河西走廊西部一次極端大風過程天氣學診斷

李健 張文軍 陳麗娜

摘 要：利用常規(guī)資料、NCEP再分析資料等，對2017年5月2—3日發(fā)生在河西走廊西部酒泉市的極端大風天氣從氣候背景、天氣形勢、影響系統(tǒng)和動力、熱力條件等方面進行分析。結果表明：這次大風天氣是由于北方冷空氣不斷堆積，北部強大的冷高壓所致的溫度梯度、氣壓梯度及大氣極強的斜壓性和動量下傳作用造成。烏山脊不斷發(fā)展加深，而太梅爾半島冷渦中心橫槽不斷旋轉使強冷空氣南下堆積，地面高壓持續(xù)加強，鋒面東移，冷鋒后強冷平流導致極端大風天氣。

關鍵詞：極端大風；診斷分析；螺旋度

中圖分類號 P458.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）14-0118-03

1 資料和天氣實況

1.1 資料 采用2017年5月2—3日常規(guī)資料和NECP1°×1°再分析資料分析計算渦度、垂直螺旋度，分析大氣在垂直空間上的旋轉上升和運動特征。利用天氣學動力方法從動力、熱力條件等方面分析此次極端大風天氣過程的發(fā)生發(fā)展機制。

1.2 天氣實況 5月2—3日，河西走廊西部的肅州區(qū)、金塔、玉門和瓜州等地遭受了極端大風襲擊，瞬間極大風速出現(xiàn)在肅州區(qū)，瞬時風力達11級（29.5m/s），突破有歷史記錄以來的極值（1972年5月16日29.0m/s），金塔和肅州區(qū)出現(xiàn)了揚沙（表1）。

2 結果與分析

2.1 環(huán)流背景及演變 前期，500hpa高空圖上烏拉爾山到新地島為高壓控制，泰梅爾半島處極渦發(fā)展加強，其冷中心向烏山地區(qū)有一東北西南向橫槽，而巴湖以南到帕米爾高原有一低槽維持，受槽前西南氣流影響，新疆至河西地區(qū)整個處在暖脊控制中，天氣晴朗，升溫明顯。隨著烏山脊發(fā)展北抬，其脊前極渦加強，冷中心強度增加到-40℃，極渦和高壓脊之間氣壓梯度加大，偏北急流加強，到2日20時（圖1左）橫槽轉豎南壓，在橫槽旋轉南下過程中與巴湖槽同位相疊加，槽后強冷空氣補充，極大的增強了系統(tǒng)氣壓。

而700hpa高空圖，天山-貝爾加湖一線東西向等溫線密集分布，同時鋒區(qū)北側普遍西北風較大，同時酒泉與烏魯木齊溫差達7℃，表明冷平流較強。到2日20時（圖1右），鋒區(qū)南壓，冷空氣從新地島一直輸送到新疆北部堆積，等溫線密集分布，河西至新疆西部等高線與等溫線交角呈90°分布，表明此區(qū)域內大氣的斜壓性和冷平流極強，斜壓力管力效應和鋒生力管環(huán)流使冷空氣下沉并向東南擴散，加之河西西部地形“狹管效應”，使得地面大風加強。

同時，本次極端大風過程持續(xù)2d時間，究其原因在于高空烏山脊穩(wěn)定發(fā)展的同時，極渦旋轉致使橫槽轉豎，槽后冷平流持續(xù)不斷的輸入，冷空氣堆積到北疆所致。從地面海平面氣壓場可知，冷高壓加強至1035hpa，并分布在新疆北部至河西西部之間，本區(qū)域區(qū)6條等壓線分布，氣壓梯度極大，因此造成了本區(qū)域的的極端大風天氣。

2.2 物理量診斷分析

2.2.1 高空冷平流 高空冷平流強度一定程度上可以反映大風的強弱。此次極端大風天氣過程冷空氣來源于新地島附近的北冰洋上，伴隨橫槽的不斷生成和旋轉南下，1日20時開始，700hPa上整個河西西部和青海西部為冷平流控制，冷平流中心在青海西部，酒泉處在冷平流中心外圍。到3日08時，新的冷空氣補充南下，700hPa中心位置位于酒泉市境內，沿40°N作溫度平流的垂直剖面（圖2），得出500hPa以下均為冷平流，此時冷平流強度大值中心位于700～600hPa之間，最大強度達到-8×10-4K/s，酒泉上空基本為下沉氣流控制。在冷平流移動前方400hPa以下為上升氣流，構成了垂直環(huán)流圈，有利于地面風速加大，此時酒泉肅州區(qū)也出現(xiàn)極大風速歷史極值。綜合整個天氣過程冷平流的變化特征發(fā)現(xiàn)，冷平流與大風有較好的對應關系，冷平流強度越大，厚度約高，地面風速越大。

2.2.2 3h變壓場 冷鋒后3h變壓正負中心差值越大，則風力越強，通常大風區(qū)出現(xiàn)在正負中心梯度最強的地方。分析表明，3日02時，3h變壓中心位于酒泉西部，變壓中心值4hPa，此時瓜州風力加強，05時開始變壓中心和變壓梯度東移，到08時肅州區(qū)風速增加到極大?？梢钥闯觯箫L過程3h變壓值的大小、位置和大風有較好的對應關系，變壓值越大，變壓梯度越大，該地風速越大。

2.2.3 動力條件分析 分別取酒泉市西區(qū)（93～97E°，39～42N°）和東區(qū)（97～101E°，39～42N°）計算渦度、散度和垂直速度的區(qū)域平均值隨高度的變化（圖3）。動力分析表明，5月2日02時大風開始時，中下層受負渦度控制，并且輻散明顯，整層表現(xiàn)為下沉氣流，在這時間段內，西部風速較大。而東部區(qū)域整體為上升運動，不利于大風的形成。3日08時整個東西部區(qū)域500hpa以下受負渦度控制，有利于氣流下沉，但東部區(qū)域中低空下沉氣流遠大于西部區(qū)域，動量下傳作用顯著，因此東部風速較大。

2.2.4 垂直螺旋度 垂直螺旋在一定程度上可以反映天氣系統(tǒng)發(fā)展程度。垂直螺旋度為垂直速度和渦度的乘積。螺旋度為正，表明氣旋區(qū)的上升運動或者反氣旋區(qū)的下沉運動。螺旋度為負，表明氣旋區(qū)的下沉運動或反氣旋區(qū)的上升運動。大風過程中，700hpa垂直螺旋度正值區(qū)與大風區(qū)有較好的對應關系（圖4）。3日08時酒泉東部地區(qū)為極大風速中心，此時肅州區(qū)附近700hpa最大下沉速度達-3m/s，對應的垂直螺旋度最大值為400m/s，因為500hpa以下均為下沉氣流表明中低空有強的負渦度，有利于冷空氣下沉形成大風天氣，并且螺旋度中心強度越大，風速越大。

3 結論與討論

（1）本次極端大風天氣過程中烏山脊不斷發(fā)展加深，而太梅爾半島冷渦中心橫槽不斷旋轉使強冷空氣南下堆積，地面高壓持續(xù)加強，鋒面東移過程中，冷鋒后強冷平流導致極端大風天氣。

（2）冷平流與大風天氣有較好的關系，冷平流強度越強，厚度越大，持續(xù)時間越長，風速越大；3h變壓中心的移動與大風區(qū)移動方向一致，3h變壓值越大，變壓梯度越強，風速就越大。

（3）大風過程的動力條件分析表明，鋒面過境后，受地形和流場形式影響，中低空渦度均變?yōu)樨撝?，并且伴有強烈的下沉運動，冷空氣的下沉有利于地面加壓，中低空下沉氣流越大越有利于地面氣壓梯度風的形成。同時，700hpa垂直螺旋度正值區(qū)與大風區(qū)有較好的對應關系。

參考文獻

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[3]田慶明，馬廷德，劉曉云，等.強沙塵暴過程高空溫濕風結構和大氣穩(wěn)定度分析[J].干旱區(qū)研究，2008，25（5）. （責編：王慧晴）