塔城地區(qū)南部暴雪天氣特征及環(huán)流分型

周斌 毛榮 郭翔 哈依夏 李杏 楊丹

摘 要：利用塔城地區(qū)南部烏蘇、沙灣國家氣象觀測站1961—2018年逐日降水資料、NCEP/NCAR逐6h（1°X 1°）再分析資料，分析了塔城地區(qū)南部暴雪天氣的時間變化及環(huán)流特征，以500hPa環(huán)流為依據(jù)將暴雪天氣劃分為西西伯利低槽東移南下型 、南北2支鋒區(qū)結(jié)合型、烏拉爾山低槽東移型3種類型。以期對塔城地區(qū)南部暴雪天氣過程有更深入的認(rèn)識，進(jìn)而提高對暴雪天氣的預(yù)報能力。

關(guān)鍵詞：暴雪天氣;環(huán)流分型

中圖分類號：S16文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190730060

引言

對于暴雪天氣的研究，國內(nèi)外學(xué)者在觸發(fā)機(jī)制、不同尺度間的天氣系統(tǒng)的相互作用、發(fā)生發(fā)展機(jī)理等方面進(jìn)行了諸多的探討與分析。我國對暴雪的研究始于20世紀(jì)70年代末，暴雪主要發(fā)生在東北地區(qū)和西北及其高原山區(qū)[1]，文獻(xiàn)[2-3]對暴雪天氣個例進(jìn)行天氣學(xué)分析和數(shù)值模擬檢驗;文獻(xiàn)[4-7]針對不同區(qū)域暴雪天氣的時空分布、氣候特征及天氣學(xué)分型及應(yīng)用進(jìn)行研究分析;由于新疆深處內(nèi)陸，不可能直接從海面上獲得大量的水汽，對新疆暴雪天氣產(chǎn)生的水汽來源問題，文獻(xiàn)[8]對新疆典型暴雪天氣水汽輸送特征、暴雪形成機(jī)理等進(jìn)行診斷分析。

新疆降雪主要發(fā)生在北疆，特別是偏西偏北地區(qū)和北疆沿天山一帶暴雪天氣出現(xiàn)的頻次較高，暴雪及衍生災(zāi)害給國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財產(chǎn)造成巨大損失。2009年12月—2010年3月，新疆北部地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)性的暴雪天氣過程，其中極端暴雪過程多達(dá)10余次，而2010年2月23日塔城地區(qū)南部大暴雪天氣也是其中1例，所造成的災(zāi)害之重為歷史罕見。因此，開展對塔城地區(qū)南部暴雪發(fā)生機(jī)理和變化規(guī)律等方面的研究，對于防災(zāi)減災(zāi)具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。

1 資料與方法

應(yīng)用1961—2018年塔城地區(qū)南部烏蘇、沙灣國家氣象觀測站逐日降水資料，依據(jù)《新疆降水等級標(biāo)準(zhǔn)》[8]，以北京時間20： 00為界，測站24h累計降雪（含雨夾雪）量≥12.1～24.0mm和≥24.1～48.0mm為暴雪和大暴雪的指標(biāo)，暴雪強度為暴雪總量與暴雪總?cè)諗?shù)的比值。采用最小二乘法對暴雪日數(shù)（量）進(jìn)行線性擬合，分析其年際、年代際變化特征。利用NCEP/NCAR逐6h（1°X 1°）再分析資料，以500hPa高度場環(huán)流為分型依據(jù)對暴雪天氣進(jìn)行天氣學(xué)分型。

2 塔城地區(qū)南部暴雪天氣氣候特征

塔城地區(qū)南部烏蘇、沙灣地處天山南麓，準(zhǔn)噶爾盆地西南緣，屬干旱半干旱地區(qū)，年降水量在185.0～210.0mm之間，降雪量占年降水量的25%～30%。根據(jù)《新疆降水等級標(biāo)準(zhǔn)》對1961—2018年間暴雪日數(shù)、暴雪量、暴雪強度統(tǒng)計顯示：近58a來塔城地區(qū)南部共計出現(xiàn)暴雪41站次，強度為16.0mm/d，大暴雪6站次，強度為28.1mm/d。沙灣暴雪發(fā)生頻次是烏蘇的1.8倍左右，可見暴雪這類極端天氣的發(fā)生受環(huán)流、地形、緯度等多個因素的共同影響。

近58a來，塔城地區(qū)南部平均暴雪日數(shù)為0.41 d/a，暴雪日數(shù)及暴雪量均表現(xiàn)為增加趨勢，其中烏蘇暴雪日數(shù)以0.07d/10a的速率顯著增加，暴雪量也以1.3 mm/10a的速率顯著增大，均通過了α=0.05顯著性水平檢驗;沙灣站暴雪日數(shù)0.05d/10a的速率不顯著增多，暴雪量以1.1mm/10a的速率不顯著增多。

圖1為塔城地區(qū)南部暴雪月、年、年代際變化趨勢（日降雪量≥12.1mm的降雪均作為暴雪進(jìn)行統(tǒng)計）。從月際分布來看，暴雪主要出現(xiàn)在2—5月、10—12月，出現(xiàn)次數(shù)最多的是初春（3—4月）和初冬（11月），這一時期為季節(jié)轉(zhuǎn)換期，塔城地區(qū)南部開春期在3月中旬中期，入冬期在11月中旬初期，此期冷暖空氣交匯頻繁，天氣多變易出現(xiàn)大降雪（雨夾雪）天氣。其中3月、4月和11月出現(xiàn)暴雪次數(shù)分別占全年總次數(shù)的40.1%、19.1%和17.1%。從年際變化來看，暴雪次數(shù)表現(xiàn)出線性增多趨勢， 但年際差異較大，近58a中有30個年份沒有發(fā)生暴雪天氣，2010年出現(xiàn)最多（5站次），其次是1999年和2005年（3站次），其余年份以1站次居多。從年代際變化來看，2010年之前年代際間基本呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢， 2001—2010年間暴雪發(fā)生最多，累計13站次，1981—1990年間次之，1961—1970年間最少，累計4站次。

3 塔城地區(qū)南部暴雪天氣分型

參照《新疆短期預(yù)報手冊》[9]、《新疆大降水概論》[10]以歐亞500hPa高度場、風(fēng)場、海平面氣壓場的演變進(jìn)行環(huán)流分型，利用1961—2018年NCEP/NCAR再分析資料分析塔城地區(qū)南部47站次暴雪天氣的環(huán)流特征，將暴雪天氣形勢劃分為3類，即西西伯利亞低槽東移南下型、南北兩支鋒區(qū)結(jié)合型、烏拉爾山低槽東移型。其中西西伯利亞低槽型最多（44%），其次是南北2支鋒區(qū)結(jié)合型（30%），烏拉爾山低槽型（19%），其它占（7%）。各類型天氣形勢主要特征如下（附圖500hpa高度場、海平面氣壓場典型環(huán)流）：

Ⅰ型（西西伯利亞低槽東移南下型）：500hPa高度場上北歐地區(qū)有一個逐日增強發(fā)展的脊，脊前偏北氣流引導(dǎo)冷空氣南下，在西西伯利亞地區(qū)低槽加深發(fā)展，有時槽的主體部分伸進(jìn)中亞地區(qū)。Ⅰ型主要演變特征為：500hPa高壓脊在入侵新疆前常連續(xù)幾日不斷發(fā)展增強;脊前低槽有規(guī)律東南（南）移;500hPa正變高一般位于脊線后部或脊線附近，并向東（東北）移動;脊前偏北風(fēng)帶逐日增強;地面高壓自西向東移動。

Ⅱ型（南北2支鋒區(qū)結(jié)合型）：中緯度地區(qū)維持緯向環(huán)流，前期2支鋒區(qū)較明顯，北支由北歐東移的淺脊或是在里海發(fā)展加強的脊引導(dǎo)北方弱冷空氣南下，北支槽不穩(wěn)定并發(fā)展東南移，與中亞地區(qū)的南支槽結(jié)合;或是南支槽在波動中東移，在東移北上過程中得到北支冷空氣的補充，南北兩支波動的疊加，使低槽得到進(jìn)一步加強。Ⅱ型主要演變特征為：歐亞范圍內(nèi)500hPa高空存在一支西北風(fēng)帶;北支鋒區(qū)上有小槽連續(xù)東南下并不斷發(fā)展;地面高壓多沿中緯度有規(guī)律東移，強度變化不大;槽脊較有規(guī)律自西向東移動，但移速不同，多表現(xiàn)為北支帶南波。

Ⅲ型（烏拉爾山低槽東移型）：過程前期為經(jīng)向環(huán)流，500hPa歐洲高壓脊不斷發(fā)展，烏拉爾山地區(qū)為長波槽，隨后高壓脊向東南衰退，推動烏拉爾山低槽東移入侵新疆。Ⅲ型主要演變特征為：高壓脊從歐洲地區(qū)發(fā)展、東移;槽前有偏西急流或強的偏西風(fēng)區(qū)，高壓脊前維持一支較強的偏北（西北）急流;地面高壓自西北向東南有規(guī)律東移。

4 暴雪天氣災(zāi)害及影響

暴雪天氣造成道路交通嚴(yán)重受阻，車輛被困，同時對設(shè)施農(nóng)業(yè)、牧區(qū)養(yǎng)殖業(yè)等都造成了極大的影響，牲畜棚圈、禽舍倒塌，致使牲畜、家禽被困，甚至死亡，部分車輛、農(nóng)機(jī)具損毀，企業(yè)廠房坍塌。另外暴雪天氣產(chǎn)生了一些次生災(zāi)害，冬小麥雪腐、雪霉病的大面積發(fā)生。暴雪天氣積雪深度偏厚，初春如遇階段性升溫天氣，積雪迅速融化，造成冬小麥田土壤濕度較大，導(dǎo)致地面與積雪間形成冰水夾層，出現(xiàn)表面雪蓋，下部冰層的狀況，使麥苗浸泡在冰水中，導(dǎo)致麥苗窒息而死。積雪偏厚，初春氣溫持續(xù)偏低，播種期推遲。暴雪天氣致使積雪偏厚，積雪面積偏大，大面積的雪面，可形成冷源性下墊面和近地層逆溫層結(jié)，對局地氣溫的上升有制約作用，使近地面氣溫下降好幾度（℃），積雪融化緩慢，田間積水嚴(yán)重，人機(jī)無法進(jìn)地，使春耕春播生產(chǎn)延遲，作物生長期縮短，對作物產(chǎn)量、品質(zhì)均產(chǎn)生不利影響。

5 小結(jié)

塔城地區(qū)南部暴雪發(fā)生次數(shù)、暴雪量均表現(xiàn)為增加趨勢，年際分布差異明顯，近58a來年代際間以增多趨勢為主。暴雪天氣發(fā)生頻次最多的是初春（3—4月）和初冬（11月），暴雪天氣造成道路交通嚴(yán)重受阻， 道路封鎖、車輛被困。同時對設(shè)施農(nóng)業(yè)、牧區(qū)養(yǎng)殖業(yè)等都造成了極大的影響，造成蔬菜大棚、牲畜棚圈、禽舍倒塌，致使牲畜、家禽被困，甚至死亡。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉寧微，齊琳琳.北上低渦引發(fā)遼寧歷史罕見暴風(fēng)雪天氣過程的分析[J].大氣科學(xué)，2009，33（2）：275-284.

[2] 高松影，李慧琳.一次突發(fā)性中尺度暴雪天氣過程分析[J].氣象與環(huán)保學(xué)報，2006，22（5）：32-35.

[3] 鄧遠(yuǎn)平，程麟生.三相云顯示式降水方案和”96·1”暴雪成因的中尺度數(shù)值模擬[J].高原氣象，2009，19（4）：401-415.

[4] 董嘯，周順武，胡中明，等. 近50年來東北地區(qū)暴雪時空分布特征[J]. 氣象，2010（12）：74-79.

[5] 高玉中，周海龍，蒼蘊琦，等. 黑龍江省暴雪天氣分析和預(yù)報技術(shù)[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報，2007（6）：25-30.

[6] 郭城，李博淵，楊森，等. 新疆阿勒泰地區(qū)大到暴雪天氣氣候特征[J]. 干旱氣象，2012（4）：604-608.

[7] 馬振升. 河南省區(qū)域暴雪的天氣學(xué)分型及應(yīng)用[J]. 氣象與環(huán)境科學(xué)，2013（1）：54-60.

[8] 張俊蘭，崔彩霞，陳春艷.北疆典型暴雪天氣的水汽特征研究[J].高原氣象，2013，32（4）：1115-1125.

[9] 肖開提 ·多萊特. 新疆降水量級標(biāo)準(zhǔn)的劃分[J].新疆氣象，2005，28（3）：7-8.

[10] 張學(xué)文，張家寶.新疆氣象手冊[M].北京：氣象出版社，2006：75-97.

[11] 張家寶，鄧子風(fēng).新疆降水概論[M].北京：氣象出版社，1987：91-117.