天山北坡2018年5月初大風(fēng)寒潮成因分析

楊舉芳，田 苗，洪程芝

（石河子氣象局，新疆 石河子 832000）

1 天氣災(zāi)情實(shí)況

受北方冷空氣入侵影響，2018年5月6日17時(shí)至22時(shí)，石河子墾區(qū)普遍出現(xiàn)5 級(jí)偏西風(fēng)，17 站風(fēng)力達(dá)6 級(jí)以上，其中躍進(jìn)水庫瞬時(shí)最大風(fēng)速26.2 m/s、一四四團(tuán)24.3 m/s，達(dá)8 級(jí)。下野地和莫索灣出現(xiàn)沙塵暴，石河子市和烏蘭烏蘇出現(xiàn)揚(yáng)沙，同時(shí)大部分地方出現(xiàn)雷電天氣。降水時(shí)間從6日19時(shí)到7日11時(shí)，普遍小到中雨，山區(qū)雨轉(zhuǎn)雨夾雪，煤窯和清水河子水文站達(dá)暴量（分別為27.2 mm 和33.8 mm），自動(dòng)氣象站6 站達(dá)大量。8日石河子墾區(qū)最低氣溫在-1.3～6.1℃（最低出現(xiàn)在一四二團(tuán)33 連），地面最低氣溫-0.6～6.2℃（最低出現(xiàn)在一四八團(tuán)）；相對(duì)6日48 小時(shí)最低氣溫下降5.5～11.3℃（溫差最大出現(xiàn)在石河子市）。此次天氣過程中的大風(fēng)沙塵暴災(zāi)害性天氣給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活帶來較大影響。部分團(tuán)場(chǎng)農(nóng)田地膜和滴灌帶被大風(fēng)卷起，部分已出土棉苗被風(fēng)沙吹干打死。據(jù)民政局統(tǒng)計(jì)，共造成受災(zāi)人口8 402 人，農(nóng)作物受災(zāi)面積16 562.4 hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失3 852.53萬元。本次天氣過程出現(xiàn)了大風(fēng)、雷電、寒潮和霜凍4 種災(zāi)害性天氣。

2 成因分析

2.1 環(huán)流背景

圖1 2018年5月3日20時(shí)至6日20時(shí)500 hPa 環(huán)流演變

從2018年5月3日20時(shí)至6日20時(shí)500 hPa天氣圖上環(huán)流形勢(shì)的演變（圖1）可以看出，西西伯利亞冷空氣不斷南下西伸 （冷中心-40℃），4日20時(shí)低渦形成（中心值512 hPa），位于北緯68°、東經(jīng)90°，5日冷低渦繼續(xù)南壓，到6日20時(shí)，冷低渦中心位于北緯62°、東經(jīng)89°。其攜帶的低槽底端位于咸海南北緯40°，6日夜間至7日白天低槽東移影響石河子墾區(qū)。受低槽影響，石河子墾區(qū)普遍出現(xiàn)大風(fēng)、沙塵暴和雷電天氣過程，山區(qū)出現(xiàn)暴量的雨夾雪轉(zhuǎn)雪并出現(xiàn)霜凍，大風(fēng)沙塵使石河子墾區(qū)農(nóng)業(yè)受災(zāi)嚴(yán)重。

此次冷空氣是北方路徑，風(fēng)沙持續(xù)時(shí)間長，降溫幅度大，南部近山地方出現(xiàn)寒潮。

2.2 地面圖實(shí)況

從2018年5月4日20時(shí)至7日20時(shí)海平面氣壓實(shí)況（圖2）可以看出：5月4日20時(shí)高壓中心（1 035.0 hPa）在新地島附近，新疆北部也有一高壓中心（1 020.0 hPa），巴爾喀什湖北部為低壓，中心值1 000.5 hPa。新地島附近的冷高不斷南下，推動(dòng)巴爾喀什湖北部的低壓不斷東移南壓，致使6日墾區(qū)氣溫迅速上升，最高氣溫上升至29.5℃。6日20時(shí)高壓前部進(jìn)入石河子墾區(qū)，從巴爾喀什湖到石河子墾區(qū)等壓線密集，7日20時(shí)高壓中心進(jìn)入石河子墾區(qū)，中心值1 025.0 hPa 。5月6日17時(shí)以后，石河子墾區(qū)由北到南先后刮起大風(fēng)，北部出現(xiàn)沙塵暴，南部出現(xiàn)揚(yáng)沙，19時(shí)后炮臺(tái)站出現(xiàn)雷陣雨，隨后雷雨天氣擴(kuò)散至整個(gè)墾區(qū)，降水持續(xù)到7日09時(shí)。地面冷高是由北方不斷南下進(jìn)入新疆，6日20時(shí)至7日20時(shí)，石河子墾區(qū)24 小時(shí)海平面氣壓加壓15.5～16.7 hPa，6日白天的劇烈升溫和冷高進(jìn)入后的迅速加壓是導(dǎo)致大風(fēng)的主要因素。

圖2 2018年5月4日20時(shí)至7日20時(shí)地面高壓演變

圖32018 年5月4日20時(shí)ECMWF 預(yù)報(bào)的4～7日20時(shí)的海平面氣壓

2.3 冷空氣源地及路徑

2018年5月4日20時(shí)ECMWF 預(yù)報(bào)的4～7日20時(shí)的海平面氣壓顯示，影響河子墾區(qū)的冷空氣源地，在新地島附近，冷空氣沿著烏拉爾山南下至咸海北部北緯50°附近東南移入侵石河子墾區(qū)。

2.4 云圖特征

2018年5月6日白天石河子墾區(qū)以晴天為主，墾區(qū)最高氣溫升至28.0～29.5℃。衛(wèi)星云圖顯示，6日16時(shí)在博樂和塔城的國境線內(nèi)有積狀云生成，19時(shí)該云系進(jìn)入石河子墾區(qū)北部的下野地和莫索灣片區(qū)（圖略），這些地方先后出現(xiàn)雷雨天氣，隨著云系東南移，石河子市區(qū)和南部山區(qū)也出現(xiàn)了雷雨天氣。同時(shí)在巴爾喀什湖以南的阿拉木圖到國境線的地方還不斷有云系生成，并沿國境線東北移，東移到伊犁和塔城上空時(shí)不斷加強(qiáng)，7日02時(shí)基本形成云頂亮溫較低的紅色盾狀云，之后不斷加強(qiáng)，云系的后邊界比較光滑整齊，云系位于500 hPa 槽前，04時(shí)云系最密實(shí)，02時(shí)至07時(shí)是石河子墾區(qū)降水最強(qiáng)的時(shí)段。云系緩慢東移北上，7日08時(shí)云系主體已移到阿勒泰北部，云系后部位于克拉瑪依，石河子墾區(qū)的降水明顯減弱，09時(shí)后墾區(qū)無有量降水。

2.5 數(shù)值預(yù)報(bào)分析

2.5.1 水汽條件

2018年4日20時(shí)ECMWF-thin700 hPa 相對(duì)濕度預(yù)報(bào)場(chǎng)反映，700 hPa 相對(duì)濕度6日23時(shí)才有≥80%的大值區(qū)進(jìn)入石河子墾區(qū)，7日02時(shí)至08時(shí)一直維持在95%以上，降水最大時(shí)段也出現(xiàn)在7日02時(shí)至08時(shí)。7日08時(shí)后降水減小，09時(shí)未出現(xiàn)有量降水。6日19時(shí)至23時(shí)的降水屬于槽前對(duì)流天氣產(chǎn)生的降水。

2.5.2 動(dòng)力條件

2.5.2.1 垂直速度場(chǎng)

2018年5月4日T639 數(shù)值預(yù)報(bào)的垂直速度場(chǎng)6日17時(shí)700 hPa 和850 hPa 已轉(zhuǎn)為上升運(yùn)動(dòng)，20時(shí)850 hPa 至200 hPa 均轉(zhuǎn)上升運(yùn)動(dòng)，700 hPa 和850 hPa 大值中心位于莫索灣墾區(qū)，此時(shí)是中、低層上升運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)時(shí)期。6日17時(shí)23 分莫索灣墾區(qū)最先刮起大風(fēng)，隨后出現(xiàn)沙塵暴，并且大風(fēng)沙塵暴區(qū)域向南擴(kuò)大。T639 數(shù)值預(yù)報(bào)的垂直速度最強(qiáng)時(shí)間與大風(fēng)出現(xiàn)的時(shí)間基本一致，有一定指示作用。08時(shí)減弱，降水趨于結(jié)束。

2.5.2.2 風(fēng)場(chǎng)

2018年5月4日20時(shí)ECMWF-thin 風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)顯示，850 hPa 風(fēng)場(chǎng)6日17時(shí)在莫索灣和炮臺(tái)北面有切變線，切變線20時(shí)向南移到莫索灣到石河子之間，同時(shí)偏北風(fēng)也增強(qiáng)至12 m/s，7日05時(shí)達(dá)22 m/s，之后有所減小，直至7日17時(shí)才減小到10 m/s。700 hPa 風(fēng)場(chǎng)西南風(fēng)從6日23時(shí)持續(xù)到7日02時(shí)，有利于水汽的輸送，7日05時(shí)700 hPa 風(fēng)場(chǎng)在墾區(qū)北部有偏西風(fēng)和偏南風(fēng)的切變。6日17時(shí)23 分莫索灣最先刮起大風(fēng)和沙塵暴，隨后向南范圍不斷擴(kuò)大，19時(shí)至23時(shí)出現(xiàn)雷電和陣性降水。7日02時(shí)至09時(shí)是降水集中時(shí)段。中低空風(fēng)場(chǎng)的切變是大風(fēng)和對(duì)流性天氣的促發(fā)機(jī)制。

2.5.2.3 850 hPa 溫度場(chǎng)

2018年5月5日08時(shí)ECMWF 預(yù)報(bào)850 hPa7日08時(shí)溫度場(chǎng)顯示，7日08時(shí)石河子墾區(qū)850 hPa高度氣溫均為小于0℃，南部山區(qū)為-1.6℃，結(jié)合700 hPa 相對(duì)濕度預(yù)報(bào)場(chǎng)看，7日02時(shí)至08時(shí)一直維持在95%以上，是降水最大時(shí)段，也是氣溫最低的時(shí)段，所以山區(qū)出現(xiàn)雨夾雪或雪的可能性極大。

2.6 雷達(dá)回波特征

此次天氣過程雷達(dá)回波有2個(gè)增強(qiáng)和消退時(shí)段。從石河子2018年5月6日18時(shí)37 分至22時(shí)03 分的雷達(dá)圖（圖略）上可以看到，烏蘇附近至下野地片區(qū)18時(shí)37 分就有多個(gè)回波強(qiáng)度≥35 dbz的單體形成。隨后單體向東、向南移動(dòng)，于6日19時(shí)46 分在安集海片區(qū)的一四二團(tuán)合并形成回波強(qiáng)度≥50 dbz、強(qiáng)回波高度為3.2 km 的對(duì)流單體，同時(shí)莫索灣片區(qū)及南部山區(qū)都有回波強(qiáng)度≥35 dbz 的單體形成，至21時(shí)29 分，各單體匯集到以石河子市區(qū)為中心，分布范圍大，導(dǎo)致墾區(qū)大范圍都有雷電天氣出現(xiàn)，同時(shí)出現(xiàn)小量降水。至6日23時(shí)東移出本區(qū)，此次對(duì)流天氣結(jié)束。5月7日1時(shí)，西北邊又有15～30 dbz 的降水回波移向石河子墾區(qū) （圖略），7日3時(shí)31 分回波強(qiáng)度增強(qiáng)，范圍擴(kuò)大至整個(gè)墾區(qū)，4時(shí)至6時(shí)回波強(qiáng)度增大至35 dbz，降水較大的時(shí)段出現(xiàn)在2時(shí)至8時(shí)。此次降水回波為低槽移過石河子墾區(qū)時(shí)產(chǎn)生，范圍大，持續(xù)時(shí)間較長，回波最強(qiáng)時(shí)段也是降水量最大時(shí)段。

3 結(jié)論與思考

3.1 結(jié)論

（1）大風(fēng)寒潮天氣來臨前本地受低壓控制，急劇升溫，為大風(fēng)、沙塵暴和雷電對(duì)流天氣提供了熱力條件，也為寒潮降溫奠定了基礎(chǔ)。（2）石河子地處古爾班通古特沙漠南緣，北部有豐富沙源，5月初地表植被稀疏，有大風(fēng)就容易起沙塵暴。（3）700～850 hPa風(fēng)場(chǎng)切變?yōu)榇箫L(fēng)、雷電對(duì)流天氣提供了動(dòng)力條件。（4）08時(shí)850 hPa 溫度預(yù)報(bào)≤-1.6℃，與降水最大時(shí)段重疊時(shí)，降水相態(tài)可預(yù)報(bào)雨夾雪。（5）850 hPa 風(fēng)場(chǎng)風(fēng)力預(yù)報(bào)≥12 m/s 維持時(shí)間長，且有≥20 m/s風(fēng)速出現(xiàn)時(shí)應(yīng)考慮為大風(fēng)天氣，如果處于3～5月初春耕春播季節(jié)則要考慮沙塵暴。（6）500 hPa 高空?qǐng)D分析表明，影響石河子墾區(qū)的低槽底端位于咸海南40°，受低槽影響石河子墾區(qū)降水降溫明顯。

3.2 思考

充分利用高空、地面實(shí)況圖、雷達(dá)、云圖和數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品及自動(dòng)站資料[1]，認(rèn)真分析有利和不利天氣條件，密切跟蹤天氣變化，尤其是這種西北路徑的寒潮環(huán)流形勢(shì)下出現(xiàn)的大降水天氣，其大降水強(qiáng)度、落區(qū)不好掌握，因此加強(qiáng)短時(shí)臨近預(yù)報(bào)，及時(shí)預(yù)警和跟蹤訂正預(yù)報(bào)能起到較好的服務(wù)效果。