新疆北部小時(shí)降雪特征及大暴雪天氣影響系統(tǒng)研究

楊 濤， 楊蓮梅， 周鴻奎， 余行杰， 李元鵬

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊 830002；2.新疆氣候中心，新疆 烏魯木齊 830002；3.新疆氣象信息中心，新疆 烏魯木齊 830002）

新疆北部是我國冬季降雪的高頻區(qū)之一，隨著全球增暖該區(qū)域的降雪量以及大雪、暴雪日數(shù)呈增加趨勢［1-4]，冬季降雪與山區(qū)積雪、冰川積累密切聯(lián)系，從而影響水資源變化和春、夏季融雪性洪水災(zāi)害的發(fā)生，從而對新疆的氣候和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重要影響。降雪還對交通、電力、通訊、建筑、農(nóng)牧業(yè)等造成嚴(yán)重影響，且社會(huì)涉及面廣、程度深，是政府和公眾每年冬季最關(guān)心的天氣氣候事件，也是氣象預(yù)報(bào)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展進(jìn)入新階段，中國氣象事業(yè)推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展，監(jiān)測精密、預(yù)報(bào)精準(zhǔn)、服務(wù)精細(xì)對新疆降雪精細(xì)化預(yù)報(bào)和服務(wù)提出更高要求，目前對小時(shí)降雪氣候特征相關(guān)研究很少，降雪精細(xì)化預(yù)報(bào)和服務(wù)、區(qū)域數(shù)值模式檢驗(yàn)和評估的科技支撐不足。

我國冬季降雪主要發(fā)生于青藏高原東部、新疆和東北區(qū)域，近幾十年主要以日、月時(shí)間尺度的降雪觀測資料，對我國各區(qū)域降雪氣候特征開展了大量氣候特征研究［1-10]，加深了我國降雪時(shí)空分布及不同量級降雪變化特征的認(rèn)識。對新疆區(qū)域研究指出降雪具有顯著空間分布差異和明顯年際、年代變化，天山以北的阿勒泰地區(qū)、塔城盆地、伊犁河谷、天山北坡及中山帶為降雪量高值區(qū)和大-暴雪高頻區(qū)，20世紀(jì)80年代以來降雪量和極端降雪過程呈顯著增多趨勢［1,2,5]。暴雪是多尺度系統(tǒng)配置和動(dòng)熱力、水汽條件共同作用的結(jié)果［11-16]，低空急流、輻合線、切變線和中α尺度云團(tuán)是暴雪的主要影響系統(tǒng)；冬季降水年際、年代際異常受高、中、低緯環(huán)流和水汽的共同影響［17-20]，斯堪的納維亞環(huán)流型是造成新疆降雪異常的關(guān)鍵環(huán)流型，700 hPa 偏西、西南地中海水汽輸送是新疆降雪異常偏多的關(guān)鍵因素，已有研究加深了新疆區(qū)域冬季降雪分布特征和異常機(jī)理的認(rèn)識。

我國降雪自動(dòng)觀測站從2010 年開始大規(guī)模的陸續(xù)建設(shè)，目前小時(shí)降雪氣候特征相關(guān)研究很少，僅有利用小時(shí)降雪資料分析伊犁河谷和烏魯木齊降雪日變化特征［8,10]，伊犁河谷西部和中部降雪日變化呈單峰型，北京時(shí)間09:00—12:00 為主要峰值時(shí)段，而對新疆北部區(qū)域小時(shí)降雪的量級、空間分布及隨海拔變化等的精細(xì)化特征還未開展深入研究。2012 年以來新疆北部50 個(gè)國家氣象站逐小時(shí)降雪觀測資料規(guī)范完整，為新疆小時(shí)降雪氣候特征研究提供了基礎(chǔ)。本文利用新疆北部2012—2021年50個(gè)國家級氣象站小時(shí)降雪觀測數(shù)據(jù)，分析冷季（11 月—翌年2 月）小時(shí)降雪特征，揭示新疆北部小時(shí)降雪不同量級的精細(xì)化特征，以及大暴雪過程的小時(shí)降雪特征和相應(yīng)的影響系統(tǒng)，可為精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)、區(qū)域數(shù)值模式檢驗(yàn)和評估、水資源利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

新疆北部50 個(gè)國家級地面氣象觀測站2012 年11 月—2021 年2 月逐日逐小時(shí)降雪自動(dòng)觀測數(shù)據(jù)來自于新疆氣象信息中心，并進(jìn)行了嚴(yán)格質(zhì)量控制。本研究還利用日降水資料對各站極值做了對比檢查，并結(jié)合值班記錄對比分析，表明有2種小概率情況，一是降雪堆積在稱重式雨量器承雪口并在某小時(shí)累積落入桶中，按觀測規(guī)范記為此小時(shí)降雪，但實(shí)際是由前幾個(gè)小時(shí)全部或部分累積而成；另一種情況是當(dāng)時(shí)風(fēng)速過大，風(fēng)吹雪造成的吹雪和降雪共同計(jì)量。這2種情況小時(shí)降雪觀測符合自動(dòng)站觀測規(guī)范，可以用于日累計(jì)值計(jì)算，但不能用于小時(shí)降雪及其極值分析，本文應(yīng)用小時(shí)固態(tài)降水?dāng)?shù)據(jù)時(shí)經(jīng)過嚴(yán)格質(zhì)量控制。新疆氣象業(yè)務(wù)降雪量級標(biāo)準(zhǔn)為［21]：12.1 mm≤24小時(shí)降雪量（R24）＜24.0 mm為暴雪，24.1 mm≤R24＜48.0 mm 為大暴雪，R24≥48.1 mm為特大暴雪。本文大暴雪過程按氣象站日降雪量從高到低取前30 個(gè)過程進(jìn)行小時(shí)降雪特征分析和影響系統(tǒng)的研究。

1.2 研究方法

天山山脈以北北疆區(qū)域取44個(gè)氣象站，天山山區(qū)取海拔高度≥1800 m 氣象站6 個(gè)，包括大西溝（海拔3539 m）、巴音布魯克（2458 m)、天池（1942 m）、白楊溝（1930 m）、小渠子（1871 m）和昭蘇縣（1851 m），新疆氣象業(yè)務(wù)中天山山區(qū)代表站也為這6個(gè)站。11月—翌年2 月為冷季，本文分析此階段小時(shí)降雪特征和暴雪過程影響系統(tǒng)，某小時(shí)降雪量（R）≥0.1 mm表示該小時(shí)發(fā)生降雪，記為降雪小時(shí)數(shù)（SHN）。新疆冬季小時(shí)降雪觀測從2012年才比較規(guī)范，對冬季小時(shí)降雪量級無研究和劃分，本文基于研究發(fā)現(xiàn)R＞1.0 mm 比例很小，因此對R＜0.7 mm 按0.3 mm 間隔進(jìn)行分析，R＞1.0 mm 按0.5 mm 間隔進(jìn)行分析，劃分為0.1～0.3 mm、0.4～0.6 mm、0.7～1.0 mm、1.1～1.5 mm、1.6～2.0 mm 和≥2.1 mm 共6 個(gè)量級進(jìn)行小時(shí)降雪氣候特征分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷季降雪小時(shí)數(shù)（SHN）空間分布

冬季年平均SHN 分布（圖1）可以看出，降雪高頻中心在阿勒泰北部、塔城盆地、伊犁河谷，年平均SHN 達(dá)200 h·a-1以上，最大為塔城市（280.4 h·a-1），其次為伊寧市（256.3 h·a-1）。此外，年平均SHN 高值區(qū)與地形密切相關(guān)，位于盆地與山區(qū)交界的山麓地帶，北疆沿天山一帶的個(gè)別地區(qū)烏蘇市、烏魯木齊市和奇臺縣的年平均SHN達(dá)150 h·a-1以上，準(zhǔn)噶爾盆地邊緣為年平均SHN 低值區(qū)，大多為40～100 h·a-1。由于冬季西西伯利亞地面冷高壓穩(wěn)定盤踞于西西伯利亞-蒙古高原地區(qū)，塔城盆地位于該冷高壓的西南側(cè)，中緯度地中海-里咸海-新疆北部出現(xiàn)西南暖濕氣流與西西伯利亞地面冷高壓交匯，造成塔城盆地發(fā)生暖區(qū)暴雪，加之塔城盆地特殊的向西開口的山盆地形，使得該區(qū)域是新疆暖區(qū)降雪發(fā)生的高頻區(qū)［4,12,13,16]，這是塔城市年平均SHN 最多的主要原因。天山山區(qū)的大西溝、巴音布魯克、天池、白楊溝、小渠子和昭蘇縣的年平均SHN分別為32.9 h·a-1、31.6 h·a-1、121.3 h·a-1、150.0 h·a-1、109.6 h·a-1和183.1 h·a-1，可見天山山區(qū)降雪高頻區(qū)為海拔1800～2000 m的中山帶，2000 m以上降雪很少，冷季小時(shí)降雪分布具有較強(qiáng)的海拔地帶性。

圖1 新疆北部冷季年平均降雪小時(shí)數(shù)空間分布Fig.1 Spatial distribution of annual average snowfall hourly numbers in cold season in northern Xinjiang

分析冷季小時(shí)降雪量最大值分布（圖略），塔城盆地、伊犁河谷、北疆沿天山的精河縣到石河子市一帶及烏魯木齊市小時(shí)最大雪強(qiáng)在4～5 mm·h-1，其中塔城市、裕民縣的小時(shí)雪強(qiáng)最大（分別達(dá)9.7 mm·h-1和10.9 mm·h-1），這與該區(qū)域發(fā)生暖區(qū)暴雪有關(guān)，造成暖區(qū)暴雪天氣的水汽充足，降雪量較大，小時(shí)雪強(qiáng)也較大。新疆北部其他大部分站點(diǎn)都在2～4 mm·h-1，可見冷季小時(shí)雪強(qiáng)遠(yuǎn)比夏季小時(shí)雨強(qiáng)小，夏季小時(shí)雨強(qiáng)最大值可達(dá)67.2 mm·h-1［22]。

2.2 降雪小時(shí)數(shù)（SHN）和降雪量特征

北疆和天山山區(qū)年平均SHN 分別為133.5 h·a-1和104.8 h·a-1（表1），年平均降雪量分別為65.1 mm·a-1和46.7 mm·a-1，可見北疆冬季小時(shí)降雪數(shù)和降雪量均大于天山山區(qū)，表明冬季北疆山麓地帶降雪與天山山區(qū)都很重要，且降雪范圍和降雪量相對大，而夏季天山山區(qū)降水大于北疆區(qū)域［22-25]，降水主要發(fā)生在山區(qū)、局地性強(qiáng)，可見新疆冬、夏季降水空間分布和小時(shí)降水氣候特征有較大差異。

表1 新疆北部冷季年平均降雪小時(shí)數(shù)和降雪量Tab.1 Annual average snowfall hourly numbers and snowfall in cold season in northern Xinjiang

由北疆和天山山區(qū)年平均SHN 和降雪量的月分布（表2）可見，北疆年平均SHN 呈逐月遞減分布特征，11月最大為45.4 h·a-1，12月為39.6 h·a-1，1月和2月相當(dāng)為30.6 h·a-1和28.1 h·a-1；天山山區(qū)11月年平均SHN 最大為35.3 h·a-1，12 月和1 月分別為23.2 h·a-1和20.7 h·a-1，2 月最小為16.5 h·a-1。前冬年平均SHN 和降雪量多、后冬相對少，前冬冷空氣活躍造成降雪時(shí)間和降雪量偏多，1月和2月冷空氣強(qiáng)盛相對穩(wěn)定控制新疆，只有當(dāng)大尺度環(huán)流形勢調(diào)整才造成新疆冬季降雪，各月降雪量分布與SHN分布特征一致，降雪量小于SHN，表明小時(shí)平均降雪量小于1 mm。

表2 新疆北部冷季逐月年平均降雪小時(shí)數(shù)和降雪量Tab.2 Annual average snowfall hourly numbers and snowfall of each month in cold season in northern Xinjiang

2.3 小時(shí)降雪不同量級分布特征

由新疆北部6個(gè)分級小時(shí)降雪出現(xiàn)次數(shù)和降雪量特征（表3）可見，隨著小時(shí)降雪量增大出現(xiàn)次數(shù)呈迅速減少分布特征，0.1 mm≤R≤0.3 mm 量級年平均SHN最大為73.6 h·a-1，占所有量級降雪的55.2%，可見小時(shí)降雪以≤0.3 mm 為主，表明新疆冬季小時(shí)雪量很小，但該分級降雪量對總降雪量貢獻(xiàn)僅24.0%，表明該量級降雪對總降雪量的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)不及其出現(xiàn)時(shí)數(shù)；0.4 mm≤R≤0.6 mm 量級年平均SHN 為33.8 h·a-1，占所有量級降雪的25.3%，對總降雪量貢獻(xiàn)最多，為26.7%；0.7 mm≤R≤1.0 mm 量級年平均SHN為15.0 h·a-1，占所有量級降雪的11.2%，對總降雪量貢獻(xiàn)為20.0%；1.1 mm≤R≤1.5 mm、1.6 mm≤R≤2.0 mm和R≥2.1 mm量級年平均SHN分別為7.0 h·a-1（占所有量級降雪的5.3%）、2.3 h·a-（11.8%）和1.8 h·a-1（1.2%），對總降雪量貢獻(xiàn)分別為14.4%、6.9%和8.0%；R≤1.0 mm 量級年平均SHN 占比達(dá)到91.7%，對總降雪量貢獻(xiàn)為70.7%，可見新疆冬季小時(shí)降雪以小量級為主，R＞1.0 mm·h-1降雪為小時(shí)極端降雪事件，對總降雪量貢獻(xiàn)可達(dá)29.3%。

表3 新疆北部冷季小時(shí)降雪量分級特征Tab.3 Classification of hourly snowfall in cold season in northern Xinjiang

天山山區(qū)6個(gè)量級小時(shí)降雪的比例和對總降雪量貢獻(xiàn)特征與北疆地區(qū)一致，未表現(xiàn)出山區(qū)降雪的區(qū)別，也是以R≤1.0 mm·h-1量級降雪為主，R≤1.0 mm·h-1量級年平均SHN 占比達(dá)到91.9%，對總降雪量貢獻(xiàn)為68.9%；R＞1.0 mm·h-1的極端降雪事件對總降雪量貢獻(xiàn)可達(dá)31.1%。

分析小時(shí)降雪各分級頻次分布（圖略），R≤1.0 mm·h-1的3個(gè)等級在伊犁河谷、塔城盆地、阿勒泰地區(qū)北部和烏蘇-奇臺的北疆沿天山一帶為高頻區(qū)；R＞1.0 mm·h-1的3個(gè)等級降雪，伊犁河谷始終是高頻區(qū)，阿勒泰地區(qū)北部、塔城市和烏蘇-奇臺的北疆沿天山一帶頻次有所減少；R≥2.1 mm·h-1量級年平均SHN伊犁河谷和烏蘇-奇臺的北疆沿天山一帶為高頻中心，表明該區(qū)域是小時(shí)極端降雪事件多發(fā)區(qū)。

由不同海拔高度6個(gè)量級小時(shí)降雪量的降雪小時(shí)數(shù)特征（表4）可見，不同海拔高度年平均SHN 均以0.1～0.3 mm 最多，為50.1～89.9 h·a-1；不同海拔高度年平均SHN 在500～1000 m 和1800～2000 m 為大值區(qū)，分別為159.8 h·a-1和141.0 h·a-1；海拔＞2000 m區(qū)域年平均SHN 最小，與該區(qū)域降雪量最少一致，表明高山區(qū)冷季降雪少。不同海拔高度年平均SHN 隨小時(shí)雪強(qiáng)增加出現(xiàn)時(shí)數(shù)迅速減少，尤其＞1.0 mm·h-1量級出現(xiàn)時(shí)數(shù)很少，表明該量級雪強(qiáng)為極端小時(shí)降雪事件。準(zhǔn)東西向天山把新疆分為北部和南部兩部分，最北部為西北-東南向阿爾泰山脈，天山西部為“Y”字形伊犁河谷，河谷中還有山，塔城盆地三面環(huán)山，準(zhǔn)噶爾盆地位于天山和阿爾泰山之間，一系列高大山地、山間盆地和谷地構(gòu)成了復(fù)雜的地形地貌，由此降雪差異性較大。總的講降雪大值區(qū)位于山的迎風(fēng)坡，由于地形對氣流的阻擋使其被迫抬升而降溫，易形成云而降雪，隨坡向不同表現(xiàn)出降雪的差異；此外大氣溫度和零度層高度變化對降雪的影響也很大，也可能是形成2 個(gè)最大降雪帶的原因，需進(jìn)一步結(jié)合地形、坡向和微物理過程開展相關(guān)研究。

表4 不同海拔高度各降雪量等級年平均降雪小時(shí)數(shù)Tab.4 Annual average hourly snowfall numbers of each snowfall classification in difference altitude /h·a-1

2.4 大暴雪過程降雪小時(shí)特征和影響系統(tǒng)

2.4.1 大暴雪過程降雪小時(shí)特征和影響系統(tǒng)2012—2020 年新疆北部30 個(gè)日降雪量最大的大暴雪過程代表站及其降雪量、大暴雪起止時(shí)間、降雪小時(shí)數(shù)、日降雪量、過程降雪量，以及相應(yīng)大暴雪天氣的影響系統(tǒng)見表5，大暴雪站起止時(shí)間中降雪會(huì)有間歇，故降雪小時(shí)數(shù)有小于起止時(shí)間數(shù)的情況。大暴雪過程SHN 超過15 h 以上的達(dá)80%，只有6 次降雪過程SHN為8～14 h，大暴雪過程平均SHN為25.5 h，平均日降雪量為24.2 mm，達(dá)大暴雪量級，平均降雪量為30.7 mm，表明大暴雪雪強(qiáng)約為1.2 mm·h-1，可見大暴雪發(fā)生降雪時(shí)間較長、雪強(qiáng)較大。降雪量最大的大暴雪過程出現(xiàn)在2016 年11 月11 日16:00—13日03:00 裕民縣，過程降雪量為53.9 mm，SHN 達(dá)36 h，平均小時(shí)雪強(qiáng)為1.5 mm·h-1，最大小時(shí)雪強(qiáng)達(dá)5.5 mm·h-1。SHN 最大的大暴雪過程出現(xiàn)在2016 年11月15 日09:00—17 日08:00 霍爾果斯市，SHN 達(dá)48 h，過程降雪量達(dá)47.4 mm，但最大小時(shí)雪強(qiáng)僅為2.0 mm·h-1，此次過程由長時(shí)間降雪所致，雪強(qiáng)略小。SHN 最 小 暴 雪 過 程 出 現(xiàn) 在2015 年11 月02 日02:00—09:00霍爾果斯市，SHN僅為8 h，過程降雪量為23.5 mm，平均小時(shí)雪強(qiáng)達(dá)2.93 mm·h-1，其中4個(gè)時(shí)次小時(shí)雪強(qiáng)＞3.0 mm·h-1，最大小時(shí)雪強(qiáng)為4.7 mm·h-1。

表5 新疆北部30個(gè)站大暴雪天氣過程降雪特征和影響系統(tǒng)Tab.5 Snowfall characteristics and influence systems of 30 heavy snowstorm processes in northern Xinjiang

分析這30個(gè)大暴雪過程的569個(gè)小時(shí)降雪量，0.1≤R＜1.0 mm·h-1為252個(gè)（占比達(dá)44.2%），1.0≤R＜2.0 mm·h-1為200個(gè)（占比35.1%），2.0≤R＜3.0 mm·h-1為80個(gè)（占比14.2%），3.0≤R＜4.0 mm·h-1為25個(gè)（占比4.4%），R≥4.0 mm·h-1為12個(gè)（占比2.1%），可以看出大暴雪過程小時(shí)降水強(qiáng)度＜2.0 mm·h-1占79.3%，而≥2.0 mm·h-1僅占21.7%，表明長時(shí)間降雪導(dǎo)致大暴雪過程，新疆冷季暴雪過程主要抓住持續(xù)時(shí)間這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行研究、預(yù)報(bào)和服務(wù)。

分析造成這30個(gè)大暴雪過程的影響系統(tǒng)（表5）可見，主要由天氣尺度的中亞長波槽、中亞低渦、烏拉爾山長波槽和西西伯利亞低渦（槽）造成，分別為9、2、4 次和15 次，其中西西伯利亞低渦（槽）影響方式主要有西西伯利亞長波槽、西西伯利亞低渦南壓在新疆形成橫槽、西西伯利亞低渦南壓底部強(qiáng)鋒區(qū)、低渦南壓底部強(qiáng)鋒區(qū)與中緯度鋒區(qū)匯合4 種環(huán)流配置，表現(xiàn)為歐亞范圍內(nèi)環(huán)流經(jīng)向度大、長波槽脊發(fā)展導(dǎo)致較強(qiáng)冷空氣入侵新疆造成極端降雪過程，同時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)鋒區(qū)也是一個(gè)必要條件。

2.4.2 大暴雪天氣過程典型環(huán)流形勢中亞長波槽、中亞低渦、烏拉爾山長波槽和西西伯利亞低渦造成大暴雪過程的典型環(huán)流配置如圖2所示。圖2a為中亞長波槽型環(huán)流配置，500 hPa高度、溫度場上，歐亞范圍中高緯度地區(qū)為兩脊一槽的環(huán)流形勢，中亞為長波槽，歐洲和貝加爾湖為強(qiáng)盛長波脊，發(fā)展強(qiáng)盛的歐洲高壓脊不斷引導(dǎo)新地島強(qiáng)冷空氣南下進(jìn)入中亞長波槽，長波槽前為強(qiáng)西南氣流，中亞長波槽發(fā)展加強(qiáng)并東移造成新疆北部大暴雪天氣過程。同時(shí)，對流層低層的700 hPa存在一支里咸海-新疆北部的強(qiáng)勁西南急流，急流中心達(dá)24 m·s-1，該低空急流輸送暖濕氣流為降雪提供充足水汽。圖2b 為中亞低渦影響系統(tǒng)典型環(huán)流配置，500 hPa 高度、溫度場上，歐亞中高緯為歐洲脊和西西伯利亞槽的環(huán)流形勢，低緯度伊朗高壓脊發(fā)展強(qiáng)盛與歐洲東部脊疊加，形成20°～70°N強(qiáng)盛歐洲東部脊并向東北方向伸展，在脊前中亞地區(qū)形成切斷低渦，中亞低渦中心溫度＜-40 ℃，低渦向東南移動(dòng)造成新疆北部大暴雪天氣。中亞低渦底部500 hPa 風(fēng)場存在一支風(fēng)速＞40 m·s-1的西南急流，同時(shí)700 hPa風(fēng)場上，中亞低渦底部也有一支強(qiáng)勁的西南急流，風(fēng)速＞24 m·s-1，高、低空西南急流在新疆北部耦合發(fā)展，使得整層大氣的垂直上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，為暴雪天氣提供了有利的動(dòng)力條件和水汽條件。圖2c 為烏拉爾山長波槽影響系統(tǒng)典型環(huán)流配置，500 hPa 高度、溫度場上，歐亞范圍為三脊二槽經(jīng)向環(huán)流，西歐、新疆東部和東亞為長波脊，烏拉爾山和貝加爾湖為長波槽，烏拉爾山長波槽前存在一支風(fēng)速＞40 m·s-1的偏西急流，烏拉爾山長波槽快速東移造成新疆北部大暴雪天氣。同時(shí)，700 hPa里、咸海-新疆北部存在風(fēng)速＞24 m·s-1的低空西南急流，為大暴雪天氣提供了有利的動(dòng)力和水汽條件。圖2d 為西西伯利亞低渦影響系統(tǒng)典型環(huán)流配置，500 hPa高度、溫度場上，歐亞范圍為二槽一脊的經(jīng)向環(huán)流，烏拉爾山為長波脊，西歐和西西伯利亞為寬廣長波低槽，西西伯利亞形成切斷低渦，冷渦中心溫度＜-44 ℃，新疆北部處于極渦底部的強(qiáng)鋒區(qū)中，強(qiáng)西西伯利亞低渦底部強(qiáng)鋒區(qū)造成大暴雪天氣。700 hPa中亞-新疆北部存在風(fēng)速＞16 m·s-1的低空西風(fēng)急流，為大暴雪天氣提供了動(dòng)力和水汽條件。

圖2 新疆北部大暴雪天氣500 hPa高度場和溫度場典型環(huán)流配置Fig.2 Typical circulation configuration of 500 hPa height and temperature field of heavy snow weather in northern Xinjiang

3 結(jié)論

利用2012年11月—2021年2月50個(gè)國家氣象站小時(shí)降雪觀測資料，分析了冷季（11 月—翌年2月）小時(shí)降雪的空間分布、不同量級降雪和不同海拔高度不同量級降雪特征，并分析了30個(gè)大暴雪過程小時(shí)降雪、影響系統(tǒng)及典型環(huán)流配置，為降雪精細(xì)化預(yù)報(bào)、服務(wù)和研究提供一定科學(xué)依據(jù)。主要結(jié)論如下：

（1）北疆和天山山區(qū)年平均SHN 分別為133.5 h·a-1和104.8 h·a-1，阿勒泰北部、塔城盆地、伊犁河谷為SHN 高頻區(qū)，可達(dá)200 h·a-1以上，天山山區(qū)SHN高頻區(qū)為海拔1800～2000 m的中山帶，達(dá)127.3 h·a-1，2000 m 以上降雪很少。北疆和天山山區(qū)R≤1.0 mm·h-1量級SHN占比分別為91.7%和91.9%，對降雪量貢獻(xiàn)分別為70.7%和68.9%；R＞1.0 mm·h-1降雪為小時(shí)極端降雪事件，但對降雪量貢獻(xiàn)可達(dá)29.3%和31.1%。塔城盆地、伊犁河谷、北疆沿天山的精河-石河子一帶及烏魯木齊市小時(shí)最大雪強(qiáng)在4～5 mm·h-1，其中塔城市、裕民縣的小時(shí)雪強(qiáng)最大（分別達(dá)9.7 mm·h-1和10.9 mm·h-1），而新疆北部其他大部分站點(diǎn)都在2～4 mm·h-1。

（2）大暴雪過程平均SHN 為25.5 h，平均降雪量為30.7 mm，平均雪強(qiáng)約為1.2 mm·h-1，對新疆大暴雪過程而言降雪持續(xù)時(shí)間是關(guān)鍵因素，是預(yù)報(bào)的著眼點(diǎn)。造成大暴雪過程的影響系統(tǒng)主要有中亞長波槽、中亞低渦、烏拉爾山長波槽和西西伯利亞低渦（槽），4 種影響系統(tǒng)占比分別為30.0%、6.7%、13.3%和50.0%，歐亞范圍內(nèi)經(jīng)向環(huán)流發(fā)展，長波槽脊發(fā)展導(dǎo)致較強(qiáng)冷空氣入侵新疆造成大暴雪過程，同時(shí)500 hPa 和700 hPa 均出現(xiàn)伴隨長波槽的急流，這是造成暴雪的必要條件。

新疆北部地形和下墊面復(fù)雜，由天山、阿爾泰山、塔城盆地和古爾班通古特沙漠，天山山系由許多走向各異的山地組成，在橫向上為階梯狀山地，最顯著地貌特征呈東西向展布的山地與盆地或谷地相間，在平面上似為一個(gè)巨大的不規(guī)則“X”形，其垂直地貌結(jié)構(gòu)十分明顯，從高到低主要分為極高山帶、高山帶、中山帶和低山丘陵帶，一系列高大山地、山間盆地和谷地構(gòu)成了復(fù)雜的地形地貌。天氣尺度系統(tǒng)是造成降雪的直接影響系統(tǒng)，降雪落區(qū)、量級與中尺度系統(tǒng)、地形、坡向、大氣溫度和零度層高度等有關(guān)，從而降雪表現(xiàn)出差異性，小時(shí)降雪的觀測能為進(jìn)一步研究降雪分布的精細(xì)化特征及與上述因素的關(guān)系提供良好基礎(chǔ)，也是下一步需要開展的工作。