布,极涡主体分别位于格陵兰岛西部的巴芬岛附近以及新地岛以北海域。其中,加拿大北部的极涡中心位势高度为508 dagpm,较气候态存在弱的正距平(2 dagpm);新地岛北部的极涡中心位势高度也为508 dagpm,存在明显负距平(-4 dagpm)。北半球中高纬呈3波型分布,长波槽分别位于鄂霍次克海、欧洲中部以及拉布拉多半岛。对我国近海海域有重要影响的东亚长波槽从鄂霍次克海向西南方向伸展到我国东南部海域。结合距平场分布(图 1b)可以看出,西伯利亚高压脊存在显著正距平,脊较常年平均偏强,有利于冷空气堆积;东亚大槽有弱负距平,槽较常年平均偏强,利于引导冷空气南下。西北太平洋副热带高压(以下简称“副高”)呈带状分布,整个东西半球的副高几乎连成一片,并且其主体较气候平均而言表现为正距平,距平中心达5 dagpm,表明副高明显偏强。
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图 1 2024年冬季北半球500 hPa平均位势高度场及其距平场 Fig.1 Mean geopotential height and its anomaly at 500 hPa in the Northern Hemisphere in winter 2024 |
图 2—4分别为2024年12月、2025年1月和2月欧亚地区500 hPa月平均位势高度场以及海平面气压场的环流演变。2024年12月,欧亚大陆及西北太平洋海域的中高纬环流形势呈“两槽一脊”型(图 2a),脊区位于中西伯利亚高原,附近有显著正距平,脊偏强,有利于冷空气堆积。两槽分别位于亚洲西部和东部,其中东亚大槽位于鄂霍次克海至日本海一带,冷涡中心位于140°E、55°N附近,中心值约为512 dagpm,伴有负距平,较常年平均偏强,有利于引导冷空气南下。由海平面气压场和距平分布(图 2b)可看出,我国大部分地区及近海海域受地面冷高压系统控制,高压中心气压为1 032.5 hPa,伴有正距平,较常年偏强。阿留申低压中心为990 hPa,伴有负距平,较常年偏强。受上述系统影响,我国的冷空气频数偏多,且强度较强,12月我国近海共出现了5次明显的大风天气过程,其中1次受冷空气和热带气旋共同影响。
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图 2 2024年12月北半球500 hPa平均位势高度场和海平面气压场及其距平场 Fig.2 Monthly mean geopotential height and its anomaly at 500 hPa; monthly mean sea-level pressure and its anomaly in the Northern Hemisphere in December 2024 |
2025年1月,欧亚大陆及西北太平洋海域的中高纬环流形势仍呈“两槽一脊”型(图 3a),较2024年12月槽脊位置变化不大,但强度有所减弱。高压脊向西南方向收缩,伴有弱正距平,较常年略偏强;东亚大槽变浅薄,经向度降低,不利于冷空气南下影响我国近海海域。由1月海平面气压场及距平场(图 3b)可以看出,我国大部分地区及近海海域仍受地面冷高压系统影响,但强度较2024年12月明显减弱,中心气压为1 027.5 hPa。在上述系统的影响下,冷空气势力较常年同期偏弱,1月我国近海海域共出现4次大风天气过程,其中1次受冷空气和温带气旋共同影响。
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图 3 2025年1月北半球500 hPa平均位势高度场和海平面气压场及其距平场 Fig.3 The same as Fig. 2, but for January 2025 |
2025年2月,欧亚大陆及西北太平洋海域的中高纬环流形势呈“两槽两脊”型分布(图 4a),挪威海附近一带新增一高压脊,同时,挪威海至西西伯利亚一带伴有明显的正距平。亚洲西部槽以及原位于中西伯利亚的高压脊均向西移,强度均存在增强。东亚大槽位置变化不大,伴有负距平,约为512 dagpm,较1月也有所增强。由海平面气压场和距平场(图 4b)可以看出,冷高压较1月有一定程度增强,伴有正距平,中心气压值达1 032.5 hPa,我国大部分地区及海域仍受地面冷高压控制。受上述系统影响,2月我国近海海域出现2次大风天气过程。
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图 4 2025年2月北半球500 hPa平均位势高度场和海平面气压场及其距平场 Fig.4 The same as Fig. 2, but for February 2025 |
表 1为2024年冬季西北太平洋和南海热带气旋活动简表,2024年冬季西北太平洋和南海热带气旋活动较弱,共有1个编号台风生成,较1949—2020年平均值(1.9个)偏少,强度偏弱。2024年第26号台风“帕布”于12月23日14时(北京时,下同)生成,生成位置位于南海南部海域(112.7°E,11.2°N),生命周期极值强度达到热带风暴级,中心附近最大风速最高达18 m ·s-1,中心海平面气压最低达1 000 hPa,台风“帕布”生成后一直在南海南部海域徘徊,并于25日上午减弱为热带低压(图 5)。在冷空气和台风“帕布”的共同影响下,南海大部海域出现了风力8~9级、阵风10级的大风。
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表 1 2024年冬季西北太平洋和南海热带气旋活动简表 Table 1 Tropical cyclone activity in western North Pacific and the South China Sea in winter 2024 |
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图 5 2024年冬季热带气旋“帕布”路径 Fig.5 Track of Tropical Cyclone Pabuk in winter 2024 |
2024年冬季,除西北太平洋和南海之外,全球其他海域共生成热带气旋15个,其中南太平洋3个、西南印度洋7个、东南印度洋和澳大利亚附近海域5个,北印度洋、中北太平洋、东北太平洋和北大西洋无热带气旋生成(表 2)。同历史平均相比,南半球生成个数比平均(14.13个)偏多0.70个,北印度洋、中北太平洋和北大西洋生成个数比平均个数分别偏少0.87个、0.13个和0.20个。
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表 2 2024年冬季全球其他海域热带气旋统计 Table 2 Global tropical cyclone activities (except western North Pacific and the South China Sea) in winter 2024 |
2024年冬季,我国近海出现11次8级以上大风过程,其中冷空气大风过程9次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程1次,冷空气和台风共同影响的大风过程1次(表 3)。
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表 3 2024年冬季我国近海主要大风过程 Table 3 Main gale events over offshore areas of China in winter 2024 |
2025年2月6—8日,受强冷空气影响,我国大部分地区经历了1次寒潮天气。黄淮及其以北大部降温6~8 ℃,西北地区东部、华北和黄淮的部分地区降温幅度在10 ℃以上,南方大部降温4~6 ℃,部分地区降温7~8 ℃;长江中下游以北地区出现4~6级大风,阵风7~8级,华北部分地区阵风9~10级,渤海、渤海海峡、黄海大部海域、东海大部海域、台湾海峡、台湾以东洋面、巴士海峡、南海大部海域出现风力8~9级、阵风10级的大风。南方地区出现小雨,贵州、湖北西南部、湖南北部和浙江北部的部分地区出现雨夹雪。内蒙古东部、黑龙江和吉林等地有小到中雪。
此次冷空气来自西西伯利亚高原,如图 6所示,2月4日08时—5日08时,西西伯利亚高原冷空气逐渐堆积,冷空气在冷涡后侧和冷高压前侧的西北风引导下逐渐靠近我国。6日08时,冷涡继续东移并逐渐靠近东亚低压,高空横槽发展,冷空气前锋经蒙古国到达我国西北边界。7日08时,冷涡与东亚低压合并,高空槽逐渐转竖,槽后的西北风迫使冷空气大举进入我国,受其影响,7日我国西北地区东部、华北和黄淮的部分地区出现10 ℃以上的降温,最高降温为18 ℃(图 7a)。8日,随着冷空气继续东移南下,逐渐影响我国整个近海海域,从渤海至南海大部海域先后出现风力8~9级、阵风10级的大风(图 7b)。9日08时,随着东亚大槽东移入海并逐渐远离我国海域,寒潮对我国的影响逐渐减弱。
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图 6 2025年2月4日08时—9日08时500 hPa位势高度场和海平面气压 Fig.6 Geopotential height at 500 hPa and sea-level pressure from 08:00 BJT 4 to 08:00 BJT 9 February 2025 |
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图 7 2025年2月7日08时2 m气温的24 h变温场和2月8日08时10 m风场 Fig.7 The 24-h temperature change at 2 m at 08:00 BJT 7 and wind field at 10 m at 08:00 BJT 8 February 2025 |
2024年冬季,我国近海出现4次比较明显的海雾过程,至少1个海区出现大范围能见度低于1.0 km的海雾(表 4)。
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表 4 2024年冬季我国近海主要海雾过程 Table 4 Main sea fog events over offshore areas of China in winter 2024 |
2月27—28日,受大陆低压前部和入海气旋影响,我国近海出现1次明显的海雾过程(图 8—9),从卫星云图中可以看到,黄海大部海域、东海西北部海域、台湾海峡、辽东半岛东部沿岸海域、山东半岛沿岸海域、江苏沿岸海域、浙江沿岸海域、福建北部沿岸海域被密实的海雾所覆盖,观测显示大部分站点能见度不足1.0 km,部分站点能见度不足0.5 km。
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图 8 2025年2月28日08时和20时葵花9号卫星云图 Fig.8 Cloud imagery of Himawari-9 satellite at 08:00 BJT and 20:00 BJT 28 February 2025 |
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图 9 2025年2月28日08时和20时地面站1 min平均能见度观测 Fig.9 Observation of 1-min average visibility at surface meteorological stations at 08:00 BJT and 20:00 BJT 28 February 2025 (注:所有站为2 461个,有效站为2 446个) |
2月28日08时,黄海处于大陆低压前部,主要盛行东南风和偏南风,气温高于海温,来自低纬度的暖湿空气不断流向冷海面并凝结成雾,此时黄海的海雾主要为平流冷却雾。同时黄海部分海域气温低于海温,这是由于当海雾发展成熟时,在雾顶长波辐射的冷却和湍流混合作用下雾体显著降温,会出现气温低于海温的现象。结合山东半岛东部沿岸站点的水平能见度观测的结果也发现此时有能见度不足200 m的强浓雾发生(图 9)。28日20时,随着大陆低压的东移,在海上高压的共同作用下有更多来自低纬度洋面的暖湿空气不断流向黄海,黄海气温高于海温并且气海温差略有增加,在这种“西低东高”的形势场下(图 10),黄海的海雾得以维持,山东半岛东部沿岸站点的水平能见度观测结果也显示黄海西部海域依旧有强浓雾发生。
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图 10 2025年2月28日08时和20时海雾过程中气海温差、海平面气压场和10 m风场 Fig.10 Difference between SAT (surface air temperature) and SST, sea-level pressure and wind field at 10 m during sea fog process at 08:00 BJT and 20:00 BJT 28 February 2025 |
海雾的发生、发展和维持需要稳定的层结条件。2月28日08时,由青岛站t-lnp探空图(图 11a)可见,925 hPa以下为偏南风,并且有显著的逆温层,1 000 hPa到850 hPa风向随高度呈顺时针旋转,海上大气边界层有暖平流,925 hPa以下温度露点差很小,说明空气湿度大,很容易通过降温达到饱和从而凝结成雾。28日20时,在东南风的作用下,逆温层的高度进一步抬升,并且925 hPa以下温度露点差依旧很小,这有利于海雾在垂直方向上进一步发展(图 11b)。
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图 11 青岛站t-lnp探空曲线图 Fig.11 The t-lnp diagram at Qingdao station |
2024年冬季,我国近海出现12次2.0 m以上海浪过程(表 5),这12次大浪过程基本与大风过程相对应,但由于浪高受多因素影响,与大风过程并不完全一致。
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表 5 2024年冬季我国近海主要大浪过程(2.0 m以上) Table 5 Main wave events (above 2.0 m) over offshore areas of China in winter 2024 |
2024年冬季,我国近海出现2.0 m以上大浪过程的日数共计54 d,约占冬季总日数的60%。2024年12月、2025年1月、2025年2月,我国近海出现大于2.0 m的浪高过程分别为5次、4次、3次,出现的日数分别为22 d、22 d、10 d。
由月平均浪高场分布(图 12)可看出,2024年12月,受台风“帕布”和冷空气活动影响,我国东海南部海域、台湾海峡、台湾以东洋面、巴士海峡、南海大部海域的平均浪高均在2.0 m以上,其中南海东北部海域平均浪高在3.0 m以上(图 12a)。2025年1月,平均浪高在2.0 m以上的海域较2024年12月变化不大,主要位于台湾海峡、台湾以东洋面、巴士海峡、南海大部海域,而平均浪高在3.0 m以上的范围有所减少,仅在南海东北部和西南部的部分海域超过3.0 m(图 12b)。2025年2月,近海海域平均浪高进一步减小,且无平均浪高在3.0 m以上的海域(图 12c)。
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图 12 2024年冬季月平均浪高 Fig.12 Monthly mean wave height in winter 2024 |
图 13和图 14分别为2024年冬季各月我国近海海温及其距平场。由逐月海温分布(图 13)可以看出,冬季我国沿海海域海温呈逐月降低的趋势,其中北部海域降温更为明显,渤海12月的海温为4~8 ℃,1月为2~6 ℃,2月温度继续降低,海温为0~4 ℃。黄海12月海温为8~15 ℃,1月为4~12 ℃,2月为2~10 ℃,黄海在冬季海温平均每月降低2~4 ℃。东海海温平均每月降低1~2 ℃,降温幅度小于黄渤海,因此东海具有较大的海温梯度。南海冬季各月的海温差别不大,一直维持在20~28 ℃,其中南海东南部海域海温一直维持在27~28 ℃。我国近海海温呈现西北—东南向梯度分布,南北海温差异明显,且在冬季逐月增加,海温最高的南海东南部海域与最低的渤海的海温差由12月的24 ℃增加到28 ℃。
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图 13 2024年冬季月平均海温 Fig.13 Monthly mean SST in winter 2024 |
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图 14 2024年冬季月平均海温距平场 Fig.14 Monthly mean SST anomaly in winter 2024 |
由逐月平均海温距平分布(图 14)可以看出,2024年12月,除黄海南部海域、东海北部海域、南海西北部的部分海域有弱的负距平外,我国近海大部分海域呈明显的正距平,海温较气候态偏高,尤其是黄渤海,较常年偏高1.0~2.5 ℃(图 14a)。2025年1—2月,除黄渤海、东海西部以及南海东南部的部分海域伴有正距平外,我国近海大部海域海温较气候态偏低,偏低幅度为0.5~2.0 ℃(图 14b—c),说明2024年冬季前期海温偏高,后期转为偏低。
4 小结2024年冬季,北半球极涡呈偶极型分布,中高纬西风带呈3波型分布,冷空气势力整体较常年同期偏强。西北太平洋和南海热带气旋活动较弱。具体天气总结如下:
(1) 西北太平洋和南海仅有1个编号台风生成;全球其他海域共生成热带气旋15个,其中南太平洋3个,西南印度洋7个,东南印度洋和澳大利亚附近海域5个,北印度洋、中北太平洋、东北太平洋和北大西洋无热带气旋生成。
(2) 我国近海共出现11次8级以上大风过程,其中冷空气大风过程9次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程1次,冷空气和台风共同影响的大风过程1次。2025年2月6—8日,我国大部分地区经历了1次寒潮天气,渤海、渤海海峡、黄海大部海域、东海大部海域、台湾海峡、台湾以东洋面、巴士海峡、南海大部海域出现风力8~9级、阵风10级的大风。
(3) 我国近海出现4次比较明显的海雾过程。2025年2月27—28日,受大陆低压前部和入海气旋影响,我国近海出现1次明显的海雾过程,黄海大部海域、东海西北部海域、台湾海峡、辽东半岛东部沿岸海域、山东半岛沿岸海域、江苏沿岸海域、浙江沿岸海域、福建北部沿岸海域均出现能见度不足1.0 km的大雾,部分海域或地区能见度不足0.5 km。
(4) 我国近海出现12次2.0 m以上海浪过程,2.0 m以上大浪过程的日数共计54 d,约占冬季总日数的60%。
(5) 我国近海海域的海温呈逐渐下降的趋势,且北部海域的降温幅度明显大于南部海域,2024年冬季前期我国近海海温较常年总体偏高,此后转为较常年整体偏低。
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