一次秋季暴雨過(guò)程的物理成因分析

艾克代·沙拉木 張培 艾乃斯·艾斯艾提

摘要 對(duì)2017年9月21—22日新疆克州阿合奇大尺度天氣系統(tǒng)中小尺度局地暴雨形成進(jìn)行診斷分析。分析表明，此次暴雨受主導(dǎo)系統(tǒng)歐洲脊東移南下引導(dǎo)北方冷空氣與西南暖濕氣流在博州上空交匯形成降水，高空冷空氣侵入釋放不穩(wěn)定能量；中高層強(qiáng)冷空氣入侵配合地面中尺度低壓發(fā)展；強(qiáng)有力中尺度抬升系統(tǒng)和強(qiáng)垂直風(fēng)切變引發(fā)強(qiáng)對(duì)流，并使強(qiáng)對(duì)流持續(xù)維持。

關(guān)鍵詞 秋季；暴雨；大尺度環(huán)流；物理量；急流；衛(wèi)星云圖

中圖分類(lèi)號(hào)：P458.121.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3305（2018）05-060-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.05.022

新疆位于我國(guó)西北部，其遼闊的地域和復(fù)雜的地貌形成了獨(dú)特的溫帶大陸型干旱氣候，局地暴雨是重要的氣象災(zāi)害之一。局地暴雨發(fā)生時(shí)，可引發(fā)嚴(yán)重的暴雨洪水及次生地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)人民生活、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸構(gòu)成嚴(yán)重威脅。新疆暴雨是中高緯西風(fēng)帶及低緯副熱帶環(huán)流多尺度系統(tǒng)相互作用的產(chǎn)物，水汽匱乏且地形復(fù)雜，降水成因也十分復(fù)雜?？酥菔切陆鞑康囊粋€(gè)自治州，地處天山南脈、昆侖山北麓和塔里木盆地西端的帕米爾高原山，90%以上為山區(qū)。筆者對(duì)2017年9月21—22日克州發(fā)生的一次降水天氣成因進(jìn)行分析，可為今后當(dāng)?shù)乇┯觐A(yù)警提供更多參考和依據(jù)。

1 暴雨實(shí)況

受冷空氣入侵影響，2017年9月21日08：00至22日09：00，克州各地普遍出現(xiàn)降水天氣，平原微到小雨，山區(qū)中到大雨，北部山區(qū)局部暴雨。其中阿合奇境內(nèi)5站降水量超過(guò)24 mm；最大降水位于蘇木塔什鄉(xiāng)阿巴雀雀克，為39 mm，出現(xiàn)在21日18：00至22日09：00；其次是阿合奇蘇木塔什牧場(chǎng)，為31 mm。此次強(qiáng)降水天氣對(duì)公路交通運(yùn)輸、旅游業(yè)影響較大，僅阿勒泰市損失達(dá)1 800余萬(wàn)元。

2 大尺度環(huán)流分析

2.1 100 hPa環(huán)流

100 hPa南壓高壓雙體型是新疆暴雨有利環(huán)流背景。在北脊南渦穩(wěn)定環(huán)流形勢(shì)下，伊朗副高南北振蕩使得中亞低渦南落，先分裂短波槽再整體東移影響新疆。受下游脊阻擋，低渦緩移。偏南和偏東水汽輸送為暴雨提供了充沛水汽；高層輻散、低層輻合使上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)；中層冷侵入、低空切變線(xiàn)觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，阿合奇縣暴雨。

2.2 500 hPa環(huán)流

500 hPa上（圖1），9月21日08：00暴雨發(fā)生前，歐亞范圍經(jīng)向度明顯，中高緯兩脊兩槽控制，烏拉爾山以西歐洲為阻高，高壓脊頂北伸至70°N附近，極區(qū)冷空氣沿脊前偏北氣流南下至30°N以南，影響中亞及新疆天氣。中低緯呈兩脊一槽，伊朗副高北挺，與歐洲阻高呈反氣旋式打通，同時(shí)，中亞以南有一低渦，后期隨脊不斷發(fā)展，北風(fēng)帶建立，推動(dòng)西西伯利亞低槽東南跨，東移并分成南北兩支，北段快速東移出新疆，南段低槽與中亞以南低渦結(jié)合分裂成槽，克州處于槽前西南氣流控制。北方冷空氣南下，低槽強(qiáng)度加強(qiáng)在巴湖北部切渦，北方帶來(lái)冷空氣補(bǔ)充中亞低槽，兩股冷空氣在南疆西部上空匯合，造成區(qū)內(nèi)強(qiáng)降水。

2.3 地面形勢(shì)

21日08：00地面為鞍型場(chǎng)控制，南北低、東西高且北部低壓東移緩慢，與西來(lái)高壓長(zhǎng)時(shí)間對(duì)峙，冷暖交接正好位于偏北地方，利于形成強(qiáng)對(duì)流天氣。地面海平面氣壓場(chǎng)上，盆地內(nèi)氣壓處于北高南低、東高西低形勢(shì)，為南疆西部降水典型特征，是區(qū)內(nèi)強(qiáng)降水有利地面形勢(shì)。

3 物理量診斷分析

3.1 水汽條件

分析21日20：00濕度場(chǎng)和流場(chǎng)，有3條水汽輸送路徑匯聚在克州偏北一帶，一是系統(tǒng)從北方南下，攜帶一部分水汽，二是強(qiáng)盛西南氣流攜帶低緯度暖濕氣流，最后一股為東灌帶來(lái)暖濕氣流。前期南疆西部有降水，能使后期水汽快速輻合形成強(qiáng)對(duì)流暴雨天氣。

3.2 不穩(wěn)定條件

21日08：00 850 hPa假相當(dāng)位溫場(chǎng)，青藏高原東部及西南部均為≥70℃高能區(qū)，新疆境內(nèi)40°N附近，有一條準(zhǔn)東西向≥52℃高能區(qū)，明顯看出這條高能值帶為西南氣流及偏東氣流引導(dǎo)下匯合，并迅速向北擴(kuò)展。21日20：00，≥50℃高能區(qū)向克州地區(qū)偏北、偏東地方伸展。

3.3 上升運(yùn)動(dòng)

21日08：00 850 hPa散度場(chǎng)，700～850 hPa為弱輻散區(qū)，500～200 hPa克州偏北部為輻合區(qū)，高層不穩(wěn)定，低層相對(duì)穩(wěn)定，阿合奇站08：00未降水，但滿(mǎn)天Cb云覆蓋，對(duì)流不劇烈。21日20：00克州北部低層為輻合區(qū)，500 hPa阿合奇站為輻散中心區(qū)，高輻散區(qū)維持在偏北偏東至22日08：00后減弱。21日午后至夜間克州北部高空為低層輻合-高層輻散結(jié)構(gòu)，呈“抽氣效應(yīng)”。21日20：00 500 hPa渦度場(chǎng)和溫度平流場(chǎng)中，高空槽前有正渦度中心及暖平流，槽前具備產(chǎn)生暴雨所必需的上升運(yùn)動(dòng)。500 hPa低渦槽前偏南氣流不斷輸送暖濕空氣，700～850 hPa偏東氣流將阿拉伯海水汽輸送至降水區(qū)，高空槽前在南疆西部，低層氣旋性環(huán)流發(fā)展，利于上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)和水汽在此輻合。

3.4 風(fēng)垂直切變

大尺度環(huán)流背景影響下，風(fēng)切變是強(qiáng)對(duì)流性天氣發(fā)生發(fā)展觸發(fā)機(jī)制。22日850～500 hPa是冷鋒式輻合切變，明顯反應(yīng)出低層輻合上升機(jī)制。

4 衛(wèi)星云圖分析

21日06：30，克州上空晴空少云，09：30南疆西部山區(qū)新生γ尺度對(duì)流云，并發(fā)展相互合并，東北移趨勢(shì)，自西向東影響克州，15：30南疆西北部為發(fā)展成熟的α尺度細(xì)胞云，云團(tuán)發(fā)展旺盛，云頂亮溫（TBB）-45.05℃，云團(tuán)邊界紋理清晰，梯度大，阿合奇處在此云團(tuán)底部亮溫梯度最大處，此后該渦旋云中心卷入高空冷空氣，強(qiáng)度減弱衰亡，南疆西部降水減弱，對(duì)流強(qiáng)降水演變?yōu)橄鄬?duì)穩(wěn)定層狀云降水。由于南支天氣系統(tǒng)補(bǔ)充，槽前大片對(duì)流云系北上，西部國(guó)境線(xiàn)外有一明顯西南-東北走向云系北上補(bǔ)充前期對(duì)流云系中。21日06：00—17：00有2個(gè)TBB高值中心經(jīng)過(guò)阿合奇站上空，隨后沿西部國(guó)境線(xiàn)東北移減弱出境。強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)多次經(jīng)過(guò)同一地區(qū)產(chǎn)生的“列車(chē)效應(yīng)”也是造成此次阿合奇暴雨天氣的重要因素。

5 地形作用

我國(guó)西部國(guó)境線(xiàn)一帶是迎風(fēng)坡，強(qiáng)降水前，克州盛行西北風(fēng)，偏南暖濕氣流沿西部國(guó)境線(xiàn)而上，在阿合奇一帶輻合，高層為強(qiáng)盛西南氣流，與帕米爾高原走向交角幾乎垂直，加劇輻合上升運(yùn)動(dòng)，地形作用突出，阿合奇縣暴雨常產(chǎn)生于沿西部國(guó)境線(xiàn)偏北、偏東一帶。

阿合奇縣21—22日夜間02：00—08：00降雨量達(dá)26 mm，具有明顯的對(duì)流降水特征。21日白天到夜間中亞低渦東移至新疆中部，阿合奇處在500 hPa低渦右前方、槽后冷平流加劇層結(jié)不穩(wěn)定。700～850 hPa冷暖空氣交匯于西北部國(guó)境線(xiàn)一帶，低層切變線(xiàn)觸發(fā)對(duì)流，在偏北風(fēng)與東西走向地形抬升作用下，水汽在阿合奇附近輻合上升，水汽充足，上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。中層冷空氣的侵入加劇不穩(wěn)定，低空切變線(xiàn)觸發(fā)不穩(wěn)定，阿合奇出現(xiàn)暴雨。

6 小結(jié)

（1）南亞高壓雙體型，伊朗副高南北振動(dòng)，西太副高西伸北挺，歐亞為兩脊一槽型，貝加爾湖高壓脊，西西伯利亞到中亞為副熱帶大槽控制區(qū)，槽東移并分裂短波，配合中尺度對(duì)流系統(tǒng)，是此次強(qiáng)降水過(guò)程環(huán)流背景和天氣學(xué)條件。

（2）盆地內(nèi)氣壓為北高南低、東高西低形勢(shì)，是南疆西部降水典型特征，為區(qū)內(nèi)強(qiáng)降水提供了有利的地面形勢(shì)。

（3）來(lái)自阿拉伯海西南暖濕氣流，沿西南風(fēng)上升翻越昆侖山進(jìn)入南疆盆地，為降水提供了充沛水汽。

（4）風(fēng)切變及渦度場(chǎng)和溫度場(chǎng)配置產(chǎn)生輻合上升運(yùn)動(dòng)。

（5）強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)多次經(jīng)過(guò)同一地區(qū)產(chǎn)生的“列車(chē)效應(yīng)”是造成此次阿合奇暴雨天氣的重要因素。

（6）特殊地形，被迫抬升作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 柳宏英，魯小榮.新疆昌吉地區(qū)春季一次大尺度天氣中局地暴雨的診斷分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010（6）：303-304.

[2] 楊蓮梅，張?jiān)苹?，湯?2007年7月新疆三次暴雨過(guò)程的水汽特征分析[J] .高原氣象，2012，31（4）：963-973.

責(zé)任編輯：鄭丹丹