新疆西部一次大暴雨過(guò)程水汽輸送軌跡模擬

曾勇，楊蓮梅*，張迎新

（1.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊 830002；2.中亞大氣科學(xué)研究中心，新疆烏魯木齊 830002；3.北京市氣象臺(tái)，北京 100089）

新疆西部一次大暴雨過(guò)程水汽輸送軌跡模擬

曾勇1，2，楊蓮梅1，2*，張迎新3

（1.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊 830002；2.中亞大氣科學(xué)研究中心，新疆烏魯木齊 830002；3.北京市氣象臺(tái)，北京 100089）

在分析2016年7月28日—8月2日新疆西部罕見(jiàn)大暴雨過(guò)程環(huán)流形勢(shì)和影響系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用基于拉格朗日方法的軌跡模式HYSPLIT，應(yīng)用GDAS資料，模擬計(jì)算了大暴雨期間不同區(qū)域不同高度的水汽輸送軌跡、主要通道及不同源地的水汽貢獻(xiàn)。結(jié)果表明：（1）200 hPa高空偏西急流、700 hPa和850 hPa低空偏東急流及輻合線(xiàn)和500 hPa穩(wěn)定“兩脊一槽”環(huán)流是大暴雨產(chǎn)生的天氣背景；（2）大暴雨過(guò)程中阿克蘇地區(qū)北部、伊犁河谷地區(qū)和博州地區(qū)東部1500、3000和5000 m水汽輸送軌跡、主要通道及不同源地的水汽貢獻(xiàn)存在差異，其中，阿克蘇地區(qū)北部1500、3000、5000 m水汽分別主要來(lái)自中亞地區(qū)、中亞地區(qū)、地中海北部，水汽貢獻(xiàn)分別占該高度水汽的38%、46%、48%；伊犁河谷地區(qū)1500、3000、5000 m水汽分別主要來(lái)自哈薩克斯坦、哈薩克斯坦、黑海南部，水汽貢獻(xiàn)分別占該高度水汽的100%、50%、68%；博州地區(qū)東部1500、3000、5000 m水汽分別主要來(lái)自西西伯利亞、中亞地區(qū)、東歐，水汽貢獻(xiàn)分別占該高度水汽的58%、54%、82%。水汽在輸送過(guò)程中高度多變，以偏東和偏南路徑為主輸送到大暴雨區(qū)上空；（3）歐洲大陸、西西伯利亞、中亞地區(qū)等陸地及黑海、里海等海洋是此次大暴雨水汽主要來(lái)源。南疆低層偏東風(fēng)和輻合線(xiàn)在水汽的聚集及向上輸送中發(fā)揮了重要作用，高空急流產(chǎn)生的次級(jí)環(huán)流的下沉氣流在將高空水汽向下輸送中扮演了重要角色。

新疆西部；大暴雨；水汽輸送；拉格朗日軌跡

充沛的水汽輸送是暴雨形成的必要條件，因此分析暴雨的水汽來(lái)源及輸送對(duì)于研究暴雨成因和機(jī)理有重要意義。有關(guān)我國(guó)夏季暴雨水汽輸送及來(lái)源的研究一直受到國(guó)內(nèi)外氣象界高度關(guān)注，許多氣象學(xué)者研究指出我國(guó)夏季暴雨水汽主要來(lái)自孟加拉灣、南海和西太平洋，夏季印度季風(fēng)和南海季風(fēng)扮演了十分重要的角色[1-6]。上述研究水汽輸送及來(lái)源主要基于歐拉方法，而歐拉方法存在無(wú)法定量確定水汽的源匯關(guān)系和各水汽來(lái)源對(duì)降水貢獻(xiàn)的局限性，特別在暴雨個(gè)例的水汽分析中，歐拉流場(chǎng)與氣團(tuán)真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡存在一定差異[7-10]。近年來(lái)，基于拉格朗日框架下發(fā)展的軌跡分析方法為水汽輸送提供了很好的技術(shù)途徑，Makra等[9]指出在軌跡追蹤研究中利用拉格朗日方法的氣流軌跡模式HYSPLIT較其他模式有更好的性能。國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者利用HYSPLIT軌跡模式研究了區(qū)域強(qiáng)降水事件，定量確定了區(qū)域降水水汽的源匯關(guān)系和各水汽來(lái)源對(duì)降水貢獻(xiàn)[7-8，10-13]。

新疆位于中國(guó)西北部，遠(yuǎn)離海洋，深居內(nèi)陸，四周有高山阻隔，海洋水氣不易進(jìn)入，境內(nèi)多沙漠，著名的塔克拉瑪干沙漠及古爾班通古特沙漠等分布于區(qū)內(nèi)的天山南北，且氣候不受季風(fēng)系統(tǒng)的直接影響，是典型的干旱、半干旱地區(qū)，這就造成了新疆暴雨的水汽輸送與東部地區(qū)存在顯著差異。新疆許多氣象學(xué)者從不同角度對(duì)新疆暴雨水汽輸送已經(jīng)開(kāi)展了大量研究，得到了許多有意義的結(jié)論[16-25]，但是以上研究主要基于歐拉方法。本文針對(duì)2016年夏季新疆西部一次罕見(jiàn)大暴雨過(guò)程，利用拉格朗日方法的氣流軌跡模式HYSPLIT模擬暴雨期間氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)軌跡，得到影響暴雨過(guò)程的主要水汽輸送通道以及不同水汽通道對(duì)水汽輸送的貢獻(xiàn)，希望能加深對(duì)新疆西部暴雨水汽輸送特征的認(rèn)識(shí)，為該地區(qū)暴雨分析和預(yù)報(bào)提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料

本文所使用的資料為美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心和大氣研究中心（NECP/NCAR）再分析資料（時(shí)間分辨率6 h，空間分辨率1°×1°）、新疆區(qū)域加密自動(dòng)站降水資料和GDAS資料。GDAS資料是指利用全球資料同化系統(tǒng)（Global Data Assimilation System）將NECP/NCAR資料進(jìn)行同化計(jì)算得到的結(jié)果，美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，簡(jiǎn)稱(chēng)NOAA）的空氣資源實(shí)驗(yàn)室（Air Resource Laboratory，簡(jiǎn)稱(chēng)ARL）將其處理為拉格朗日軌跡模式（Hybrid Single Particle LagrangianIntegratedTrajectoryModel，簡(jiǎn)稱(chēng)HYSPLIT）可用格式并作為模式主要輸入資料（時(shí)間分辨率6 h，空間分辨率1°×1°）。

1.2 HYSPLIT簡(jiǎn)介

HYSPLIT是NOAA等機(jī)構(gòu)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的能夠處理不同氣象數(shù)據(jù)輸入，不同物理過(guò)程及不同排放源的一種包含輸送、擴(kuò)散、沉降過(guò)程的模式系統(tǒng)，根據(jù)HYSPLIT，假設(shè)空氣中的粒子隨風(fēng)飄動(dòng)，氣流的移動(dòng)軌跡就是其在時(shí)間和空間上位置矢量的積分。最終的位置由初始位置（P）和第一猜測(cè)位置（P′）的平均速率計(jì)算得到：

其中，Δt為時(shí)間步長(zhǎng)，本文Δt選取為6 h，V為三維風(fēng)矢量的大小。

1.3 軌跡模擬方案

為了更好地區(qū)分此次暴雨過(guò)程中具有顯著地理差異區(qū)域的水汽軌跡，選取阿克蘇地區(qū)北部代表點(diǎn)A（81.48°E，42.06°N）、伊犁河谷地區(qū)代表點(diǎn)B（82.67°E，43.10°N）和博州地區(qū)東部代表點(diǎn)C（83.07°E，44.46°N）為模擬初始點(diǎn)經(jīng)緯度（圖1），選取1500 m、3000 m和5000 m三個(gè)高度層次為模擬初始高度，共9個(gè)初始點(diǎn)，選取暴雨過(guò)程前后7月28日—8月2日模擬初始點(diǎn)向后追蹤7 d的三維運(yùn)動(dòng)軌跡，每6 h輸出一次軌跡點(diǎn)位置，每隔6 h所有軌跡初始點(diǎn)重新向后追蹤7 d，共得到216條軌跡。由于軌跡數(shù)量較多，為了更加直觀(guān)清晰地看出各條軌跡路徑，模式采用簇分析方法對(duì)大量軌跡路徑進(jìn)行聚類(lèi)，其基本思想是按照軌跡路徑最接近的原則進(jìn)行多條軌跡合并分組，具體做法江志紅等[8]曾進(jìn)行過(guò)詳細(xì)描述。

2 天氣實(shí)況和環(huán)流形勢(shì)

圖1 新疆及其周邊地形（a）（陰影，單位：m，紅色矩形區(qū)域?yàn)閳D1b的范圍）和2016年7月29日20時(shí)—8月1日20時(shí)新疆西部降雨量分布（b）

2.1 天氣實(shí)況

2016年7月29日—8月2日新疆西部的伊犁河谷地區(qū)、阿克蘇地區(qū)北部、塔城地區(qū)南部和博州地區(qū)東部出現(xiàn)罕見(jiàn)大暴雨天氣過(guò)程（圖1），伊犁河谷為大暴雨中心，最強(qiáng)降雨中心鞏留庫(kù)爾德寧降雨量達(dá)123.2 mm，7月31日20時(shí)—8月1日20時(shí)為大暴雨最強(qiáng)時(shí)段，伊犁地區(qū)10個(gè)國(guó)家氣象站日平均降雨量46.8 mm，突破伊犁地區(qū)有氣象記錄以來(lái)10站日平均最大記錄，伊犁河谷地區(qū)的特克斯（51.7 mm）、昭蘇（52.8 mm）、新源（66.1 mm）、尼勒克（74.6 mm）均破歷史日極值。此次罕見(jiàn)大暴雨過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、累計(jì)雨量大，給當(dāng)?shù)厝嗣裆a(chǎn)生活帶來(lái)了嚴(yán)重影響。

在分析此次大暴雨過(guò)程的環(huán)流形勢(shì)和影響系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，主要針對(duì)阿克蘇地區(qū)北部、伊犁河谷地區(qū)和博州地區(qū)東部，利用HYSPLIT進(jìn)行軌跡模擬，詳細(xì)討論大暴雨產(chǎn)生所需水汽的來(lái)源及不同源地水汽貢獻(xiàn)。

2.2 環(huán)流形勢(shì)

2016年7月29日—8月2日500 hPa歐亞中高緯度呈現(xiàn)穩(wěn)定“高—低—高”的“兩脊一槽”環(huán)流形勢(shì)，伊朗副熱帶高壓與烏拉爾山高壓脊疊加，西太平洋副熱帶高壓十分強(qiáng)盛，向東北方向擴(kuò)張控制新疆東部，兩高壓之間的新疆中西部及其南北地區(qū)為槽區(qū)。7月31日02時(shí)，200 hPa新疆西部處于高空急流入口區(qū)的右側(cè)強(qiáng)輻散區(qū)（圖2a），高層輻散有利于產(chǎn)生大尺度上升運(yùn)動(dòng)；500 hPa新疆西部處于巴爾喀什湖低槽槽前強(qiáng)西南氣流控制區(qū)（圖2b），西南氣流源源不斷地將正渦度平流和水汽輸送至大暴雨區(qū)上空，形成有利的動(dòng)力和水汽條件；700 hPa最明顯的特征是沿著槽脊形成的偏西氣流和經(jīng)河西走廊進(jìn)入南疆的偏東急流在阿克蘇地區(qū)及伊犁河谷地區(qū)形成明顯的輻合線(xiàn)（圖2c）；850 hPa（圖2d）與700 hPa相似，但輻合線(xiàn)位置略偏東，低層輻合有利于將暴雨所需水汽和能量源源不斷地向上傳輸。綜上簡(jiǎn)要分析可知，200 hPa高空急流、700 hPa和850 hPa低空急流及輻合線(xiàn)和500 hPa穩(wěn)定“兩脊一槽”環(huán)流是大暴雨產(chǎn)生的天氣背景，特別是西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)盛且穩(wěn)定控制新疆東部地區(qū)，使巴爾喀什湖低槽移動(dòng)緩慢是此次大暴雨天氣持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的關(guān)鍵因素。

圖2 2016年8月1日02時(shí)200 hPa（a）、500 hPa（b）、700 hPa（c）環(huán)流形勢(shì)和850 hPa（d）風(fēng)場(chǎng)溫度場(chǎng)和海平面氣壓

3 大暴雨過(guò)程水汽輸送軌跡分析

3.1 阿克蘇地區(qū)北部水汽輸送軌跡

圖3a給出了此次大暴雨過(guò)程阿克蘇地區(qū)北部1500 m高度水汽輸送軌跡，通道1顯示水汽自伊犁地區(qū)向東南方向輸送，在偏東風(fēng)的作用下水汽回流到達(dá)阿克蘇地區(qū)北部，此通道保持在2000 m以下低空，占阿克蘇地區(qū)北部1500 m高度水汽輸送總量的17%；通道2自中亞地區(qū)的烏茲別克斯坦和吉爾吉斯斯坦兩國(guó)交界處先向東南方向再向東北方向到達(dá)阿克蘇地區(qū)北部，與通道1類(lèi)似，整個(gè)過(guò)程此通道也是保持在2000 m以下低空，占水汽輸送總量的38%；通道3自土耳其7000 m左右高空向偏東方向經(jīng)里海、帕米爾高原進(jìn)入阿克蘇地區(qū)北部，占水汽輸送總量的13%；通道4自東歐平原向東南方向經(jīng)過(guò)里海到達(dá)中亞地區(qū)，再向東北方向越過(guò)帕米爾高原到達(dá)阿克蘇地區(qū)北部，在越過(guò)帕米爾高原前，水汽通道保持在2000 m左右高度，此通道占水汽輸送總量的17%；通道5自西西伯利亞8000 m以上的高空先向偏南方向，再向偏東方向經(jīng)中亞地區(qū)進(jìn)入阿克蘇地區(qū)北部，占水汽輸送總量的15%，水汽通道持續(xù)下降，這與新疆北部高空急流形成的次級(jí)環(huán)流的下沉氣流有關(guān)。

圖3b為阿克蘇地區(qū)北部3000 m高度水汽輸送軌跡，共有3條通道。通道1自黑海北部向偏東方向經(jīng)里海、中亞地區(qū)進(jìn)入阿克蘇地區(qū)北部，此通道自5000 m高度呈緩慢下降趨勢(shì)到達(dá)阿克蘇地區(qū)北部3000 m，占該地區(qū)3000 m水汽輸送總量的42%；通道2自中亞地區(qū)的哈薩克斯坦向偏東方向進(jìn)入南疆西部，在偏東風(fēng)的作用下回流至阿克蘇地區(qū)北部，在低層輻合線(xiàn)的作用下通道自2000 m抬升至3000 m，此通道占水汽輸送總量的46%；通道3自西西伯利亞8000 m以上高空在高空急流產(chǎn)生的次級(jí)環(huán)流的下層氣流作用下快速下降，經(jīng)中亞地區(qū)的哈薩克斯坦到達(dá)阿克蘇地區(qū)北部，此通道僅占水汽輸送總量的12%。

圖3c為阿克蘇地區(qū)北部5000 m高度水汽輸送軌跡，通道1自地中海北部向偏東方向經(jīng)里海、中亞地區(qū)土庫(kù)曼斯坦到達(dá)阿克蘇地區(qū)北部，該通道自4500 m高度緩慢下降，越過(guò)帕米爾高原后抬升至5000 m高度到達(dá)阿克蘇地區(qū)北部，占該地區(qū)5000 m高度水汽輸送總量的48%；通道2自北歐地區(qū)5500 m高度經(jīng)黑海、里海、中亞地區(qū)到達(dá)阿克蘇地區(qū)北部，此通道占水汽輸送總量的35%；通道3自里海4500 m高度向偏東方向經(jīng)中亞地區(qū)高度逐漸下降到1500 m以下進(jìn)入南疆盆地，在偏東風(fēng)作用下回流達(dá)到阿克蘇地區(qū)北部，在低層輻合線(xiàn)的作用下抬升至5000 m，此通道僅占水汽輸送總量的17%。

3.2 伊犁河谷地區(qū)水汽輸送軌跡

圖4a給出了此次大暴雨過(guò)程伊犁河谷地區(qū)1500 m高度水汽輸送軌跡，通道1自中亞地區(qū)哈薩克斯坦西部地區(qū)先向偏南方向，再向偏東方向到達(dá)伊犁河谷地區(qū)，該通道自500 m高度呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，到達(dá)伊犁河谷1500 m高度，占該地區(qū)1500 m高度水汽輸送總量的46%；通道2自中亞地區(qū)哈薩克斯坦南部地區(qū)先向偏東南方向，再向偏東北方向到達(dá)伊犁河谷地區(qū)，此通道占水汽輸送總量的54%。

圖3 2016年7月28日—8月2日大暴雨期間阿克蘇地區(qū)北部1500 m（a）、3000 m（b）和5000 m（c）水汽輸送通道空間分布和高度變化

圖4b為伊犁河谷地區(qū)3000 m高度水汽輸送軌跡，通道1自中亞地區(qū)哈薩克斯坦南部地區(qū)1000 m左右高度向偏東方向到達(dá)南疆西部，在偏東風(fēng)和低層輻合線(xiàn)的作用下，回流抬升至伊犁河谷地區(qū)3000 m高度，此通道占伊犁河谷地區(qū)3000 m高度水汽輸送總量的50%；通道2自里海北部地區(qū)4000 m左右高度向東南方向經(jīng)里海、中亞地區(qū)，再向東北方向越過(guò)帕米爾高原到達(dá)伊犁河谷地區(qū)，整個(gè)過(guò)程中通道高度變化不大，此通道占水汽輸送總量的38%；通道3自中亞地區(qū)哈薩克斯坦北部6000 m以上高空在高空急流形成的次級(jí)環(huán)流下沉支作用下向偏南方向快速穿過(guò)哈薩克斯坦，再向偏東方向進(jìn)入伊犁河谷地區(qū)，此通道僅占水汽輸送總量的12%。

圖4c為伊犁河谷地區(qū)5000 m高度水汽輸送軌跡，共有3條通道。通道1自黑海南部地區(qū)5500 m左右高度向偏東方向經(jīng)里海到達(dá)伊犁河谷地區(qū)，此通道占伊犁河谷地區(qū)5000 m高度水汽輸送總量的32%；通道2自黑海南部6500 m左右高度經(jīng)里海、中亞地區(qū)快速下降到5000 m到達(dá)伊犁河谷地區(qū)，此通道占水汽輸送總量的36%；通道3自中亞地區(qū)土庫(kù)曼斯坦1500 m左右高度向偏東方向到達(dá)南疆盆地，在偏東風(fēng)和低層輻合線(xiàn)作用下回流抬升至伊犁河谷地區(qū)5000 m高度，此通道占水汽輸送總量的32%。

3.3 博州地區(qū)東部水汽輸送軌跡

圖5a給出了此次大暴雨過(guò)程博州地區(qū)東部1500 m高度水汽輸送軌跡，通道1自西西伯利亞4000 m左右高空向東南方向經(jīng)過(guò)中亞地區(qū)哈薩克斯坦轉(zhuǎn)為向偏東方向達(dá)到博州地區(qū)東部，此通道占博州地區(qū)東部1500 m高度水汽輸送總量的58%；通道2自伊犁河谷地區(qū)先向偏南方向，再受偏東風(fēng)和低層輻合線(xiàn)作用回流到達(dá)博州地區(qū)東部，此通道僅占水汽輸送總量的42%。

圖5b是博州地區(qū)東部3000 m高度水汽輸送軌跡，通道1自中亞地區(qū)吉爾吉斯斯坦1500 m左右高度先向偏東方向，再向東北方向到達(dá)博州地區(qū)東部，此通道占博州地區(qū)東部3000 m高度水汽輸送總量的54%；通道2自黑海東部地區(qū)3000 m高度先向偏東南方向經(jīng)里海，再向偏東北方向到達(dá)博州地區(qū)東部，此通道占水汽輸送總量的21%。通道3自中亞地區(qū)哈薩克斯坦北部6000 m左右高空在高空急流形成的次級(jí)環(huán)流下沉支作用下向偏南方向快速穿過(guò)哈薩克斯坦，再向偏東方向進(jìn)入博州地區(qū)東部，此通道僅占水汽輸送總量的25%。

圖5c是博州地區(qū)東部5000 m高度水汽輸送軌跡，通道1自歐洲東部先向偏東南方向，再向偏東北方向，經(jīng)過(guò)里海、咸海、中亞地區(qū)到達(dá)博州地區(qū)東部，此通道自3000 m左右高度不斷升高到5000 m，占博州地區(qū)東部5000 m高度水汽輸送總量的82%；通道2自中亞地區(qū)吉爾吉斯斯坦3000 m左右高度向偏東方向進(jìn)入南疆盆地，在偏東風(fēng)和低層輻合線(xiàn)的作用下從低層抬升到5000 m高度，此通道僅占水汽輸送總量的18%。

圖4 2016年7月28日—8月2日大暴雨期間伊犁河谷地區(qū)1500 m（a）、3000 m（b）和5000 m（c）水汽輸送通道空間分布和高度變化

從以上分析可以看出，此次大暴雨期間，阿克蘇地區(qū)北部1500 m高度水汽主要來(lái)自伊犁河谷地區(qū)、中亞地區(qū)、東歐平原的低層和土耳其7000 m高空、西西伯利亞8000 m以上高空；3000 m高度水汽主要來(lái)自黑海北部5000 m高空、西西伯利亞8000 m以上高空和中亞地區(qū)2000 m高空；5000 m高度水汽主要來(lái)自地中海北部、里海4500 m高空和北歐5500 m高空。伊犁河谷地區(qū)1500 m高度水汽主要來(lái)自中亞地區(qū)哈薩克斯坦西部和南部低層；3000 m高度水汽主要來(lái)自中亞地區(qū)低層、中亞地區(qū)6000 m高空和里海北部4000 m高空；5000 m高度水汽主要來(lái)自中亞地區(qū)低層、黑海南部地區(qū)5500 m和6500 m高空。博州地區(qū)東部1500 m高度水汽主要來(lái)自西西伯利亞4000 m高空和伊犁河谷地區(qū)低層；3000 m高度水汽主要來(lái)自中亞地區(qū)1500 m、6000 m高空和黑海東部3000 m高空；5000 m高度水汽主要來(lái)自東歐和中亞地區(qū)3000 m高空。不同區(qū)域不同高度水汽來(lái)源及輸送軌跡有所不同，但是可以發(fā)現(xiàn)歐洲大陸、西西伯利亞、中亞地區(qū)等陸地及黑海、里海等海洋是大暴雨水汽主要來(lái)源。水汽在輸送過(guò)程中高度多變，以偏東和偏南路徑為主輸送到暴雨區(qū)上空。南疆低層偏東風(fēng)在水汽的聚集及向上輸送中發(fā)揮了重要作用，高空急流產(chǎn)生的次級(jí)環(huán)流的下沉氣流在高層水汽向下輸送中扮演了重要角色。

4 結(jié)論

（1）2016年7月28日—8月2日新疆西部的伊犁河谷地區(qū)、阿克蘇地區(qū)北部、博州地區(qū)東部和塔城地區(qū)南部發(fā)生的罕見(jiàn)大暴雨天氣過(guò)程是在200 hPa高空急流、500 hPa巴爾喀什湖低槽、700 hPa和850 hPa低空急流和輻合線(xiàn)的共同作用下產(chǎn)生的，西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)盛且穩(wěn)定控制新疆東部地區(qū)，使巴爾喀什湖低槽移動(dòng)緩慢是此次暴雨天氣持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的關(guān)鍵因素。

（2）利用拉格朗日軌跡模式HYSPLIT對(duì)此次大暴雨過(guò)程不同區(qū)域不同高度水汽輸送進(jìn)行軌跡模擬和聚類(lèi)分析，得到了不同區(qū)域不同高度的水汽輸送軌跡并定量給出了不同軌跡的水汽貢獻(xiàn)率。阿克蘇地區(qū)北部1500 m水汽有5條主要輸送軌跡，其中來(lái)自中亞地區(qū)2000 m高空的輸送軌跡占38%，為最主要軌跡；3000 m水汽有3條主要輸送軌跡，以來(lái)自黑海北部5000 m高空和中亞地區(qū)2000 m高空的輸送軌跡為主，分別占42%和46%；5000 m水汽有3條主要輸送軌跡，來(lái)自地中海北部4500 m高空的輸送軌跡占48%，為最主要軌跡。伊犁河谷地區(qū)1500 m水汽輸送軌跡有2條，分別來(lái)自中亞地區(qū)哈薩克斯坦西部和南部，分別占46%和54%；3000 m水汽輸送軌跡主要來(lái)自中亞地區(qū)哈薩克斯坦南部，占50%；5000 m水汽主要來(lái)自黑海南部5500 m、6500 m高空和中亞地區(qū)1500 m高空的軌跡分別占32%、36%和32%。博州地區(qū)東部1500 m、3000 m和5000 m主要水汽輸送軌跡分別為2條、3條和2條，且以自東歐、伊犁河谷、西西伯利亞、中亞地區(qū)為主導(dǎo)。

（3）歐洲大陸、西西伯利亞、中亞地區(qū)等陸地及黑海、里海等海洋是此次大暴雨水汽主要來(lái)源。水汽在輸送過(guò)程中高度多變，以偏東和偏南路徑為主要路徑。南疆低層偏東風(fēng)和輻合線(xiàn)在水汽的聚集及向上輸送中發(fā)揮了重要作用，高空急流產(chǎn)生的次級(jí)環(huán)流的下沉氣流在將高空水汽向下輸送中扮演了重要角色。幾乎所有輸送軌跡都經(jīng)過(guò)中亞地區(qū)到達(dá)暴雨區(qū)，可見(jiàn)中亞地區(qū)是此次暴雨過(guò)程水汽輸送軌跡的關(guān)鍵區(qū)域。

（4）本文對(duì)一次大暴雨過(guò)程不同區(qū)域不同高度水汽輸送進(jìn)行拉格朗日軌跡模擬和聚類(lèi)分析，得到了不同區(qū)域不同高度的水汽輸送軌跡并定量給出了不同軌跡的水汽貢獻(xiàn)率，但僅僅是一次過(guò)程得到的結(jié)論，未來(lái)還需要通過(guò)更多的個(gè)例研究進(jìn)行驗(yàn)證，為預(yù)報(bào)提供可靠參考。此外，新疆面積巨大，三山夾兩盆的特殊地形造成了不同區(qū)域水汽來(lái)源可能不同，在未來(lái)的工作中需要結(jié)合不同區(qū)域的暴雨過(guò)程進(jìn)行進(jìn)一步研究。

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Simulation of Water Vapor Transport Trajectories of a Heavy Rain in Western Xinjiang

ZENG Yong1,2,YANG Lianmei1,2,ZHANG Yingxin3
(1.Institute of Desert and Meteorology,China Meteorological Administration,Urumqi 830002,China; 2.Center for Central Asia Atmosphere Science Research,Urumqi 830002,China; 3.Beijing Meteorological Observatory,Beijing 100089,China)

Based on the analysis of the circulation situation and influence system of the rare heavy rain in the west of Xinjiang from July 28th to August 2rd,2016,the HYSPLIT model based on the Lagrangian method was used to calculate the water vapor transport trajectories,the main passages and different contribution of water vapor sources of the different areas and different heights.The results showed that（1）200 hPa high-altitude partial west jet,700 hPa and 850 hPa low-altitude partial east jet and convergence line as well as 500 hPa stable“two ridges and one groove”circulation were the synoptic background of the heavy rain.（2）In the process of heavy rain,there were differences in the water vapor transport trajectory and the contribution of water vapor which came from different sources in northern Aksu,the Ili River valley and eastern Bozhou.Water vapor of 1500 m,3000 m,5000 m in northern Aksu mainly came from Central Asia,Central Asia, northern Mediterranean respectively,and contribution of water vapor accounted for 38%,46%,48%. Water vapor of 1500 m,3000 m,5000 m in Ili River valley mainly came from Kazakhstan, Kazakhstan,south of the Black Sea respectively,and contribution of water vapor accounted for 100%,50%,68%.Water vapor of 1500 m,3000 m,5000 m in eastern Bozhou mainly came from Western Siberia,Central Asia,Eastern Europe respectively,and contribution of water vapor accounted for 58%,54%,82%.The heights of water vapor passages varied in transportation with the east and south passages as its main path.（3）Continental Europe,Western Siberia,Central Asia and other lands and the Black Sea,the Caspian Sea and other seas were the main sources of the water vapor.The low-altitude partial east wind and the convergence line played an important role in the accumulation and upward transportation of water vapor in southern Xinjiang,the sinking airflow of the secondary circulation which generated by the high-level jet also have a tremendous impact on downward convey of high-altitude water vapor.Almost all trajectories have been passed through the Central Asian region to reach the heavy rain areas,the Central Asian region was hence the key areas of water vapor passages in the process of heavy rain.

Western Xinjiang;heavy rain;water vapor transport;lagrange trajectory

P456.7

B

1002-0799（2017）03-0047-08

曾勇，楊蓮梅，張迎新.新疆西部一次大暴雨過(guò)程水汽輸送軌跡模擬[J].沙漠與綠洲氣象，2017，11（3）：47-54.

10.12057/j.issn.1002-0799.2017.03.007

2017-03-08；

2017-03-28

科技部公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)（GYHY201506009）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41565003）、國(guó)家自然科學(xué)基金國(guó)際合作項(xiàng)目（41661144024）共同資助。

曾勇（1990-），男，實(shí)習(xí)研究員，主要從事新疆災(zāi)害性天氣研究。E-mail：15099610397@163.com

楊蓮梅（1969-），女，研究員，主要從事災(zāi)害性天氣研究。E-mail：yanglm@idm.cn