风云气象卫星监测极涡和冷空气活动

     冬季影响我国的冷空气寒潮过程和极涡活动关系密切。国家卫星气象中心利用FY-3D气象卫星反演温度产品，对2021年-2022年冬季极涡和冷空气活动开展实时监测分析。

     “极涡”一般分为狭义极涡和广义极涡，通常天气学上短时间尺度的极区低涡可认为是狭义极涡（Polar low）。而气候学上长时间尺度的绕极涡旋可称为广义极涡(Polar vortex)。对于北半球而言，因为海陆分布不均匀，受下垫面辐射特性的影响，在对流层中广义极涡中心经常不位于北极中心，偏向北美大陆或欧亚大陆，从而导致这些地区偏冷。在南半球，南极地区中心就是大陆，海洋环绕周围，海陆分布随纬度相对比较均匀，极涡几乎是没有偏离南极中心，位置比较稳定。利用ERA5气象再分析数据和FY-3号气象卫星获取极区850hPa月平均温度（图1）。可以看出，12月、1月和2月期间，两个寒冷区域中心分别出现在欧亚大陆东北部和北美大陆。

图1. ERA5气象再分析数据1979-2021年和风云卫星2018-2021年的冬季(12月、1月和2月)850hPa温度空间平均分布图（欧亚大陆东北部和北美大陆东北部为冷中心）

     极涡是冷空气的源地, 极涡偏强意味着欧亚大陆北端的上空受更强的冷空气控制, 一旦环流形势发生改变, 冷空气将大举南下, 较强的冷空气会更剧烈地影响欧亚大陆天气系统，在适当的条件下，造成我国出现寒潮过程。长时间序列气象再分析数据（https://climate.copernicus.eu）监测显示，北极区域平均温度自1979年以来整体呈升高的趋势。2021年12月，北极区域近地面气温较1951-1980年平均值偏高2.61℃（图2）。因此，在整体变暖的大背景下，利用风云气象卫星开展极区冷空气监测服务。

图2. 1979-2021年近地面气温距平（平均态：1981-2010年）和2021年12月近地面温度距平（平均态：1951-1980年）

     2021年10-12月我国共出现8次冷空气过程（中央气象台中期提供数据），从日平均温度演变（图3）可以看出，12月中旬和下旬欧亚大陆东北部区域持续维持较强的冷中心。同时，12月11-13日和15-18日全国出现中等强度冷空气，12月23-26日全国出现寒潮。2022年1月份开始，北美大陆的冷中心持续维持，而欧亚大陆的冷空气强度减弱。

图3. 2021年12月11日-2022年1月28日FY-3D气象卫星监测极区850hPa日平均温度（蓝色区域代表冷气团，蓝色越深说明冷空气活动越强）

     日平均温度和距平动画显示（图4），冷空气一直绕着极地逆时针旋转，欧亚大陆和北美大陆上维持着两个冷中心，温度距平动画可以清楚地看到冷暖距平区绕着极地交替旋转，呈现周期震荡的特征。

图4 2021年12月11日-2022年1月28日FY-3D气象卫星监测极区850hPa日平均温度（上图）和距平动画（下图）

     欧亚大陆冷空气活动关键区（50-80°N，95-150°E）（图6中红色区域）区域平均温度和温度距平演变可以看出（图5）：自去年12月11日以来，关键区的温度随时间起伏震荡，和过去4年相比，12月中旬和下旬大部分时间温度偏低。2022年1月5日以来，该区域的温度持续偏高。1月29日最新监测显示（图6），欧亚大陆东北部850hPa温度为-15～-20℃左右，温度偏高4～8℃，我国东北地区北部温度略偏低。

  

图5欧亚大陆冷空气活动关键区（见图6）2021年12月11日-2022年1月28日温度和温度距平演变。

图6 2022年1月29日FY-3D气象卫星监测极区850hPa日平均温度、温度距平

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