2014年新疆西部一次暴雪天氣的中尺度特征

莊曉翠，覃家秀，李博淵

(1.新疆阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆　阿勒泰　836500；2.新疆伊犁州氣象局，新疆　伊寧　835000)

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2014年新疆西部一次暴雪天氣的中尺度特征

莊曉翠1，覃家秀2，李博淵1

(1.新疆阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆阿勒泰836500；2.新疆伊犁州氣象局，新疆伊寧835000)

摘要：利用常規(guī)和區(qū)域自動(dòng)站逐時(shí)觀測(cè)資料、ECMWF細(xì)網(wǎng)格初始場(chǎng)資料、FY-2C紅外云圖、Doppler雷達(dá)產(chǎn)品及NCEP FNL再分析資料，對(duì)2014年1月28日發(fā)生在新疆西部的暴雪天氣過程進(jìn)行分析。結(jié)果表明：在有利的環(huán)流背景下，暴雪落區(qū)位于中尺度短波槽前、低層及地面中尺度系統(tǒng)強(qiáng)輻合與高空強(qiáng)輻散重疊區(qū)域，并出現(xiàn)在中尺度冷云團(tuán)邊緣及TBB梯度最大區(qū)域的前部。中尺度冷云團(tuán)的數(shù)量及持續(xù)時(shí)間與降雪量成正比。雷達(dá)產(chǎn)品顯示，暴雪產(chǎn)生在15 dBZ以上的回波帶，最強(qiáng)回波與暴雪中心基本重合；暴雪區(qū)上空有較強(qiáng)的暖平流和垂直風(fēng)切變及輻合區(qū)；低空急流的厚度與降雪量呈顯著正相關(guān)；低空急流伸展的最低高度及厚度與降雪出現(xiàn)的時(shí)間和最強(qiáng)降雪時(shí)段有密切關(guān)系。

關(guān)鍵詞：新疆西部；暴雪；中尺度特征

引言

暴雪是由大尺度環(huán)境下的多個(gè)中小尺度系統(tǒng)造成的。近年來，隨著預(yù)報(bào)技術(shù)和監(jiān)測(cè)手段的不斷改進(jìn)和提高，對(duì)形成暴雪的中尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展機(jī)理研究更加深入[1-9]。新疆在暴雪研究方面也取得了一定的成果，如陳濤等[10]對(duì)新疆北部特大暴雪過程進(jìn)行數(shù)值模擬和診斷分析，指出巴爾喀什湖冷渦與新疆以北南壓冷渦橫槽的結(jié)合過程，以及相應(yīng)的中高層急流核傳播和發(fā)展是產(chǎn)生暴雪的關(guān)鍵；張俊蘭等[11]研究表明，造成北疆暴雪的水汽源地主要是地中海、紅?；虿ㄋ篂掣浇?，水汽輸送有西方、西南和西北3條路徑，以西南路徑最多；郭城[12]、莊曉翠[13-15]等對(duì)新疆北部大到暴雪天氣和氣候特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)降雪呈顯著增多趨勢(shì)，低渦是形成大到暴雪天氣的主要天氣尺度系統(tǒng)，對(duì)流層低層輻合線、切變線是觸發(fā)條件；張家寶等[16]歸納出新疆暴雪過程的3種天氣形勢(shì)：2支急流匯合型、急流波動(dòng)型、南支槽型。這些研究主要是對(duì)新疆暴雪個(gè)例從氣候統(tǒng)計(jì)角度開展的分析，揭示了暴雪災(zāi)害的成因，為暴雪預(yù)報(bào)提供了很好的借鑒。隨著多普勒天氣雷達(dá)和衛(wèi)星產(chǎn)品對(duì)災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)以及預(yù)報(bào)技術(shù)的改進(jìn)，這些資料也被應(yīng)用于暴雪天氣的預(yù)報(bào)及研究中。趙俊榮等[17-18]對(duì)新疆北部暖區(qū)暴雪過程中尺度云團(tuán)演變特征進(jìn)行分析，表明TBB≤-60 ℃的中-β和中-α尺度系統(tǒng)云團(tuán)是造成暖區(qū)強(qiáng)降雪天氣的主要系統(tǒng)，暖區(qū)強(qiáng)降雪發(fā)生在TBB≤-60 ℃的中-β和中-α尺度云團(tuán)邊緣及TBB等值線梯度最大處；強(qiáng)降雪時(shí)段雷達(dá)回波呈帶狀分布，回波強(qiáng)度演變、強(qiáng)中心范圍與降雪量分布及強(qiáng)降雪中心范圍基本一致。莊曉翠等[19]利用中尺度分析技術(shù)對(duì)新疆北部暖區(qū)暴雪的中尺度特征進(jìn)行了較詳細(xì)的分析。然而，上述研究遠(yuǎn)不能滿足新疆復(fù)雜地形下暴雪預(yù)報(bào)預(yù)警的需求，尤其是短時(shí)定點(diǎn)定量預(yù)報(bào)。因而，本文針對(duì)2014年1月28日發(fā)生在新疆西部暴雪天氣過程，詳細(xì)地開展中尺度環(huán)境特征、中尺度云團(tuán)發(fā)展及其生命史、TBB場(chǎng)及多普勒雷達(dá)回波特征等方面研究，試圖揭示暴雪天氣的中尺度特征，總結(jié)對(duì)暴雪短時(shí)預(yù)報(bào)有指示意義的定點(diǎn)定量信息，提高暴雪預(yù)報(bào)預(yù)警準(zhǔn)確率，更好地做好氣象服務(wù)工作。

1資料與方法

所用資料包括2014年1月28日伊犁州5個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站逐時(shí)觀測(cè)資料、歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF)細(xì)網(wǎng)格初始場(chǎng)資料(0.25°×0.25°)、中國(guó)FY-2C衛(wèi)星云圖資料、NCEP FNL(1°×1°)再分析資料以及伊寧站Doppler雷達(dá)產(chǎn)品。降雪量級(jí)采用新疆標(biāo)準(zhǔn)[16]，即24 h降雪量≥12.1 mm為暴雪。運(yùn)用中尺度分析、天氣動(dòng)力學(xué)診斷及衛(wèi)星雷達(dá)氣象學(xué)等方法進(jìn)行診斷分析。

2暴雪過程及環(huán)流特征

2.1天氣實(shí)況

2014年1月28日北疆大部為小雪，新疆西部伊犁州地區(qū)為暴雪，降雪量達(dá)14.8～21.4 mm，中心出現(xiàn)在伊寧市(21.4 mm)。從5站逐時(shí)降雪量來看(圖1)，降雪主要集中在27日23時(shí)至28日08時(shí)(北京時(shí)，下同)累計(jì)降雪量為11.5～18.3 mm，占總降雪量的68%～89%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，雪深大部分地方新增15～17 cm。此次暴雪天氣過程是新疆西部2013年入冬以來最強(qiáng)的一次降雪，具有持續(xù)時(shí)間短、降雪強(qiáng)度大、積雪深度增幅大的特點(diǎn)。此次暴雪天氣嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)及交通運(yùn)輸，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

圖1　2014年1月27日22時(shí)至28日08時(shí)

2.2環(huán)流特征及影響系統(tǒng)

暴雪前期，南歐脊向北發(fā)展與東移的西歐脊同位相疊加，形成環(huán)流經(jīng)向度較大的歐洲脊，脊前不斷南下的冷空氣維持著西伯利亞極渦的斜壓性，并使位于烏拉爾山南部的低渦加深(中心達(dá)512 dagpm)，在歐亞中高緯形成“1脊1槽”穩(wěn)定的經(jīng)向環(huán)流；地中海低渦穩(wěn)定少動(dòng)，其前部西南氣流建立。2014年1月27日20時(shí)，由于歐洲脊部分衰退，脊前正變高南下，導(dǎo)致烏拉爾山南部低渦東移減弱，同時(shí)使位于45°N～50°N低渦底部強(qiáng)鋒區(qū)上分裂的中尺度短波槽東移北上，并與地中海低渦前西南鋒區(qū)(南支)上東移北上的中尺度短波槽在新疆西部匯合，是造成新疆西部伊犁地區(qū)暴雪天氣的主要影響系統(tǒng)(圖2a)。由此可見，歐洲脊向北發(fā)展，極區(qū)冷空氣南下到西伯利亞，位于45°N～50°N極鋒鋒區(qū)與南支鋒區(qū)在北疆匯合，是此次暴雪天氣的大尺度環(huán)流背景。

圖2　2014年1月27日20時(shí)500 hPa高度場(chǎng)(a，單位：dagpm)、28日02時(shí)地面氣壓場(chǎng)

在地面圖上，暴雪出現(xiàn)在西高東低的形勢(shì)下，且有冷鋒配合。暴雪前期1月27日20時(shí)，新疆西部境外為弱冷鋒(中-β尺度冷鋒)，其后部為1 029 hPa的冷高壓，蒙古為弱低壓(1 024 hPa)，新疆西部為3 h正變壓區(qū)(圖略)。暴雪開始時(shí)28日02時(shí)(圖2b)，冷鋒后高壓增強(qiáng)(中心達(dá)1 031 hPa)，蒙古低壓加深(1 017 hPa)。28日08時(shí)(圖略)，冷高壓增強(qiáng)到1 034 hPa，蒙古低壓加深到1 013 hPa，冷鋒東移到沿天山一帶，新疆西部處于冷鋒后加壓降溫區(qū)，降雪天氣趨于結(jié)束。

3中尺度分析

3.1中尺度環(huán)境場(chǎng)特征

利用2014年1月27日20時(shí)高空、地面觀測(cè)資料進(jìn)行中尺度環(huán)境場(chǎng)分析(圖3a)，結(jié)果表明：500 hPa極渦底部強(qiáng)鋒區(qū)上短波槽位于巴爾喀什湖北部，且與咸海東南部水平尺度為500 km的中-α尺度短波槽在新疆西部境外匯合(圖3a)；槽前有≥40 m·s-1的干冷高空西南急流軸，位于巴爾喀什湖南部到新疆北部且呈逆時(shí)針走向。700 hPa上，新疆西部境外38341站到伊寧站為水平尺度約300 km的中-α尺度風(fēng)速輻合線；≥20 m·s-1的西南低空急流軸走向與高空急流軸基本一致，但位置偏西。700 hPa和850 hPa配合有暖脊，850 hPa為西北氣流；對(duì)流層中低層配合有溫度露點(diǎn)差<5 ℃的濕舌及水汽輸送帶、輻合帶。地面圖上，新疆西部境外有水平尺度約150 km的中-β尺度低壓(1 022 hPa)，在咸海與巴爾喀什湖之間為小高壓(1 029 hPa)，高壓前部配合有一約400 km的中-α尺度冷鋒(圖3b)；在博州與伊犁州之間溫度梯度較大，為2.5～4.5 ℃/100 km，存在邊界線[19]，有暖舌配合(圖3a)；在伊犁州中南部和東北部分別有水平尺度約200 km、400 km的中-α尺度干線。27日23時(shí)至28日08時(shí)(圖3a)，累計(jì)降雪量為11.5～18.3 mm的暴雪落區(qū)位于500 hPa中尺度短波槽前、高空干冷西南急流入口區(qū)右側(cè)強(qiáng)輻散區(qū)，700 hPa強(qiáng)盛西南暖濕急流出口區(qū)前側(cè)輻合區(qū)及輻合線前部、850 hPa西北氣流中，以及地面中尺度冷鋒前暖區(qū)一側(cè)及2條干線之間、邊界線南部的重疊區(qū)域內(nèi)。各層流線或急流顯示，850～700 hPa新疆西部處于冷平流中，有明顯的風(fēng)垂直切變，表明暴雪發(fā)生前期新疆西部對(duì)流層低層有冷空氣侵入。

3.2邊界層及地面風(fēng)場(chǎng)特征

由2014年1月27日08時(shí)1 000 hPa(圖略)和925 hPa(圖4a)流場(chǎng)可知，霍爾果斯—霍城—伊寧一線出現(xiàn)水平尺度約100 km的中-β尺度輻合線，該輻合線從23時(shí)(圖4b)開始減弱。暴雪發(fā)生前27日20時(shí)(圖4c)伊犁州自動(dòng)站觀測(cè)的地面風(fēng)場(chǎng)上，在伊寧與察布查爾站間(B)及霍爾果斯站附近(A)分別存在中尺度切變線，且均維持至23時(shí)之后逐漸減弱消失(圖4d)，23時(shí)左右降雪開始。說明近地層和地面中尺度切變線、輻合線較降雪出現(xiàn)時(shí)間分別早3 h和15 h，對(duì)降雪出現(xiàn)時(shí)間的預(yù)報(bào)有一定指示意義。

圖3　2014年1月27日20時(shí)中尺度環(huán)境場(chǎng)與未來12 h暴雪區(qū)(a)和20時(shí)地面氣壓場(chǎng)及3 h變壓場(chǎng)

圖4　2014年1月27日08時(shí)(a)和23時(shí)(b)925 hPa流場(chǎng)以及27日20時(shí)(c)和23時(shí)(d)伊犁州區(qū)域自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)分布

3.3中尺度云團(tuán)特征

新疆西部2014年1月27日23時(shí)至28日08時(shí)是此次暴雪過程降雪強(qiáng)度最強(qiáng)的時(shí)段，該時(shí)段天氣形勢(shì)一致，但各地的降雪強(qiáng)度不盡相同，因此對(duì)暴雪期間的云圖演變特征進(jìn)行分析。由圖5可知，27日22時(shí)至28日08時(shí)主要有3個(gè)中尺度云團(tuán)影響新疆西部。27日22時(shí)，呈西南—東北走向的高空槽云系位于巴爾喀什湖南部到新疆西部、北部，但結(jié)構(gòu)不均，有4個(gè)TBB<-60 ℃的中-β尺度云團(tuán)(a1～a4)。23時(shí)，云團(tuán)a2和a3合并，云團(tuán)a1增強(qiáng)且范圍擴(kuò)大，而a4略有減弱，a4造成霍爾果斯2.2 mm/h降雪。28日00時(shí)，a1、a23、a4合并形成水平尺度約160 km、TBB<-60 ℃的中-β尺度橢圓形冷云團(tuán)A，中心TBB<-70 ℃，該云團(tuán)造成霍爾果斯3.6 mm/h的較強(qiáng)降雪，其它站(霍城、伊寧市、伊寧縣、察布查爾)也出現(xiàn)1.4 mm/h及以下的降雪，之后快速減弱東移。分析逐小時(shí)降雪量可知，云團(tuán)A和a4造成新疆西部伊犁州地區(qū)27日22時(shí)至28日02時(shí)5 h降雪量達(dá)3.3～10.4 mm。28日04時(shí)，云團(tuán)A已減弱為天氣尺度云系，共持續(xù)5 h，同時(shí)在伊犁州邊境線附近有一TBB<-60 ℃的中-β尺度云團(tuán)B新生。逐漸減弱的云團(tuán)A和新生的云團(tuán)B造成霍爾果斯和伊寧市站28日03～04時(shí)2 h降雪為4.1～4.3 mm，其它(霍城、伊寧縣、察布查爾)站也達(dá)2.4～3.7 mm。云團(tuán)B在1 h內(nèi)快速增強(qiáng)，然后迅速減弱東移，至07時(shí)已演變?yōu)樘鞖獬叨仍葡担渤掷m(xù)4 h。云團(tuán)A和B造成新疆西部28日02～08時(shí)累計(jì)降雪量為5.7～11.9 mm，之后降雪量逐漸減小。綜上所述，短時(shí)暴雪主要發(fā)生在TBB<-60 ℃的中尺度冷云團(tuán)的邊緣及其緩慢減弱東移的前部和云頂亮溫梯度最大區(qū)域的前部，中尺度云團(tuán)的數(shù)量及持續(xù)時(shí)間與降雪量成正比。

3.4多普勒雷達(dá)回波特征

3.4.1反射率因子與徑向速度

利用2014年1月27～28日伊寧站多普勒雷達(dá)組合反射率因子回波強(qiáng)度來分析新疆西部暴雪回波帶分布及變化。27日22～23時(shí)回波圖上(圖略)，15～25dBZ的回波帶自西向東移動(dòng)南壓，至23:56覆蓋伊犁州中西部地區(qū)(圖6a)，對(duì)應(yīng)的回波頂高3 km。之后云系逐漸增強(qiáng)東擴(kuò)，>25 dBZ的強(qiáng)回波帶呈西南—東北向，至28日00:47(圖6b)回波最強(qiáng)，范圍最廣，最強(qiáng)回波帶位于伊寧市附近，達(dá)30～35 dBZ(圖中放大的小圖)，最大回波頂高度為5～6 km。而后，該云帶逐漸減弱東移，持續(xù)1 h左右，與最大降雪強(qiáng)度(3.0 mm/h)對(duì)應(yīng)。28日02:07～07:56，回波強(qiáng)度減弱至15～25 dBZ(圖略)，回波頂高降為3 km，對(duì)應(yīng)伊寧市站02～08時(shí)2～3 mm/h降雪強(qiáng)度。

圖5　2014年1月27日22時(shí)至28日07時(shí)FY-2C紅外云圖的演變(單位：℃)

圖6　2014年1月27日23:56至28日03:35伊寧站多普勒雷達(dá)組合反射率

2.5°仰角徑向速度圖上，27日22時(shí)(圖略)，在伊寧雷達(dá)站的西部、北部出現(xiàn)正負(fù)徑向速度對(duì)，零速度線呈“S”型。隨著降雪的出現(xiàn)正負(fù)速度對(duì)逐漸東移南壓增強(qiáng)，并出現(xiàn)徑向速度為±15～20 m·s-1的“牛眼”結(jié)構(gòu)，至27日23:56達(dá)到最強(qiáng)(圖6c)，并維持到28日02:00。之后，“牛眼”結(jié)構(gòu)逐漸消失(圖6d)。分析每7～8 min一次的徑向速度圖可知，在第2～3距離圈附近存在>20 m·s-1的大風(fēng)速帶，并出現(xiàn)速度模糊(圖6d)，表明高空急流較強(qiáng)?！芭Ｑ邸苯Y(jié)構(gòu)與降雪最強(qiáng)時(shí)段對(duì)應(yīng)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，“牛眼”始終位于第1距離圈內(nèi)，高層零速度線呈“S”型。暴雪開始時(shí)，零速度線呈北北西—南南東向分布，尤其在第1距離圈內(nèi)，表明近地層到高層為西南風(fēng)。隨著降雪量的增大，邊界層零速度線逐漸轉(zhuǎn)為南北向，高層“S”型更加清晰，說明低層轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，而高層仍為西南風(fēng)。風(fēng)向隨高度逆轉(zhuǎn)，存在冷平流和風(fēng)的垂直切變及較強(qiáng)的輻合。

3.4.2風(fēng)廓線特征

由伊寧站雷達(dá)風(fēng)廓線VAD產(chǎn)品可知，降雪期間0.9 km以下為干區(qū)(ND區(qū)，圖7a～圖7d)。降雪前，27日19:27～21:23VAD產(chǎn)品圖上幾乎全為干區(qū)，僅在1.2～1.8 km范圍內(nèi)有<4 m·s-1的弱風(fēng)速區(qū)，風(fēng)向無規(guī)律(圖略)。之后，濕層逐漸出現(xiàn)，風(fēng)速加大。到27日21:45(圖7a)，在2.1～3 km出現(xiàn)低空急流(≥12 m·s-1)，2.4 km以下為西南風(fēng)，風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)有暖平流，以上則相反，有冷平流。23:05，當(dāng)1.2 km出現(xiàn)低空急流(圖7b)約35 min后(23:40)開始出現(xiàn)降雪。隨著降雪的開始，低空急流繼續(xù)向近地層擴(kuò)展，高空急流也逐漸出現(xiàn)并向高層擴(kuò)展，同時(shí)濕層也向較高層擴(kuò)展。28日01:09(圖7c)，0.9～4 km為高濕區(qū)和低空急流區(qū)，4～5.2 km為高空急流和干區(qū)，此結(jié)構(gòu)維持到28日02:22(圖7d)后開始逐漸減弱，08:33低空急流的厚度為2.4～3.0 km，主要大風(fēng)速區(qū)位于3.4～3.7 km，可見低空急流的厚度明顯減小。結(jié)合逐小時(shí)降雪量可知，28日02:00雷達(dá)站附近的測(cè)站降雪量為2.5～3 mm(圖7e)，為此次暴雪的最大降雪時(shí)段，比低空急流伸展的最低高度0.9 km出現(xiàn)時(shí)間滯后2 h，隨后小時(shí)降雪量減弱為2～3 mm，08:00之后逐小時(shí)降雪量均<1 mm。濕層主要與深厚的低空急流為伴，這與低空急流為降雪區(qū)輸送大量暖濕氣流一致。伊寧雷達(dá)站附近逐時(shí)降雪量與低空急流厚度的相關(guān)分析可知，兩者呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.74，通過0.01的顯著性水平檢驗(yàn)：當(dāng)?shù)涂占绷鞯暮穸?1 km時(shí)，降雪即將開始，而<1 km時(shí)，降雪量明顯減小(<1 mm，圖7e)。

4物理量場(chǎng)特征

4.1水汽來源及輻合

分析暴雪前、中的水汽通量演變過程可知，新疆西部暴雪前期水汽由大西洋東岸和東南岸沿偏西和西南路徑輸送到地中海和黑海附近，再沿西南低空急流輸送到巴爾喀什湖到新疆西部、西北部邊境，28日02:00暴雪期間水汽已輸送到新疆西部(圖略)。沿44°N暴雪區(qū)上空水汽通量散度的垂直剖面(圖略)可知，暴雪前水汽通量散度在新疆西部境外為弱輻合區(qū)，隨著西南低空急流的加強(qiáng)，大量的暖濕空氣不斷被輸送至暴雪區(qū)，在此輻合加強(qiáng)。28日02:00(圖略)，暴雪區(qū)上空81°E～83°E、500 hPa以下為水汽的強(qiáng)輻合區(qū)，中心位于850 hPa附近，水汽通量散度達(dá)-1.8×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1，在其左右兩側(cè)為水汽輻散區(qū)；暴雪前此位置為水汽的強(qiáng)輻散區(qū)。可見，在西南低空急流及邊界層至地面風(fēng)場(chǎng)輻合作用下，水汽在較短的時(shí)間內(nèi)迅速輻合集中，為暴雪的產(chǎn)生提供了充足的水汽。

4.2層結(jié)條件

暴雪發(fā)生前伊寧站探空曲線分布可知(圖略)，2014年1月27日20:00降雪之前，地面至925 hPa存在逆溫，850 hPa以下風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)有暖平流，而850～700 hPa為弱冷平流，說明對(duì)流層低層有冷空氣侵入，這與前面分析的結(jié)果一致。600～300 hPa溫度露點(diǎn)差<3 ℃。從風(fēng)速隨高度的演變可知，700 hPa附近有較強(qiáng)的西南急流(西南風(fēng)速達(dá)12 m·s-1)。由此可知，在降雪前西南急流將暖濕氣流向暴雪區(qū)輸送，有利于對(duì)流層低層的層結(jié)不穩(wěn)定。

圖8給出沿44°N暴雪區(qū)上空溫度平流的緯向剖面，暴雪前27日20:00(圖8a)，在80°E～82.5°E的對(duì)流層低層為弱的暖平流，中心位于850 hPa附近(10×10-3K·s-1)，850 hPa以上有弱冷平流；暴雪期間28日02:00(圖8b)，暖平流區(qū)擴(kuò)大、增強(qiáng)，700 hPa以下的對(duì)流層低層均為暖平流，暖平流中心位于800 hPa附近(中心達(dá)35×10-3K·s-1)，對(duì)流層中高層為較強(qiáng)的冷平流，這種下暖上冷的溫度平流分布，有利于對(duì)流層中低層形成不穩(wěn)定層結(jié)，增強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)。28日08:00不穩(wěn)定層結(jié)結(jié)構(gòu)減弱，降雪量減小。

圖7　2014年1月27日22：00至28日02：22垂直風(fēng)廓線特征(a、b、c、d，單位:m/s)和27日22：58至28日

圖8　2014年1月27日20時(shí)(a)、28日02時(shí)(b)沿44°N暴雪區(qū)

4.3動(dòng)力條件

由新疆西部沿44°N暴雪區(qū)渦度的垂直剖面可知(圖略)，27日20:00，從地面至500 hPa有一鍥型結(jié)構(gòu)的正渦度柱，近地層和550 hPa附近為渦度柱的大值區(qū)(4×10-5s-1)；28日02:00，正渦度柱高層明顯增強(qiáng)、低層減弱，最大正渦度中心位于暴雪區(qū)上空600 hPa附近，達(dá)9×10-5s-1。深厚正渦度柱的形成有利于低值系統(tǒng)的維持和加強(qiáng)，28日08:00正渦度區(qū)及強(qiáng)度明顯減小，降雪強(qiáng)度減弱。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，最大正渦度對(duì)應(yīng)最強(qiáng)降雪中心。

沿44°N暴雪區(qū)散度和垂直速度的垂直剖面(圖略)可知，強(qiáng)降雪上空對(duì)流層低層為散度輻合區(qū)，其兩側(cè)的高層或上空為輻散區(qū)，這種垂直結(jié)構(gòu)有利于對(duì)流層低層暖濕空氣的聚集和抬升；輻合區(qū)附近配合有較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，散度強(qiáng)輻合中心基本與強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心一致。實(shí)況為強(qiáng)降雪產(chǎn)生在散度輻合中心附近和強(qiáng)上升區(qū)的前部。

由此可見，新疆西部暴雪預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)是：(1)根據(jù)實(shí)況資料分析中尺度環(huán)境場(chǎng)，確定當(dāng)日主要影響系統(tǒng)及中尺度輻合線、干線和邊界線；(2)基于強(qiáng)降雪的預(yù)報(bào)思路，從水汽、穩(wěn)定度、觸發(fā)條件尋找有利于強(qiáng)降雪的物理量條件；(3)關(guān)注中尺度冷云團(tuán)的演變；(4)運(yùn)用多普勒雷達(dá)產(chǎn)品的組合反射率因子、徑向速度及風(fēng)廓線等確定強(qiáng)降雪開始和結(jié)束時(shí)間及落區(qū)。

5結(jié)論

(1)暴雪前，歐亞范圍內(nèi)，中高緯歐洲為脊、西伯利亞為極渦；低緯地中海為低渦，其前部西南(南支鋒區(qū))急流建立。歐洲脊部分減弱，正變高南下，使極渦底部強(qiáng)鋒區(qū)分裂的中尺度短波槽與南支鋒區(qū)上東移北上的中尺度短波槽在新疆西部匯合，是此次暴雪天氣的主要影響系統(tǒng)。來自大西洋東部和東南部的水汽源源不斷地輸送到地中海附近，再沿西南氣流接力輸送到北疆，為暴雪提供充足的水汽條件。暴雪區(qū)上空對(duì)流層中低層溫度平流具有下暖上冷的差異，易形成不穩(wěn)定層結(jié)，加之存在正渦度柱及低層強(qiáng)輻合、高層強(qiáng)輻散結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了上升運(yùn)動(dòng)，對(duì)降雪增幅有利。邊界層及地面出現(xiàn)的中尺度輻合線、切變線、中尺度冷鋒是產(chǎn)生暴雪的中尺度系統(tǒng)。

(2)短時(shí)暴雪落區(qū)位于中尺度短波槽前、高空西南急流軸入口區(qū)右側(cè)輻散區(qū)、低空西南暖濕急流出口區(qū)前側(cè)輻合區(qū)、輻合線前部，以及地面冷鋒前暖區(qū)一側(cè)、邊界線南部和2條干線之間的重疊區(qū)域內(nèi)。

(3)強(qiáng)降雪主要發(fā)生在TBB<-60 ℃的中尺度冷云團(tuán)的邊緣及緩慢減弱東移的前部和云頂亮溫TBB梯度最大區(qū)域的前部；中尺度冷云團(tuán)的數(shù)量及持續(xù)時(shí)間與降雪量成正比。

(4)多普勒雷達(dá)回波顯示，此次暴雪天氣有>15 dBZ的較強(qiáng)回波，最強(qiáng)回波與暴雪中心基本重合。暴雪區(qū)上空有較強(qiáng)的暖平流和垂直風(fēng)切變及輻合區(qū)；低空急流的厚度與降雪量呈顯著正相關(guān)；低空急流伸展到1.2 km后30 min左右開始出現(xiàn)降雪，擴(kuò)展到0.9 km后2 h左右出現(xiàn)最強(qiáng)降雪；低空急流的厚度>(或<)1 km可作為暴雪開始(或結(jié)束)時(shí)間。

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Mesoscale Characteristics of a Snowstorm in Western Xinjiang in 2014

ZHUANG Xiaocui1, QIN Jiaxiu2, LI Boyuan1

(1.AletaiMeteorologicalBureauofXinjiang,Aletai836500,China;2.YiliMeteorologicalStationofXinjiang,Yining835000,China)

Abstract:Based on the hourly observation data from the conventional and automatic weather stations, initial fields of ECMWF with 0.25°×0.25° spatial resolution, infrared cloud images of FY-2C, Doppler radar products and NCEP FNL reanalysis data with 1°×1° spatial resolution, the snowstorm process occurring on 28 January 2014 in western Xinjiang was analyzed. Results showed that the snowstorm district located in the front of mesoscale short wave trough, the overlaying area of strong convergence in low level and divergenc in high level of the mesoscale systems, the edge of mesoscale cold cloud cluster moving slowly eastwards and the front of the maximum TBB gradient region. The mesoscale systems causing the snowstorm were the convergence lines, shear lines and cold front, and the amounts and duriation of mesoscale cold clouds were positively correlated with snowfall. Radar products displayed that the snowstorm occurred in the echo band with the reflectivity factor more than 15 dBZ, and the strongest echo region was essentially coincident with the snowstorm center.The stronger warm advection, vertical wind shear and convergence appeared over the snowstorm region.The thickness of low-level jet was significantly positive correlated with precipitation, and the lowest height of low-level jet had close relationship with the start time of snowfall and the strong snowfall period.

Key words:western Xinjiang; snowstorm; mesoscale characteristics

中圖分類號(hào)：P458.1+21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-7639(2016)-02-0326-09

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-02-0326

作者簡(jiǎn)介：莊曉翠(1964- )，女，高級(jí)工程師，從事天氣預(yù)報(bào)及其相關(guān)研究工作. E-mail：zxcxjalt@163.com

基金項(xiàng)目：吉林省氣象局科研課題(2015007)和科技部公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)(GYHY201106007)共同資助

收稿日期：2015-01-14；改回日期：2015-03-25

莊曉翠，覃家秀，李博淵.2014年新疆西部一次暴雪天氣的中尺度特征[J].干旱氣象，2016，34(2)：326-334, [ZHUANG Xiaocui, QIN Jiaxiu, LI Boyuan. Mesoscale Characteristics of a Snowstorm in Western Xinjiang in 2014[J]. Journal of Arid Meteorology, 2016, 34(2):326-334], doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-02-0326