史上最暖2月谁制造？原因可能得从千里之外的中西亚说起
The following article is from 涛淘风云 Author 张涛
编者按：最近北美大陆遭遇罕见的极端寒潮天气，而大洋彼岸的我们也刚刚经历了一场极端性丝毫不亚于北美寒潮的异常升温事件，这场升温事件有多极端？导致这一历史罕见极端情况的原因又是什么？中央气象台首席预报员张涛，用专业的角度和风趣的解读，带大家了解这场极端天气事件背后的故事。
作为预报员，我与天气打交道，在我看来2020年，堪称见证历史的天气事件几乎就是俯拾皆是，如长江洪水和大半年无台风等。
2021继续见证历史。一开年，我们看到了两百年一遇的大洋彼岸国会山事件。紧接着，2月在天气领域，北美大陆遭遇了罕见的极端寒潮和冬季风暴，以及由它带来的极端灾害。
但你可知道，就在我们身边刚刚发生的天气事件，其极端性丝毫不亚于北美的寒潮图片。幸运的是，这个天气虽然在气候上极端，但并不致灾——它就是2月19-21日席卷长江以北大半个中国的异常升温事件，我暂称之为“史上最暖2月”吧。
下面我将先从升温的区域、升温的过程以及最终造成的破纪录程度三个方面来看看这次事件的历史罕见性，然后就事件形成的原因和经过谈谈个人观点，不一定对。如无特别说明，文中所有数据和图片均来自中央气象台日常业务平台。
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史上最暖2月究竟有多异常
上图是一张最高气温分布图，每一个数字代表一个国家气象观测站在2月17日至21日这5天内出现过的最高气温值，而带有圆圈的数字，表示该最高气温平或破了该气象站有历史记录以来的同期最高记录（此图数据的同期指的该日加上前后各5日总共11日期间的历史同期）；没有圆圈的数字没有平破记录，但有可能已经非常接近，我们姑且以能够平破记录来代表“异常升温”吧。
足以看出异常升温地区基本囊括了长江以北长城以南的大部，即便长城以北的内蒙古中西部、新疆北部和甘肃部分区域也在破记录范围之内。这个平破记录的站点数是905，占全国所有国家站的1/3还要多一些。
>>【拓展阅读一】注：气象数据在做历史同期比较的时候，方法并不唯一，可以是同月，可以是同旬，可以前后5天、10天、15天等等，所取方法不同得出的结论会有不同，但大致相当，一般不会影响极端性的判断。
下面我们再给出几组数字感受一下这次破记录的酸爽：
以21日白天最高气温来看，北京南部、河北中南部、陕西关中、山东大部、河南及以南大部地区有25～29℃，河南西峡达30℃。北京、天津、河北、山西、山东、河南、安徽、江苏、湖北、陕西、辽宁等省（直辖市）共有494个国家气象观测站气温突破有气象记录以来2月份历史极值，约占全国的1/5，其中突破极值的站点占当地站点的比例，北京为95%，天津为85.7%，山东为83.2%，河南为77%，河北为65.5%。
其实，上述大部地区升温过程都是连日升温，自17日以来气温四连升或者五连升的占据了多数，而大部分地区都在19、20、21三日内达到气温最高点，当升温过程结束、历史记录更新之后，大部破记录地区这三日的最高温度都可以排进历史同期前5名，有些甚至占据前3！
新纪录一下就把过往的历史记录扫到了爪哇国，完虐啊，简直是按在地上摩擦，我也觉得我这么说有点扯，但一会儿你看了第三部分破记录幅度时，你肯定能理解了。
从本次过程最高气温的升幅来看，大部地区的最高气温都在这几天内上升了7-10℃，在北方很多站点升幅甚至达到20℃以上。
我们以北京国家站为例，此前的历史第一名为1992年2月26日的最高气温17.9℃，而这次升温前最高气温的低点是2月16日的3.3℃，17日也只有3.6℃，但是之后快速两连升19日就达到16.7℃，进入当时的历史第四，21日达到25.6℃，总升温幅度达到了惊人的7.7℃！
21日那一天下午，我恰好去了趟公园，我看到很多人穿着短袖，但是——他们手上都拿着棉袄，也有那懒得脱去还捂在身上的羽绒服。这个季节的北京，如果不太关注天气，然后从暖气屋里走出来，就这效果。
▲2月20日14时43分，北京南郊观象台气温达到20℃，打破2月历史纪录。街头夏装、冬装齐上阵。（图/中国天气网 王晓）
我当然是关注天气的啦，所以我是那个穿短袖、手上搭着棉袄的那个人，毕竟要春捂不是么？何况北京还没入春~
下图选了南北方向上的三个城市北京、石家庄、郑州的最高气温时序图，基本可以看到完整升温过程，也代表本次异常升温过程的大部分地区了。
从破同期记录的幅度来看，大部地区都是大幅提升了历史纪录。
以北京站的前后5日同期历史比较为例，本次过程是纪录两连破。此前的历史第一名1992年2月26日的最高气温17.9℃，20日将此纪录提高到了20.8℃，21日再次提升到了25.6℃，之前的第一已经被挤到第三名，本次过程的破纪录幅度达到了惊人的7.9℃！
好吧，但看这个气温幅度，你可能觉得我大惊小怪，容我给你打个比方：球王贝利年度进球75个，你是不是叹为观止了？盖德穆勒给整到了85。差不多40年过去了，这期间你看，一个球员年度进30多个球都算巨星了，你觉得这记录很难破了对吧？然后梅西横空出世了，不光破了还一下子给拉到91球。
以此类推，下一个纪录得是120球往上，才能匹配我对这次北京气温破记录的赶脚。要知道，从北京国家站最高气温的气候平均值来看，5月上旬也不过是24.9℃，中旬也才26.3℃啊！而此次破记录之前，历史前十名也不过在15-18℃之间挤着。
下图仍然给出北京、石家庄和郑州的历史记录排名做代表，可以看到，石家庄市记录3连破，郑州两连破。从三城破记录的幅度来看，北京最大7.9℃，石家庄次之4.4℃，郑州最小3℃，这个破纪录幅度排序基本上也代表了此次升温极端性差异，总的来说，大部分地区破记录的幅度都可以达到3-5℃，北边大些，南边小些。
综上，这次升温过程从其破历史记录的广度和深度来看都极端异常，尤其是偏北些的地区。尽管我们的观测历史还不太长，大都在百年以内。但如果以有观测记录的历史而言，史上罕见恐怕已经无法形容，我愿意称其为史上仅见！
史上最暖2月 因何而起？
需要说明的是，以下分析和结论仅为作者依所学和工作经验而作，虽然对于其中的主要物理和气象知识以及逻辑还是有信心的，但从学术的角度毫无疑问是不够系统和不够严谨，时间精力所限仓促写就，仅供参考。会涉及一些专业知识，没兴趣的您看黑体字部分就行了。
制造这史上最暖2月拢共分几步？
第一步，中西亚暖空气生成。中亚中南部和西亚地区大致阿富汗、伊朗、伊拉克等地区及周边，在前期（约2月12-17日）由于持续的晴空日晒，结合其极其有利于接受太阳短波辐射的地面特性（戈壁、荒漠），生产出了大范围的暖干气团；
第二步，中西亚暖干空气向东北方向输送。18日起这团暖空气开始在西南气流的输送下向东北方向输送，主力军19日到达中亚的北部地区，也包括我国新疆北部、哈萨克斯坦及蒙古国西部等地区，并且这团暖空气并入了原来也出于同样原因生长起来的稍弱些的本地的暖气团；
第三步，暖气团大举东移南下影响我国中东部。20日和21日暖气团踩着它老冤家寒潮常走的路从新疆北部东移南下，制造了我国北方的史上最暖2月。因此这股暖干空气它跟打南边儿来中国夏季风暖湿空气不是一家子，大概是表亲吧，这暖干空气它就是一匹来自北方的狼（热浪）啊。
请看下图动画，注意那团最显眼的红色部分，大致可以代表我说的暖干空气。你品，你细品。
▲此图为2月12日至2月22日850hPa等压面的温度和距平，距平就是距离常年平均的意思，你可以看做是反常程度，850hPa等压面大致位于海拔1400多米的高空，注意是海拔，不是距离地面，相信我这图基本上能反映这个过程就行了，再细说就要出专业预警了，我都头疼。
补充说明一下：这团暖空气可不是简单的从中西亚先往东北跑再往东南溜达来到我国的，这么说虽然也不错，但其实这只是它的水平方向上较快速的移动，时速差不多是60公里左右吧。
实际上它还在垂直方向上有很缓慢的移动，时速大概是几百米，它就像幼儿园小盆友玩滑梯，在从中西亚向东北方向跑的时候是爬楼梯，再从我国新疆北部向东南方向溜达的时候则是坐滑梯。
我为什么说这很重要，因为仅仅是水平方向走几千公里实在是稀松平常，但加上这一升一降再拐个弯它才配得上“乾坤大挪移”呀！
>>【拓展阅读二】关于暖空气“小盆友玩滑梯”的解释和证据
如果你对这个0感兴趣，简单点说有两个东西你可以记住：
第一，空气在上升的时候自身会因为减压而降温，反之下沉会因为增压而升温，这个变化与环境温度完全无关，也就是说并不是由于对流层里高空冷低空暖。
第二，在西风带中，大体上大范围的西南风是爬升风，西北风是下沉风。
回忆下：空气上升冷却凝结成云，我记得这是小学语文课“看云识天气”里科普的知识，而反之呢，课文没说我来说下，下沉就是是晴、热、干的关键了。
看上面的云图，是不是在中亚发现一条西南东北向的云带呢（编者注：蓝色箭头处），云下面有的地方在下雨，有的地方可能就是阴天。这云带就是暖空气小盆友爬的楼梯啦，云带的西南和西部那些晴空区就是暖空气小盆友出生和成长的地方。
过了新疆后掉头往东南（编者注：红色箭头处），那就是小盆友滑下来的滑梯了，滑到哪里哪里暖干，滑下来坐屁墩儿的地方，就是升温最极端的地方了，大致在华北平原北部。
再看下面两张不同高度和时间的风温对比图，上图是20日08时500hPa风温，下图是24小时之后即21日20时850hPa风温，最重要的特征是上图我国新疆和西北地区5000米高空的暖带，它其实对应了24小时后下图中我国华北黄淮地区1400米低空的暖带。动态分析了很多这样的图（这里只展示这两张）后，我认为这次史上最暖2月的最关键和主要的形成原因是西北方向来的大范围下沉气流，它不仅带来了晴空日晒，也带来了干暖空气。
升温的直接原因主要来自两方面：首先是晴空日晒，随着立春后太阳直射点逐渐北回，晴空日晒照射地面升温的能力在快速增强，而地表升温可以快速影响底层大气温度，当大范围连续出现晴空时有利于温度积累升高；
然后是高空大范围西北气流的空气下沉增温运动，一般而言，当一团空气从高空下沉到地面时，每下降1000米，温度平均升高6.5℃。如果下沉的高空大气本身较同高度下游东南地区暖的话，那么东南移并下到地面时就会导致下游地面气温显著上升。
本次大范围升温过程是两者结合的结果，因此这次升温过程尤其极端。而在造成这种极端性的原因上，后者比前者作用更大也更为关键，并且后者还直接影响了前者的发挥，因为大范围晴空天气的主要成因就是大范围的高空下沉气流。但你要找根源，中西亚的晴空日晒是源头变暖的关键。
上面两张图来自中国气象最重要的国之重器之二：上图是2月21日14时的我国风云4号真彩云图，可以清晰的看到北方大片的晴空区，下图是相同时间的我国自主知识产权的全球数值预报GRAPES-GFS出产的500hPa等压面风，可以看到对应晴空区的大西北风带。（编者注：即图中上半黄绿色块部分）
>>【拓展阅读三】如何看等压面风图？
这个等压面它并不像你看起来像的一条条的拉面，它其实更像一张薄面饼，高度大约在海拔5000多米不停的起伏着。我们分析它来获取高空大气的很多物理特性，从图可以看到与晴空区相匹配的高空西北气流。
风向杆指向风的下游，杆尾位置竖起的一条长线表示4米/秒，一条短线表示2米/秒，一个小旗表示20米/秒，整个杆上的加起来就是风速了，这个风速可比前面动图中850hPa那个快多了，涂色的区域都在16米/秒以上，越蓝绿表示风速越快，所以你可以看到似乎有一条绸带，没错，这就是大名鼎鼎的西风带了，是影响温带地区最重要的天气系统。
最后，说一下网上流传的“焚风效应成因说”。
通常来说，焚风指的是山上的风在向山下吹的过程会因为下沉增温效应而气温显著升高且湿度大幅下降。因此，从下沉增温这个角度来说这次升温过程与焚风效应在物理机制上是有类似之处的，但如果直接归结为焚风效应就很不妥了。
首先，这几千上万公里持续一周多的时空调度，规模远远超过了下坡过程最多十几小时，所经路径最多至几十公里的焚风；
其次，这次导演上下坡的是西风带长波，其下沉是大尺度大气环流的作用，是从高空下沉，也与焚风沿山坡而下是截然不同的。
当然了，在整个升温大背景里面，有一小部分地区是存在真正意义的焚风效应相叠加的，特别是在太行山东侧的华北平原沿山等地带，是我国焚风效应常见的地区。
最后总结一下，此次大范围升温，尤其是20-21日北方地区的升温，主要原因是一股大范围的暖空气从中亚北部、也就是蒙古国西部、新疆北部一带地区自西北向东南方向向我国中东部地区倾泻而来，其路径恰似一次寒潮东移南下，但不同的是暖空气东移南下的过程中是自高空逐渐下降的，其主体下降到地面的地区和时间，也正是最强的影响区域21日的华北地区。
进一步研究中亚北部高空暖空气的形成原因的话，则主要来自中亚中南部和西亚东部的低层极暖空气向东北方向上升而来，而中亚中南部低层的暖空气形成的主要原因是这里特有的戈壁荒漠地形极其有利于日晒升温，这一超大坨暖空气从源地形成到传输到降落至华北周边，整个过程大约有一周多的时间，堪称乾坤大挪移，令人不禁赞叹大自然造化鬼斧神工！
本文作者张涛
现为中央气象台首席预报员
20年的职业生涯经历了很多重大或有趣的天气事件
也时常做些气象科普和天气预报解读
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