天山兩麓一次極端暴雪天氣多尺度配置及機(jī)制分析

于碧馨，洪 月，張?jiān)苹?，吐莉尼沙，許婷婷，李 娜，阿不力米提·阿布力克木

（新疆氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊830002）

近些年，新疆致災(zāi)暴雪頻發(fā)（新疆暴雪和大暴雪標(biāo)準(zhǔn)分別為日降雪量＞12 mm和24 mm），如烏魯木齊市2014年12月8日、2015年12月11日的暴雪先后刷新了12月的日降雪量歷史記錄[1-5]，此類極端暴雪事件影響面廣，受災(zāi)程度大，引起社會(huì)各界的高度關(guān)注。新疆暴雪常在高中低緯度系統(tǒng)及高中低層不同尺度系統(tǒng)相互作用下產(chǎn)生，有復(fù)雜的水汽源地（中緯度地中海、里咸海；低緯度阿拉伯海、紅?；虿ㄋ篂常?、異常水汽源匯結(jié)構(gòu)和強(qiáng)有力的水汽集中機(jī)制，而低空急流、低空切變線和輻合線則是大暴雪的主要觸發(fā)機(jī)制[6-8]。新疆具有“三山夾兩盆”的特殊地形與地貌，不同區(qū)域的強(qiáng)降雪又各有地域特點(diǎn)[7]，北疆北部的暴雪多在500 hPa西西伯利亞低槽或冷渦底部緯向強(qiáng)鋒區(qū)影響下，地面高壓后部低壓前部的減壓升溫區(qū)域內(nèi)的“暖區(qū)暴雪”，低層偏東氣流與西南氣流形成的暖式切變線至關(guān)重要[8-9]；天山北坡則是500 hPa西西伯利亞低槽與中亞低槽南北結(jié)合的經(jīng)向強(qiáng)鋒區(qū)進(jìn)入后的“冷鋒暴雪”，低層西北急流有關(guān)鍵的動(dòng)力觸發(fā)和地形的強(qiáng)迫抬升作用[1-5]；中亞低渦是造成南疆西部暴雪的重要影響系統(tǒng)，低渦打轉(zhuǎn)分裂短波東移，同時(shí)南疆盆地有冷空氣回流東灌，這種“東西夾攻”形勢(shì)則是南疆西部暴雪產(chǎn)生的典型環(huán)流配置，而低層偏東氣流是不可缺少的重要成員[10-11]?？梢?，氣象工作者對(duì)于新疆暴雪研究多分布在北疆北部、天山北坡和南疆西部，但對(duì)天山兩麓強(qiáng)降雪過程的分析則較少[12]。也有專家提出需要加強(qiáng)對(duì)暴雪區(qū)的對(duì)比分析[7]，深入研究強(qiáng)降雪影響系統(tǒng)的三維精細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及強(qiáng)降雪發(fā)生、發(fā)展和維持的物理機(jī)制。張家寶等[13]在分析天山兩麓大降水時(shí)指出，“里黑海脊迅速發(fā)展，烏拉爾南端低槽與中亞低槽結(jié)合加深、東移進(jìn)入新疆”是有利的天氣形勢(shì)，但對(duì)天山兩麓不同地形條件下的降雪機(jī)理、中尺度系統(tǒng)特征以及低空急流在暴雪天氣中的溫濕特性未做詳細(xì)分析。

2017年2 月中旬，天山兩麓遭受暴雪襲擊，暴雪對(duì)機(jī)場(chǎng)航班、交通出行及供暖供電等造成不利影響。本文使用小時(shí)降水量分析這次暴雪過程的降雪特點(diǎn)；利用常規(guī)觀測(cè)及NCEP/NCAR再分析資料（0.25°×0.25°），采用天氣動(dòng)力學(xué)分析方法，對(duì)暴雪過程的大尺度環(huán)流背景及動(dòng)力、水汽、熱力條件進(jìn)行診斷分析，剖析造成此次極端暴雪的多尺度天氣系統(tǒng)配置特征，同時(shí)結(jié)合逐小時(shí)地面加密觀測(cè)和FY-2G衛(wèi)星相當(dāng)黑體亮溫（TBB）資料分析中尺度特征，總結(jié)天山兩麓暴雪預(yù)報(bào)思路，為提高暴雪落區(qū)與強(qiáng)度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提供參考依據(jù)。

1 暴雪過程概況

2017年2月18 日夜間—20日夜間，新疆大部出現(xiàn)降雪，其中伊犁河谷東部、天山北麓大部及天山南麓的局部累計(jì)降雪量16站＞12 mm，2站＞24 mm。天山兩麓各有1個(gè)暴雪中心：一是天山北麓中部的烏魯木齊，2月19日08時(shí)（北京時(shí)，下同）至20日08時(shí)日降雪量25.3 mm，過程累計(jì)降雪量25.8 mm，新增積雪深度29 cm；二是天山南麓阿克蘇地區(qū)的沙雅，20日08時(shí)—21日08時(shí)日降雪量14.7 mm，過程累計(jì)降雪量25 mm（年平均降水量47.3 mm）（圖1a）。多地出現(xiàn)極端暴雪，19日石河子市、烏魯木齊市、昌吉州等20個(gè)國(guó)家觀測(cè)站中12站日降雪量破2月歷史極值，20日沙雅突破冬季日降雪極值。此次降雪的特點(diǎn)是過程范圍廣、強(qiáng)降雪落區(qū)集中、雪強(qiáng)大、極端性強(qiáng)。

圖1b為天山2麓兩個(gè)暴雪中心烏魯木齊站、沙雅站逐小時(shí)降雪量。烏魯木齊站強(qiáng)降雪主要集中在19日14時(shí)—20日08時(shí)。19日18時(shí)—20日00時(shí)累計(jì)降雪13 mm，6 h降雪量已達(dá)暴雪量級(jí)，其中19日21時(shí)、23時(shí)和20日00時(shí)3個(gè)時(shí)次雪強(qiáng)＞2 mm/h；沙雅站強(qiáng)降雪主要集中在20日02—20時(shí)（較烏魯木齊強(qiáng)降雪晚6 h），其中20日02—05時(shí)、10—13時(shí)2個(gè)時(shí)段3 h降雪量分別達(dá)7.6 mm和6.3 mm，最大雪強(qiáng)達(dá)4 mm/h，說明天山南麓的降雪強(qiáng)度具有短時(shí)強(qiáng)降水的特征[14]。

2 環(huán)流背景與高低空系統(tǒng)配置

2.1 500 hPa環(huán)流背景與影響系統(tǒng)

2月16—17 日降雪前歐亞范圍為“兩脊一槽”，高、中、低緯均有低槽活動(dòng)，中低緯環(huán)流經(jīng)向度大。南歐地區(qū)高壓脊向北發(fā)展至60°N，下游新疆至貝加爾湖西側(cè)為高壓脊區(qū)，西西伯利亞低槽、烏拉爾山南端低槽及伊朗西部低槽氣旋性打通，低槽呈東北—西南向，槽底南伸至30°N以南，588 dagpm線位于20°N附近。這與2015年12月天山北坡極端暴雪天氣過程前期形勢(shì)相似[5]。18日20時(shí)受到短波槽侵襲，南歐脊衰退，推動(dòng)伊朗西部低壓槽東移至中亞偏南地區(qū)，與烏拉爾山南端的低槽南北向迭加，槽前西南風(fēng)風(fēng)速由24 m/s加強(qiáng)至40 m/s。新疆受槽前強(qiáng)西南急流控制，鋒區(qū)加強(qiáng)，北疆偏西地區(qū)開始降雪（圖2a）。受中亞地形影響，低槽東移至巴爾喀什湖附近時(shí)分為兩段且北段移速略快于南段，19日20時(shí)北支烏拉爾低槽槽前偏西氣流與南支中亞偏南槽前西南暖濕氣流交匯至伊犁河谷至天山北麓（圖2b）造成該區(qū)域的強(qiáng)降雪；而中亞偏南低槽移速緩慢，不斷分裂短波進(jìn)入南疆，與南疆塔里木盆地東灌的冷空氣，形成“東西夾攻”形勢(shì)[17-19]，有利于南疆降水。由于下游脊的阻擋，天山兩麓受低槽前西南氣流持續(xù)影響，為產(chǎn)生暴雪提供了有利的環(huán)流背景。

圖2 2017年2月500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)（實(shí)線，單位：dagpm）、溫度場(chǎng)（虛線，單位：℃）和風(fēng)場(chǎng)

2.2 高低空系統(tǒng)配置與地形影響

19日20時(shí)200 hPa西南急流自南疆西部伸至北疆上空，急流核位于北疆，最大風(fēng)速達(dá)52 m/s，天山北麓暴雪區(qū)在急流核右側(cè)，天山南麓暴雪區(qū)在急流入口區(qū)右側(cè)。700～850 hPa，19日14時(shí)北疆中部建立西北急流，急流軸最大風(fēng)速達(dá)26 m/s，天山北麓暴雪區(qū)在急流出口區(qū)左側(cè)強(qiáng)輻合區(qū)，受天山山脈地形阻擋，地形強(qiáng)迫抬升作用強(qiáng)。19日20時(shí)影響北疆的冷空氣東灌進(jìn)入塔里木盆地，850 hPa偏東急流中心風(fēng)速最大達(dá)24 m/s（在冬季較為罕見[10]），急流前端伸至阿克蘇地區(qū)中部；20日02時(shí)冷空氣翻越西天山，700～850 hPa在庫(kù)車縣至輪臺(tái)縣一線建立10 m/s左右的偏北氣流，天山南麓暴雪區(qū)正位于偏北風(fēng)與偏東風(fēng)的風(fēng)向切變及偏東急流前方的風(fēng)速輻合區(qū)。此外，阿克蘇地區(qū)海拔高于900 m，有著西北高、東南低的地形，低層偏東急流與地形產(chǎn)生的動(dòng)力與輻合抬升加劇了降雪強(qiáng)度。地面冷高壓中心沿西方路徑移動(dòng)，19日08時(shí)從中亞南部快速東移北上，20時(shí)移至巴爾喀什湖南側(cè)，20日02時(shí)緩慢東移并加強(qiáng)到1045 hPa，冷鋒在天山北坡受地形阻擋滯留，天山南麓出現(xiàn)明顯翻山風(fēng)（圖3）。

圖3 2月20日02時(shí)天山兩麓暴雪區(qū)高低空系統(tǒng)配置和冷空氣路徑圖

天山北麓暴雪是在典型后傾結(jié)構(gòu)的高低空系統(tǒng)配置下產(chǎn)生，地面冷鋒、700～500 hPa低槽隨高度向西北方傾斜；天山南麓暴雪為典型“東西夾攻”形勢(shì)，500 hPa低槽分裂短波東移，700～850 hPa偏東急流東灌冷空氣。暴雪區(qū)高低空有200 hPa西南急流、500 hPa偏南氣流和700～850 hPa低空急流（北疆西北急流、南疆偏東急流）3支氣流，提供有利的動(dòng)力條件。

2.3 低空急流及其溫濕特性

低空西北急流與偏東急流的建立分別是天山北、南兩麓強(qiáng)降雪出現(xiàn)和持續(xù)的重要條件，很多專家從動(dòng)力、水汽等物理機(jī)制方面將其對(duì)降水的貢獻(xiàn)做了深刻剖析[1-5，10-12]，低空急流的風(fēng)速脈動(dòng)會(huì)導(dǎo)致降水強(qiáng)度的變化，這兩支氣流的溫濕特性也一直是大家討論的熱點(diǎn)。強(qiáng)降水也與地面風(fēng)向風(fēng)速的變化有關(guān)，地面中尺度切變和輻合有利于降水增強(qiáng)[1-2]。

2.3.1 天山北坡西北急流

圖4a中選取的代表站呼圖壁、昌吉、烏魯木齊3站為西北—東南向分布。天山北麓降雪強(qiáng)度與新疆北部低空西北急流的建立與發(fā)展、地面偏北風(fēng)的增強(qiáng)均有關(guān)。19日11時(shí)地面冷鋒東移南壓先進(jìn)入天山北麓，沿天山一帶多站開始由東南風(fēng)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)。19日14時(shí)的850～700 hPa塔城地區(qū)東部至天山中部西北急流建立，且850 hPa風(fēng)速＞700 hPa。其攜帶強(qiáng)冷濕平流進(jìn)入（圖4c），溫度驟降、相對(duì)濕度增大至90%（08時(shí)轉(zhuǎn)風(fēng)向前相對(duì)溫度不足50%），地面3 h氣壓上升5～6 hPa、偏北風(fēng)開始加大。19日20時(shí)西北急流東移至北疆中部，風(fēng)速加大且急流前方的烏魯木齊附近風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，地面氣壓繼續(xù)上升3～4 hPa， 偏北風(fēng)再次快速加強(qiáng)，00 時(shí)達(dá) 8～10 m/s。烏魯木齊上空偏北風(fēng)與天山地形相垂直，地形強(qiáng)迫抬升作用增強(qiáng)。從3站的地面極大風(fēng)速變化看，2次風(fēng)速的加強(qiáng)，烏魯木齊均處于偏北風(fēng)風(fēng)速輻合點(diǎn)，對(duì)應(yīng)2次雪強(qiáng)加大。19日夜間隨著低空西北急流減弱，降雪趨于減弱。

2.3.2 南疆塔里木盆地偏東急流

圖4b中庫(kù)車站位于沙雅北側(cè)，為其上游翻山風(fēng)代表站；鐵干里克站位于沙雅東側(cè)，為其上游東灌代表站。天山南麓降雪強(qiáng)度與南疆塔里木盆地低空偏東急流的建立與發(fā)展、天山南麓翻山偏北氣流的建立及地面偏東風(fēng)的增強(qiáng)均有關(guān)。19日08—17時(shí)南疆塔里木盆地被中心強(qiáng)度為1005 hPa的熱低壓控制。19日14時(shí)低層冷空氣東灌進(jìn)入盆地東部，且850 hPa偏東風(fēng)強(qiáng)于700 hPa。19日20時(shí)低空偏東風(fēng)增強(qiáng)為急流，對(duì)應(yīng)地面鐵干里克偏東風(fēng)極大風(fēng)速也增至12m/s。偏東急流攜帶著冷濕空氣西伸，相對(duì)濕度＞70%（圖4d）。同時(shí)冷空氣也開始從阿克蘇西北部翻山進(jìn)入盆地，地面庫(kù)車偏北風(fēng)極大風(fēng)速?gòu)?.3 m/s增大至14.9 m/s，沙雅也受到翻山風(fēng)影響轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)且風(fēng)速加大。20日02時(shí)700 hPa沙雅轉(zhuǎn)為東南風(fēng)，與天山南麓地形幾乎垂直，增強(qiáng)了地形強(qiáng)迫抬升。東灌冷空氣也進(jìn)一步加強(qiáng)，850 hPa偏東急流達(dá)24 m/s，沙雅位于急流前方且地面轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，與庫(kù)車偏北風(fēng)形成風(fēng)向輻合。此時(shí)500 hPa由偏西風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，偏南暖濕氣流在低空冷墊上爬升，對(duì)應(yīng)沙雅雪強(qiáng)連續(xù)2 h在2.5～3.0 mm/h。20日08時(shí)850 hPa阿克蘇地區(qū)東部有偏東風(fēng)與偏北風(fēng)的風(fēng)向切變，700 hPa東南風(fēng)與阿克蘇西北部天山地形輻合，使得強(qiáng)降雪持續(xù)。從3站的地面極大風(fēng)速值來看，2次雪強(qiáng)的增強(qiáng)，沙雅均處于偏東風(fēng)與偏北風(fēng)的輻合點(diǎn)且有地面極大風(fēng)速的增大。隨著低空偏東急流減弱，降雪趨于減弱。

圖4 2017年2月19—20日天山兩麓暴雪中心及其周圍各代表站地面極大風(fēng)速和其上空850 hPa、700 hPa風(fēng)速隨時(shí)間變化（a、b，黑色箭頭處為強(qiáng)降雪時(shí)段，紅色箭頭處為風(fēng)速加大時(shí)段；單位：m/s）和2017年2月17日08時(shí)—21日08時(shí)風(fēng)場(chǎng)（單位：m/s）、溫度場(chǎng)（紅色虛線，單位：℃）、相對(duì)濕度（綠色陰影區(qū)，單位：%）沿 44°N，87.5°E 剖面（c）和 41°N、83°E（d）時(shí)空剖面

3 水汽特征

3.1 水汽源地與輸送路徑

分析整層及各層的水汽通量表明，此次暴雪水汽源地主要位于阿拉伯半島西側(cè)的紅海和伊朗高原西南側(cè)的波斯灣至阿拉伯海北部一帶。紅海的水汽沿著偏西氣流經(jīng)波斯灣—阿拉伯海加強(qiáng)后，隨中亞低槽前西南氣流輸送至新疆，同時(shí)有由北支槽前偏西氣流接力輸送的里海至咸海水汽補(bǔ)充。強(qiáng)的西南水汽與偏西水汽合并送入北疆，水汽通量最大達(dá)10～15 g/（cm·s），部分水汽又沿著偏東氣流灌入南疆盆地，而這支最大則不足10 g/（cm·s）。水汽通量大值區(qū)沿著850～400 hPa主要?dú)饬鞣较蜉斔椭列陆?8日600～400 hPa有紅?！ㄋ篂场⒗５乃蛐陆鞅辈枯斔停瘽袼饕刂衼喌筒矍拔髂蠚饬鞅鄙?，同時(shí)部分水汽繞過帕米爾高原，與烏拉爾槽前攜帶的偏西水汽匯合。19日08時(shí)天山北麓有偏西風(fēng)與西南風(fēng)的水汽通量矢量輻合（圖5a）。19日14—20時(shí)以西南水汽輸送為主且強(qiáng)度加強(qiáng)，水汽通量中心值達(dá)4～6 g/（hPa·cm·s），輸送至天山兩麓。850～700 hPa里海至咸海的偏西路徑水汽到達(dá)巴爾喀什湖后接力輸送至新疆，先沿低空西北急流到達(dá)天山北麓上空，后沿偏東急流進(jìn)入南疆盆地。19日20時(shí)偏北風(fēng)和偏東風(fēng)的水汽通量開始向天山南麓暴雪區(qū)輸送（圖5b），20日02時(shí)塔里木盆地偏東急流攜帶水汽輸送加強(qiáng)，天山南麓大部分地區(qū)水汽通量達(dá)4～6 g/（hPa·cm·s）?？梢?，降雪前600～400 hPa有西南氣流水汽輸送，850～700 hPa水汽輸送強(qiáng)度則在降雪前6 h增大，進(jìn)入新疆后低層偏西水汽輸送強(qiáng)于中層西南水汽輸送。

3.2 水汽輻合機(jī)制

圖5c、5d為水汽通量和水汽通量散度分別沿暴雪中心烏魯木齊站和沙雅站的時(shí)間高度剖面。19日08—20日08時(shí)烏魯木齊上空從近地面至700 hPa存在水汽輻合，最強(qiáng)輻合出現(xiàn)在19日20時(shí)、850 hPa附近，水汽輻合中心值＜-35×10-6g/（hPa·cm2·s）。19日 20—20日 20時(shí)沙雅上空 850～700 hPa存在水汽輻合，最強(qiáng)輻合出現(xiàn)在20日02—11時(shí)、850～750 hPa，水汽輻合中心值＜-25×10-6g/（hPa·cm2·s）。說明低層偏西水汽進(jìn)入北疆后，沿著低空西北急流向著天山北麓快速集中并輻合，后又沿著低空偏東急流進(jìn)入南疆盆地，在偏東急流和天山南麓阻擋下輻合抬升，同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)低層水汽貢獻(xiàn)高于中層。

圖52017 年2月19日水汽通量（a為08時(shí)500 hPa，單位：g/（hPa·cm·s）；b為20時(shí)850 hPa，單位：g/（hPa·cm·s））和18日08時(shí)—21日08時(shí)水汽通量（矢量，單位：g/（hPa·cm·s））與水汽通量散度（陰影區(qū)，單位：10-6g/（hPa·cm2·s））時(shí)間高度剖面（c為烏魯木齊站；d為沙雅站）

4 天山兩麓暴雪中心中尺度特征

4.1 溫濕及垂直運(yùn)動(dòng)剖面結(jié)構(gòu)

4.1.1 天山北麓暴雪中心——烏魯木齊

17—18日700 hPa以下天山北麓存在逆溫，烏魯木齊維持陰?kù)F天氣。分析暴雪區(qū)假相當(dāng)位溫和比濕剖面變化表明，18日14時(shí)近地面至700 hPa垂直梯度比18日08時(shí)大，形成能量鋒區(qū)，位勢(shì)不穩(wěn)定性加強(qiáng)直至19日08時(shí)。 19日14時(shí)隨著低空西北急流進(jìn)入，逆溫層破壞，700 hPa以下垂直梯度開始減小，釋放位勢(shì)不穩(wěn)定能量，暴雪中心（43.5°N附近） 比濕增大至2.5 g/kg。19日20時(shí)600～500 hPa暖濕氣流沿低空冷墊爬升，使得鋒區(qū)在700～500 hPa加強(qiáng)且隨高度向北傾斜。700 hPa以上鋒區(qū)等值線明顯上凸，說明此處冷濕氣流更強(qiáng)，近地層比濕最大達(dá)3 g/kg（圖6a）。

分析19日20時(shí)暴雪中心烏魯木齊（44°N，87.5°E）垂直環(huán)流和垂直速度的剖面可以看到，43.5°～44.5°N、86.5°～88.5°E 500 hPa 以下為強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)（圖6b），這一區(qū)域也正好是天山北麓低空西北急流的位置，可見地形強(qiáng)迫對(duì)中尺度垂直上升運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)化作用。西北急流受天山阻擋強(qiáng)迫爬升，到600～500 hPa分為2支，一支在烏魯木齊上空與500 hPa西南氣流形成一弱中β尺度次級(jí)環(huán)流圈，一支在天山山頂形成另一中β尺度次級(jí)環(huán)流圈。地形強(qiáng)迫的次級(jí)環(huán)流為暴雪提供了中尺度上升運(yùn)動(dòng)[1]。19日20時(shí)850～700 hPa烏魯木齊附近最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，垂直速度值超過17×10-2m/s，山脈兩側(cè)的上升運(yùn)動(dòng)均強(qiáng)于山頂，這是烏魯木齊降雪最強(qiáng)的原因。

4.1.2 天山南麓暴雪中心——沙雅

19日沙雅高氣溫升至10～13℃，20時(shí)700 hPa溫度驟降至-4℃左右，地面溫度降至2℃以下，開始降雪。分析暴雪中心沙雅附近假相當(dāng)位溫和比濕剖面發(fā)現(xiàn)，19日20時(shí)θse在41°N附近近地面為320 K的高值中心，42°N附近山坡上由于冷空氣翻山有304 K的低值中心，沙雅站近地面至700 hPa存在強(qiáng)的對(duì)流不穩(wěn)定（圖 7a）；700 hPa 比濕達(dá)3 g/kg。20日02時(shí)強(qiáng)降雪開始，沙雅低層比濕增大至3.5 g/kg，受低層輻合及地形強(qiáng)迫抬升觸發(fā)，對(duì)流不穩(wěn)定能量被釋放，使得沙雅站上空轉(zhuǎn)為304 K的低值中心，但40°N附近仍存在弱的對(duì)流不穩(wěn)定。

從 20日 02時(shí)暴雪中心沙雅站（41°N，83°E）經(jīng)向與緯向的垂直環(huán)流和垂直速度剖面來看，在41°N附近為中尺度垂直上升運(yùn)動(dòng)，與500 hPa西南氣流匯合，在沙雅北部形成中β尺度次級(jí)環(huán)流圈，天山南麓強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)位于沙雅站上空，垂直速度達(dá)5×10-2m/s（圖7b）。可見，天山南麓的暴雪對(duì)流性更強(qiáng)，但系統(tǒng)性動(dòng)力作用小于天山北麓暴雪區(qū)。

圖6 2017年2月19日20時(shí)假相當(dāng)位溫（a，實(shí)線，單位：K，）、比濕（a，虛線，單位：g/kg）和合成風(fēng)場(chǎng)（b，流線，單位：m/s）與垂直速度（b， 彩色區(qū)，單位：10-2m/s，）沿 87.5°E 垂直剖面

圖7 2017年2月19日20時(shí)假相當(dāng)位溫（a，實(shí)線，單位：K，）、比濕（a，虛線，單位：g/kg）和20日02時(shí)合成風(fēng)場(chǎng)（b，流線，單位：m/s）與垂直速度（b，彩色區(qū)，單位：10-2m/s，）沿 83°E 垂直剖面

4.2 中尺度云團(tuán)特征

2月19日19 時(shí)—20日02時(shí)，影響天山北麓暴雪的是TBB≤-48℃的中-β云團(tuán)A、TBB≤-52℃的中-β云團(tuán)B和TBB≤-52℃的中-α云團(tuán)C。19日20時(shí)隨著中緯度強(qiáng)鋒區(qū)進(jìn)入及地面冷鋒快速進(jìn)入，天山中部上空的中-β云團(tuán)A和B隨著引導(dǎo)氣流東移北上，云團(tuán)C在21—22時(shí)猛烈發(fā)展為TBB≤-52℃的中-α云團(tuán)（圖8a），19日23時(shí)至20日02時(shí)東移影響天山北麓暴雪（圖8b）。中尺度云團(tuán)A、B、C先后東移，對(duì)應(yīng)烏魯木齊6 h降雪量達(dá)16.2 mm，且小時(shí)雪強(qiáng)超過2 mm/h，烏魯木齊均位于3個(gè)云團(tuán)的北至東北側(cè)TBB等值線梯度最大區(qū)。

2月20日02 —05時(shí)和11—14時(shí)，影響天山南麓暴雪的為TBB≤-60℃的中-α云團(tuán) D和TBB≤-44℃的中-β云團(tuán)E、F、G。 20日02時(shí)隨著東灌冷空氣進(jìn)入盆地以及高空短波槽東移，天山南麓上空有TBB≤-60℃的中-α云團(tuán)D緩慢東移（圖8a，8b），對(duì)應(yīng)天山南麓出現(xiàn)強(qiáng)降雪，沙雅02—05時(shí)降雪達(dá)7.4 mm。11—14時(shí)先后有3個(gè)TBB≤-44℃的中-β尺度云團(tuán)連續(xù)在阿克蘇地區(qū)東北部生成、發(fā)展和消亡，兩段強(qiáng)降雪期間沙雅均位于4個(gè)云團(tuán)的西南側(cè)TBB等值線梯度最大區(qū)。

圖8 2017年2月20日02時(shí)（a）、03時(shí)（b）分辨率為0.1°×0.1°的逐小時(shí)FY-2G紅外云圖TBB演變

5 結(jié)論

（1）此次天山兩麓極端暴雪過程是在500 hPa南歐高壓脊衰退、烏拉爾低槽與中亞偏南低槽結(jié)合后分段東移的環(huán)流背景下，低槽在中亞地區(qū)加強(qiáng)、南伸，北支槽前偏西氣流與南支槽前西南暖濕氣流交匯，造成天山北麓暴雪，高低空系統(tǒng)配置呈典型后傾結(jié)構(gòu)；南支低槽分裂短波東移，與700～850 hPa偏東氣流東灌冷空氣“東西夾攻”，造成天山南麓暴雪。暴雪區(qū)200 hPa西南急流、500 hPa偏南氣流和700～850 hPa低空偏東急流3支氣流是重要天氣系統(tǒng)。

（2）影響天山北麓暴雪的低空西北急流為冷濕氣流，其風(fēng)速的增大比降雪的增強(qiáng)提早12 h，且風(fēng)速最大時(shí)雪強(qiáng)最大；影響天山南麓暴雪的低空偏東急流也為冷濕氣流，比降雪提前6 h出現(xiàn)，其風(fēng)速與地面極大風(fēng)速幾乎同時(shí)增大，近地面至對(duì)流層低層均存在輻合。

（3）暴雪主要水汽輸送通道在850～400 hPa，降雪前中層600～400 hPa有西南水汽輸送，低層850～700 hPa水汽輸送強(qiáng)度則在降雪前6 h加大，進(jìn)入新疆后低層偏西水汽輸送強(qiáng)于中層西南水汽輸送，水汽通量最大達(dá)4～6 g/（hPa·cm·s），水汽輻合主要在850～700 hPa。

（4）天山兩麓暴雪中心中尺度特征差異明顯，烏魯木齊降雪前位勢(shì)不穩(wěn)定性加強(qiáng)，而低空西北急流在天山北麓的地形強(qiáng)迫強(qiáng)化了中尺度垂直上升支和次級(jí)環(huán)流圈，并釋放位勢(shì)不穩(wěn)定能量，地形對(duì)暴雪有增幅作用；沙雅降雪前有明顯的對(duì)流不穩(wěn)定，東灌與翻山冷空氣和其地形產(chǎn)生的低層質(zhì)量輻合形成中尺度垂直上升支，維持次級(jí)環(huán)流圈，觸發(fā)并釋放對(duì)流不穩(wěn)定能量，對(duì)流性更強(qiáng)，而系統(tǒng)性動(dòng)力作用小于烏魯木齊暴雪的。

（5）中尺度云團(tuán)是造成天山兩麓暴雪的直接影響系統(tǒng)。天山北麓暴雪是受中緯度強(qiáng)鋒區(qū)上東移的2個(gè)中-β云團(tuán)和1個(gè)中-α云團(tuán)影響，而天山南麓暴雪主要受緩慢東移的1個(gè)中-α云團(tuán)和3個(gè)中-β云團(tuán)影響，強(qiáng)降雪期間暴雪中心均位于云團(tuán)TBB等值線梯度最大區(qū)。