烏魯木齊“2015.12.11”極端暴雪天氣的綜合分析

張俊蘭，萬瑜，閔月

（新疆氣象臺，新疆 烏魯木齊 830002）

烏魯木齊“2015.12.11”極端暴雪天氣的綜合分析

張俊蘭，萬瑜，閔月

（新疆氣象臺，新疆 烏魯木齊 830002）

2015年12月11日烏魯木齊及周邊地區(qū)的暴雪天氣是一次極端暴雪過程，環(huán)流形勢具有夏季強(qiáng)降雨特征和一定的極端性，南北低值系統(tǒng)結(jié)合、高低空“4支氣流”匯合為暴雪提供了有利的大尺度環(huán)流背景。較好的水汽、動力條件是極端暴雪的重要成因，水汽長時間通過西南和偏西路徑輸送至暴雪區(qū)，并在700 hPa以下輻合和聚集，中低層輻合、高層輻散的空間配置有利于上升運(yùn)動的發(fā)展和維持，低層上升運(yùn)動增強(qiáng)較5 min降雪強(qiáng)度增強(qiáng)提前5～10 min。地面中β尺度輻合中心和輻合線出現(xiàn)1～2 h后強(qiáng)降雪（降雪強(qiáng)度均＞1.0 mm/h）出現(xiàn)，雷達(dá)回波上零速度區(qū)的“S”形結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)時間與強(qiáng)降雪時段有一定對應(yīng)，此次暴雪中GRAPES中尺度數(shù)值產(chǎn)品預(yù)報能力好于ECMWF。

烏魯木齊；極端暴雪；水汽；地面中β尺度；GRAPES數(shù)值產(chǎn)品

烏魯木齊位于亞歐大陸腹地和中國西北方，地處天山中段北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣,總面積1.378 7萬km2，轄7區(qū)1縣，市區(qū)三面環(huán)山，地勢東南高、西北低，平均海拔800 m，屬中溫帶半干旱大陸性氣候。烏魯木齊在世界上距海洋最遠(yuǎn)，是新疆維吾爾自治區(qū)首府及新疆政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，也是第二座亞歐大陸橋中國西部橋頭堡和我國向西開放的重要門戶，烏魯木齊越來越重要的政治和經(jīng)濟(jì)地位使之對氣象防災(zāi)減災(zāi)的要求越來越高。但冬季氣象災(zāi)害多，暴雪時常出現(xiàn)，雪災(zāi)給社會經(jīng)濟(jì)和人民生活造成較大影響，成為制約經(jīng)濟(jì)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一，暴雪分析及預(yù)報成為新疆氣象工作者義不容辭的責(zé)任。新疆氣象專家和學(xué)者對新疆強(qiáng)降水進(jìn)行長期探索和鉆研，取得了豐碩的成果。20世紀(jì)80年代老前輩總結(jié)了新疆強(qiáng)降水的氣候特征、環(huán)流形勢和天氣系統(tǒng)等天氣學(xué)條件，并歸納了強(qiáng)降水過程的基本類型以及水汽來源、輸送、集中與強(qiáng)降水的關(guān)系等[1-3]，為新疆降水分析和預(yù)報奠定了基礎(chǔ)。近年來隨著新資料的不斷豐富和完善，年輕預(yù)報員對暴雪天氣的高低空配置、水汽以及物理量診斷等方面也有了新的認(rèn)識。內(nèi)陸氣象學(xué)者在暴雪的大尺度環(huán)流背景、天氣系統(tǒng)空間配置、物理量場以及新資料監(jiān)測應(yīng)用等有許多新成果和經(jīng)驗(yàn)[7-15]，在雷達(dá)、衛(wèi)星云圖等中小尺度天氣分析等方面具有較好借鑒之處。2015年12月11日烏魯木齊及周邊地區(qū)的大范圍暴雪是極端暴雪天氣過程，此次暴雪對烏魯木齊公路交通和民航飛行影響很大，造成交通嚴(yán)重堵塞,航班延誤和中小學(xué)停課。通過分析此次極端暴雪天氣的環(huán)流形勢、水汽、動力條件和中尺度天氣系統(tǒng)演變等，揭示暴雪成因和長時間維持機(jī)制，并對比檢驗(yàn)了ECMWF細(xì)網(wǎng)格和GRAPES_Meso中尺度數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的預(yù)報能力，為進(jìn)一步明確預(yù)報思路、提升暴雪預(yù)報預(yù)警能力提供技術(shù)支撐。

1 暴雪天氣概況

2015年12月11日烏魯木齊及周邊地區(qū)出現(xiàn)極端暴雪天氣，此次暴雪天氣覆蓋范圍廣，多地出現(xiàn)極端暴雪，城區(qū)、米東區(qū)、小渠子、白楊溝4站降雪量突破建站以來冬季最大日降水量，最大暴雪中心位于烏魯木齊城區(qū)，過程降雪量46.3 mm（圖1a），超過歷年冬季平均降雪量40.1 mm,其中11日降雪量35.9 mm，11日02:00—11:00有7個時次小時雪強(qiáng)超過2 mm（圖1b）；積雪深度厚，城區(qū)、米東區(qū)、小渠子3站積雪深度分別為45、33、62 cm，超過了建站以來12月最大積雪深度。降雪持續(xù)時間長，大部地區(qū)降雪在20 h以上，烏魯木齊城區(qū)持續(xù)約37 h。

2 大尺度環(huán)流背景

2.1 500 hPa環(huán)流形勢及高低空系統(tǒng)配置

此次極端暴雪過程屬典型的歐洲脊發(fā)展衰退、烏拉爾山低槽東移型，并有南支低值系統(tǒng)結(jié)合，南、北低值系統(tǒng)的疊加和結(jié)合對新疆強(qiáng)降水十分有利。降雪前500 hPa環(huán)流經(jīng)向度加大，歐洲沿岸脊向北發(fā)展，烏拉爾山長波槽向南加深，里海南部的低值系統(tǒng)與烏拉爾山大槽合并疊加，槽前的西南風(fēng)伸至30°N以南，高中低緯發(fā)展為槽脊位相幾乎一致的經(jīng)向環(huán)流。9—10日，東歐高壓脊前偏北急流帶上最大風(fēng)速42 m·s-1，極鋒鋒區(qū)較強(qiáng)，東歐高壓脊頂受到冷平流侵襲，向東南方向衰退，推動烏拉爾山大槽東移南下，槽前副熱帶急流帶上西南風(fēng)明顯加強(qiáng)（最大18 m·s-1），偏南風(fēng)增強(qiáng)為偏南急流，高空槽前偏南急流逐漸東移，11日偏南急流東移至南疆，08時南疆盆地最大南風(fēng)為20 m·s-1（出現(xiàn)在天山南麓巴州境內(nèi)的庫爾勒站），此時為最強(qiáng)降水時段。此次暴雪過程南、北低值系統(tǒng)的疊加、結(jié)合以及中層南疆盆地的偏南急流為烏魯木齊極端暴雪提供了有利的大尺度環(huán)流背景，高中低緯較為一致的經(jīng)向環(huán)流具有夏季強(qiáng)降水環(huán)流形勢特征。

2.2 高低空系統(tǒng)配置和地形強(qiáng)迫抬升

此次暴雪過程的高低空系統(tǒng)配置為典型的后傾槽形勢，烏魯木齊上空高低空出現(xiàn)了有利于降水的4支氣流，分別是高層（300 hPa）西南氣流、中層（500 hPa）偏南氣流、低層700 hPa偏北氣流和850 hPa偏東氣流，4支氣流在烏魯木齊上空匯合（圖2a），中高層的偏南氣流有利于大尺度垂直上升運(yùn)動的發(fā)展和維持，低層的偏北氣流有利于低層的輻合抬升，低層700 hPa偏北氣流和850 hPa東北氣流南下后在天山北坡受山脈阻擋，地形強(qiáng)迫抬升作用明顯，在天山北坡烏魯木齊附近有多條偏北風(fēng)（北風(fēng)或東北風(fēng)）與西北風(fēng)之間的冷式切變線（圖2b、圖2c），形成風(fēng)速輻合和風(fēng)向轉(zhuǎn)變，也有利于水汽輻合和抬升。

圖1 2015年12月11日新疆極端暴雪的降雪量分布（a）和烏魯木齊10—12日逐小時降雪量（b）

此次暴雪天氣過程出現(xiàn)在300 hPa高空西南急流右側(cè)、500 hPa高空槽前、700 hPa和850 hPa偏北急流的輻合區(qū)內(nèi)，偏北低空急流相伴的風(fēng)向和風(fēng)速輻合造成明顯的質(zhì)量輻合場，并在天山山脈的地形阻擋下，加劇了輻合和強(qiáng)迫抬升，為暴雪提供了有利的高低空系統(tǒng)配置。

2.3 環(huán)流形勢的極端性分析

2014年12月8日烏魯木齊暴雪強(qiáng)度次于此次極端暴雪，居歷史第二位，暴雪中心烏魯木齊降雪量17.7 mm，圖3對比了極端暴雪日2015年12月11日（圖3c）、次強(qiáng)暴雪日2014年12月8日（圖3b）和歷年12月8—11日（圖3a）500 hPa環(huán)流形勢，三者差別較大，歷年12月8—11日500 hPa環(huán)流形勢較為平直，東歐至東亞為寬廣的偏西氣流控制，552 dagpm線位于42.8°～49.5°N，新疆境內(nèi)552 dagpm線位于49°N附近。極端暴雪和次強(qiáng)暴雪日均為經(jīng)向環(huán)流，不同的是：（1）歐洲地區(qū)高壓脊東南衰退過程中脊頂均有低槽侵入，但比較脊頂?shù)筒蹡|移南下的速度，極端暴雪日速度較次強(qiáng)暴雪日偏慢；（2）極端暴雪日環(huán)流經(jīng)向度更大，南支低槽的合并與中高緯低值系統(tǒng)共同影響，鋒區(qū)更強(qiáng)（槽后北風(fēng)和槽前南風(fēng)更強(qiáng)），巴爾喀什湖低槽更深更南，552 dagpm線南界在37°N附近，較次強(qiáng)暴雪日（40°N附近）偏南3個緯距，較歷年偏南12個緯距左右，使極端暴雪日有更強(qiáng)的偏南水汽輸送和北方冷空氣侵入。以上對比可看出，此次極端暴雪天氣過程是在較為極端的環(huán)流背景和環(huán)流形勢下發(fā)生的。

圖2 2015年12月11日08時烏魯木齊附近4支氣流（a）和新疆700 hPa（b）、850 hPa（c）風(fēng)矢量場

圖3 歷年12月8—11日（a）、2014年12月8日（b）和2015年12月11日（c）500 hPa環(huán)流形勢對比

3 水汽條件

3.1 水汽輸送路徑及強(qiáng)度

水汽條件是暴雪形成的重要條件，利用NCEP1°×1°每6 h一次再分析資料計算1000～100hPa共21層水汽通量，分析水汽緯向的輸送路徑和輸送強(qiáng)度。

此次暴雪中存在2條水汽輸送路徑，分別是400～600 hPa的西南路徑、650～850 hPa的偏西路徑。（1）西南路徑。這條路徑的水汽主要來源于阿拉伯海，隨高空槽東移，400～600 hPa印度半島到南疆的西南—偏南風(fēng)東移過程中不斷增強(qiáng)，阿拉伯海北部的部分水汽輸送至印度半島一帶，印度半島至青藏高原的西南風(fēng)帶里建立了水汽通道，11日08時500 hPa一寬度約4個緯距東北西南走向的水汽通量大值區(qū)，說明西南水汽通道將西南方水汽不斷向東北方向——暴雪區(qū)輸送，最大水汽通量＞2×10-3g·（cm·hPa·s）-1（圖4a）；（2）偏西路徑。這條路徑的水汽主要來源于里海和咸海，650～850 hPa存在自歐洲沿岸沿偏西氣流接力向里海和咸海輸送的偏西水汽路徑，水汽到達(dá)里海和咸海地區(qū)后又向北疆輸送，承擔(dān)輸送水汽的偏西氣流進(jìn)入北疆后轉(zhuǎn)為西北風(fēng)并增強(qiáng)為西北急流，急流核中心向東南方移動靠近暴雪區(qū)，暴雪區(qū)位于水汽通量高值區(qū)附近，最大水汽通量＞3×10-3g·（cm·hPa·s）-1（圖4b）。

圖4 2015年12月11日08時500 hPa水汽通量+風(fēng)場（a）、850 hPa水汽通量+風(fēng)場（b）和9—12日烏魯木齊附近上空水汽通量（c）、水汽通量散度（d）時間—高度剖面

2條水汽輸送路徑在不同高度將水汽接力輸送至暴雪區(qū)，水汽輸送累計長達(dá)114 h，輸送高度525 hPa（自925 hPa伸至400 hPa），中亞南部最大水汽輸送為7×10-3g·（cm·hPa·s）-1，中低層抵達(dá)輸入北疆的水汽輸送長時間維持在（1～3）×10-3g·（cm· hPa·s）-1，偏西水汽路徑在中層（650～450 hPa）疊加輸送30 h，水汽長時間通過不同路徑輸送至暴雪區(qū)，為暴雪提供了源源不斷的水汽條件，是烏魯木齊極端暴雪形成的重要成因。

3.2 水汽輸送的空間結(jié)構(gòu)

沿44°N做水汽通量時間—高度的垂直剖面可以反映烏魯木齊上空水汽輸送的空間結(jié)構(gòu)，圖4c為烏魯木齊上空8日20時—12日20時水汽通量的高度-時間垂直剖面圖，水汽輸送（近地層至300 hPa）主要在400～600 hPa、600～750 hPa、750 hPa～近地層的3層內(nèi)。9日20時前550 hPa附近有水汽輸送，輸送值0.8×10-3g·cm-1·hPa-1·s-1，10日02時后水汽輸送的厚度和強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，10日08—20時水汽輸送層在850～300 hPa，厚度達(dá)550 hPa，有兩個輸送大值中心，分別位于500 hPa和700 hPa附近，輸送值為1.6×10-3g·cm-1·hPa-1·s-1和1.2×10-3g·cm-1·hPa-1·s-1，11日02時—12日02時水汽輸送層繼續(xù)向高層伸展和低層擴(kuò)展，600 hPa附近的水汽輸送明顯減弱，形成了800 hPa以下和550 hPa的2個較強(qiáng)的水汽輸送層，輸送值為1.6×10-3g· cm-1·hPa-1·s-1和1.4×10-3g·cm-1·hPa-1·s-1，12日02時后逐漸減弱。

3.3 水汽輻合的空間結(jié)構(gòu)

烏魯木齊附近上空水汽通量散度的時間—高度剖面圖（圖4d）上，與上述水汽輸送相對應(yīng)，10日02時—11日14時，900～450 hPa之間存在不同強(qiáng)度的水汽輻合，最強(qiáng)輻合層次位于750 hPa附近，水汽輻合在低層700～800 hPa（10日20時—11日08時），最強(qiáng)水汽輻合值＜-6×10-3g·（cm2·hPa·s）-1（11日02時），此時水汽輸送也較強(qiáng)，水汽通量為1.2×10-3g·（cm2·hPa·s）-1左右，說明低層較強(qiáng)的水汽輸送伴隨明顯的水汽輻合。低層偏西路徑的水汽進(jìn)入新疆，在偏北急流和天山阻擋的作用下，水汽在天山北坡烏魯木齊山前出現(xiàn)匯合和集中。雖然烏魯木齊上空的水汽輸送的厚度厚、強(qiáng)度強(qiáng)，但水汽輻合主要在700～800 hPa，因此，水汽主要來自700 hPa以下低層。

4 動力和熱力條件

4.1 動力抬升條件

4.1.1 散度和上升運(yùn)動

暴雪天氣過程中，烏魯木齊上空存在較好的大尺度上升運(yùn)動，9—12日烏魯木齊附近上空散度（圖5a）和垂直速度（圖5b）的時間—高度剖面圖上，中低層負(fù)散度加強(qiáng)、高層正散度增大與上升運(yùn)動增強(qiáng)有一定對應(yīng)關(guān)系，9日08:00前后，900 hPa以下負(fù)散度和900～700 hPa正散度對應(yīng)低層上升運(yùn)動發(fā)展，上升運(yùn)動區(qū)升至800 hPa左右；10日02:00—11日14:00，中低層負(fù)散度加強(qiáng)，850～400 hPa均為負(fù)散度，10日20:00—11日08:00，中低層700 hPa和500 hPa出現(xiàn)最強(qiáng)輻合中心，散度均＜-24×10-5·s-1，輻合作用達(dá)到較強(qiáng)，此時高層350～200 hPa為正散度，最強(qiáng)值＞12×10-5·s-1，輻散作用明顯。對應(yīng)垂直運(yùn)動變化，10日02:00以后，上升運(yùn)動區(qū)迅速增高，從300 hPa延伸至地面，上升運(yùn)動厚度達(dá)300 hPa，此厚度維持至11日20:00，約18 h，11日20:00后上升運(yùn)動厚度逐漸減小。最強(qiáng)上升運(yùn)動時段為10日14: 00—11日08:00，950～350 hPa整層＜-0.6×10-3hPa· s-1，11日08:00，850 hPa附近出現(xiàn)了＜-1.0×10-3hPa· s-1的大值區(qū)，與最強(qiáng)時段的中低層輻合和高層輻散基本對應(yīng)，這種中低層輻合、高層輻散的空間配置有利于上升運(yùn)動的發(fā)展，使烏魯木齊上空產(chǎn)生輻合上升運(yùn)動，為暴雪提供了動力抬升條件。

圖5 2015年12月9—12日烏魯木齊附近上空散度（a）和垂直速度（b）時間—高度剖面

4.1.2 風(fēng)廓線雷達(dá)反演的垂直速度

風(fēng)廓線雷達(dá)通過返回信號信噪比和系統(tǒng)噪聲功率的方法估算得到的回波資料可以業(yè)務(wù)應(yīng)用[16]，圖6為此次暴雪中烏魯木齊風(fēng)廓線雷達(dá)資料估算的垂直速度高度—時間垂直剖面，圖中垂直速度回波經(jīng)歷了發(fā)展、最強(qiáng)、次強(qiáng)3個時段。（1）發(fā)展階段（10日17:00—11日01:00），小時降雪強(qiáng)度0.3～1.7 mm/h，10日17:00—19:00，上升區(qū)高度升高，＞0.8 m·s-1上升區(qū)頂由2000 m升至4000 m，2300 m附近和1200 m以下低層上升達(dá)0.9～1.0 m·s-1，5 min降雪量也隨之增強(qiáng)，17:15和18:50達(dá)0.3 mm。（2）最強(qiáng)階段（11日02:00—11:00），小時降雪強(qiáng)度＞2 mm/h，此階段5000～2000 m上升運(yùn)動＞0.7 m·s-1，當(dāng)4000 m（約600 hPa）附近＞0.9 m·s-1的上升區(qū)高度下降或1200 m（約850 hPa）以下低層出現(xiàn)＞0.9 m·s-1的上升區(qū)，降雪強(qiáng)度增強(qiáng)，共15個時次5 min降雪量達(dá)0.4～ 0.5 mm，11日02:10、08:00和10:15的5 min降雪量最強(qiáng)，為0.5 mm，1200 m以下最大上升運(yùn)動1.2 m· s-1，4000 m附近上升區(qū)的出現(xiàn)和高度下降以及低層上升運(yùn)動的增大對5 min雪強(qiáng)的增強(qiáng)具有一定的預(yù)示意義。（3）次強(qiáng)階段（11日11:00—12日01:00），＞0.7 m·s-1的上升運(yùn)動高度抬升，11日11:00—21:00，＞0.3 mm的5 min降雪量大多出現(xiàn)在3500 m和2000 m附近上升區(qū)（＞1.0 m·s-1）下降，或低層1000 m以下出現(xiàn)0.1～1.2 m·s-1的上升運(yùn)動區(qū)。

降雪初期，上升運(yùn)動區(qū)升高將伴隨降雪增強(qiáng)，強(qiáng)降雪時段，中層（600 hPa附近）上升運(yùn)動區(qū)下降或低層（850 hPa以下）上升運(yùn)動增強(qiáng)，降雪均增強(qiáng)，低層上升運(yùn)動的增強(qiáng)較5 min降雪強(qiáng)度的增強(qiáng)提前5～10 min，其變化對降雪強(qiáng)度預(yù)報具有更好的預(yù)警意義，可作為降雪強(qiáng)度預(yù)報的參考之一。

圖6 烏魯木齊風(fēng)廓線雷達(dá)資料估算的2015年12月10—12日13:00—12日10:00垂直速度的高度—時間垂直剖面圖（a）和烏魯木齊5 min降雪量（b）變化

4.2 熱力條件

極端暴雪出現(xiàn)前，500～850 hPa暖平流較強(qiáng)，北疆上空中低層升溫明顯，北疆持續(xù)升溫，7—10日烏魯木齊及周邊氣溫特高，偏高6～8℃，10日850 hPa烏魯木齊東南風(fēng)14 m/s，對升溫更為有利，最高氣溫和地表溫度＞0℃，烏魯木齊最高氣溫達(dá)2.6℃，地面至低層溫度偏高為暴雪提供了較好的熱力條件。

5 中尺度天氣系統(tǒng)

暴雪是不同尺度天氣系統(tǒng)的相互作用的結(jié)果，中尺度天氣是暴雪的重要觸發(fā)機(jī)制，利用空間分辨率較高的ECMWF 0.25°×0.25°細(xì)網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品、加密自動站風(fēng)場以及新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品資料分析中尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)生、演變情況。

5.1 地面中β尺度的輻合中心和輻合線

應(yīng)用加密自動站風(fēng)場資料分析地面中小尺度天氣系統(tǒng)，此次極端暴雪最強(qiáng)時段為11日02:00—11: 00，強(qiáng)暴雪來臨前02時—11日00:00，烏魯木齊及周邊地區(qū)出現(xiàn)了地面中β輻合中心和輻合線，烏魯木齊市西部的偏北風(fēng)、北部的偏東風(fēng)和東部的偏南風(fēng)形成明顯的氣旋性輻合中心，輻合中心南部有輻合線，此時降雪強(qiáng)度開始增強(qiáng)，增至1.0 mm/h（圖7a），至11日03:00，烏魯木齊及周邊地區(qū)的地面β輻合中心維持，但輻合強(qiáng)度略有減弱，降雪強(qiáng)度仍超過1.0 mm/h（圖7b），11日07:00，地面中γ輻合中心再次出現(xiàn)，08:00降雪量增加至2.8 mm/h（圖7c）。地面中β尺度的輻合中心和輻合線出現(xiàn)后降雪強(qiáng)度增強(qiáng)，對預(yù)報具有較好的指示意義。

5.2 雷達(dá)特征

圖7 烏魯木齊及周邊2015年12月11日00:00（a）、03:00（b）、07:00（c）加密自動站風(fēng)場

5.2.1 反射率因子

分析此次暴雪在烏魯木齊新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品，1.5°仰角反射率因子的回波圖像上，10日10:00烏魯木齊西北方多處出現(xiàn)≥5 dBz回波團(tuán)，15:00回波合并發(fā)展，≥5 dBz回波面積逐漸增大，降水回波覆蓋了以雷達(dá)站為中心的60～90 km范圍，在烏魯木齊3個強(qiáng)降水時段10日15:00—21:00、11日1: 00—11:00、11日15:30—12日1:00，烏魯木齊上空平均回波強(qiáng)度約為15 dBz、5～10 dBz和5 dBz，最強(qiáng)回波與最強(qiáng)降雪并不同時出現(xiàn)，最強(qiáng)回波出現(xiàn)在降雪開始后2～3 h（降雪13:00后出現(xiàn)）的10日16:00（此時小時降雪量0.0 mm），烏魯木齊上空最大回波強(qiáng)度為15 dBz（圖8a），最高回波頂高2.5 km左右（圖8d），屬典型的層狀云回波，18:00烏魯木齊小時降雪量由0.0 mm增為0.6 mm。21:00后回波強(qiáng)度有所減弱，但降水強(qiáng)度并未減弱，11日01:54，回波強(qiáng)度5～10 dBz（圖8b），最高回波頂高0.5 km左右（圖8e），02:00和03:00的降雪強(qiáng)度2.1 mm/h和2.5 mm/h，11:00后回波繼續(xù)減弱，降雪強(qiáng)度降至2.0 mm/h以下，15:45回波強(qiáng)度5 dBz左右（圖8c），最高回波頂高0.5 km左右（圖8f），16:00后降雪強(qiáng)度大都降至0.5 mm/h左右。降雪強(qiáng)度的增強(qiáng)滯后于回波強(qiáng)度的增強(qiáng)，降水增強(qiáng)后，回波強(qiáng)度逐漸減弱。

5.2.2 徑向速度

在1.5°仰角徑向速度場上，距雷達(dá)中心30 km內(nèi)，零速度線經(jīng)過測站時，西北部零度線隨距離增加逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向正速度區(qū)，負(fù)速度面積大于正速度面積，出現(xiàn)了3個零速度區(qū)的“S”形結(jié)構(gòu)（10日16:00、11日01:54和15:45），雷達(dá)站西北部為西北風(fēng)（低層和高層不同，切變需要表達(dá)清楚），東北部為東北風(fēng)（低層和高層不同，圖9），存在冷鋒式切變，烏魯木齊均位于冷式切變線南側(cè)，使烏魯木齊周邊出現(xiàn)風(fēng)向和風(fēng)速輻合，冷鋒式切變的出現(xiàn)時間與強(qiáng)降水時段有一定的對應(yīng)（10日15:00—21:00、11日1:00—11:00、11日15:30—12日1:00），這種冷平流與大尺度輻合運(yùn)動的疊加[14]有利于暴雪的維持和發(fā)展。

圖8 2015年12月10—11日烏魯木齊新一代天氣雷達(dá)1.5°仰角的反射率因子（單位dBz）

圖9 2015年12月10—11日烏魯木齊新一代天氣雷達(dá)1.5°仰角徑向速度（單位m·s-）1

6 數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品檢驗(yàn)

應(yīng)用ECMWF細(xì)網(wǎng)格和GRAPES_Meso中尺度數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品對比檢驗(yàn)12月11日北疆沿天山一帶和暴雪中心的降水預(yù)報能力。

6.1 降雪落區(qū)預(yù)報

ECMWF和GRAPES未來24～72 h時效內(nèi)均預(yù)報出北疆沿天山一帶從烏蘇到木壘一線為最大降水帶，最強(qiáng)暴雪中心位于烏魯木齊東部，GRAPES落區(qū)預(yù)報更為準(zhǔn)確：（1）GRAPES預(yù)報烏魯木齊東部最大暴雪中心外圍有大值區(qū)伸向西南方（小渠子方向）；（2）GRAPES預(yù)報烏蘇到木壘一線暴雪的區(qū)降水量更接近實(shí)況。

6.2 烏魯木齊單點(diǎn)預(yù)報

用烏魯木齊最近格點(diǎn)預(yù)報作為烏魯木齊單點(diǎn)預(yù)報，對烏魯木齊單點(diǎn)預(yù)報，GRAPES和ECMWF模式預(yù)報均偏小，GRAPES預(yù)報效果更好。預(yù)報時效為72、48 h和24 h，ECMWF預(yù)報值為26.7、23.2、25.7 mm，GRAPES為25.68、25.03、33.57 mm，GRAPES誤差明顯偏小，24 h預(yù)報僅較實(shí)況偏小2.3 mm（表1）。

表1 GRAPES和ECMWF模式對烏魯木齊11日大暴雪預(yù)報檢驗(yàn)對比 mm

7 結(jié)論

（1）2015年12月11日烏魯木齊暴雪是一次極端暴雪過程，較2014年12月8日次強(qiáng)暴雪明顯偏強(qiáng)，屬典型的后傾槽形勢，南、北低值系統(tǒng)的疊加、結(jié)合、中層南疆盆地偏南急流為烏魯木齊極端暴雪提供了有利的大尺度環(huán)流背景，環(huán)流形勢具有夏季強(qiáng)降水環(huán)流特征，烏魯木齊上空“4支氣流”的匯合是大尺度抬升運(yùn)動和低層地形強(qiáng)迫抬升的重要天氣系統(tǒng)，與歷年相比，此次暴雪的環(huán)流形勢具有極端性環(huán)流特征。

（2）暴雪區(qū)上空有較強(qiáng)的水汽輸送和水汽輻合，水汽長時間通過西南和偏西路徑輸送至暴雪區(qū)，烏魯木齊上空水汽輸送厚度厚、強(qiáng)度強(qiáng)，水汽輻合在700～800 hPa，水汽主要來自700 hPa以下低層。

（3）烏魯木齊上空具備較好的動力抬升條件，中低層輻合、高層輻散的空間配置有利于上升運(yùn)動的發(fā)展和維持，風(fēng)廓線雷達(dá)反演的垂直速度顯示，上升運(yùn)動區(qū)升高、中層上升運(yùn)動區(qū)下降以及低層上升運(yùn)動區(qū)的增強(qiáng)，均與降雪增強(qiáng)相對應(yīng)，低層上升運(yùn)動的變化對降雪強(qiáng)度預(yù)報具有更好的預(yù)警意義，低層上升運(yùn)動的增強(qiáng)較5 min降雪強(qiáng)度的增強(qiáng)提前5～10 min。

（4）地面中β尺度的輻合中心和輻合線是重要的中小尺度天氣系統(tǒng)，與強(qiáng)降雪時段和量級有一定聯(lián)系，它較強(qiáng)降雪提前1～2 h出現(xiàn)，它出現(xiàn)后降雪強(qiáng)度均＞1.0 mm/h。雷達(dá)回波上屬層狀云降水回波，零速度區(qū)的“S”形結(jié)構(gòu)中的冷鋒式切變的出現(xiàn)時間與強(qiáng)降水時段有一定的對應(yīng)關(guān)系。

（5）此次暴雪中GRAPES中尺度數(shù)值產(chǎn)品預(yù)報能力好于ECMWF，24 h預(yù)報誤差明顯縮小。

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Comprehensive Analysis of an Extreme Blizzard in Urumqi on December 11th，2015

ZHANG Junlan1，WAN Yu1，MIN Yue1
（Xinjiang Meteorological Observatory，Urumqi 830002，China）

The extreme blizzard event occurred over Urumqi and its vicinity on December 11, 2015.Atmospheric circulation has the characteristics of heavy rainfall in summer,and there exists a certain extreme,Under the background of the north and south low-pressure system joining up and convergence of“four currents”on the high and low levels provided favorable large scale circulation for the snowstorm.The blizzard was produced by better water vapor condition,dynamic conditions. Water vapor transported by the southwest and west for a long time.The strongest moisture convergence appeared under 700 hPa.The spatial distribution that convergence in low-and-middle level,divergence in high level is benefit to the development and maintenance of vertical movement, the enhancement time of vertical movement in low level is 5～10 min in advance compared to the counterpart of snowfall intensity from the view of 5min snowfall data.The meso-β scale and surface mesoscale convergence line appeared and after 1～2 hours snowstorm occurred.Snowfall intensity was greater than 1.0 mm/h.The radar echo feature of velocity as an S shape corresponded to the snowing heavily.GRAPES_MESO numerical product was superior to ECMWF in forecasting heavy snow.

Urumqi；extreme blizzard；water vapor；meso-β scale；GRAPES numerical product

P426.63

A

1002-0799（2017）01-0001-10

10.12057/j.issn.1002-0799.2017.01.001

2016-10-20

中國氣象局預(yù)報員專項（CMAYBY2016-083）資助。

張俊蘭（1967-），女，正研級高級工程師，從事天氣預(yù)報和應(yīng)用氣象研究，E-mail：zjl_0997@163.com

張俊蘭，萬瑜，閔月.烏魯木齊“2015.12.11”極端暴雪天氣的綜合分析[J] .沙漠與綠洲氣象，2017，11（1）：1-10.