2014年克拉瑪依“7·3”大降水成因分析

謝 云

(克拉瑪依市氣象局，新疆 克拉瑪依 834000)

1 引言

克拉瑪依干旱少雨，但夏季對(duì)流天氣較為頻繁。常發(fā)生于午后到夜間較大的對(duì)流性降水和短時(shí)大風(fēng)是當(dāng)?shù)囟虝r(shí)臨近預(yù)報(bào)和服務(wù)的重點(diǎn)，同時(shí)也是預(yù)報(bào)工作的難點(diǎn)。目前，對(duì)于克拉瑪依對(duì)流天氣的研究成果較少，因此給夏季對(duì)流性天氣的預(yù)報(bào)服務(wù)工作造成很大不便。本文利用克拉瑪依氣象站觀測(cè)資料、區(qū)域自動(dòng)站氣象觀測(cè)資料、ECWMF(0.25°×0.25°)、T639(1°×1°)細(xì)網(wǎng)格資料、克拉瑪依新一代多普勒天氣雷達(dá)資料，對(duì)2014年7月3日發(fā)生在新疆克拉瑪依地區(qū)境內(nèi)的一次對(duì)流性天氣進(jìn)行了研究分析，以期提高對(duì)克拉瑪依的強(qiáng)對(duì)流天氣的形成機(jī)制的初步認(rèn)識(shí)。

2 天氣實(shí)況

2014年7月3日，克拉瑪依地區(qū)出現(xiàn)了一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程， 從3日17：35～18：50時(shí)為止，75 min降水7.5 mm，同時(shí)還出現(xiàn)了15.5 m/s的陣風(fēng)。

3 大尺度環(huán)流背景

此次降水過(guò)程是在比較穩(wěn)定的大尺度環(huán)流背景下出現(xiàn)的。天氣發(fā)生前2014年7月1日，100 hPa歐亞范圍內(nèi)，南亞高壓呈雙體型[1]，位置略偏南，里、黑海北側(cè)的東歐到新疆為兩脊一槽經(jīng)向環(huán)流，東歐和新疆為脊，西西伯利亞為寬槽，槽底偏西氣流南壓至40°N附近；2～3日，南亞高壓西段北抬，東歐脊加強(qiáng)并東移到烏拉爾山，使得西西伯利亞低槽東移到巴湖，同時(shí)環(huán)流經(jīng)向度加大，槽前偏西氣流加強(qiáng)為西南急流，并且東移到北疆西北部。3日08時(shí)200 hPa西南急流軸呈西南-東北方向，位于北疆西北國(guó)境線，急流核處于克拉瑪依區(qū)域，風(fēng)速為52 m/s。同時(shí)塔城和克拉瑪依100～250 hPa，以及500 hPa的中尺度風(fēng)場(chǎng)有明顯的分流區(qū)，即風(fēng)場(chǎng)有明顯的輻散；而850～925 hPa風(fēng)場(chǎng)存在明顯的風(fēng)向氣旋式切變，即風(fēng)場(chǎng)有輻合。從高低空環(huán)流及風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)綜合來(lái)看，對(duì)流層上部的急流對(duì)下層大氣的抽吸，高層輻散與低層輻合的配合，使得克拉瑪依區(qū)域出現(xiàn)強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)。

在500 hPa上，1日伊朗副高東伸至南疆西部，促使新疆脊有所發(fā)展。2日伊朗副高西退、北伸與里、黑海北側(cè)東歐脊疊加并東移，東歐脊發(fā)展，脊前的北風(fēng)帶引導(dǎo)喀拉海南岸的冷空氣南下，使原本位于西西伯利亞中西部的低槽在南下東移的過(guò)程中不斷加深，最后受新疆脊的阻擋，在巴湖北部切渦。3日，低渦分裂出一個(gè)短波東移到北疆西部國(guó)境線，是為本次降水的影響系統(tǒng)。2～3日伊朗副高的西退使得水汽可以從孟加拉灣借助偏南氣流沿青藏高原西南側(cè)北上經(jīng)過(guò)中亞最后進(jìn)入北疆盆地[1]，于此同時(shí)在700～850 hPa低層，貫穿中亞北部的偏西急流的建立，將里、黑、咸海區(qū)域的水汽輸送進(jìn)入北疆。顯著的上升運(yùn)動(dòng)和兩支線路帶來(lái)的水汽補(bǔ)充，為降水提供了有利的環(huán)流背景。

4 中尺度系統(tǒng)分析

此次天氣過(guò)程降水的云團(tuán)由雷達(dá)資料可知，產(chǎn)生于塔城和克拉瑪依之間的托里山區(qū)，從地面氣壓場(chǎng)上，3日02～14時(shí)克拉瑪依氣溫為22～25 ℃，比塔城和和豐高5～10 ℃，克拉瑪依Td最大為16 ℃；925 hPa克拉瑪依與塔城和阿勒泰之間有輻合線，且克拉瑪依位于溫度脊線上；850 hPa塔城和克拉瑪依之間有明顯冷切，塔城有偏西急流(風(fēng)速為12 m/s)，同時(shí)克拉瑪依區(qū)域處于溫度脊控制下，T-Td=11 ℃，T850-T500=29 ℃；700 hPa塔城有明顯西南急流(風(fēng)速為14 m/s)，塔城和克拉瑪依有風(fēng)向風(fēng)速的輻合，T-Td=1 ℃，T700-T500=16 ℃；500 hPa急流中心位于克拉瑪依區(qū)域，并且塔城與克拉瑪依之間有氣流的明顯分流，T-Td=20 ℃；200 hPa急流核位于伊寧到克拉瑪依之間，風(fēng)速大于等于52 m/s，塔城和克拉瑪依處于明顯的氣流分流區(qū)。

綜合分析結(jié)果表明，克拉瑪依和塔城之間的區(qū)域700 hPa中底層為暖濕、而500 hPa以上為干冷，并且有地面濕舌、低層輻合線、低層切變線、低空急流、高層分流區(qū)等等中尺度系統(tǒng)存在，這些條件均有利于水汽的輻合上升，以及不穩(wěn)定層結(jié)的建立，是強(qiáng)對(duì)流發(fā)生的重要天氣學(xué)條件。

5 大氣層結(jié)穩(wěn)定度

通過(guò)表征大氣穩(wěn)定度的探空物理量在7月2日08時(shí)至3日08時(shí)這一時(shí)間段的變化可以看出，2日08時(shí)至3日08時(shí)的K指數(shù)和CAPE值明顯增大，3日08時(shí)達(dá)到579.2 J/Kg；SI指數(shù)明顯下降。K指數(shù)、CAPE值的躍增，和SI指數(shù)的迅速減小說(shuō)明大氣層結(jié)的不穩(wěn)定性在增加，有利于對(duì)流天氣的發(fā)生[2]。

6 物理量診斷分析

6.1 上升運(yùn)動(dòng)

較大的降水離不開(kāi)較強(qiáng)或者持續(xù)的上升運(yùn)動(dòng)。對(duì)T639模式的7月1～4日初始場(chǎng)的垂直速度資料分析可得，3日08時(shí)前后，從850～200 hPa全部層結(jié)的大氣為上升運(yùn)動(dòng)，而且600 hPa以上強(qiáng)于600 hPa以下，即此時(shí)段，克拉瑪依附近高層大氣的強(qiáng)力上升抽吸作用強(qiáng)迫中低層的上升運(yùn)動(dòng)更加劇烈，從而為水汽的輻合上升提供了充足的動(dòng)力條件。

6.2 水汽條件

6.2.1 水汽通量

大降水的出現(xiàn)須有豐富的水汽供應(yīng)。通過(guò)對(duì)T639(1°×1°)7月3日08時(shí)初始場(chǎng)的水汽通量以及風(fēng)場(chǎng)的水平分布的分析可以得出，此次降水的水汽來(lái)源是里、黑海區(qū)域，由偏西氣流經(jīng)過(guò)中亞北部輸送至北疆中西部，并延伸到700 hPa高度。此特征并非是一貫認(rèn)為的，來(lái)自孟加拉灣和阿拉伯海的水汽，在850 hPa被偏南氣流經(jīng)青藏高原西南、南疆以西、輸送到中亞，再借由西南氣流輸送至北疆中西部[3]。

6.2.2 相對(duì)濕度

由T639模式資料可得3日08時(shí)以后，600～700 hPa相對(duì)濕度持續(xù)增大至90%以上，并維持了較長(zhǎng)時(shí)間，而500～200 hPa中高層相對(duì)濕度很小。而3日08時(shí)600～700 hPa相對(duì)濕度增加至90%以上的區(qū)域正好對(duì)應(yīng)為上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)盛的區(qū)域，同時(shí)500～200 hPa上升運(yùn)動(dòng)更加劇烈，對(duì)中低層的強(qiáng)迫抬升作用更為顯著。中低層高空濕度的顯著增大，以及相配合的上升運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)盛，為降水提供了較好的水汽和動(dòng)力條件[4]。

7 雷達(dá)回波特征分析

7.1 徑向速度(V)和反射率(R)特征分析

本文所用雷達(dá)資料為克拉瑪依C波段新一代天氣雷達(dá)的6 min 1次的體掃資料。降水開(kāi)始發(fā)生在17:50左右，選取17時(shí)15～26分的三個(gè)體掃的徑向速度資料分析后發(fā)現(xiàn)，雷達(dá)最強(qiáng)回波附近的低層2 km左右有明顯的氣旋式輻合流場(chǎng)，在中層3～4 km有相鄰的氣旋式旋轉(zhuǎn)的最大正負(fù)速度對(duì)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度大于24 m/s，高層5 km左右有明顯的輻散流場(chǎng)，即該單體高、中、低層配置、核區(qū)范圍、轉(zhuǎn)動(dòng)速度、以及衍伸高度均滿(mǎn)足中氣旋的條件[5]。在對(duì)17:15以及17:32兩次體掃的資料中，沿強(qiáng)回波移動(dòng)的路徑做垂直剖面可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)生降水的單體在4～8 km的高度具有穹窿結(jié)構(gòu)、并且有界弱回波區(qū)明顯存在。通過(guò)上述速度特征和回波特征，可確定降水回波為超級(jí)單體[6]。此外，該超級(jí)單體的回波頂高約為10 km，結(jié)合當(dāng)日0度層高度在3.5～4 km，以及-20度層在7 km左右的探空實(shí)況數(shù)據(jù)，可以大致推測(cè)，該單體有可能產(chǎn)生小冰雹或者較強(qiáng)的降水，并伴有較大陣風(fēng)[7]。

7.2 速度方位顯示風(fēng)廓線(VWP)特征分析

從16時(shí)到18時(shí)，近地面層到700 hPa高空的風(fēng)速變化可以發(fā)現(xiàn)，近地面層到850 hPa風(fēng)向隨高度升高為順轉(zhuǎn)，說(shuō)明低層為暖平流；而850 hPa到700 hPa風(fēng)向?yàn)槟孓D(zhuǎn)，說(shuō)明中高層為冷平流。上冷下暖配置的維持，使得超級(jí)單體內(nèi)部的層結(jié)不穩(wěn)定狀態(tài)得以持續(xù)。另外，從近地面層到1 km的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了持續(xù)的偏東風(fēng)，這種情況一方面增強(qiáng)了低空的風(fēng)場(chǎng)垂直切變，使上升氣流傾斜，從而使得降水質(zhì)點(diǎn)能脫離上升氣流，不會(huì)因重力拖拽作用去減弱上升氣流；另一方面，由于克拉瑪依本地處于準(zhǔn)噶爾盆地西緣，偏東風(fēng)會(huì)在克拉瑪依地區(qū)受地形影響而強(qiáng)迫抬升，使得中低空的暖濕氣流能更強(qiáng)烈的上升，從而觸發(fā)并加強(qiáng)了對(duì)流[8]。

8 結(jié)語(yǔ)

(1)此次降水過(guò)程是在有利的大尺度環(huán)流背景下發(fā)生的，影響系統(tǒng)為巴爾喀什湖北側(cè)低渦，塔城到克拉瑪依之間存在高空分流區(qū)、中低層的西南低空急流、中尺度切變線、輻合線，低層的偏東氣流等多個(gè)有利于對(duì)流天氣發(fā)生的中尺度系統(tǒng)；同時(shí)底層偏東氣流的出現(xiàn)直接導(dǎo)致了本次降水的發(fā)生。

(2)探空實(shí)況數(shù)據(jù)中的K指數(shù)、CAPE值、SI指數(shù)物理量參數(shù)的變化表明大氣層結(jié)不穩(wěn)定度的增大，對(duì)強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生具有一定的指示作用，應(yīng)在參數(shù)變化后增加對(duì)雷達(dá)回波的關(guān)注度，以便及時(shí)發(fā)布預(yù)警。

(3)通過(guò)分析此次大降水過(guò)程，得出此型降水的預(yù)報(bào)思路為：首先要分析大尺度天氣背景是否有利降水，其次分析中尺度系統(tǒng)是否有利觸發(fā)對(duì)流天氣，然后分析大氣層結(jié)是否處于不穩(wěn)定狀態(tài)，最后分析動(dòng)力和水汽條件。

(4)預(yù)測(cè)有大降水的對(duì)流天氣在臨近預(yù)警時(shí)應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)雷達(dá)回波的反射率、徑向速度以及垂直風(fēng)廓線等產(chǎn)品，并結(jié)合中尺度分析以及模式資料進(jìn)行推衍分析，使得短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警工作更為可靠有效，提高對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)測(cè)預(yù)警能力，減輕災(zāi)害天氣造成的損失。