烏魯木齊市2018年8月12日大到暴雨天氣過程分析

艾冠男 王燕 王舒

摘要 利用烏魯木齊市常規(guī)觀測(cè)資料、多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品、衛(wèi)星云圖和NCEP/NCAR再分析資料，對(duì)2018年8月12日大到暴雨過程的形成機(jī)制和中尺度系統(tǒng)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：500 hPa較強(qiáng)烏拉爾山阻塞高壓脊、極地低壓，700 hPa青藏高原水汽輻合區(qū)、100 hPa青藏高壓東西振蕩是此次大到暴雨的環(huán)流背景，500 hPa烏拉爾山阻塞高壓脊發(fā)展演變和暴雨過程相關(guān);南部水汽輸送為暴雨提供充足水汽來源，東部水汽輸送則是重要補(bǔ)充源;衛(wèi)星云圖濕度梯度利于對(duì)流天氣發(fā)生，雷達(dá)強(qiáng)回波、低質(zhì)心、高云頂結(jié)構(gòu)有利于強(qiáng)降水發(fā)生。

關(guān)鍵詞 大到暴雨;中尺度分析;環(huán)流背景;烏魯木齊

中圖分類號(hào)：P42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）04–0066–02

烏魯木齊市位于新疆中部地區(qū)，地處亞歐大陸腹地，天山北麓，準(zhǔn)噶爾盆地南部。地勢(shì)起伏懸殊，南部、東北部高，中部、北部低，屬中溫帶大陸性干旱氣候，常年干旱少雨。由于山地面積廣大，天氣演變受地形影響較大，降水局地性明顯，暴雨落區(qū)和強(qiáng)度預(yù)報(bào)難度大，一旦出現(xiàn)較強(qiáng)降水極易成災(zāi)，后果嚴(yán)重，由此引發(fā)的洪水、泥石流和山體滑坡嚴(yán)重威脅本地工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全[1～2]。針對(duì)烏魯木齊市2018年8月12日出現(xiàn)的大到暴雨天氣過程，分析其發(fā)生的環(huán)流背景、中尺度、水汽條件以及衛(wèi)星云圖和雷達(dá)產(chǎn)品，探討發(fā)生原因，以提高烏魯木齊市暴雨天氣預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)水平。

1 暴雨天氣概況

自2018年8月12日21：00左右，烏魯木齊開始出現(xiàn)降水，至13日上午各區(qū)降水停止，其中水磨溝區(qū)降雨量30.6 mm，達(dá)坂城區(qū)東溝鄉(xiāng)降雨量32.2 mm，均達(dá)到暴雨級(jí)別，天山區(qū)、達(dá)坂城區(qū)及烏魯木齊縣均出現(xiàn)大雨，主城區(qū)13日08：00～09：00 1 h降水量達(dá)14.2 mm，為歷史第二大雨強(qiáng)。

2 環(huán)流背景

由圖1（a）可知，臨近北極的極地區(qū)域內(nèi)有勢(shì)力強(qiáng)盛的低壓，中緯度烏拉爾山至貝加爾湖一帶受高壓脊控制，低緯度副熱帶高壓帶大西洋地區(qū)呈現(xiàn)間隔的雙中心，和烏拉爾山至貝加爾湖的高壓脊有重疊范圍，在西伯利亞平原中部地區(qū)至咸海一帶出現(xiàn)西南-東北向的橫槽。受貝加爾湖高壓脊阻斷影響，橫槽移動(dòng)速度較慢，烏魯木齊地區(qū)位于低槽前部，自北印度洋而來的水汽和槽前正渦度平流隨西南氣流北上至新疆中部，為本次暴雨提供充沛水汽供應(yīng)和有利動(dòng)力條件。2018年8月極地低壓和烏拉爾山阻塞高壓較往年同期實(shí)力強(qiáng)，位勢(shì)梯度上南北差距較大，脊前出現(xiàn)強(qiáng)北風(fēng)帶。強(qiáng)冷空氣在北風(fēng)作用下南下，集聚在巴爾喀什湖附近，分成兩股，一股翻越阿爾泰山南下，在新疆中部地區(qū)回流;另一股翻越帕米爾高原侵入南疆西部。夏季烏魯木齊地區(qū)受準(zhǔn)噶爾盆地?zé)岬蛪嚎刂?，易在冷空氣作用下產(chǎn)生降雨。由圖1（b）可以看出，2018年8月12日北印度洋至西藏一帶出現(xiàn)階梯狀分布的水汽輸送通道，青藏高原地區(qū)水汽輻合劇烈，烏魯木齊所處的新疆中部正好處于氣旋式環(huán)流外圈，自低緯度而來的大量水汽和能量通過該氣旋翻越高原輸送至南疆西部。綜合觀察，500 hPa異常強(qiáng)勢(shì)的烏拉爾山阻塞高壓和極地低壓、700 hPa青藏高原地區(qū)異常的水汽輻合帶是2018年8月12日烏魯木齊大到暴雨的環(huán)流背景。

3 中尺度分析

由圖2可以看出，8月12—13日暴雨出現(xiàn)過程期間，200 hPa新疆中部地區(qū)上空出現(xiàn)強(qiáng)勁的西風(fēng)中心區(qū)，高層空氣輻散強(qiáng)烈，低層氣流輻合上升，這是暴雨的動(dòng)力基礎(chǔ)。500 hPa新疆中部位于中亞低槽西側(cè)，自低緯度而來的水汽和能量隨西南氣流北上至新疆中部。650～850 hPa存在強(qiáng)度不同的東北氣流，利于對(duì)流層中低層空氣輻合上升和水汽輸送，地面相應(yīng)存在風(fēng)切變和輻合線，加速近地面水汽積累，誘發(fā)暴雨。850 hPa上，新疆中部受暖高壓脊和大范圍△T 500～850 hPa>28℃的控制，熱力層不穩(wěn)定加劇，易觸發(fā)對(duì)流風(fēng)暴。600～850 hPa范圍，存在大范圍T-Td<5℃的飽和濕區(qū)，水汽充沛利于出現(xiàn)暴雨。因此，850 hPa暖高壓脊、28℃以上的中低層溫差和降水強(qiáng)度密切相關(guān)，500 hPa以下濕層厚度、700 hPa以下東風(fēng)氣流、地面切變線和干線與暴雨落區(qū)、持續(xù)時(shí)長(zhǎng)有關(guān)。

4 水汽輸送特征

8月12—13日，烏魯木齊地區(qū)地面至300 hPa高空自南向和東向分別有兩條水汽通道輸送至新疆中部，12日20：00，一部分南海而來水汽隨東南氣流到達(dá)四川盆地，繞過青藏高原至河西走廊和貝加爾湖南下的北風(fēng)所帶的水汽輻合，在新疆中部集聚;另一部分南海水汽先后同孟加拉灣和阿拉伯海水汽交匯，然后經(jīng)青藏高原西側(cè)輸送至新疆中部。自12日20：00開始，新疆中部對(duì)流層低層南側(cè)邊緣水汽突然增加，為輸入狀態(tài)，而東部邊界的水汽輸入則為間斷型，西部邊界水汽變化不顯著，各邊界中低層水汽輸送量分別占比為23.9%、64.8%、11.3%。水汽輸入量和降水時(shí)長(zhǎng)為正相關(guān)關(guān)系。降雨過程中，西部邊界的水汽輸入量變化最小，南部邊界的水汽為本次重要的暴雨水汽補(bǔ)充來源，東部邊界間斷性的水汽輸入量峰值、谷值與強(qiáng)降水時(shí)段相符，說明東部邊界的水汽是本次暴雨重要的水汽補(bǔ)給。

5 衛(wèi)星和雷達(dá)特征

5.1 衛(wèi)星云圖

根據(jù)衛(wèi)星紅外云圖演變過程可知，12日20：00，在高空西南氣流的影響下，新疆中部中-β尺度細(xì)胞狀云系向北集聚翻涌，中亞至新疆中部一帶有明顯的水汽輸送通道，隨后，新疆中部中-β尺度對(duì)流云團(tuán)合并演變，勢(shì)力壯大在13日凌晨時(shí)分云團(tuán)北部邊緣出現(xiàn)光滑“S”型，這說明中亞地區(qū)存在較強(qiáng)冷空氣，烏魯木齊北側(cè)云系中混有中小尺度對(duì)流云，13日04：00，云區(qū)前鋒東南延伸，降水持續(xù)，至13日上午，云系減弱并消散退出烏魯木齊地區(qū)，降水趨于結(jié)束。本次大到暴雨主要由中-β尺度初生對(duì)流單體發(fā)展合并為斜壓葉云系所致，降水持續(xù)時(shí)長(zhǎng)和云系的演變過程在烏魯木齊地區(qū)有良好對(duì)應(yīng)關(guān)系。

5.2 雷達(dá)回波

暴雨前期過程中，雷達(dá)南側(cè)趨于出現(xiàn)維持時(shí)間短但強(qiáng)度大（超過40 dBz）的幾個(gè)孤立對(duì)流單體，所以雷達(dá)南部區(qū)域伴有雷陣雨出現(xiàn)。13日凌晨，大范圍混雜著孤立對(duì)流單體的層狀云回波開始北上，影響范圍有擴(kuò)大趨勢(shì)，降水持續(xù)且穩(wěn)定。13日03：00雷達(dá)反射率因子及垂直剖面圖上，回波結(jié)構(gòu)不緊湊且梯度小，大范圍40 dBz以上云層回波中混雜50 dBz以上的中-γ尺度對(duì)流單體，強(qiáng)回波質(zhì)心高度低于3.8 km，云頂伸展高度達(dá)到7.5 km，積云、層狀云混合降水回波特征明顯。

6 結(jié)論

本次大到暴雨過程和烏拉爾山阻塞高壓的強(qiáng)烈發(fā)展密切相關(guān)，由中西伯利亞橫槽南北分段形成的東西夾攻格局導(dǎo)致暴雨形成，處于100 hPa青藏高壓東西振蕩的大環(huán)境背景之下。水汽輸送量的多少和暴雨持續(xù)時(shí)長(zhǎng)有關(guān)，南部邊界的水汽是本次暴雨主要水汽供應(yīng)來源，東部邊界水汽輸送的突然增加和戛然而止與暴雨強(qiáng)度相關(guān)，并且是重要的水汽補(bǔ)充來源。

參考文獻(xiàn)

[1] 曾勇，楊蓮梅.新疆西部“6·16”強(qiáng)降水過程的中尺度分析[J].暴雨災(zāi)害，2020， 39（1）：41-51.

[2] 王秀琴.石河子地區(qū)一次暴雨天氣中尺度特征分析[J].新疆農(nóng)墾科技，2019，42 （7）：41-44.

責(zé)任編輯：黃艷飛