準(zhǔn)噶爾盆地西北緣一次大到暴雨天氣過程分析

孫東霞，謝云，李春花，朱蕾

（1.克拉瑪依市氣象局，新疆克拉瑪依 834000；2.新疆空管局，新疆烏魯木齊 830016）

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣一次大到暴雨天氣過程分析

孫東霞1，謝云1，李春花1，朱蕾2

（1.克拉瑪依市氣象局，新疆克拉瑪依 834000；2.新疆空管局，新疆烏魯木齊 830016）

通過分析2010年6月28—29日發(fā)生在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的一次大到暴雨天氣，揭示了形成這次強降水天氣的環(huán)流背景特點、物理量和雷達回波特征。結(jié)果顯示：冷暖氣團在克拉瑪依地區(qū)附近相遇產(chǎn)生的中尺度鋒生現(xiàn)象觸發(fā)了本次暴雨天氣過程。表現(xiàn)最明顯的特征是：高空槽移動緩慢，中層切變線不斷南壓、低層中尺度系統(tǒng)維持，冷暖氣團在該區(qū)域強烈交匯。暴雨區(qū)雷達速度場有明顯的風(fēng)場幅合。對流降水云團強度、移向變化的預(yù)測，是此類天氣臨近預(yù)報的關(guān)鍵和難點。

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣；暴雨天氣；局地?zé)釋α?/p>

克拉瑪依油田位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，西部、北部為海拔1 000～2 000 m的加依爾山山區(qū)，東面是廣闊平坦的戈壁灘，一直向東伸展到準(zhǔn)噶爾盆地沙漠腹地，地勢自西北向東南呈階梯狀下降。地處背風(fēng)坡，干旱少雨，年降水量僅100 mm，暴雨天氣極少發(fā)生[1-2]。由于下墊面以戈壁、荒漠為主，局地強降水易形成洪水，對油田生產(chǎn)威脅較大。大降水預(yù)報一直是預(yù)報服務(wù)工作的難點。國內(nèi)對暴雨天氣的研究已經(jīng)做了不少工作[3-8]，但對準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的大到暴雨天氣研究較少。本文通過分析2010年6月28—29日準(zhǔn)噶爾盆地西北緣出現(xiàn)的一次大降水天氣過程，總結(jié)形成該區(qū)域大降水的天氣特點，以提高對此類天氣的認(rèn)識及預(yù)報能力。

1 天氣特點

2010年6月28日中午開始，克拉瑪依油田區(qū)域多個臺站出現(xiàn)大雨，其中紅淺地區(qū)達暴量（表1），28日17—18時，1 h降雨量達17.5 mm。24 h降雨量59.2 mm，為區(qū)域各站有記錄以來最大值。過程風(fēng)力不大，僅克拉瑪依站28日有短時5級陣風(fēng)，瞬間極大風(fēng)速16.8 m/s，其他地區(qū)風(fēng)力3～4級。克拉瑪依日最高氣溫下降了7℃左右。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣各氣象站2010年6月28—29日降水量

2 環(huán)流背景分析

2.1 500 hPa北疆北部急流帶加強，為區(qū)域大氣上升運動提供動力

從500 hPa高度場變化可見（圖1），這次天氣過程最明顯的特征是歐洲西北部低槽東南下，東歐脊受上游低槽的侵襲，脊頂快速東南垮，但里咸海脊穩(wěn)定，主體略西退。西西伯利亞低槽得到高緯冷空氣的補充東南下，但移動緩慢，29日低槽在新疆北部切斷成渦（圖1b）。槽底鋒區(qū)東南下的過程不斷加強，在北疆北部上空形成20 m/s的急流帶。28日20時，塔城、伊犁500 hPa風(fēng)速分別為26 m/s SW風(fēng)、18 m/s W風(fēng)，克拉瑪依為12 m/s WNW風(fēng)，盆地西北緣有明顯的風(fēng)速輻合。槽底急流帶、區(qū)域風(fēng)場風(fēng)速幅合，為大氣上升運動、水汽輸送提供了動力條件。

2.2 中層切變線、低層中尺度低壓觸發(fā)并維持強對流的爆發(fā)

圖1 2010年6月27日20時500 hPa（a）和29日（b）20時500 hPa環(huán)流形勢

圖2 2010年6月27—28日20時700 hPa、850 hPa高度場疊加風(fēng)場（“☆”為克拉瑪依站位置，下同）

在中低層表現(xiàn)最突出的特點是，27日20點700 hPa低渦外圍槽線已經(jīng)南壓到巴爾喀什湖北部，北疆西部形成反氣旋閉合風(fēng)場（圖2a），風(fēng)速為6～8 m/ s，表明該區(qū)域中層大氣有較強的輻散。對應(yīng)850hPa，該區(qū)域存在一個氣旋式切變線（圖2c），即中尺度低壓系統(tǒng)。低層切變線引發(fā)氣流的水平輻合，有利于上升運動加強，同時，水平輻合也為區(qū)域水汽輸送提供了動力。由此可見，中低層觸發(fā)對流系統(tǒng)爆發(fā)形成28日局地暴雨的主要因子是：中層反氣旋閉合風(fēng)場和低層切變線。

28日20 時，北疆西部的反氣旋閉合風(fēng)場消逝，但西西伯利亞低渦順轉(zhuǎn)槽體東南下，在巴爾喀什湖北側(cè)形成東西走向切變線（圖2b）。伊犁探空站西風(fēng)風(fēng)速明顯加強為12 m·s-1，而烏魯木齊站西北風(fēng)風(fēng)速減小為2 m·s-1，盆地上空風(fēng)速輻合明顯加強，為中層大氣上升運動提供動力機制。低層850 hPa在伊犁以東有中尺度低壓系統(tǒng)生成（圖2d），在克拉瑪依站西南部表現(xiàn)為西北東南向切變線，且切變線前后風(fēng)速差達到12 m·s-1，風(fēng)向和風(fēng)速輻合加強，為該區(qū)域上升運動的加強、水汽持續(xù)輻合提供了有利的條件，29日的暴雨就出現(xiàn)在這個區(qū)域。

以上分析顯示，中層切變線不斷南壓、低層中尺度系統(tǒng)維持，與高層500 hPa槽底鋒區(qū)不斷加強的強西風(fēng)氣流相互作用，為區(qū)域整層大氣垂直上升運動加強、維持，水汽不斷地向強對流區(qū)輸送，提供了持續(xù)的動力機制，為區(qū)域暴雨的形成提供了有利的環(huán)境條件。

2.3 中低層熱力條件分析

分析850 hPa溫度場可見，28日08點巴爾喀什湖北部冷氣團溫度在2～6℃，新疆暖氣團溫度在19～20℃，冷暖氣團溫差達15℃左右。30日08時，冷空氣南下進入北疆，北疆的氣團溫度下降了10℃左右。由此可見，冷暖空氣的交匯比較強烈。

分析6月28日、30日地面形勢場（圖3），本次大降水為較典型的冷鋒前暖區(qū)降水。由于高空影響系統(tǒng)移動緩慢，對應(yīng)地面圖上，高壓也呈緩慢東南下的特點。28日05時冷高壓中心位于巴爾喀什湖西北部，中心溫度在10～12℃。盆地西北緣氣團溫度為21～24℃，近地面冷暖氣團溫差在10℃以上。30日05時，地面冷鋒移出北疆，較28日溫度下降7℃。

27日盆地西北緣日最高氣溫均在31℃以上，干暖的下墊面與強冷氣團相互作用，加劇了區(qū)域大氣的不穩(wěn)定性，有利于對流天氣的爆發(fā)。

綜上分析，在高空急流帶、低空切變線共同作用下，冷暖氣團在克拉瑪依地區(qū)附近相遇產(chǎn)生的中尺度鋒生現(xiàn)象觸發(fā)了本次暴雨天氣過程。

3 物理量分析

圖3 2010年6月28日（a）、30日05時（b）海平面氣壓場

3.1 相對濕度

EC-數(shù)值預(yù)報濕度場，27日20時，新疆上空偏西偏北地區(qū)的相對濕度開始增大，28日20時700 hPa上（圖4a），該區(qū)域相對濕度繼續(xù)增強，達80%以上的高濕區(qū)自鄂木斯克向東南延伸，經(jīng)塔城地區(qū)伸至石河子地區(qū)，克拉瑪依市位于高濕區(qū)中心，相對濕度超過90%，高濕區(qū)就形成于低層850 hPa克拉瑪依站西南部切變線的右側(cè)（圖2d）。29日08時700 hPa上，高濕區(qū)強度繼續(xù)增強，范圍向東南方向擴展，克拉瑪依市仍位于90%～100%高濕區(qū)內(nèi)（圖4b）。850 hPa上克拉瑪依市的相對濕度也較大，但低于700 hPa，28日20時和29日08時克拉瑪依市的相對濕度維持在50%～70%，為大降水的形成提供了有利的水汽條件。大降水區(qū)位于濕度梯度大值區(qū)附近。大降水發(fā)生前和發(fā)生時，克拉瑪依市中低層濕度增大，在中低層高度間表現(xiàn)為上層濕下層干，區(qū)域?qū)咏Y(jié)表現(xiàn)出一定的不穩(wěn)定，為區(qū)域大降水的觸發(fā)積聚了動力條件。

3.2 不穩(wěn)定條件分析

分析克拉瑪依探空T-lnP圖（圖5），27日20時地面到700 hPa風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，700～500 hPa風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，700～600 hPa附近空氣濕度很大，700 hPa以下濕度明顯遞減，說明中低層有暖平流且大氣干燥，高層有冷平流且存在明顯濕層，高層冷濕，低層暖干，大氣存在不穩(wěn)定潛勢。28日20時整層大氣風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)表現(xiàn)為冷平流，抬升凝結(jié)高度由650 hPa下降到850 hPa，500 hPa以下空氣濕度很大，K指數(shù)由28℃增強到37℃，沙氏指數(shù)由1.3減小到0.7，從以上層結(jié)穩(wěn)定性主要判據(jù)的變化說明，區(qū)域大氣層結(jié)不穩(wěn)定性在逐漸加強。950 hPa為2 m/s NW風(fēng)，850 hPa為2 m/s SE風(fēng)，低層大氣存在明顯的風(fēng)切變，說明低層冷空氣的入侵，抬升了冷鋒前的暖濕空氣，大氣的上升運動加強，大氣對流得到發(fā)展，表明區(qū)域強對流天氣還將持續(xù)。

4 雷達回波特征

從雷達圖反射率因子演變特征可見（圖6，均為2.4°仰角），本次天氣主要是局地?zé)釋α鲝娏野l(fā)展形成強對流云團造成的局地暴雨，與形勢場分析結(jié)論一致。降水回波在雷達圖上表現(xiàn)為強度迅速增強，范圍快速擴大，從28日13:33的雷達反射率因子圖上，僅測站西30 km處有小回波單體，范圍、強度都比較小，僅30 min后，測站周圍出現(xiàn)多個反射率因子大于50 dBz的強回波單體嵌套的對流云團，此時，克拉瑪依站開始出現(xiàn)雷陣雨，所以，這種局地?zé)釋α靼l(fā)展的降水天氣的起報，是超短時臨近預(yù)報的難點。

4.1 暴雨區(qū)雷達反射率因子特征分析

圖4 2010年6月28—29日700hPa相對濕度（單位：%）

圖5 2010年6月27（a）、28（b）日20時克拉瑪依T-lnP圖

紅淺自動站監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，28日16時紅淺站開始降水，16—17時達25.6 mm。下面主要就紅淺區(qū)域這個時段的雷達回波特點做重點分析。

由圖7可見，15:34紅淺區(qū)域無明顯降水回波，16:01在其正西面出現(xiàn)嵌套多個50 dBz以上強對流單體的降水云團，16:34強對流單體面積明顯增加并向西擴展，16:50強對流云團東移在紅淺區(qū)域加強，強回波范圍進一步擴大，強度加強，強對流云團反射率達50～55 dBz，對應(yīng)該區(qū)域的強降雨時段。

從雷達速度圖8可見，16:01紅淺西側(cè)有弱輻合風(fēng)場出現(xiàn)，16:34風(fēng)場輻合線位于紅淺西側(cè)范圍明顯擴大，并表現(xiàn)為弱的氣旋式風(fēng)場結(jié)構(gòu)，16:50風(fēng)場輻合加大，氣旋式結(jié)構(gòu)更加明顯，輻合最大處位于紅淺附近，對應(yīng)該區(qū)域最強降雨時段。

圖6 2010年6月28日克拉瑪依新一代天氣雷達2.4°仰角的反射率因子圖（單位：dBz）

圖7 2010年6月28日克拉瑪依新一代天氣雷達2.4°仰角的反射率因子圖（單位：dBz）

圖82010年6月28日克拉瑪依新一代天氣雷達2.4°仰角的徑向速度圖（單位：m·s-1）

4.2 暴雨區(qū)不同強度反射率占所選窗口百分比分析

分析不同時次同區(qū)域同面積反射率因子所占百分比，16:34、16:50相隔16 min，大于50 dBz回波面積由6.9%增加到16.77%，強回波范圍擴大很快，由此可見對流云團發(fā)展速度是非常快的。

4.3 暴雨區(qū)不同時段垂直累積液態(tài)水含量及回波頂高變化特點

從16:01紅淺降水回波單體出現(xiàn)到16:50形成暴雨，VIL最大值由14 kg/m2逐漸增大到22 kg/m2，對流云團內(nèi)大于14 kg/m2面積不斷增加。降水后，VIL最大值也明顯減小。說明VIL值與降水強度為正相關(guān)，對流單體回波強度越強，VIL值越大，對應(yīng)地面降水強度也越大。

為了分析暴雨區(qū)強降水云團的變化速度，我們選取16:34、16:50、17:18，紅淺降水初時、暴雨時、降水基本結(jié)束3個時次，影響紅淺強降雨云團大于50 dBz回波頂高、最大垂直液態(tài)水含量數(shù)值變化分別為：3 km、6 km、3 km和12 kg/m2、22 kg/m2、5 kg/m2，以上數(shù)據(jù)的變化也反映了熱對流形成的強降水云團生成、發(fā)展、消亡的變化非常迅速。

5 結(jié)論

（1）本次天氣過程是一次比較典型的低槽冷鋒降水。中層切變線不斷南壓、低層中尺度系統(tǒng)維持，與高層500 hPa槽底鋒區(qū)不斷加強的強西風(fēng)氣流相互作用，為區(qū)域整層大氣垂直上升運動加強、維持，水汽不斷地向強對流區(qū)輸送，提供了持續(xù)的動力機制，為區(qū)域暴雨的形成提供了有利的環(huán)境條件。

（2）850 hPa區(qū)域溫度與冷氣團溫度溫差達15℃左右。近地面冷暖氣團溫差在10℃以上。冷暖氣團在克拉瑪依地區(qū)附近相遇產(chǎn)生的中尺度鋒生現(xiàn)象，觸發(fā)了本次暴雨天氣過程。

（3）850 hPa、700 hPa有明顯的大濕區(qū)配合。天氣進入前沙氏指數(shù)有明顯減小。

（4）從雷達回波變化分析，本次降水主要是局地?zé)釋α鲝娏野l(fā)展形成強對流云團造成的大降水。造成紅淺區(qū)域暴雨的強對流云團有明顯的氣旋式風(fēng)場輻合，回波頂高最大為6 km，最大垂直液態(tài)含水量19 kg/m2。對流強降水云團強度變化迅速，是暴雨臨近預(yù)報的難點。

[1]張家寶，鄧子風(fēng).新疆降水概論[M].北京:氣象出版社，1987.

[2]新疆短期天氣預(yù)報指導(dǎo)手冊[M].烏魯木齊：新疆人民出版社，1986.

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Analysis on the Weather Process of a Heavy-Hard Rainfall in the Northwestern Margin of Junggar Basin

SUN Dongxia1，XIE Yun1，LI Chunhua1，ZHU Lei2
（1.Kelamayi Meteorological bureau，Kelamayi 834000，China；2.Xinjiang Air Traffic Administration，Urumqi 830016，China）

This paper Analyzed the heavy-hard rainfall in the northwestern margin of Junggar basin during 28-29 June 2010，evealed the formation of the circulation background characteristics of strong precipitation,physical quantities and radar echo features.The results showed that:In Karamay region near the cold and warm air mass meet to produce the mesoscale frontogenesis phenomenon to triggered the rainstorm weather process.The most obvious feature is:the low through of upper air moving slowly，The shear line of middle level pressed to south continuously，lower level mesoscale system to maintain，between warm and cool air come into violent interaction effect in the region.the area of rainstorm have obvious wind convergence zone in the velocity field of radar.To predict the changes of intensity and moving directions of the convective rain clouds，is the key and difficulty of the short term forecasting and nowcasting.

the northwestern margin of Junggar basin;the heavy-hard rainfall;local heat convection

P458

B

1002-0799（2013）06-0008-07

10.3969/j.issn.1002-0799.2013.06.002

2012-06-29；

2012-10-18

國家科技支撐計劃課題（2012BAC23B01）資助。

孫東霞（1965-），女，高級工程師，從事天氣預(yù)報和氣候研究工作。E-mail：358703266@qq.com