2021年3月大氣環流和天氣分析*

關 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學院， 北京 100081

提 要： 2021年3月大氣環流呈雙極型分布，中高緯環流為三波型，東亞大槽偏弱，西太平洋副熱帶高壓強度與常年相當。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生一次強對流天氣過程。月內冷空氣偏弱，僅于15—17日發生一次中等強度冷空氣過程。云南等地干旱持續，華南干旱開始發展。

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。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，月內共發生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、雷電天氣災害，并伴有雷暴大風。月內有一次中等強度冷空氣過程影響我國，多地出現低溫冷凍災害或雪災，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發展，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，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、東北地區西部以及內蒙古中東部、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，西南地區東南部、華南大部、東北地區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，其中部分地區偏多2倍以上，黑龍江、寧夏部分地區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)，全國大部地區較常年同期均偏暖，氣溫偏高1～4℃，我國東部地區較西部偏暖程度高，其中黃淮、江淮、江漢、江南、華南等地區偏高2～3℃，內蒙古中東部、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，東西伯利亞海一側的極渦與負距平中心相對應(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

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。整個歐亞大陸地區中高緯的“兩槽一脊”型環流較常年呈現“西強東弱”的態勢。歐洲槽偏東位于東歐且顯著偏強(對應10 dagpm的負距平區)偏深，烏拉爾山脊偏弱偏東，東亞槽較偏弱，亞洲中高緯環流平直，影響我國的冷空勢力較弱，導致3月全國范圍內均出現氣溫正異常，平均氣溫較同期偏高2.5℃，其中內蒙古中東部、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。

低緯地區高度場普遍為正距平(0～2 dagpm)，表現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，使得冷暖交匯區域偏北，我國長江中下游地區月內累計降水超過200 mm。江淮、江漢、江南地區降水偏多，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，干旱持續發展，部分地區達中到重度氣象干旱，廣東和臺灣等地旱情明顯。

2.3 環流演變與我國天氣

圖5表示3月上、中、下旬歐亞地區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，相應東亞槽位置偏東，貝加爾湖脊控制我國西北地區，環流經向度為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。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出現中到大雪。南下冷空氣與偏南暖濕氣流在江南地區匯合，較往年略偏北，江南大部和華南北區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，環流經向度減小，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，出現了近十年來我國最強沙塵天氣過程。持續時間長、影響范圍廣，涉及19個省(自治區、直轄市)，影響范圍4 562 000 km2；內蒙古中西部、甘肅西部、寧夏、陜西北部、山西北部、河北北部、北京、天津等地出現沙塵暴，其中內蒙古中西部、寧夏、陜西北部、山西北部、河北北部、北京等地部分地區出現強沙塵暴。南支槽減弱，我國南方大部地區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，繼續有利于蒙古國和內蒙古西部起沙。同時東亞槽較中旬有所加強，經向度加大，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、浙江北部等地出現揚沙和浮塵天氣，內蒙古中部、陜西北部、河北西北部的部分地區出現沙塵暴，內蒙古中部出現強沙塵暴。南支槽加深，配合南下冷空氣，月底長江流域發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，我國北方地區平均揚沙及以上等級沙塵日數共0.9 d，為2011年以來同期最多。月內，共出現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，出現近十年我國最強沙塵天氣過程，持續時間長、影響范圍廣，涉及19個省(自治區、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，其中內蒙古中東部偏高4℃以上，入冬以來，蒙古國和我國西北地區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環流形勢來看(圖6a)，亞洲中高緯有三槽兩脊，中西亞和遠東地區為長波槽區，中間寬廣的區域內有一短波槽脊活動。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定層結。強氣壓梯度、強冷平流以及不穩定層結造成的動量下傳等共同作用，使得這一地區出現西北大風刮起沙塵，而不穩定層結同時又有利于沙塵通過湍流向上交換在西北氣流引導下向我國輸送。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，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，出現10級以上的陣風，其中張家口部分地區PM10平均質量濃度超過10 000 μg·m-3，北京部分地區超過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，華北、東北空氣質量轉好。16日下午至17日受偏南風影響，一部分沙塵由地面輸送沿東北、黃淮地區回流至北京及周邊地區，另一部分向西北輸送與滯留于新疆盆地的沙塵匯合，持續影響我國西北地區。18—19日500 hPa高壓脊維持，經向度減小，冷空氣主體影響結束，風力減小，雨雪天氣削弱了沙塵對西北地區的影響。19—20日西北地區沙塵隨偏東氣流影響我國的西北東部和華北地區，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)和風場(風向桿，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，共出現一次強對流天氣過程，與近兩年數量相同,且均發生在3月下旬(周曉敏和張濤，2020；韓旭卿和張濤，2019)，受災區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。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，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、四川發生雷暴和短時強降水，并伴有雷暴大風和冰雹，多地出現不同程度的受災，其中浙江西南部31日17時出現直徑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8～9級雷暴大風。

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附近，整層可降水量達到60 mm，并有低層偏南暖濕氣流持續輸送，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生，最不穩定層約在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風場(風向桿，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 其他災害性天氣

4.1 冷空氣

3月僅有1次全國冷空氣過程，發生在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日內蒙古呼倫貝爾受蒙古氣旋影響，新巴爾虎左旗出現暴風雪天氣，受災人口超過3 000人，全旗15個氣象監測站最大風力均達到9級以上，其中2個站最大風力達到12級(32.7 m·s-1以上)，全旗各蘇木鎮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準，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發展，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展，出現中旱和重旱。31日，云南、貴州、四川、廣東、廣西和福建等6省(自治區)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)97.7萬人受災，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；農作物受災面積為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)；直接經濟損失為3億元。

致 謝：感謝國家氣象中心氣象服務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報室中期科提供的全國冷空氣過程記錄。