巴州地區(qū)局地暴雪過程診斷分析

巴哈古力·買買提

（巴音郭楞蒙古自治州氣象局，新疆 庫爾勒841000）

春季暴雪低溫是我國主要災(zāi)害性天氣之一，一直是天氣預(yù)報的難點，因此有必要加強(qiáng)分析和預(yù)報研究。我國有一些學(xué)者對暴雪的動力[1]、熱力[2]、不穩(wěn)定條件[3]等進(jìn)行過詳細(xì)分析。2011年3月11—13日，新疆巴州局部地區(qū)出現(xiàn)暴雪，此次暴雪范圍小、強(qiáng)度強(qiáng)，給交通運輸和人們的生產(chǎn)生活等方面帶來較大影響，造成直接經(jīng)濟(jì)損失幾千萬元。新疆氣象臺對此次強(qiáng)降雪的預(yù)報強(qiáng)度偏弱。基于暴雪的天氣形勢及所需溫度、水汽、動力等條件的復(fù)雜性，有必要從暴雪實況、主導(dǎo)系統(tǒng)、影響系統(tǒng)、物理量診斷、數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品檢驗等幾個方面進(jìn)行此次過程分析和討論，從而有助于加強(qiáng)和提高此類暴雪分析和預(yù)報技術(shù)。

1 降雪實況

2011年3月11日夜間起至13日白天巴州各地先后出現(xiàn)了大風(fēng)、降溫及降水天氣。巴州各地普遍出現(xiàn)5到6級大風(fēng)，瞬間最大風(fēng)力8到9級；巴音布魯克山區(qū)、庫爾勒、若羌、鐵干里克等地出現(xiàn)了微到小雪，其中庫爾勒以西60 km的新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)30團(tuán)一帶出現(xiàn)了較明顯的暴雪（積雪深度為30 cm左右）；庫車、尉犁、輪臺及其以南地區(qū)出現(xiàn)了揚沙及強(qiáng)沙塵暴天氣；山區(qū)的氣溫下降10℃以上，平原各地氣溫普遍下降5～10℃。災(zāi)情實況：13日清晨到上午出現(xiàn)的暴雪對已播種的春麥有一定的影響，雪的深度較深，道路堵塞，對交通有很大影響。此外烏拉斯臺農(nóng)場、且末、若羌地區(qū)、3月11日出現(xiàn)降溫和沙塵天氣，最低氣溫降至5～7℃，局部風(fēng)速4～5級，瞬間風(fēng)速達(dá)6級，能見度200 m。3月12日出現(xiàn)沙塵暴，最低氣溫降至2～3℃，局部風(fēng)速5～6級，瞬間風(fēng)速達(dá)7級，能見度不足50 m。3月13日出現(xiàn)降雪天氣。受災(zāi)最嚴(yán)重的是設(shè)施農(nóng)業(yè)，經(jīng)統(tǒng)計，受災(zāi)日光溫室218座，占地面積約24.5 hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失327.5萬元。

2 環(huán)流形勢和主要影響天氣系統(tǒng)的演變特征

暴雪發(fā)生前，12日08時在500 hPa上，烏拉爾山高壓脊與伊朗副熱帶高壓同位相發(fā)展合并，脊前北風(fēng)帶加強(qiáng)，引導(dǎo)北方冷空氣不斷南下，使西西伯利亞橫槽向南加深，巴州處于橫槽底部偏西氣流控制。12日20時（圖1a），脊向東北發(fā)展，橫槽南壓，40～60°N之間北風(fēng)加強(qiáng)，有利于冷空氣向南爆發(fā)，橫槽外圍強(qiáng)偏北風(fēng)和偏西風(fēng)的切變是本次暴雪出現(xiàn)的主要天氣系統(tǒng)。700 hPa上12日08時盆地北部為偏北風(fēng)、南部為偏西風(fēng)，盆地有弱的橫切變，0℃線在沿天山一帶，南北向溫度梯度較明顯，12日20時隨著冷空氣的東移南下，0℃線轉(zhuǎn)為西北東南向，冷空氣擴(kuò)散到河西走廊，南疆盆地西部的和田附近存在較強(qiáng)的暖中心，東北西南向或東西向溫度差加大，北疆至庫爾勒、輪臺一帶出現(xiàn)東北急流，此類急流的出現(xiàn)通常會造成巴州地區(qū)強(qiáng)降水天氣，對本次降雪帶來了有利的條件。此外在850 hPa上，冷暖空氣的配置很明顯，南疆盆地西部從12日08時到20時有暖中心加強(qiáng)，中心值20℃，冷空氣東移南下過程中，從南疆西部、天山中部翻山進(jìn)入盆地，還有一部分從東北部東灌進(jìn)入盆地，盆地東部出現(xiàn)了28 m/s的東風(fēng)急流。盆地的偏東地區(qū)形成了偏西風(fēng)、偏北風(fēng)和偏東風(fēng)的中尺度輻合，強(qiáng)降雪出現(xiàn)在該輻合區(qū)和0℃線重疊區(qū)，高低層的這種風(fēng)場、溫度場結(jié)構(gòu)有利于本次天氣的出現(xiàn)。

地面冷高壓的加強(qiáng)和向東南移動對這次降溫降雪起到非常重要的作用（圖1b），降雪落區(qū)在冷鋒前、兩股冷空氣之間的弱的倒槽區(qū)，強(qiáng)降水時段為13日06—10時。從以上分析可知，本次過程從高空到地面的形勢變化都非常明顯，隨著高空高壓脊向東北發(fā)展，中低層溫度場和風(fēng)場有明顯的變化，地面高壓范圍擴(kuò)大，中心值逐日加強(qiáng)，并相對維持穩(wěn)定，導(dǎo)致地面鋒區(qū)相對穩(wěn)定，同時在強(qiáng)降水區(qū)形成倒槽，在降水區(qū)暖濕氣流沿著低層冷墊爬升顯著，產(chǎn)生本次降雪。

3 造成暴雪的物理機(jī)制分析

3.1 垂直環(huán)流的作用

通過沿40°N附近垂直速度和散度垂直剖面圖發(fā)現(xiàn)，高低層出現(xiàn)的輻散、輻合加強(qiáng)上升運動和下沉運動，加強(qiáng)了垂直環(huán)流。12日08時庫爾勒測站東北風(fēng)開始加強(qiáng)，80°E、40°N 附近，低層 850 hPa 上有較強(qiáng)的輻合中心，中心值-36×10-5s-1，250 hPa為較強(qiáng)的輻散中心（圖2），中心值 22×10-5s-1，對應(yīng)的垂直速度分析見圖3，400 hPa附近有較強(qiáng)的負(fù)速度中心,中心值-43×10-3hPa·s-1，其上游 70°E、40°N 附近400 hPa上有明顯的正速度中心，中心值62×10-3hPa·s-1，說明12日08時，暴雪區(qū)附近上升運動較強(qiáng)，其上游地區(qū)下沉運動較強(qiáng)。

12日 20時 85°E、40°N 附近，低層 850 hPa上有輻合中心，中心值-14×10-5s-1，庫爾勒測站出現(xiàn)26 m/s低空急流，300 hPa附近為輻散中心，中心值16×10-5s-1，同時300 hPa上出現(xiàn)32 m/s的高空急流。對應(yīng)的垂直速度分析為：500 hPa附近有較強(qiáng)負(fù)速度中心，中心值 14×10-3hPa·s-1，其上游 80°E 以西整層為正速度，400 hPa附近有明顯的正速度中心，中心值 46×10-3hPa·s-1，下游 90°E、40°N 附近850～200 hPa 為正速度中心，中心值 6×10-3hPa·s-1。12日08—20時對流層中低層暴雪區(qū)上空上升氣流較強(qiáng)，其上下游地區(qū) 70°E、40°N，90°E、40°N 附近下沉運動很強(qiáng)，因此由下沉氣流引起的近地面動量下傳更加明顯，從而使地面加壓，地面風(fēng)速增大，導(dǎo)致低空急流的出現(xiàn)。這說明了由于散度場高低層差異引起的動力強(qiáng)迫下沉氣流在動量下傳中的作用。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)30團(tuán)暴雪區(qū)正處于低空急流前的風(fēng)速輻合區(qū)和高空急流附近的強(qiáng)風(fēng)速輻散區(qū)。

3.2 高低空急流的耦合作用

高低空急流的耦合作用是引發(fā)本次強(qiáng)降雪的一個重要的動力因子。它的動力作用主要表現(xiàn)在：（1）造成低層輻合、高空輻散（圖2），加強(qiáng)上升運動（圖3），將低層的暖濕空氣抽吸到高空，促使冷暖空氣之間水汽和熱量的交換，到一定的高度后，造成水汽的凝結(jié)和凍結(jié)，從而產(chǎn)生暴雪[4]。暴雪在這種熱力場和運動場的耦合關(guān)系中產(chǎn)生。（2）增強(qiáng)高空正渦度。暴雪發(fā)生前（12日20時），渦度垂直剖面圖分析 ，在暴雪區(qū)上空700 hPa以上為正渦度，300 hPa上正渦度最大，中心值為80×10-5s-1，同時分析渦度平流垂直剖面圖，700 hPa以上為正渦度平流，400 hPa上中心值14×10-5s-1，低層700h Pa以下為負(fù)渦度平流,850 hPa上中心值-32×10-5s-1，形成渦度平流隨高度增大，產(chǎn)生上升運動[4]。（3）低空急流的作用很重要。當(dāng)?shù)涂占绷髟鰪?qiáng)時，在急流風(fēng)速中心前方會出現(xiàn)強(qiáng)輻合區(qū)（12日20時），可觸發(fā)暴雪區(qū)附近對流的發(fā)展。

3.3 冷暖氣流的輸送與聚集

對850 hPa風(fēng)場、溫度場、相對濕度場分析可知，12日08時到 20時暴雪區(qū)的東西部濕度均較大，存在大范圍的相對濕度為100%的高濕區(qū)，20時西部的濕區(qū)范圍比東部小，東部的濕空氣沿著東北急流向降水區(qū)輸送，西部的暖濕氣流沿著西北氣流翻山，在降水區(qū)匯合；即測站上空850 hPa附近不僅有強(qiáng)的從西向東的暖濕氣流輸送，而且還存在從東向西的暖濕氣流的輸送，同時存在中尺度風(fēng)向輻合，有利于暖濕氣流的聚集。通過中低層冷平流、低層暖濕氣流聚集，使中低層的干冷空氣和低層暖濕空氣相遇,冷空氣入侵時，與暖空氣相遇形成冷鋒鋒面。鋒面對暖濕空氣有動力抬升作用。當(dāng)暖濕氣流被鋒面抬升后，由于溫度下降而發(fā)生凝結(jié)形成降水。所以冷空氣雖然干冷，但它起了對暖濕空氣的抬升作用。由此可以說，中低層冷平流、低層中尺度輻合為降雪提供動力作用，是此次暴雪的觸發(fā)機(jī)制之一。

3.4 溫度露點差和相對濕度

露點是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和，出現(xiàn)結(jié)露時的溫度。因此溫度露點差的意義是用來衡量濕度的參量，溫度露點差越小，表示濕度越大；表示空氣達(dá)到近似飽和狀態(tài)。在各層等壓面上分析等（T-Td）線,用以表示空氣的飽和程度。通常以（T-Td）≤2℃的區(qū)域作為飽和區(qū)，并取T-Td≤4～5℃作為濕區(qū)。庫爾勒站溫度露點差分析（表1），11日20時從地面至700 hPa，溫度露點差均在18℃以上，而500 hPa溫度露點差為9℃，說明整層濕度不大；12日08時，整層溫度露點差減小至2～16℃，700 hPa以下較干，500 hPa上濕度大，12日20時到13日08時在動量下傳作用下，低層風(fēng)場明顯的變化，風(fēng)速加大，使東部和西部的暖濕空氣聚集在暴雪區(qū)附近，850 hPa至地面溫度露點差為2～4℃。

表1 庫爾勒站各高度溫度露點差/℃

通常使用相對濕度（f=e/E×100%）的分布來表示空氣的飽和程度，取f≥90%作為飽和區(qū)。相對濕度增大，強(qiáng)降雪也隨之發(fā)生，11日到12日08時，北疆西側(cè)和東側(cè)存在大范圍的中心值為90%～100%的相對濕度大值區(qū)，隨著中低層風(fēng)場的變化，12日20時開始高濕空氣向干區(qū)輸送，隨著相對濕度增大，13日02時以后庫爾勒附近出現(xiàn)強(qiáng)降雪。

上述特征在庫爾勒探空曲線圖上有進(jìn)一步表現(xiàn)。11日20時，庫爾勒站整層相對濕度均不大，12日08時到20時，濕度明顯加大，且濕層非常厚，從680 hPa一直向上伸展到400 hPa，該層相對濕度為70%到80%、溫度露點差2～3℃，強(qiáng)降雪出現(xiàn)在12日夜間，而13日08時該深厚的濕層變薄，降雪也逐漸減弱。

3.5 不穩(wěn)定性條件

從探空曲線圖上發(fā)現(xiàn)，12日08時低層有逆溫，并有弱的東風(fēng)，氣層穩(wěn)定，濕對流有效位能為零。由庫爾勒單站高空風(fēng)時間剖面圖可知，12日20時850 hPa及以下為偏東風(fēng)且風(fēng)速為26 m/s，逆溫層破壞，700 hPa為偏北風(fēng)，500 hPa為西南風(fēng)，地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度強(qiáng)烈逆時針旋轉(zhuǎn)。根據(jù)熱成風(fēng)原理可知，該層有冷平流，且低層有弱的不穩(wěn)定能量存在，濕對流有效位能為12.9 J·kg-1，對應(yīng)在溫度平流剖面圖上，925～500 hPa為冷平流，925 hPa以下為暖平流。同時在地面天氣圖上，存在明顯的偏北風(fēng)和偏東風(fēng)中尺度切變，表明此次降雪屬于不穩(wěn)定性的降水。

3.6 溫度條件

春秋季雨雪性質(zhì)的預(yù)報是難點和重點，氣溫的預(yù)報是降水相態(tài)預(yù)報的關(guān)鍵。

從溫度指標(biāo)來看[5]，春秋季強(qiáng)降溫降水過程中地面最低氣溫降到2～6℃，850 hPa實況氣溫接近0℃時，可以考慮雨轉(zhuǎn)雨夾雪或雪的降水相態(tài)變化。從表2所示的庫爾勒站850 hPa溫度實況來分析，850 hPa溫度3月12日20時－1℃、13日08時－6℃。從地面氣溫來看，13日05時氣溫在0℃以下，08時氣溫-1℃，暴雪就出現(xiàn)在這個時段。分析可得，當(dāng)850 hPa氣溫接近-5℃、地面氣溫在0℃以下時，降水性質(zhì)以雪為主，這可以作為春秋季預(yù)報雪的溫度指標(biāo)。

表2 庫爾勒站（51656）溫度條件

4 數(shù)值預(yù)報檢驗

EC形勢預(yù)報很接近實況。12日20時500 hPa實況圖和12日20時預(yù)報圖反映，預(yù)報圖和實況圖非常相似的方面有主導(dǎo)脊跨抬、橫槽東移南壓、庫爾勒以西有明顯的風(fēng)場切變、兵團(tuán)30團(tuán)處在切變線附近；不同的是實況存在低渦，但預(yù)報圖上不存在低渦中心，預(yù)報比實況有些偏弱。本次暴雪天氣在降水預(yù)報圖上反應(yīng)不明顯，德國模式的降水預(yù)報大值區(qū)偏北偏西，在巴州范圍內(nèi)沒有預(yù)報明顯降水。T639降水預(yù)報的量級小，沒有反映大的降水。T213降水預(yù)報一直沒有預(yù)報降水。

由于溫度是降水性質(zhì)預(yù)報的關(guān)鍵，故檢驗一下溫度的預(yù)報。從EC 850 hPa氣溫預(yù)報指標(biāo)來看[1]，春秋季強(qiáng)降溫降水過程EC 850 hPa氣溫預(yù)報在0～4℃等值線接近巴州地區(qū)附近，可以考慮雨轉(zhuǎn)雨夾雪降水相態(tài)變化。庫爾勒站EC 10日20時850 hPa溫度預(yù)報分析（表2），11日20時到12日20時降溫幅度10℃，實況850 hPa降溫幅度也是10℃。但11日20時—12日20時預(yù)報值與實況值誤差3℃，天氣嚴(yán)重時段12日預(yù)報值與實況值均為0℃以下，因此EC850 hPa溫度場預(yù)報在春秋季降雪預(yù)報中有很好的參考價值。由此可知，在EC 850 hPa氣溫預(yù)報值接近-4℃，則降水性質(zhì)以雪為主，這是春秋季預(yù)報雪的一個重要的溫度指標(biāo)。

5 小結(jié)

（1）這次局部暴雪主要影響系統(tǒng)是850 hPa中尺度輻合與500 hPa、700 hPa橫槽配合，是典型的低渦橫槽型大雪,較強(qiáng)的高低壓、暖濕空氣從盆地兩面輸送是造成此次強(qiáng)降雪的關(guān)鍵系統(tǒng)。

（2）這次暴雪發(fā)生在500 hPa橫槽東南移的過程中，處于西伯利亞冷鋒前部及500 hPa強(qiáng)西南風(fēng)、700 hPa強(qiáng)北風(fēng)帶底部、850 hPa強(qiáng)西北風(fēng)和東北急流輻合區(qū)，西南暖濕氣流與冷鋒后部的較強(qiáng)冷空氣的共同作用導(dǎo)致暴雪的發(fā)生；850 hPa中尺度輻合區(qū)兩側(cè)暖濕氣流的輸送與降雪量有較好的對應(yīng)關(guān)系。

（3）高低空急流的配合、散度場高低層差異、垂直環(huán)流的加強(qiáng)是引發(fā)這次暴雪的一個重要的動力因子；暴雪發(fā)生前低層925 hPa以下為暖平流、925～500 hPa為冷平流，有利于對流的發(fā)展，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

（4）當(dāng)850 hPa氣溫接近-5℃、地面氣溫在0℃以下時，降水性質(zhì)以雪為主，這是春秋季預(yù)報雪的溫度指標(biāo)；850 hPa溫度預(yù)報與地面溫度并非完全對應(yīng)，數(shù)值預(yù)報對溫度的預(yù)報有一定偏差，降水相態(tài)變化的預(yù)報有難度；數(shù)值預(yù)報對暴雪存在漏報現(xiàn)象。

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