2021年冬季海洋天气评述

渠鸿宇，尹尽勇，王慧，周冠博，杨正龙

(国家气象中心，北京 100081)

本文主要分析2021年冬季(2021年12月—2022年2月，下同)北半球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等气象、海洋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。

图1 2021年冬季北半球500 hPa平均位势高度场(a)和位势高度距平场(b)(单位：dagpm)Fig.1 Mean geopotential height (a) and its anomaly (b) at 500 hPa in the Northern Hemisphere in winter 2021 (units: dagpm)

所使用的资料包括：常规气象观测资料、ERA5再分析资料、中央气象台热带气旋实时业务定位和定强数据资料等。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1981—2010年30 a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。

1.1 环流特征

由2021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，冬季北半球极涡呈多极型分布，极涡主体分别位于格陵兰半岛西部的巴芬岛附近、新地岛以北海域和亚洲北部的鄂霍次克海附近。其中，鄂霍次克海附近的极涡中心位势高度值为516 dagpm，存在较明显的正距平，较气候态偏高约5 dagpm，强度偏弱；
加拿大北部的极涡中心位势高度值为500 dagpm，存在显著负距平，较气候态偏低约7 dagpm，强度偏强；
新地岛北部的极涡中心位势高度值为508 dagpm，存在弱负距平。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沿海。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，槽较常年平均偏弱，不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，西伸脊点位置在128°E附近，较常年同期偏西，强度略偏强。

1.2 环流演变对我国近海天气的影响

图2—4分别为2021年12月、2022年1月和2022年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。2021年12月，欧亚大陆及西北太平洋海域的中高纬环流形势呈现“两槽一脊”型分布，脊区主要位于乌拉尔山脉以东，附近有显著正距平，脊偏强，有利于冷空气堆积。东亚大槽位于鄂霍次克海沿日本海一带，冷涡中心位于135°E，60°N附近，中心值约为508 dagpm，伴有负距平，较常年平均偏强，有利于引导冷空气南下。中低纬地区南支槽平均位置在75°E附近，较常年偏西，伴有负距平，强度偏强，有利于与东亚大槽结合共同影响我国南方地区，导致大范围雨雪天气(图2a)。由海平面气压场和距平分布(图2b)可以看出，我国大部分地区及近海海域受冷高压系统前部和底部控制，高压中心气压值为1 032.5 hPa，伴有正距平，较常年偏强。勘察加半岛附近低压中心为1 002.5 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少，但强度较强，12月我国近海共出现了3次明显的大风天气过程，其中12月下旬的强冷空气过程达到寒潮级别。

图2 2021年12月北半球500 hPa平均位势高度场(等值线)及距平场(色阶)(a，单位：dagpm)和海平面气压场(等值线)及距平场(色阶)(b，单位：hPa)Fig.2 Monthly mean geopotential height (isoline) and its anomaly (color scale) at 500 hPa (a, units: dagpm) and monthly mean sea-level pressure (isoline) and its anomaly (color scale) (b, units: hPa) in the Northern Hemisphere in December 2021

图3 2022年1月北半球500 hPa平均位势高度场(等值线)及距平场(色阶)(a，单位：dagpm)和海平面气压场(等值线)及距平场(色阶)(b，单位：hPa)Fig.3 The same as Fig.2, but for January 2022

2022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现“两槽一脊”型分布，槽脊位置相较2021年12月明显东移，脊区位于贝加尔湖，东亚大槽移至日本东部海域。高压脊向东北方向发展，伴有正距平，较常年偏强，同时冷涡东侧脊向西北发展，迫使冷涡向东南方向移动至155°E，50°N附近，形成切断冷涡，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(图3a)。由1月海平面气压场及距平场(图3b)可以看出，地面冷高压有所减弱，伴有负距平。我国大部分地区及近海海域仍受高压系统前部和底部影响，但高压系统的强度较2021年12月有所减弱，中心气压为1 030 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了3次大风天气过程，其中2次受冷空气和温带气旋共同影响。

2022年2月，脊位于贝加尔湖以北地区，且较常年偏强，冷涡位于160°E，50°N附近，伴有负距平，东亚大槽继续东移，位于日本以东，纬向度增大，经向度进一步降低，不利于冷空气活动(图4a)。由海平面气压场和距平场(图4b)可以看出，高压总体偏强，中心气压值达1 035 hPa，我国大部分地区及海域位于高压东部及南部。受上述系统影响，2月我国近海海域出现了2次大风天气过程，其中1次受冷空气和温带气旋共同影响。

图4 2022年2月北半球500 hPa平均位势高度场(等值线)及距平场(色阶)(a，单位：dagpm)和海平面气压场(等值线)及距平场(色阶)(b，单位：hPa)Fig.4 The same as Fig.2, but for February 2022

2.1 大风过程

2.1.1 概况

2021年冬季，我国近海出现了8次8级以上大风过程，其中冷空气大风过程4次，冷空气和台风共同影响的大风天气过程1次，冷空气和温带气旋共同影响的大风过程3次(表1)。

2.1.2 2021年12月23—28日大风过程

12月23—28日，受强冷空气影响，我国大部分地区经历了一次寒潮天气，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、南海北部和中部海域出现了7～9级、阵风10～11级的大风。

表1 中国近海2021年冬季主要大风过程

此次冷空气的源地为新地岛以东(图略)，冷空气经蒙古到达我国河套附近南下，直达长江中下游及江南地区，造成大范围的大风、降温和雨雪天气。由500 hPa位势高度场的演变趋势(图5)可以看出，此次寒潮过程属于“横槽转竖”型。12月23—24日，贝加尔湖以东地区高压脊持续向东北方向发展，冷涡不断加强，横槽加深。地面冷高压主体位于蒙古以北地区，中心气压最高达1 055 hPa，24日08时，冷空气前锋已抵达我国内蒙古地区。25—26日，随着冷涡东移，东亚大槽开始转竖，引导冷空气大举南下，受其影响，我国东部地区降温幅度最高达18 ℃，从渤海至南海中部海域先后出现了7～9级、阵风10～11级的大风(图6)。与此同时，东亚大槽与南支槽合并，造成我国南方地区出现强降雪天气，贵州东部、湖南中北部最大积雪深度达5～12 cm。27—28日，随着东亚大槽东移入海并逐渐远离我国海域，强冷空气对我国的影响逐渐减弱，至28日夜间，影响基本结束。此次大风过程的特点是：影响范围广、大风持续时间长、降温剧烈。

图5 500 hPa位势高度场(等值线，单位：dagpm)和海平面气压场(色阶，单位：hPa)(a. 2021年12月23日08时，b. 12月24日08时，c. 12月25日08时，d. 12月26日08时，e. 12月27日08时，f. 12月28日08时)Fig.5 Geopotential height (isoline, units: dagpm) at 500 hPa and sea-level pressure (color scale, units: hPa) (a. 08:00 BST 23, b. 08:00 BST 24, c. 08:00 BST 25, d. 08:00 BST 26, e. 08:00 BST 27, f. 08:00 BST 28 December 2021)

图6 2021年12月25日08时2 m气温的24 h变温场(a；
色阶，单位：℃)以及10 m风场(b；
风矢，单位：m·s-1；
色阶为风速大于4 m·s-1的区域)Fig.6 24-h temperature change (a; color scale, units: °C) at 2 m and wind (b; wind barb, units: m·s-1; color scale for wind speed greater than 4 m·s-1) at 10 m at 08:00 BST 25 December 2021

2.2 海雾概况

2021年冬季，我国近海未出现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 km的海雾)，仅在江苏沿岸海域(1次)、长江口附近海域(1次)、浙江北部沿岸海域(1次)、杭州湾附近海域(2次)、北部湾(3次)的个别站点出现了能见度不足1 km的大雾天气。其主要原因为：我国大陆持续受高压控制，我国近海海域持续为偏北或东北风，受偏南暖湿气流影响较小。

3.1 西北太平洋和南海热带气旋概述

表2为2021年冬季中央气象台热带气旋实时业务定位和定强简表，2021年冬季西北太平洋和南海热带气旋活动较强，共有2个编号台风生成，与1949—2020年平均值(1.9个)相当，但强度偏强。2021年第21号台风“妮亚图”于11月30日08时生成，生成位置位于139.2°E，12.6°N，生命周期极值强度达到超强台风级，中心附近最大风速最高达55 m·s-1，中心海平面气压最低达930 hPa。“妮亚图”生成后先向西北方向移动，12月1日20时北上，2日17时转为向东北方向移动之后逐渐远离我国，“妮亚图”对我国近海基本无影响(图7a)。

表2 2021年冬季西北太平洋和南海热带气旋活动简表

图7 2021年冬季热带气旋“妮亚图”(a)和“雷伊”(b)路径Fig.7 Tracks of tropical cyclones Nyatoh (a) and Rai (b) in winter 2021

第22号台风“雷伊”于12月13日14时在菲律宾棉兰老岛以东洋面生成，生成位置位于140.9°E，5.5°N，以20 km·h-1左右的速度向西偏北方向移动，强度逐渐加强，16日08时在菲律宾棉兰老岛东部近海加强为超强台风级(17级，58 m·s-1)，16日13时至17日17时以超强台风级和强台风级先后登陆菲律宾，17日20时以强台风级强度移入南海东南部，18日14时再度加强为超强台风级(16级，55 m·s-1)，穿过南沙群岛北部。19日上午转向偏北方向移动，由西沙群岛西侧海域向海南岛东部海面靠近，强度逐渐减弱，21日13时减弱为热带低压(图7b)。在冷空气与台风“雷伊”的共同影响下，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、南海大部海域出现了8～9级、阵风10～11级的大风，其中，南沙群岛、中沙群岛、海南岛东部沿海及海南近海出现了8～10级阵风，部分岛礁阵风达12级以上，渚碧礁最大阵风达13级(41.4 m·s-1)。“雷伊”是历史上12月在南海海域达到超强台风级的2个台风之一(另一个是1972年的第22号超强台风Therese)，也是历史上直接袭击南沙群岛的最强台风，还是影响南海最晚的超强台风。12月17日异常高的海面温度促使其穿过菲律宾之后再次加强，而在冷空气南下的作用下，副高减弱东退是“雷伊”未直接西移而北上向我国海南岛东部海面靠近的主要原因(图略)。

3.2 全球其他海域热带气旋概况

2021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14个(表3)，其中南太平洋2个、南印度洋7个(热带气旋“弗农”(Vernon)达到了我国超强台风级)、澳大利亚附近海域4个、北印度洋1个，东太平洋和大西洋无热带气旋生成。同历史平均(1981—2010年平均，其中南印度洋为2000—2010年平均)相比，南太平洋、南印度洋、大西洋及东太平洋生成个数比平均个数(分别为5.4个、15.3个、0.1个、0.1个)偏少，北印度洋比平均个数(0.7个)偏多。

表3 2021年冬季全球其他海域热带气旋统计表

4.1 浪高

2021年冬季，我国近海出现2.0 m以上海浪过程有13次(表4)，这13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，与大风过程不完全一致。

表4 中国近海2021年冬季主要大浪(2.0 m以上)过程

2021年冬季，我国近海出现2.0 m以上大浪过程的天数共计56 d，约占冬季总日数的62%。2021年12月、2022年1月、2022年2月，我国近海出现大于2.0 m的浪高过程分别为7次、4次、2次，出现的日数分别为21 d、17 d、18 d。

由月平均浪高场分布(图8)可以看出，2021年12月，受台风和冷空气活动影响，我国东海南部海域、台湾海峡、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，浪高中心达3.5 m。2022年1月，我国近海海域平均浪高有所减小，平均浪高在2.0 m以上的海域主要位于南海东北部海域及台湾海峡。而2022年2月，由于下旬的强冷空气过程，东海南部海域、台湾海峡、南海东北部和西部海域的平均浪高均大于2.0 m，且在东海南部、台湾海峡以及南海东北部的部分海域浪高大于2.5 m。

图8 2021年冬季逐月平均浪高(a. 2021年12月，b. 2022年1月，c. 2022年2月；
色阶，单位：m)Fig.8 Monthly mean wave height (color scale, units: m) in winter 2021 (a. December 2021, b. January 2022, c. February 2022)

4.2 海面温度

图9、图10分别为2021年冬季各月我国近海海面温度及其距平场。由逐月海面温度分布(图9)可以看出，冬季我国近海海域海面温度随时间逐渐降低，其中北部海域降温更为明显，渤海12月的海面温度在4～10 ℃之间，1月为 2～6 ℃，2月温度继续降低，海面温度为0～4 ℃。黄海12月海面温度在 8～15 ℃之间，1月为 6～12 ℃，2月为2～10 ℃，黄海在冬季海面温度平均每月降低2～4 ℃。东海海面温度平均每月降低1～2 ℃，降温幅度小于黄渤海，因此东海具有较大的海面温度梯度。南海冬季各月的海面温度差别不大，一直维持在20～28 ℃之间，其中南海东南部海域海面温度一直维持在27～28 ℃之间。我国近海海面温度呈现西北—东南向梯度分布，南北海面温度差异明显，且在冬季逐月增加，海面温度最高的南海东南部海域与最低的渤海的海面温度差由12月的22 ℃加大到28 ℃。

由逐月平均海面温度距平分布(图10)来看，2021年12月—2022年1月，除黄渤海北部沿岸海域、北部湾西部海域、南海中西部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，海面温度较气候态偏高，尤其是黄海北部和中部海域、东海南部海域、南海北部和中东部海域。2022年2月，除台湾海峡以及黄海东部沿岸海域伴有负距平外，我国近海大部海域海面温度较气候态偏高，其中黄海中部海域、东海西部海域以及南海中部海域较常年偏高1～2 ℃。

图9 2021年冬季逐月平均海面温度(a. 2021年12月，b. 2022年1月，c. 2022年2月；
色阶，单位：℃)Fig.9 Monthly mean sea surface temperature (color scale, units: ℃) in winter 2021 (a. December 2021, b. January 2022,c. February 2022)

图10 2021年冬季逐月平均海面温度距平场(a. 2021年12月，b. 2022年1月，c. 2022年2月；
色阶，单位：℃)Fig.10 Monthly mean sea surface temperature anomaly (color scale, units: ℃) in winter 2021 (a. December 2021, b. January 2022, c. February 2022)

2021年冬季，北半球极涡呈多极型分布，中高纬呈3波型分布，冷空气势力整体较常年同期偏弱。具体天气总结如下：

(1)我国近海出现了8次8级以上大风过程，其中冷空气大风过程4次，冷空气和台风共同影响的大风天气过程1次，冷空气和温带气旋共同影响的大风天气过程3次。其中2021年12月23—28日大风过程受强冷空气的影响，使我国大范围地区出现寒潮天气，我国近海从渤海、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、南海北部和中部海域出现了7～9级、阵风10～11级的大风，此次过程的特点是影响范围广、大风持续时间长、降温剧烈。

(2)由于我国大陆持续受高压控制，我国近海海域持续为偏北或东北风，受偏南暖湿气流影响较少，我国近海未出现比较明显的海雾过程。

(3)西北太平洋和南海共生成2个热带气旋，均达到超强台风级，其中2122号台风“雷伊”是历史上12月在南海海域达到超强台风级的2个台风之一，也是历史上直接袭击南沙群岛的最强台风，还是影响南海最晚的超强台风；
全球其他海域共生成热带气旋14个，其中南太平洋2个，南印度洋7个，澳大利亚附近海域4个，北印度洋1个，东太平洋和大西洋无热带气旋生成。

(4)我国近海出现2.0 m以上海浪过程有13次，近海出现2.0 m以上大浪过程的总天数为56 d，约占冬季总日数的62%。

(5)2021年冬季，我国近海海域呈逐渐降温的趋势，且北部海域的降温幅度明显大于南部海域，海面温度由北到南的温差逐渐增大。由于冷空气势力偏弱，2021年冬季我国近海海面温度较常年总体偏高。

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