喀什地區(qū)夏季降水特征及南亞高壓對(duì)夏季大降水的影響

熱孜瓦古·孜比布拉，阿依謝姆古麗·孜比不拉，胡素琴

(1.喀什地區(qū)氣象局，新疆喀什 844000；2.克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃輾庀缶?，新疆阿圖什 845300)

南亞高壓是夏季對(duì)流層上部全球最強(qiáng)大、最穩(wěn)定和范圍最大的長(zhǎng)波系統(tǒng)，是夏季出現(xiàn)在青藏高原及鄰近地區(qū)上空對(duì)流層高層(100 hPa附近) 的大型反氣旋系統(tǒng)，也稱“青藏高壓”或“亞非季風(fēng)高壓”，南亞高壓強(qiáng)度和位置隨季節(jié)有明顯的變化[1]。早期陶詩(shī)言和朱?？档萚2-3]發(fā)現(xiàn)夏季南亞高壓與西太平洋副熱帶高壓存在相向而行和相背而行的關(guān)系，指出南亞高壓具有東西振蕩的現(xiàn)象，其位置和強(qiáng)度與我國(guó)大范圍旱、澇有密切的關(guān)系。劉惠云等[4-5]分析了新疆降水和南亞高壓的關(guān)系，總結(jié)了南疆及北疆大降水時(shí)南亞高壓的類型、中心位置及脊線位置，并對(duì)南亞高壓呈雙體型及東、西部型時(shí)造成新疆大降水的副熱帶槽的位置做了了統(tǒng)計(jì)分析。楊蓮梅[6]通過(guò)新疆的一次暴雨的環(huán)流演變特征分析，發(fā)現(xiàn)南亞高壓的雙體型、伊朗高壓的南北振蕩、西太平洋副高的西伸北進(jìn)以及帕米爾高原低渦的發(fā)展為新疆強(qiáng)降水暴雨天氣產(chǎn)生的大尺度環(huán)流背景和天氣學(xué)條件?？κ驳靥巵啔W大陸腹地,遠(yuǎn)離海洋,三面環(huán)山，北有西天山，南有昆侖山，西有帕米爾高原，海拔在3 km以上，東部為塔克拉瑪干沙漠。年降水量少且分布極為不均，為典型的溫帶大陸性干旱氣候。但近年來(lái)喀什地區(qū)夏季災(zāi)害性降水天氣頻發(fā)，有關(guān)南亞高壓對(duì)南疆喀什強(qiáng)降水關(guān)系的研究較少，分析夏季大降水氣候及氣候變化特征，分析南亞高壓對(duì)南疆喀什強(qiáng)降水的影響，分析南疆喀什強(qiáng)降水的大尺度大氣環(huán)流特征，有助于提高強(qiáng)降水預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，從而增強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)能力。

1 數(shù)據(jù)和方法

選取喀什地區(qū)11個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站1981—2018年夏季(6—8月)逐日降水觀測(cè)資料，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析喀什地區(qū)夏季降水量的時(shí)間和空間分布特征。應(yīng)用NCEP再分析資料，分析了南亞高壓三種不同位置類型下喀什地區(qū)夏季強(qiáng)降水天氣的環(huán)流形勢(shì)、高低空配置、水汽及動(dòng)力學(xué)條件。

2 夏季降水氣候特征

喀什地區(qū)年降水量平原56.5～82.1 mm,北部山區(qū)年降水量258.6 mm，南部山區(qū)塔什庫(kù)爾干年降水量79.3 mm，年降水量少且分布不均勻。平原地區(qū)夏季(6—8月)降水量26.0～40.0 mm，北部山區(qū)124.9 mm，南部山區(qū)塔什庫(kù)爾干45.1 mm(圖1)。夏季降水量總體特征是山區(qū)多于平原，北部山區(qū)及淺山區(qū)多于南部。

圖1 喀什地區(qū)1981—2018年夏季平均降水量

1981—2018年喀什地區(qū)夏季降水量總體呈增多趨勢(shì)(圖2a)，平原和山區(qū)夏季降水量增多趨勢(shì)比較顯著。其中：南部的澤普、麥蓋提、莎車和偏東麥蓋的增多趨勢(shì)較為顯著，其線性趨勢(shì)率分別為0.2 、0.18、0.16、0.14 mm/(10 a)；北部的喀什、伽師、岳普湖和山區(qū)增多趨勢(shì)沒(méi)有南部明顯，但能通過(guò)α=0.5的顯著性檢驗(yàn)，表明喀什平原和山區(qū)夏季降水增多趨勢(shì)明顯。

從年際變化可以看出,1981—2018年喀什地區(qū)區(qū)域平均夏季降水量距平百分率呈增加趨勢(shì)(圖2b)，其線性趨勢(shì)率0.12 mm/(10 a)通過(guò)了α=0.5顯著性檢驗(yàn)，增長(zhǎng)趨勢(shì)較明顯。20世紀(jì)80年代初期喀什地區(qū)夏季降水量偏多，80年代中期到2000年年際振蕩明顯，2000年以來(lái)喀什地區(qū)夏季降水量明顯偏多。

圖2 喀什地區(qū)1981—2018年夏季降水距平百分率時(shí)間(a)和其趨勢(shì)空間分布(b)分布

3 南亞高壓對(duì)喀什地區(qū)夏季大降水的影響

錢永甫等[7]對(duì)盛夏南亞高壓中心位置的地理分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，確定了南亞高壓主要活動(dòng)區(qū)域，從而將伊朗高壓和青藏高壓區(qū)分開(kāi)。按照錢永甫和張瓊的分類標(biāo)準(zhǔn)，以75°E為分界線，南亞高壓中心位于75°E以西稱為伊朗高壓型(西部型)，以東稱為青藏高壓型(東部型)，并且將75°E東西分別有閉合中心定為雙體型，南亞高壓中心多于兩個(gè)中心稱為帶狀型[8]。

根據(jù)新疆降水等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，確定喀什地區(qū)某天有2站以上24小時(shí)日降水量≥10.0 mm降水為一次強(qiáng)降水天氣過(guò)程。按此標(biāo)準(zhǔn)，1981—2018年喀什地區(qū)夏季大降水57次，其中南亞高壓雙體型占42%，東部型占39%，西部型占16%，帶狀型占4%。

由于南亞高壓帶狀型下喀什地區(qū)強(qiáng)降水天氣非常少，因此只分析其它類型的降水過(guò)程。從近5 a喀什地區(qū)夏季大降水過(guò)程中選取2017年7月16日為南亞高壓東部型的典型個(gè)例(以下稱Ⅰ型)，選取2016年8月10日為南亞高壓西部型的典型個(gè)例(以下稱Ⅱ型)，選取2015年6月25日為南亞高壓雙體型的典型個(gè)例(以下稱Ⅲ型)，分析南亞高壓不同類型下，喀什地區(qū)強(qiáng)降水天氣的大氣環(huán)流形勢(shì)及動(dòng)力特征及水汽條件。

3.1 南亞高壓三種類型天氣實(shí)況對(duì)比分析

Ⅰ型過(guò)程和Ⅱ型過(guò)程實(shí)況較相似，降水出現(xiàn)在夜間，影響范圍是喀什地區(qū)全區(qū)，降水強(qiáng)度較強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間短、小時(shí)雨強(qiáng)大。Ⅰ型典型個(gè)例：2017年7月15日23時(shí)—16日00時(shí)岳普湖1 h降水量15.8 mm，16日02—04時(shí)葉城降水量39.8 mm。Ⅱ型典型個(gè)例：2016年8月9日20—21時(shí)伽師1 h降雨量16.6 mm。兩場(chǎng)天氣不同之處是Ⅰ型過(guò)程降水大值區(qū)在偏南葉城，Ⅱ型過(guò)程降水大值區(qū)在偏北喀什、伽師、岳普湖和英吉沙淺山區(qū)一帶。兩場(chǎng)降水過(guò)程局地性強(qiáng)，具有對(duì)流性短時(shí)強(qiáng)降水特征。Ⅲ型典型個(gè)例：從2015年6月24日夜間開(kāi)始持續(xù)到25日夜間，主要影響范圍是喀什偏北和偏南，具有持續(xù)性降水特征。

3.2 三種類型影響系統(tǒng)對(duì)比

在行星尺度環(huán)流背景下，南亞高壓東部型即Ⅰ型天氣過(guò)程影響系統(tǒng)是烏拉爾山大槽，隨著伊朗副高的西退及下游高壓脊的阻擋，烏拉爾山低槽南壓至西西伯利亞形成低渦，降水落區(qū)在岳普湖—麥蓋提—澤普—葉城一帶，降水中心在偏南的葉城(47.1 mm)。南亞高壓西部型即Ⅱ型天氣過(guò)程影響系統(tǒng)是西伯利亞低槽，此次過(guò)程伊朗副高西退有利于低槽南壓，下游脊的阻擋有利于低槽長(zhǎng)時(shí)間維持，此次降水落區(qū)主要在偏北喀什、伽師及山區(qū)一帶。南亞高壓雙體型即Ⅲ型天氣過(guò)程影響系統(tǒng)是中亞低渦，降水主要落區(qū)在偏北喀什、伽師、岳普湖、英吉沙及山區(qū)(圖3)。

3.3 天氣動(dòng)力學(xué)條件分析

3.3.1 高低空配置 Ⅰ型強(qiáng)降水開(kāi)始前喀什地區(qū)處于急流入口區(qū)的右側(cè)(圖4a)，有利于高層輻散起到抽氣作用；中層500 hPa喀什地區(qū)在槽前，西南氣流輸送暖濕氣流；低層700 hPa和850 hPa南疆盆地東部有偏東急流(圖4b)，700 hPa喀什地區(qū)有冷式切變線并且有明顯的濕區(qū)。三支氣流的耦合有利于產(chǎn)生強(qiáng)降水天氣。Ⅱ型強(qiáng)降水開(kāi)始前喀什地區(qū)處于高空急流入口區(qū)右側(cè)(圖4c)；500 hPa處于巴湖低槽槽前，喀什地區(qū)濕度飽和；700 hPa喀什有風(fēng)向和風(fēng)速的輻合，850 hPa喀什附近有切變線(圖4d)。Ⅲ型強(qiáng)降水開(kāi)始前200 hPa喀什地區(qū)高空有西南急流(圖4e)，最大風(fēng)速達(dá)48 m/s，起到高空抽氣作用；500 hPa高空上喀什地區(qū)處于中亞低渦底前部強(qiáng)偏南暖濕氣流中，南疆西部喀什、阿克蘇、和田處于濕度飽和區(qū)；700 hPa盆地北部和南部的偏東氣流在喀什地區(qū)匯合，并且700 hPa和850 hPa切變線剛好位于喀什地區(qū)(圖4f)，850 hPa喀什地區(qū)有明顯的露點(diǎn)鋒。高低空配置對(duì)持續(xù)性大降水天氣有利。

3.3.2 大氣層結(jié)穩(wěn)定度 喀什地區(qū)綠洲與戈壁相間，周邊三面環(huán)山，夏季尤其是傍晚前后不同性質(zhì)的陸面效應(yīng)，容易產(chǎn)生局地強(qiáng)對(duì)流天氣，當(dāng)K指數(shù)>30 ℃且SI指數(shù)<0 ℃，CAPE值增大，對(duì)喀什平原地區(qū)雷暴、短時(shí)強(qiáng)降水及冰雹等局地強(qiáng)對(duì)流天氣有一定的指示意義[9-14]。強(qiáng)降水開(kāi)始前喀什大氣層結(jié)曲線(圖略)顯示：Ⅰ型強(qiáng)降水開(kāi)始前有明顯的輻射逆溫和下沉逆溫層，對(duì)流層中層濕度飽和，而且有明顯的強(qiáng)垂直風(fēng)切變，中層冷濕、低層暖干，不穩(wěn)定指數(shù)K指數(shù)29 ℃、SI指數(shù)-3.02 ℃、CAPE值150.4 J/kg，有利于發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣。Ⅱ型強(qiáng)降水開(kāi)始前地面有輻射逆溫，中高層濕度飽和，低層有明顯的冷平流，上暖下冷，K指數(shù)33 ℃、SI指數(shù)-0.79 ℃、CAPE值369.1 J/kg，對(duì)流潛勢(shì)明顯。Ⅲ型整層大氣濕度飽和，有明顯的垂直風(fēng)切變，中層有強(qiáng)冷平流，K指數(shù)36 ℃、SI指數(shù)-0.09 ℃、CAPE值122.2 J/kg。另三個(gè)類型強(qiáng)降水的風(fēng)暴指數(shù)SSI均大于220，說(shuō)明大氣極不穩(wěn)定，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生。

圖3 2017-07-16T08(a)、2016-08-10T08(b)、2015-06-25T08(c)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(實(shí)線，單位：dagpm)

圖4 2017-07-16T08、2016-08-10T08、2015-06-25T08 200 hPa急流(a)、(c)、(e)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)(b)、(d)、(f)(矢量，單位為m/s)

3.3.3 中尺度分析 穩(wěn)定的大尺度環(huán)流背景是強(qiáng)降水天氣發(fā)生的前提條件，中尺度對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展則是強(qiáng)降水天氣的主要影響系統(tǒng)。Ⅰ型強(qiáng)降水天氣發(fā)生前地面天氣圖上喀什地區(qū)有兩個(gè)明顯的地面風(fēng)場(chǎng)輻合，一個(gè)在葉城一帶，另一個(gè)在喀什—伽師一帶，降水大值則出現(xiàn)在輻合線右側(cè)。Ⅱ型強(qiáng)降水天氣發(fā)生前地面天氣圖上，輻合線位于偏北喀什—岳普湖一帶，降水大值區(qū)在輻合線左側(cè)。Ⅲ型強(qiáng)降水天氣發(fā)生前地面天氣圖中偏北喀什喀什—岳普湖一帶有切變線，偏南葉城一帶有輻合線，降水落區(qū)與地面切變線、輻合線位置基本吻合。

3.4 水汽條件對(duì)比

3.4.1 比濕 Ⅰ型強(qiáng)降水發(fā)生前700 hPa高比濕區(qū)在偏東巴楚—麥蓋提—莎車—葉城一帶，為6～8 g/kg；850 hPa低空偏南地區(qū)比濕達(dá)12～14 g/kg(圖5)。Ⅱ型強(qiáng)降水天氣發(fā)生前喀什平原全區(qū)700 hPa比濕在8 g/kg左右。Ⅲ型強(qiáng)降水天氣發(fā)生前700 hPa比濕全區(qū)7～8 g/kg，低層850 hPa比濕喀什—伽師—英吉沙淺山一帶達(dá)12 g/kg。中低層充沛的水汽對(duì)大降水天氣提供有利的水汽條件。

圖5 2017-07-16T08(a)、2016-08-10T08(b)、2015-06-25T08(c)700hPa比濕(單位：g/kg)

3.4.2 水汽通量和水汽通量散度 Ⅰ型降水天氣期間，2017年7月16日08時(shí)，500 hPa風(fēng)場(chǎng)表明，青藏高原至南疆西部和中亞30°N～35°N、64°E～71°E一帶有8～10 m/s偏南風(fēng)，500 hPa水汽通量大值中心10～12 g/(cm·hPa·s)與之相對(duì)應(yīng)，700 hPa河西走廊—南疆盆地有一支水汽輸送帶，喀什地區(qū)水汽通量達(dá)到8 g/(cm·hPa·s)左右(圖6a)。Ⅱ型降水天氣期間，2016年8月10日08時(shí)500 hPa上，在河西走廊和青藏高原一帶有10～12 g/(cm·hPa·s) 的水汽通量大值中心，700 hPa喀什地區(qū)水汽通量達(dá)10 g/(cm·hPa·s)左右(圖6b)。Ⅲ型降水天氣期間，2015年6月25日08時(shí)500 hPa上，在青藏高原一帶有12 g/(cm·hPa·s)左右的水汽通量大值中心，青藏高原至南疆盆地有10～12 m/s偏南風(fēng)。700 hPa喀什地區(qū)水汽通量達(dá)10～12 g/(cm·hPa·s) (圖6c)，850 hPa低層河西走廊—南疆盆地有一支水汽輸送帶，喀什地區(qū)水汽通量達(dá)12 g/(cm·hPa·s)。從水汽通量散度來(lái)看(圖略)，2017年7月16日08時(shí)700 hPa青藏高原、帕米爾高原東側(cè)及西天山一帶為水汽輻合中心，2016年8月10日08時(shí)水汽輻合中心在河西走廊西部、柴達(dá)木盆地、青藏高原及帕米爾高原一帶，2015年6月25日08時(shí)水汽輻合中心在青藏高原東、西部及南疆西部喀什、克州地區(qū)，且持續(xù)時(shí)間20 h，對(duì)持續(xù)性大降水天氣提供充沛的水汽。

4 結(jié)論

(1)喀什地區(qū)地處亞歐大陸腹地,三面環(huán)山，夏季降水的空間分布是山區(qū)降水量比平原多，北部山區(qū)及淺山區(qū)比南部多，平原東部巴楚降水量最大。1981—2018年喀什地區(qū)夏季降水量總體呈增多趨勢(shì)。從年際變化來(lái)看,80年代初期喀什地區(qū)夏季降水量偏多，2010年以來(lái)一直處于降水偏多期。

(2)1981—2018年喀什地區(qū)夏季大降水57次，

圖6 700 hPa水汽通量 (單位：g/(cm·hPa·s))和風(fēng)矢量(單位：m/s)(a 2017-07-16T08，b 2016-08-10T08，c 2015-06-25T08)

其中南亞高壓雙體型42%，東部型占39%，西部型占16%，帶狀型占4%。

(3)南亞高壓三種類型強(qiáng)天氣的典型個(gè)例分析表明：大尺度環(huán)流背景下產(chǎn)生的大降水天氣有短時(shí)強(qiáng)降水，也有持續(xù)性降水天氣，根據(jù)影響系統(tǒng)的不同產(chǎn)生的降水性質(zhì)和強(qiáng)度、落區(qū)等有差異。從水汽條件和不穩(wěn)定條件來(lái)看，三種類型降水天氣均滿足水汽高層輻散低層輻合和低空偏東急流的水汽輸送、各項(xiàng)不穩(wěn)定指數(shù)均滿足對(duì)流潛勢(shì)不穩(wěn)定。