2023 年5 月巴州北部平原極端低溫天氣成因及可預(yù)報(bào)性分析

周雪英，張?jiān)苹荩饡?huì)民，楊 柳，劉長(zhǎng)墉

（1.巴音郭楞蒙古自治州氣象局，新疆 庫(kù)爾勒841000；2.新疆氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊830002）

春季災(zāi)害性天氣種類(lèi)多、冷空氣活動(dòng)頻繁，易造成寒潮或低溫凍害發(fā)生，但南疆盆地春季冷空氣活動(dòng)高頻時(shí)段集中在4 月[1]，進(jìn)入5 月，南疆盆地氣溫迅速升高、降水增多，冷空氣活動(dòng)常造成大風(fēng)、沙塵暴、局地冰雹和暴雨等多種災(zāi)害性天氣[2-6]，但云、風(fēng)、沙等天氣現(xiàn)象和城市熱島效應(yīng)均有效制約最低氣溫的下降，因此5 月南疆盆地很少發(fā)生寒潮和低溫霜凍天氣。近年來(lái)全球氣候變暖加劇，西北干旱區(qū)新疆氣候呈現(xiàn)“暖濕化”特征，氣溫上升的趨勢(shì)顯著，極端氣候事件的頻次和強(qiáng)度劇烈變化[7]，5 月寒潮和持續(xù)低溫天氣時(shí)有發(fā)生，發(fā)生后低溫強(qiáng)度和范圍增強(qiáng)，致使霜凍天氣加劇發(fā)展，且霜凍災(zāi)害造成的損失極其嚴(yán)重[8-9]。春霜凍又稱(chēng)為晚霜凍，指在農(nóng)作物生長(zhǎng)季節(jié)里，地面和植物表面溫度短時(shí)間下降到引起農(nóng)作物遭受傷害或者死亡的低溫，它與最低氣溫有著密切的關(guān)系，南疆盆地晚春低溫凍害發(fā)生后，喜溫作物和果蔬等農(nóng)林作物正處于幼苗生長(zhǎng)和開(kāi)花坐果階段，抗凍能力弱，往往造成嚴(yán)重災(zāi)害[10-11]。目前關(guān)于低溫霜凍研究多集中在霜凍氣候變化特征的分析[12-14]，近年來(lái)新疆暖濕化加劇，對(duì)南疆盆地5 月的天氣研究多集中在春季降水的影響系統(tǒng)、發(fā)生背景、水汽、動(dòng)力、熱力機(jī)制和預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)等[15-18]，而低溫霜凍天氣主要受環(huán)流背景異常、影響系統(tǒng)持續(xù)時(shí)間、冷空氣入侵強(qiáng)度及路徑、地面冷鋒過(guò)境、霜凍線(xiàn)移動(dòng)速度以及地形等綜合條件的影響[19]。目前對(duì)南疆極端低溫雨雪天氣成因研究個(gè)例分析較少，2023 年5 月2—7 日巴州北部平原發(fā)生了一次大范圍、高影響的罕見(jiàn)極端低溫雨雪天氣，此次天氣發(fā)生在春末，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣，致使巴州地區(qū)棉花、林果等喜溫作物遭受?chē)?yán)重凍害，損失慘重。那么，在增暖背景下，如何做好春季異常極端低溫過(guò)程中最低氣溫和雨轉(zhuǎn)雪天氣的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)，是今后預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)的關(guān)鍵。本文利用常規(guī)觀測(cè)、FNL、NCEP 再分析等資料，對(duì)此次極端低溫雨雪天氣的異常環(huán)流背景、冷空氣特點(diǎn)、溫度平流和鋒區(qū)結(jié)構(gòu)特征以及可預(yù)報(bào)性進(jìn)行診斷，以期提高春季低溫霜凍天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警準(zhǔn)確率，為防災(zāi)減災(zāi)提供參考和依據(jù)。

1 低溫天氣影響及極端性

1.1 天氣概況及災(zāi)情

2023 年5 月2—7 日巴州北部平原遭遇極端低溫雨雪霜凍天氣。2—5 日先后出現(xiàn)大風(fēng)、沙塵暴、暴雨、局地冰雹，6 日，尉犁、庫(kù)爾勒、焉耆盆地出現(xiàn)同期最晚的罕見(jiàn)雨轉(zhuǎn)雪；7 日，清晨平原各地普遍遭遇低溫霜凍，和碩、和靜、庫(kù)爾勒、輪臺(tái)最低氣溫打破歷史同期極值。此次天氣正值巴州各類(lèi)喜溫農(nóng)作物出苗及幼苗生長(zhǎng)關(guān)鍵期，致使巴州北部平原棉花、加工辣椒和番茄等農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)96 305.6 hm2，經(jīng)濟(jì)損失3.38 億元，給當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民群眾生活造成嚴(yán)重影響和危害。

1.2 低溫天氣的極端性特征

2023 年5 月上旬巴州平均氣溫僅為10.3 ℃，歷年平均氣溫為16.9 ℃，較歷年偏低6.6 ℃，突破歷史同期極值；巴州平原各地最低氣溫也異常偏低，其中和碩、和靜、庫(kù)爾勒、輪臺(tái)4 站極端最低氣溫分別為-1.8、-0.9、0.5、0.7 ℃，均破歷史同期極值。5 月6日巴州北部平原出現(xiàn)雨轉(zhuǎn)雪也具有極端性，巴州平原歷年降雪最晚出現(xiàn)在4 月，5 月除尉犁縣1982 年5 月11 日出現(xiàn)過(guò)降雪，其余地區(qū)均無(wú)降雪天氣發(fā)生。

根據(jù)巴州278 個(gè)地面氣象觀測(cè)站和86 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)資料分析，2023 年5 月上旬最低氣溫≤0 ℃和≤2 ℃逐日分布和受低溫霜凍影響農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)占比變化見(jiàn)圖1。5 月3 日巴州個(gè)別農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)輕霜凍，日最低氣溫≤2 ℃的有1 站次；4—5 日有54 站次日最低氣溫≤0 ℃，3%～8%的農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)霜凍，有82 站次日最低氣溫≤2 ℃，21%～28%的農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)輕霜凍；6—7 日有158 站次日最低氣溫≤0 ℃，28%～69%的農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)霜凍，有243 站次日最低氣溫≤2 ℃，基本全部農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)輕霜凍；8—9 日仍有80 站次日最低氣溫≤2 ℃，13%～42%的農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)輕霜凍。此次極端低溫天氣致使巴州各農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)普遍出現(xiàn)輕霜，超過(guò)69%的農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)嚴(yán)重霜凍，此次極端低溫霜凍天氣持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，造成災(zāi)害重，影響范圍廣。

圖1 1961—2023 年5 月上旬巴州最低氣溫≤0 ℃和≤2 ℃自動(dòng)站數(shù)量及霜凍影響鄉(xiāng)鎮(zhèn)占比逐日變化

2 極端低溫成因

2.1 極渦與中亞低渦活動(dòng)異常

2023 年5 月2—7 日100 hPa 高度及距平場(chǎng)上，北半球極渦呈持續(xù)偏心型，中心位于80°N 的鄂霍茨克海附近，同時(shí)極渦向西伸至新地島西南側(cè)，新地島附近是冷空氣活動(dòng)中我國(guó)達(dá)到寒潮次數(shù)最多的源地[20]。500 hPa 歐亞范圍中高緯呈“兩脊兩槽”的經(jīng)向環(huán)流，即歐洲為低槽活動(dòng)區(qū)，烏拉爾山—西西伯利亞為經(jīng)向度較大的阻塞高壓脊，對(duì)應(yīng)16 dagpm 的正距平，新疆為深厚的中亞低渦，對(duì)應(yīng)14 dagpm 的負(fù)距平，正負(fù)距平“西北高、東南低”的配置，有利于中亞低渦南下，下游蒙古為淺高壓脊。由于烏拉爾山高壓脊穩(wěn)定維持，中亞低渦攜帶冷空氣分兩段影響巴州北部，2—4 日烏拉爾山高壓脊向北發(fā)展，脊前北風(fēng)帶引導(dǎo)冷空氣南下（圖2a），巴州北部受中亞低渦南壓影響，出現(xiàn)大風(fēng)沙塵暴、暴雨、局地冰雹；5—7日烏拉爾山阻塞高壓并向東北伸展（圖2b），引導(dǎo)冷空氣不斷在西西伯利亞堆積，中亞低渦西退至北疆西部翻山進(jìn)入天山南坡，在東移北抬過(guò)程中造成巴州北部極端低溫雨雪天氣。中亞低渦影響新疆的強(qiáng)度及移動(dòng)路徑統(tǒng)計(jì)分析表明[21-22]，中亞低渦東移過(guò)程中，均減弱成槽影響新疆，但本次中亞低渦進(jìn)入新疆后長(zhǎng)時(shí)間維持，比較少見(jiàn)。

圖2 2023 年5 月2—4 日（a）和5—7 日（b）500 hPa 高度及其距平

2.2 中亞低渦影響新疆時(shí)間長(zhǎng)、冷中心強(qiáng)

由新疆逐日500 hPa 高度和溫度場(chǎng)的時(shí)間剖面（圖3）可知，2023 年5 月2—7 日，烏拉爾山阻塞高壓長(zhǎng)時(shí)間維持，新疆受穩(wěn)定深厚的中亞低渦影響（圖3a、3c）。2—4 日，東歐至烏拉爾山高壓脊不斷向北發(fā)展，中亞低渦中心位于西西伯利亞55°N 附近，中心值為532 dagpm，并伴有-36 ℃的冷中心，槽底南伸至40°N 以南，巴州北部位于中亞低渦底部，受低渦556 dagpm 等高線(xiàn)及-26 ℃等溫線(xiàn)南壓影響，巴州北部出現(xiàn)大風(fēng)、沙塵暴、局地暴雨、大范圍強(qiáng)對(duì)流天氣，5 月4 日，平原北部日最低氣溫開(kāi)始下降，有47 站次≤0 ℃，3%的農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)霜凍，58 站次日最低氣溫≤2 ℃，21%的農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)輕霜凍。5—7日，歐洲高壓脊緩慢向東南衰退，中亞低渦在北疆西退南壓，然后自西天山翻山進(jìn)入天山南坡，配合有-32 °C 的冷中心，6 日08 時(shí)，-30 °C 的冷舌南伸至40°N 附近（圖3b、3d），造成巴州北部庫(kù)爾勒、尉犁、焉耆盆地罕見(jiàn)雨轉(zhuǎn)雪天氣，7 日08 時(shí)，巴州158站次日最低氣溫≤0 ℃，69%的農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)霜凍，243 站次日最低氣溫≤2 ℃，基本全部農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)輕霜凍。

圖3 2023 年5 月2—7 日沿41°N 500 hPa 高度（a，單位：dagpm，陰影區(qū)：位勢(shì)高度≥544 dagpm，下同）和溫度（b，單位：℃，陰影區(qū)：溫度≤-18 ℃，下同）的時(shí)間—經(jīng)向剖面及沿86°E 500 hPa 高度（c）和溫度（d）的時(shí)間—緯向剖面

2.3 溫度變化和鋒生

2.3.1 高空溫度與冷暖平流

春季發(fā)生罕見(jiàn)極端低溫雨轉(zhuǎn)雪天氣與高空溫度快速下降密切相關(guān)，在水平氣流方向上氣溫分布不均勻時(shí)，空氣水平運(yùn)動(dòng)將引起氣溫的局地變化，暖平流使局地氣溫上升，冷平流使局地氣溫下降，因而氣溫變化的程度決定于溫度平流的強(qiáng)度[20]。

從2023 年5 月2—7 日巴州北部平原區(qū)域平均溫度和溫度平流隨時(shí)間的高度剖面（圖4a）可知，過(guò)程前期2—4 日0 ℃線(xiàn)高空位置較高，在750 hPa 以上，3 日≥0.6×10-5K/s 的暖平流中心位于650～600 hPa；過(guò)程中后期5—7 日0 ℃線(xiàn)高空位置逐步降低，≥0.4×10-5K/s 的暖平流中心明顯下降，位于700 hPa 以下，6 日0 ℃線(xiàn)降至850 hPa 附近，在800hPa出現(xiàn)0.6×10-5K/s 的暖平流中心，巴州北部出現(xiàn)雨轉(zhuǎn)雪天氣。2—6 日600 hPa 以上長(zhǎng)時(shí)間維持＜-0.5×10-5K/s 的冷平流，冷平流最強(qiáng)中心在400 hPa 附近，達(dá)-4.8×10-5K/s，出現(xiàn)在5 日夜間（圖4a）。低層為大范圍弱的冷平流包裹著分散的暖平流，說(shuō)明局地?zé)崃Σ痪?，有利于冷暖交匯和局地對(duì)流發(fā)展。

圖4 2023 年5 月2—7 日（40°～42.5°N，84°～90°E）巴州北部平原區(qū)域高度—時(shí)間剖面（a），500 hPa（b）和850 hPa（c）平均溫度（黑色實(shí)線(xiàn)，單位：℃）及溫度平流（彩色陰影區(qū)，單位：10-5 K/s）

從500 hPa 水平方向過(guò)程平均溫度與溫度平流分布（圖4b）可知，中亞低渦冷中心平均強(qiáng)度為-30 ℃，位于北疆偏西偏北一帶，巴州北部平原受-24 ℃等溫線(xiàn)控制，巴州北部溫度平流在-0.5～2.4×10-5K/s，-4.8×10-5K/s 的強(qiáng)冷平流中心位于巴州東部的東疆地區(qū)，即東灌的冷空氣對(duì)此次降溫起到重要作用。從850 hPa 水平方向上過(guò)程平均溫度與溫度平流分布（圖4c）可知，巴州北部平原受6 ℃等溫線(xiàn)控制，850 hPa 溫度平流為±0.2×10-5K/s 冷暖平流之間，在庫(kù)爾勒地區(qū)西南部弱冷平流中包裹著0.8×10-5K/s 的暖平流，有利于降水天氣的發(fā)生。

2.3.2 鋒生與雨雪影響

在2023 年5 月2—7 日新疆維持長(zhǎng)歷時(shí)的低渦活動(dòng)過(guò)程中，巴州北部平原出現(xiàn)兩次明顯降水時(shí)段，都伴隨巴州北部平原鋒生過(guò)程。過(guò)程前期受中亞低渦南伸影響，3 日01 時(shí)—4 日09 時(shí)，巴州北部庫(kù)爾勒市、博湖縣及和碩縣出現(xiàn)中到大雨，博湖縣出現(xiàn)暴雨。

由3 日02 時(shí)500 hPa 假相當(dāng)位溫和鋒生函數(shù)分布（圖5a）可知，巴州北部山區(qū)為明顯的西風(fēng)鋒區(qū)，鋒區(qū)不斷南壓，北部山區(qū)鋒生中心達(dá)3×10-7K/（m·s）；巴州北部暴雨天氣與低層鋒生關(guān)系更密切，且與暴雨落區(qū)對(duì)應(yīng)[23]，從3 日14 時(shí)850 hPa 假相當(dāng)位溫和鋒生函數(shù)分布（圖5c）可知，3 日在輪臺(tái)北部——巴音布魯克山區(qū)一帶開(kāi)始鋒生，鋒生中心強(qiáng)度為1.8×10-7K（/m·s），隨后鋒生區(qū)向東南移動(dòng)造成博湖暴雨。

圖5 3 日02 時(shí)（a）、6 日02 時(shí)500 hPa（b）及3 日14 時(shí)（c）、6 日08 時(shí)（d）850 hPa 鋒生函數(shù)（彩色陰影區(qū)，單位：10-7 K/m·s）和假相當(dāng)位溫（紅色等值線(xiàn)，單位：K）

5—7 日中亞低渦先南壓后東移北抬，5 日12時(shí)—6 日14 時(shí)巴州北部尉犁縣、庫(kù)爾勒市、焉耆盆地出現(xiàn)小雨轉(zhuǎn)雪，其中6 日07 時(shí)轉(zhuǎn)雪，6 日11 時(shí)由雪轉(zhuǎn)雨，降雪中心在尉犁縣，6 日02 時(shí)500 hPa 巴州北部存在明顯的西南風(fēng)鋒區(qū)（圖5b），鋒生中心強(qiáng)度為2.5×10-7K（/m·s），6 日08 時(shí)850 hPa 在庫(kù)爾勒偏東至焉耆盆地出現(xiàn)不足6 h 的短暫鋒生（圖5d），鋒生中心強(qiáng)度為1.2×10-7K（/m·s），低層鋒生與巴州北部平原降水關(guān)系密切。3 日夜間和6 日上午巴州北部平原出現(xiàn)降水有利于降溫，6 日出現(xiàn)罕見(jiàn)雨轉(zhuǎn)雪，7 日清晨天氣轉(zhuǎn)晴后，平流和輻射降溫進(jìn)一步加劇最低氣溫的下降幅度。

2.4 地面冷空氣補(bǔ)充

由2—4 日海平面氣壓場(chǎng)（圖6）可知，冷高壓中心位于巴爾喀什湖西北部，中心值達(dá)1 030 hPa，1 015 hPa 等壓線(xiàn)位于巴州北部，較歷年同期偏高1 hPa。5—7 日冷高壓中心位于西伯利亞地區(qū)，中心值達(dá)102 5 hPa，1 020 hPa 等壓線(xiàn)位于巴州北部，較歷年同期偏高5～7 hPa。過(guò)程前期冷空氣沿西北路徑南下進(jìn)入新疆，造成北疆偏西偏北地區(qū)降溫，過(guò)程中后期，冷空氣得到東北路徑的補(bǔ)充，受兩路冷空氣共同影響，巴州北部出現(xiàn)大范圍極端低溫雨雪天氣。

圖6 2023 年5 月2—7 日海平面氣壓場(chǎng)沿41°N 剖面（a）和沿86°E 剖面（b）

從海平面氣壓場(chǎng)緯向—時(shí)間剖面（圖6a）可知，2—4 日位于巴州西側(cè)的冷高壓中心逐日增強(qiáng)，4 日冷高壓中心強(qiáng)度為1 022.5 hPa，5 日達(dá)1 027.5 hPa，6 日增強(qiáng)至1 034 hPa，位于80°E 附近，冷空氣勢(shì)力較歷年同期明顯偏強(qiáng)。

從經(jīng)向剖面（圖6b）可知，4—5 日1 022.5 hPa的冷高壓南壓至42°N 以北，6 日1 022.5 hPa 的冷高壓南壓至39°N 到達(dá)巴州北部平原，南疆西部翻山冷空氣與南疆盆地東灌冷空氣于6 日08 時(shí)在巴州北部匯合，使6 日08—11 時(shí)巴州北部高空、地面溫度快速下降，出現(xiàn)罕見(jiàn)雨轉(zhuǎn)雪天氣。

3 可預(yù)報(bào)性分析

3.1 中亞低渦強(qiáng)度、穩(wěn)定性及預(yù)報(bào)偏差分析

中亞低渦影響巴州北部的天氣，往往空?qǐng)?bào)率較高，中亞低渦位置偏南有利于南疆盆地出現(xiàn)降水或降溫天氣[21—22]。對(duì)比中亞低渦中心位置及移動(dòng)路徑實(shí)況與ECMWF（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“EC”）模式不同起報(bào)時(shí)間預(yù)報(bào)，結(jié)果表明2—7 日中亞低渦不同起報(bào)時(shí)間逐12 h 移動(dòng)路徑變化一致，表現(xiàn)為3 日中亞低槽西退南壓、4 日低槽加深東移至新疆切渦、5 日中亞低渦在新疆西退南壓、6 日低渦在天山南坡東移北抬影響巴州北部，但低渦中心強(qiáng)度和移動(dòng)路徑在預(yù)報(bào)細(xì)節(jié)上存在差異，導(dǎo)致對(duì)巴州北部的影響有不確定性。

從EC 96 h 預(yù)報(bào)的路徑變化可知，中亞低渦中心強(qiáng)度較實(shí)況偏弱，位置偏北偏東，對(duì)巴州北部影響相對(duì)較弱；3 日起報(bào)低渦中心位置明顯調(diào)整西退南壓至新疆偏西的伊犁河谷一帶，同時(shí)低渦冷中心降至-30 ℃，對(duì)巴州北部可能產(chǎn)生明顯影響。由于天山山脈阻擋作用，后續(xù)的移動(dòng)路徑是否翻越西天山進(jìn)入南疆盆地，這對(duì)巴州北部平原低溫雨雪預(yù)報(bào)很關(guān)鍵。72 h 內(nèi)預(yù)報(bào)的中亞低渦中心位置和強(qiáng)度與實(shí)況基本一致，且5 日預(yù)報(bào)的冷中心強(qiáng)度強(qiáng)于實(shí)況。與實(shí)況出現(xiàn)偏差的關(guān)鍵預(yù)報(bào)在6 日08 時(shí)，中亞低渦外圍-28 ℃等溫線(xiàn)東移南壓的位置，6 日實(shí)況-28 ℃等溫線(xiàn)明顯偏南，3—5 日EC 模式預(yù)報(bào)整體沿巴州北部山區(qū)一帶東移北抬，并未預(yù)報(bào)出-28 ℃等溫線(xiàn)南壓至40°N 巴州北部平原附近。6 日08 時(shí)實(shí)況中亞低渦南壓和冷空氣西翻位置都更偏南一些。

整體來(lái)看，EC 模式對(duì)于中亞低渦中心強(qiáng)度、位置預(yù)報(bào)較好，提前96 h 穩(wěn)定性略差，提前72 h 內(nèi)中亞低渦預(yù)報(bào)連續(xù)性、一致性較好，對(duì)于巴州北部預(yù)報(bào)偏差主要體現(xiàn)在低渦外圍-28 ℃等溫線(xiàn)和地面冷高壓關(guān)鍵特征線(xiàn)南壓的位置。

3.2 巴州北部極端最低氣溫可預(yù)報(bào)性

對(duì)比分析5 月7 日各種模式不同起報(bào)時(shí)間對(duì)巴州北部國(guó)家站24 h 最低氣溫預(yù)報(bào)的平均誤差（圖7a）可知，EC 模式預(yù)報(bào)偏差最小，誤差為0.7～1.5 ℃，基本接近實(shí)況；CMA—GFS 和NCEP 預(yù)報(bào)偏差為3.5～8.4 ℃，誤差較大，預(yù)報(bào)整體高于實(shí)況較多。分析各種模式不同時(shí)效預(yù)報(bào)誤差可知，CMA—GFS 模式最低氣溫誤差隨著預(yù)報(bào)時(shí)效臨近，誤差逐步減??；NCEP模式誤差呈波動(dòng)式增加；EC 模式整體對(duì)極端最低溫度預(yù)報(bào)穩(wěn)定、準(zhǔn)確，可提前72 h 準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出最低氣溫，且誤差控制在1 ℃以?xún)?nèi)，具有業(yè)務(wù)參考價(jià)值。

圖7 2023 年5 月7 日巴州北部國(guó)家站各模式日最低氣溫不同起報(bào)時(shí)間平均誤差（a）和5 月6 日庫(kù)爾勒城區(qū)日降水量各模式及智能網(wǎng)格不同時(shí)效預(yù)報(bào)誤差（b）

由5 月7 日08 和20 時(shí)不同時(shí)效預(yù)報(bào)的最低氣溫（表1）可知，從2 日開(kāi)始起報(bào)至6 日，平均誤差EC 模式＜1 ℃，NCEP 模式誤差最大，為5.8～6.5 ℃，CMA—GFS 模式居中，為4.1 ～4.9 ℃。NCEP 和CMA—GFS 模式20 時(shí)起報(bào)誤差均＜08 時(shí)起報(bào)，EC模式則相反，08 時(shí)起報(bào)誤差略＜20 時(shí)起報(bào)。

表1 巴州北部5 月7 日各種模式不同起報(bào)時(shí)間極端低溫平均誤差變化 ℃

3.3 庫(kù)爾勒罕見(jiàn)雨轉(zhuǎn)雪的可預(yù)報(bào)性

從6 日庫(kù)爾勒城區(qū)罕見(jiàn)雨轉(zhuǎn)雪降水實(shí)況對(duì)應(yīng)的不同預(yù)報(bào)時(shí)效多模式日降水量誤差分析可知，6 日庫(kù)爾勒城區(qū)24 h 降水量為6.2 mm，降水相態(tài)復(fù)雜，包括雨、雨夾雪和雪3 種相態(tài)，且固態(tài)雨夾雪降水量為5.1 mm。不同提前量的模式降水預(yù)報(bào)中，NCEP、EC 模式為負(fù)偏差，說(shuō)明降水量預(yù)報(bào)偏??；智能網(wǎng)格不同預(yù)報(bào)產(chǎn)品也是一致的負(fù)偏差，且?guī)鞝柪粘菂^(qū)降水漏報(bào)；72 h 內(nèi)CMA—GFS 數(shù)值模式與其他模式一致表現(xiàn)為明顯偏差，但是提前48 h 開(kāi)始CMA—GFS模式明顯調(diào)強(qiáng)，庫(kù)爾勒降水為2 mm 左右的正偏差，與實(shí)況接近，對(duì)于庫(kù)爾勒降水預(yù)報(bào)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)價(jià)值。但是CMA—GFS 模式對(duì)庫(kù)爾勒降水預(yù)報(bào)空?qǐng)?bào)率較高，尤其預(yù)報(bào)小量級(jí)降水時(shí)，多種模式降水預(yù)報(bào)一致偏小。

庫(kù)爾勒城區(qū)降水相態(tài)預(yù)報(bào)是此次天氣的難點(diǎn)，一般情況下春季巴州北部平原降溫過(guò)程中發(fā)生降水時(shí)，當(dāng)850 hPa 溫度在0 ℃附近、地面溫度在2 ℃以上、降水量級(jí)預(yù)報(bào)較小時(shí)，結(jié)合云、城市熱島效應(yīng)等條件，溫度一般會(huì)有弱的上升，就不會(huì)考慮雨轉(zhuǎn)雪天氣，當(dāng)出現(xiàn)雨轉(zhuǎn)雪后，致使氣溫下降的更明顯。因此，對(duì)于庫(kù)爾勒城區(qū)降水智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)及數(shù)值模式確定性預(yù)報(bào)整體預(yù)報(bào)偏小，對(duì)于雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換的模式預(yù)報(bào)評(píng)估，需要更多精細(xì)資料深入分析，這也是今后工作開(kāi)展的重點(diǎn)方向。

4 結(jié)論

本文利用多種資料，對(duì)2023 年5 月2—7 日巴州北部極端低溫雨雪天氣成因和可預(yù)報(bào)性進(jìn)行分析，主要結(jié)論如下：

（1）極端低溫雨雪天氣發(fā)生在北半球極渦異?；顒?dòng)呈偏心型，烏拉爾山阻塞高壓向東北發(fā)展，深厚中亞低渦配合-36 °C 的冷中心在新疆長(zhǎng)時(shí)間維持，中亞低渦自北疆西部翻山進(jìn)入南疆，-30 ℃冷舌伸至巴州北部的有利天氣背景下。5 月影響新疆的中亞低渦多為淺薄型低渦，深厚型中亞低渦在7 月出現(xiàn)最多[24-26]，此次深厚中亞低渦在新疆持續(xù)時(shí)間及強(qiáng)度出現(xiàn)在5 月實(shí)屬罕見(jiàn)，低渦深厚與淺薄、持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)巴州北部平原天氣演變影響差異巨大。

（2）西北路徑冷高壓東移南壓強(qiáng)度較歷年同期偏強(qiáng)，冷高壓平均中心值達(dá)1025 hPa，南疆盆地西翻冷空氣與東北路徑東灌冷空氣在巴州北部匯合增強(qiáng)，造成巴州北部極端雨雪降溫。巴州北部高層強(qiáng)冷平流，低層為弱的冷平流包裹暖平流，冷暖交匯致使局地鋒生。巴州北部平原兩次明顯降水時(shí)段，與低層鋒生和暖平流關(guān)系密切，降水落區(qū)位于低層暖平流中心和850 hPa 鋒生區(qū)域，降水天氣有利于氣溫下降。巴州平原北部發(fā)生雨轉(zhuǎn)雪時(shí)，850 hPa 溫度降至0 ℃左右，地面氣溫驟降至2 ℃左右，雨轉(zhuǎn)雪天氣進(jìn)一步加劇平原最低氣溫的降幅。

（3）72 h 內(nèi)EC 模式形勢(shì)預(yù)報(bào)較準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出中亞低渦中心位置、強(qiáng)度與移動(dòng)路徑，但對(duì)低渦外圍關(guān)鍵等溫線(xiàn)南壓位置、低槽移動(dòng)方向等細(xì)節(jié)預(yù)報(bào)有差異，致使對(duì)巴州北部雨雪降溫預(yù)報(bào)存在不確定性，尤其中亞低渦外圍-28 ℃等溫線(xiàn)東移南壓的位置對(duì)巴州北部平原雨雪降溫天氣起決定作用。

（4）NCEP、EC、CMA—GFS 數(shù)值模式對(duì)溫度和降水預(yù)報(bào)的可參考性，各模式表現(xiàn)不一。EC 模式最低氣溫預(yù)報(bào)基本接近實(shí)況，NCEP、CMA—GFS 模式對(duì)極端低溫預(yù)報(bào)偏差大，基本無(wú)參考價(jià)值；NCEP、EC 模式對(duì)庫(kù)爾勒單站降水預(yù)報(bào)為負(fù)偏差，預(yù)報(bào)偏小，CMA—GFS 模式為正偏差，預(yù)報(bào)偏大。對(duì)于日最低氣溫的預(yù)報(bào)，一般情況更多是參考20 時(shí)起報(bào)，本次檢驗(yàn)表明08 時(shí)起報(bào)的溫度也需要關(guān)注并檢驗(yàn)，綜合考慮有利于提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。