新疆一次罕見的暖區(qū)暴雨過程特征分析

阿不力米提江·阿布力克木，湯 浩，張俊蘭

（新疆氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊830002）

哈密市是新疆維吾爾自治區(qū)下轄地級(jí)市，位于新疆最東端，是新疆通向中國(guó)內(nèi)地的要道，自古就是絲綢之路的咽喉，有“西域襟喉，中華拱衛(wèi)”和“新疆門戶”之稱。天山山脈橫亙于哈密市，把全市分為山南山北。哈密市屬典型的溫帶大陸性干旱氣候，年降水量少，山南哈密市盆地更是干燥少雨，年平均降水量只有43.7 mm。哈密市以農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)為主，稀少的強(qiáng)降水可解除和緩解農(nóng)牧業(yè)和牧草旱情，但局地洪水往往會(huì)沖毀農(nóng)田、農(nóng)業(yè)設(shè)施和工業(yè)設(shè)施等，有時(shí)還會(huì)對(duì)人民生活設(shè)施造成嚴(yán)重影響、甚至人員傷亡，洪災(zāi)給社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生活造成較大影響，成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。新疆氣象工作者分析了哈密市強(qiáng)降水天氣，認(rèn)為一般情況下哈密市強(qiáng)降水過程中高空存在冷空氣入侵和冷暖空氣交匯，哈密市強(qiáng)降水的環(huán)流形勢(shì)分為橫槽型、低槽型、低渦型和不穩(wěn)定小槽型[1]；總結(jié)了哈密市強(qiáng)降水的氣候特征和3 類天氣學(xué)分型，得出哈密市地區(qū)強(qiáng)降水存在三支氣流匯合，第一支是低層南疆盆地流向雨區(qū)的西南氣流，第二、三支是來自西、西北方向的冷空氣，是高空橫槽后部的東北氣流與平直西風(fēng)的偏西氣流合并后流入強(qiáng)降水區(qū)上空[2]；冷暖空氣的水平和垂直交換在暴雨中可以激發(fā)不穩(wěn)定能量[3]；哈密市暴雨天氣過程中100 hPa 南亞高壓出現(xiàn)雙體型，與新疆其它地區(qū)暴雨類似，南亞高壓中心分別位于伊朗高原的西南側(cè)和青藏高原的南緣[4]。以上研究說明，哈密市強(qiáng)降水時(shí)高空多有冷空氣影響和參與，有冷暖空氣交匯，多屬冷鋒降水。

暖區(qū)暴雨是我國(guó)南方一類暴雨，多出現(xiàn)在江南和華南地區(qū)，許多氣象學(xué)者在暖區(qū)暴雨領(lǐng)域取得了許多新成果和經(jīng)驗(yàn)，何立富[5]、葉朗明[6]、徐燚[7]、周明飛[8]、羅建英[9]等研究華南暖區(qū)暴雨，王玲瑤[10]、陳玥[11]等研究江南暖區(qū)暴雨，也有學(xué)者研究[12-14]華北地區(qū)暖區(qū)暴雨特征，趙慶云[15]對(duì)甘肅東部的暖區(qū)暴雨進(jìn)行研究，通過上述研究給出了暖區(qū)暴雨定義、降雨特點(diǎn)以及大尺度環(huán)流背景、天氣系統(tǒng)空間配置、水汽、物理量場(chǎng)特征、暴雨落區(qū)與地形的緊密關(guān)系等，對(duì)暖區(qū)暴雨有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。

此次暴雨十分罕見，由于暴雨強(qiáng)度大、范圍集中，破壞力強(qiáng)，致使暴雨區(qū)上游射月溝水庫發(fā)生潰壩洪水，造成哈密市建國(guó)以來最大的洪水災(zāi)害。此次暴雨為何能造成如此大的災(zāi)害？與以往暴雨有何不同？本文欲通過分析此次暴雨的大尺度環(huán)流形勢(shì)、高低空風(fēng)場(chǎng)配置、熱力結(jié)構(gòu)特征等，揭示西太平洋副熱帶高壓明顯偏北偏西的環(huán)流形勢(shì)下，新疆東部暴雨的熱力、動(dòng)力、水汽條件和中尺度天氣系統(tǒng)等演變特征，歸納此類暴雨的天氣成因和物理機(jī)制，為提升新疆暴雨預(yù)報(bào)水平和服務(wù)能力提供技術(shù)支撐。

1 暴雨概況及災(zāi)情

2018 年7 月31 日新疆哈密市出現(xiàn)特大暴雨天氣過程，是2018 年度新疆遇難人數(shù)最多，經(jīng)濟(jì)損失較大，社會(huì)影響很大的重大天氣過程。按新疆降水量級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16]，此次暴雨過程中哈密市72 個(gè)自動(dòng)站出現(xiàn)降水，其中10 站暴雨、2 站大暴雨、2 站特大暴雨，2 個(gè)暴雨強(qiáng)中心分別位于山南山坡和山北伊吾縣境內(nèi)，強(qiáng)度大、降雨集中、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、來勢(shì)兇猛。00—14 時(shí)，山南伊州區(qū)沁城鄉(xiāng)小堡村累計(jì)雨量115.5 mm、沁城鄉(xiāng)78.8 mm；山北伊吾縣淖毛湖鄉(xiāng)淖柳公路33 km 105.4 mm、下馬崖鄉(xiāng)52.7 mm（圖1a），均突破有氣象記錄以來歷史極大值。尤其是伊州區(qū)沁城鄉(xiāng)小堡02—11 時(shí)10 h 累計(jì)降雨量114.4 mm，最強(qiáng)降水時(shí)段為07—09 時(shí)，3 h 累計(jì)雨量76.3 mm。沁城鄉(xiāng)小堡最大雨強(qiáng)為29.2 mm/h（連續(xù)2 h，07 時(shí)和08 時(shí)），沁城鄉(xiāng)最大雨強(qiáng)29.5 mm/h（07 時(shí)）（圖1b）。國(guó)家站伊吾縣31 日日雨量40.5 mm，突破7 月歷史最大日降水量極值；淖毛湖33.3 mm，居7 月歷史最大日降水量第2 位。

隨著哈密市伊州區(qū)及周邊特大暴雨和匯流影響，31 日10 時(shí)17 分，特大洪水造成伊州區(qū)南部射月溝水庫潰壩，最大入庫洪峰流量達(dá)1848 m3/s，壩址下游1.5 km 處潰壩洪峰流量達(dá)4304 m3/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該水庫300 a 一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)（537 m3/s），造成水庫迅速漫頂并局部潰壩，10：57 水庫存水全部泄完。洪水造成28 人遇難，8700 多間房屋及部分農(nóng)田、公路、鐵路、電力及通訊設(shè)施受損。射月溝水庫垮壩直接損失1.7 億元，其它直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)7.96 億元。

2 以往暴雨特征

哈密市某站日降水量≥24.1 mm 記為一場(chǎng)暴雨天氣，挑選了哈密市6 個(gè)國(guó)家氣象站建站以來至2017 年32 場(chǎng)暴雨天氣過程，普查哈密市高空天氣形勢(shì)和地面氣壓場(chǎng)變化，暴雨上空均受高空低值系統(tǒng)影響，有一定的冷空氣入侵，地面有冷鋒過境，結(jié)果與屠月青[1]一致。表1 羅列了哈密市6 個(gè)國(guó)家站建站以來至2017 年前2~3 位強(qiáng)降水（部分站達(dá)不到暴雨）天氣概況，500 hPa 環(huán)流形勢(shì)多為西高東低或兩高夾一低，影響系統(tǒng)均有低值系統(tǒng)，500 hPa 為西南風(fēng)，700~850 hPa 多為偏北風(fēng)，均屬冷鋒降水。

3 此次暴雨特征

3.1 暴雨發(fā)生在地面暖性低壓倒槽東部

圖1 2018 年7 月31 日00—20 時(shí)BT 哈密市累計(jì)降雨量（a）與2 個(gè)代表站小時(shí)雨量變化（b）（單位：mm）

表1 哈密市6 個(gè)國(guó)家站建站以來至2017 年前2~3 位強(qiáng)降水天氣概況

地面氣壓場(chǎng)上歐亞呈現(xiàn)西高東低形勢(shì)，歐洲冷高壓較穩(wěn)定，南疆—青藏高原東北部的熱低壓發(fā)展，7 月26—30 日歐洲冷高壓東南部外圍分裂，兩個(gè)前沿高壓東移至貝加爾湖地區(qū)和南疆盆地西部—伊犁州，隨著南疆盆地西部—伊犁州高壓侵入，熱低壓發(fā)展至青藏高原東北部，南疆盆地西部—伊犁州和貝加爾湖附近兩個(gè)高壓的中心強(qiáng)度分別1 007.5 hPa和1 020.0 hPa。31 日02 時(shí)青藏高原東北部的低壓中心達(dá)990.0 hPa，兩高一低的夾攻形勢(shì)在新疆東部形成了明顯的地面熱低壓倒槽，哈密市暴雨區(qū)在熱低壓倒槽東部。南疆盆地西部-伊犁州冷高壓前沿有明顯的冷鋒（圖2），哈密市暴雨區(qū)在地面冷鋒前的暖區(qū)內(nèi)，無冷性高壓控制，距離冷空氣和鋒面較遠(yuǎn)，達(dá)上千公里，暴雨過程中沒有冷鋒入侵和冷空氣加入，暴雨發(fā)生在地面暖性低壓倒槽東部。

圖2 2018 年7 月31 日05 時(shí)BT 地面氣壓場(chǎng)

3.2 750 hPa 以上無冷空氣影響

本次暴雨天氣過程中，750 hPa 以上無冷空氣影響，700~300 hPa 有明顯的暖溫度脊。隨著西太副熱帶高壓的西伸北進(jìn)，700~300 hPa 溫度場(chǎng)上，28 日起700~300 hPa 青藏高原東北部的暖脊不斷北挺，溫度槽均在巴爾喀什湖附近，青藏高原東北部為深厚的暖中心，31 日02 時(shí)發(fā)展為最強(qiáng)，與地面熱低壓位置基本重疊，暖脊向西北伸展至新疆東部地區(qū)，暴雨區(qū)處于暖脊附近，受暖空氣控制（圖3a）。

700~350 hPa 暴雨區(qū)由暖平流控制。分析逐層溫度平流分布可知，31 日02 日—31 日20 時(shí)，750~200 hPa 哈密市東部維持大范圍暖平流，700~550 hPa暖平流較強(qiáng)，中心值均升至8×10-5℃·s-1以上，最強(qiáng)暖平流層為650 hPa，31 日02 時(shí)達(dá)12×10-5℃·s-1（圖3b）。

對(duì)暴雨區(qū)中心（沁城鄉(xiāng)小堡村）做溫度平流時(shí)間剖面（圖3c）發(fā)現(xiàn)，暴雨發(fā)生前暴雨中心700~750 hPa 以下為冷平流控制，30 日14 時(shí)后，隨暴雨臨近，冷平流減弱，高度下降，冷平流厚度逐漸下降。暴雨發(fā)生前650~350 hPa 為暖平流控制，隨著暴雨的臨近，暖平流逐漸往低層伸展，且不斷加強(qiáng)。31 日02—08 時(shí)暖平流最強(qiáng)，中心強(qiáng)度達(dá)26×10-5℃·s-1，暖平流厚度150 hPa 左右，最強(qiáng)暖平流層位于700 hPa附近，對(duì)應(yīng)此時(shí)段出現(xiàn)最強(qiáng)降水，06—07 時(shí)、07—08時(shí)連續(xù)2 h 雨強(qiáng)均為29.2 mm。降水結(jié)束后，冷平流逐漸減弱消失，被不斷下降的暖平流層覆蓋，近地層冷平流完全消失時(shí)降水結(jié)束。

3.3 100 hPa 南亞東部高壓偏北7 個(gè)緯距、偏東20個(gè)經(jīng)距

100 hPa 南亞高壓不同模態(tài)分布對(duì)新疆降水分布存在不同的影響，有學(xué)者研究得出在新疆多雨時(shí)段，南亞高壓呈雙體型，中心分別位于伊朗高原和青藏高原上空，且伊朗高原上的高壓強(qiáng)于青藏高原上的高壓[17]，哈密市強(qiáng)降水也常常符合這種特點(diǎn)[3]。此次暴雨南亞高壓也為雙體型，西部高壓中心在50°E、35 °N 的伊朗高原上空，中心強(qiáng)度1684 dagpm，但東部高壓中心明顯偏北偏東，較常年偏北7 個(gè)緯距、偏東20 個(gè)經(jīng)距（圖4），位于110 °E、42 °N 的蒙古高原上空，高壓中心強(qiáng)度達(dá)1692 dagpm，明顯強(qiáng)于伊朗高壓，哈密市處于南亞東部高壓中心西側(cè)，處于高空西南急流出口區(qū)右側(cè)的輻散區(qū)內(nèi)，對(duì)暴雨提供強(qiáng)有利的動(dòng)力抽吸條件。

3.4 500 hPa 西太副高偏北約10 個(gè)緯距

圖4 7 月31 日02 時(shí)100 hPa（a）、500 hPa（b）高度場(chǎng)（黑點(diǎn)為暴雨區(qū)）

500 hPa 上，里海高壓脊、西太平洋副熱帶高壓脊與中西伯利亞到巴爾喀什湖的低槽形成了“兩脊一槽”的環(huán)流形勢(shì)，里海咸海至東歐地區(qū)的高壓脊發(fā)展后較為穩(wěn)定，西太平洋副熱帶高壓不斷向北向西挺近，控制了北方大部地區(qū)，201812 號(hào)臺(tái)風(fēng)“云雀”在日本以南海域長(zhǎng)時(shí)間維持。7 月27 日西太平洋副熱帶高壓北抬至華北平原北部，30 日20 時(shí)西太平洋副熱帶高壓北抬西進(jìn)最為顯著，副高584 dagpm線北緣北抬至47°N 以北，西脊點(diǎn)伸至92°E 附近的新疆東部區(qū)域，584 dagpm 線覆蓋哈密市大部地區(qū)，副高主體位置較近20 a 平均位置偏北了約10 個(gè)緯距（圖5），哈密市處在副高外圍西南氣流中，參照華南暖區(qū)暴雨的3 類分型[5]和江南地區(qū)暖區(qū)暴雨的4類分型[10]，結(jié)合暴雨落區(qū)和副高外圍西南氣流，此次暴雨高空環(huán)流形勢(shì)屬副熱帶高壓型。

圖5 2018 年7 月31 日02 時(shí)500 hPa 高度場(chǎng)（黑線）、1999—2018 年近20 a 平均高度場(chǎng)（紅線）（黑點(diǎn)為暴雨區(qū)）

3.5 700~200 hPa 均為偏南風(fēng)

此次哈密市暴雨的高空風(fēng)場(chǎng)與冷鋒暴雨明顯不同，700~200 hPa 均為不同程度的偏南風(fēng)。何立富依據(jù)前期研究成果及中央氣象臺(tái)預(yù)報(bào)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為華南暖區(qū)暴雨常出現(xiàn)在西南暖濕氣流中，低層有較強(qiáng)的偏南低空急流[5]，此次暴雨與華南暖區(qū)暴雨風(fēng)場(chǎng)類似，200 hPa 西南風(fēng)、500 hPa 南風(fēng)和700 hPa 東南風(fēng)（圖6）均達(dá)到急流標(biāo)準(zhǔn)，暴雨區(qū)位于高空200 hPa西南急流入口區(qū)右側(cè)，西南急流入口區(qū)右側(cè)具有強(qiáng)烈的輻散區(qū)，有利于大氣抽吸和上升運(yùn)動(dòng)的維持；500 hPa 上，由于西太平洋副熱帶高壓異常偏北，584 dagpm 線控制了新疆東部地區(qū)，副高外圍邊緣偏南風(fēng)旺盛，有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，暴雨區(qū)位于南風(fēng)氣流中；700 hPa 借助西太平洋副熱帶高壓南緣強(qiáng)勁的東南急流向暴雨上空吹送，在東天山地形阻擋下形成強(qiáng)迫抬升。隨500 hPa 西太平洋副熱帶高壓向西逼近，3 支偏南氣流不斷增強(qiáng)，700 hPa 東南氣流加強(qiáng)為東南急流，河西走廊附近出現(xiàn)16 m·s-1大風(fēng)速核心，而暴雨區(qū)風(fēng)速＜4 m·s-1，低層強(qiáng)東南急流往暴雨區(qū)吹送過程中形成強(qiáng)烈的偏南風(fēng)風(fēng)速輻合，有利于水汽聚集和上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展和維持。參照何立富研究成果[5]，此次暴雨屬偏南風(fēng)風(fēng)速輻合型。

暖區(qū)暴雨一般指發(fā)生在地面鋒面南側(cè)暖區(qū)，未受冷空氣或變性冷高脊控制時(shí)產(chǎn)生的暴雨[18]或無明顯地面冷鋒或高空冷平流影響，且低層（700 hPa 和850 hPa）無明顯系統(tǒng)影響，在暖性低壓中產(chǎn)生的暴雨[19]。暖區(qū)暴雨具有以下共同特點(diǎn)：強(qiáng)度大，一般為冷鋒暴雨強(qiáng)的3~5 倍；范圍小，多呈塊狀，一般僅占整個(gè)暴雨區(qū)面積的1/3~1/4，其尺度只有幾十到幾百公里，降水時(shí)段集中[20-21]。綜合分析此次暴雨的環(huán)流形勢(shì)和天氣特點(diǎn)，與上述暖區(qū)暴雨的特征較為吻合，是新疆罕見的暖區(qū)暴雨天氣過程。

圖6 2018 年7 月31 日02 時(shí)500 hPa（a）、700 hPa（b）、200 hPa（c）風(fēng)場(chǎng)（黑點(diǎn)為暴雨區(qū)）

4 水汽沿偏南氣流向暴雨區(qū)輸送并輻合

源源不斷的水汽向暴雨區(qū)輸送并在此輻合是暴雨發(fā)生的必要條件。此次暴雨過程中700 hPa 有2支水汽來源輸送至暴雨區(qū)（圖7a），一支在臺(tái)風(fēng)“云雀”北部東風(fēng)氣流的影響下，水汽自日本海南部沿臺(tái)風(fēng)北部的東風(fēng)氣流向西輸送，通過黃海輸送至華北平原；另一支水汽來源于孟加拉灣，隨著西風(fēng)氣流輸送至南海，南海大部分水汽沿著西南氣流往我國(guó)華北平原輸送，與副高底部的東風(fēng)氣流在華北平原匯合，后沿副高外圍偏東氣流自陜西—寧夏—蘭州輸送至哈密市。在500 hPa 有3 支水汽來源，除上述2支水汽來源外，還有一支從青藏高原東部沿副高西南氣流水汽輸送源。700 hPa 水汽輸送最強(qiáng)，輸送長(zhǎng)達(dá)24 h，31 日02—08 時(shí)最強(qiáng)，700 hPa 暴雨區(qū)水汽通量為8～12 g·cm-1·hPa-1·s-1，充沛的水汽沿較強(qiáng)的東南急流向暴雨上空輸送。

水汽輻合在500 hPa 以下低層，700 hPa 水汽通量散度圖上（圖7b），30 日20 時(shí)開始哈密市處于水汽輻合區(qū)，輻合中心在于東南部，水汽通量散度值-40×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1，此時(shí)哈密市東南部開始下雨，到02 時(shí)暴雨區(qū)的輻合中心強(qiáng)度快速加強(qiáng)，中心強(qiáng)度達(dá)-60×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1，強(qiáng)水汽輻合維持到08 時(shí)，對(duì)應(yīng)此時(shí)暴雨區(qū)出現(xiàn)小時(shí)雨強(qiáng)29.2 mm的強(qiáng)降水。暴雨中心的時(shí)間水汽通量散度剖面圖與700 hPa 水汽通量分布特征較相似，降水前水汽輻合帶主要在700 hPa 附近，強(qiáng)度弱；30 日20 時(shí)開始水汽輻合帶往低層伸展，強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，31 日02—08 時(shí)強(qiáng)輻合帶接近地面，強(qiáng)度也達(dá)到整過程中最強(qiáng)值，為-200×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1，此時(shí)暴雨區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水，之后水汽輻合帶往高層抬升，強(qiáng)度也逐漸減弱，降水趨于結(jié)束（圖7c）。

30 日08 時(shí)之前（圖7d），700 hPa 哈密市比濕小于6 g·kg-1，隨著降水開始哈密市比濕逐步增加，比濕梯度逐漸增大，31 日02 時(shí)哈密市比濕增為6～12 g·kg-1，比濕梯度較大，暴雨區(qū)附近比濕保持11～12 g·kg-1，降水趨于結(jié)束時(shí)暴雨區(qū)附近濕度逐漸減弱，濕度梯度減小，說明降水開始暴雨區(qū)比濕逐漸增大，濕度梯度也增加，強(qiáng)降水出現(xiàn)在濕度梯度大時(shí)高濕區(qū)。

圖7 7 月31 日02 時(shí)700 hPa 水汽通量（a，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1）、水汽通量散度（b，單位：g·cm-2·hPa-1·s-1）、比濕（c，單位：g/kg，黑點(diǎn)為暴雨區(qū)）和7 月30 日08—1 日02 時(shí)暴雨區(qū)點(diǎn)水汽通量散度剖面（d）

5 動(dòng)力和抬升條件

對(duì)暴雨中心散度向經(jīng)、緯度做剖面圖，降水開始時(shí)，700 hPa 為強(qiáng)輻合，值為-12×10-5s-1，500 hPa 為無輻散層，而400~300 hPa 為弱的輻散區(qū)，輻散中心值為2×10-5s-1，大氣垂直運(yùn)動(dòng)不強(qiáng)。在強(qiáng)降水期間，700 hPa 仍為輻合，強(qiáng)度繼續(xù)加強(qiáng)為-18×10-5s-1，輻散層擴(kuò)展為600 hPa～350 hPa，中心強(qiáng)度也加強(qiáng)到7×10-5s-1，350 hPa 以上高層為無輻散層，降水結(jié)束后，雖然仍保持低層輻合，中高層輻散，但強(qiáng)度明顯減弱，不利于降水出現(xiàn)。這種低層強(qiáng)輻合，中高層強(qiáng)輻散的配置有利于大氣垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展和維持（圖8a，8b）。

大氣垂直運(yùn)動(dòng)是天氣預(yù)報(bào)和分析中一個(gè)重要的診斷量，白肇?zé)畹萚22]研究表明，上升速度區(qū)與北方低槽和高原低渦東移發(fā)展相對(duì)應(yīng)，一次暴雨過程的最大上升速度層在500 hPa；但陳添宇等[23]通過對(duì)西北地區(qū)東部一次暴雨的分析發(fā)現(xiàn)，西北地區(qū)暴雨的最大上升速度也可達(dá)400 hPa。從暴雨點(diǎn)垂直速度經(jīng)、緯度做剖面圖（圖8c，8d），在這次暴雨過程發(fā)生前30 日20 時(shí)，暴雨落區(qū)附近700 hPa 以上的層次為上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，強(qiáng)度為-0.2 Pa·s-1，與散度場(chǎng)分析相似，此時(shí)大氣垂直運(yùn)動(dòng)不強(qiáng)。隨著降水最強(qiáng)時(shí)段接近上升運(yùn)動(dòng)層向低層伸展，強(qiáng)度也加強(qiáng)，31 日02 時(shí)，整層大氣為上升運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)層為750 hPa 至500 hPa，中心位于700 hPa，20 時(shí)強(qiáng)度由-0.2 Pa·s-1加強(qiáng)至-1.0 Pa·s-1，而降水結(jié)束以后大氣的垂直運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度逐漸減弱，僅中高層有上升運(yùn)動(dòng)層（圖8c，8d）。以上分析表明，在強(qiáng)降水時(shí)，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)層在中低層，強(qiáng)度快速加強(qiáng)，為暴雨區(qū)提供必要的動(dòng)力條件。

圖8 7 月31 日02 時(shí)散度（a，單位：10-5 s-1）沿42.8°N 垂直剖面、散度（b，單位：10-5 s-1）沿94.7°E 垂直剖面、垂直速度（c，單位：Pa·s-1）沿42.8°N 垂直剖面及垂直速度（d，單位：Pa·s-1）沿94.7°E 垂直剖面（框?yàn)楸┯陞^(qū)）

6 不穩(wěn)定能量

假相當(dāng)位溫（θse）反映了大氣的溫濕狀況，等θse 線的密集帶通常是不同熱力性質(zhì)氣團(tuán)的分界區(qū)，通常情況下θse 越大對(duì)應(yīng)的降水越強(qiáng)，如果位勢(shì)穩(wěn)定度△θse=θse500-θse700，則△θse 負(fù)值越大，位勢(shì)不穩(wěn)定越強(qiáng)[24]。

暴雨發(fā)生前，哈密市等θse 線比較稀疏，700 hPa反應(yīng)最顯著，θse 最大值＜336 K，隨著暴雨臨近哈密市θse 逐漸加強(qiáng)，等值線梯度不斷增大，31 日08時(shí)，暴雨區(qū)處于θse 西北緣等值線梯度大值區(qū)內(nèi)，值增至352 K（圖9a），即暴雨區(qū)位于θse 能量鋒區(qū)的高能區(qū)一側(cè)，與李安泰的研究一致[24]；分析暴雨中心θse 和△θse 時(shí)間剖面，暴雨前，θse 高值區(qū)位于500 hPa 以上，低層為低值區(qū)，△θse 為6 K 以上，最大18 K，暴雨開始低層θse 加強(qiáng)（圖9b），中層θse反而減弱，30 日14 時(shí)△θse 開始下降，從18 K 降至6 K，此時(shí)中低層層結(jié)逐漸不穩(wěn)定，暴雨期間θse 能量中心在550~700 hPa，31 日02 時(shí)△θse 降為最低，為-2 K，一直維持至最強(qiáng)暴雨時(shí)段，說明中低層層結(jié)極不穩(wěn)定，大量的θse 高能量區(qū)向低層聚集，為暴雨區(qū)提供所需要的不穩(wěn)定能量，有利于對(duì)流的發(fā)展。

7 觸發(fā)機(jī)制分析

7.1 邊界層內(nèi)有淺薄冷空氣入侵

邊界層內(nèi)淺薄冷空氣的入侵，不僅有利于對(duì)流的發(fā)展，而且有利于邊界層水汽向暴雨區(qū)輸送，增加降水量[21]。暴雨前30 日02 時(shí)，暴雨區(qū)附近800 hPa以下是冷平流，強(qiáng)度為-12×10-5℃·s-1，暴雨出現(xiàn)時(shí)（圖10c）800 hPa 溫度平流為-20×10-5～-24×10-5℃·s-1，但750 hPa 以上為暖平流，冷平流厚度為50 hPa 左右，說明出現(xiàn)暴雨時(shí)近地層有淺薄的冷空氣入侵，這種垂直方向的溫度梯度，導(dǎo)致低層冷暖交匯抬升低層的暖濕空氣，易觸發(fā)大量不穩(wěn)定能量釋放。

7.2 地面輻合線

孫繼松和陶祖鈺[25]指出地面輻合線是觸發(fā)對(duì)流的重要因子。徐珺等[10]、孫建華[26]等研究發(fā)現(xiàn)地面輻合線在中尺度對(duì)流系統(tǒng)的觸發(fā)和維持方面起著重要作用。分析31 日02 時(shí)35 分地面風(fēng)場(chǎng)（圖10a），在沁城鄉(xiāng)西部均為西北風(fēng)，而東部為偏東風(fēng)，形成了地面輻合線，輻合線北部為西北風(fēng)攜帶冷空氣，南部為偏東風(fēng)攜帶暖濕空氣，地面輻合線觸發(fā)對(duì)流生成，此時(shí)降水開始。05 時(shí)（圖10b），地面輻合線向東北移動(dòng)，在沁城鄉(xiāng)東北側(cè)出現(xiàn)中尺度低壓，暴雨區(qū)在輻合線的西南側(cè)，風(fēng)向從東北風(fēng)轉(zhuǎn)為東南風(fēng)，此時(shí)對(duì)流發(fā)展較為旺盛，降水強(qiáng)度也逐漸加強(qiáng)，地面輻合線維持到07 時(shí)40 分，此階段為最強(qiáng)暴雨時(shí)段。之后地面輻合線繼續(xù)向北移動(dòng)，暴雨強(qiáng)度逐漸減弱。因此，地面輻合線是對(duì)流系統(tǒng)的生成發(fā)展重要因素和暴雨發(fā)生的重要觸發(fā)因子。

7.3 中尺度云團(tuán)

強(qiáng)對(duì)流暴雨天氣是中尺度系統(tǒng)造成的。衛(wèi)星云圖可用來監(jiān)測(cè)暴雨云團(tuán)的發(fā)生發(fā)展、生成源地、移動(dòng)路徑和移速[27]。紅外云圖的亮溫值TBB 越低表明云頂越高，對(duì)流云發(fā)展程度越強(qiáng)。本文通過分析FY2G衛(wèi)星逐時(shí)紅外云圖及反演的TBB 資料，找出這次暴雨過程中尺度對(duì)流系統(tǒng)特征。

圖9 7 月31 日08 時(shí)700 hPa假相當(dāng)位溫（a，單位：K，黑點(diǎn)為暴雨區(qū)）和8 月30 日08 時(shí)—1 日02 時(shí)暴雨區(qū)點(diǎn)θse 和△θse 剖面（b，單位：K）

圖10 7 月31 日02 時(shí)35 分（a）和06 時(shí)25 分（b）地面風(fēng)場(chǎng)及7 月31 日02 時(shí)800 hPa溫度平流（c）和700 hPa 風(fēng)場(chǎng)和地形（d）

7 月31 日04 時(shí)，暴雨區(qū)東南部出現(xiàn)了MCS，云頂亮溫快速下降，最低為-40 ℃，此時(shí)哈密市開始降水，06 時(shí)（圖11a）MCS 向東北方向移至暴雨區(qū)上空，TBB 降至-60 ℃，沁城鄉(xiāng)和沁城鄉(xiāng)小堡處于最低TBB 梯度大值區(qū)，06—07 時(shí)出現(xiàn)小時(shí)雨強(qiáng)29.5 mm和29.2 mm 的短時(shí)強(qiáng)降水，07 時(shí)（圖11b）MCS 繼續(xù)向東北移，強(qiáng)降水也向東北方向移動(dòng)，沁城鄉(xiāng)小堡仍處于TBB 為-60~-52 ℃梯度最大區(qū)，同時(shí)沁城鄉(xiāng)和淖柳公路33 km 也處于TBB 梯度大值區(qū)，為-40~-48 ℃處，07—08 時(shí)小時(shí)雨強(qiáng)沁城鄉(xiāng)小堡為29.2 mm、沁城鄉(xiāng)18.8 mm，淖柳公路33 km 20.0 mm，08 時(shí)（圖11c）MCS 移到伊吾下馬崖鄉(xiāng)附近，此時(shí)降水量淖柳公路33 km 為20.9 mm，而沁城鄉(xiāng)小堡為17.9 mm，沁城鄉(xiāng)為6.2 mm。淖柳公路33 km、沁城鄉(xiāng)小堡、沁城鄉(xiāng)分別位于-56~-48 ℃、-48~-40 ℃、-32~-40 ℃的TBB梯度處，降水強(qiáng)度與更接近TTB最低中心的梯度有關(guān)。之后MCS 繼續(xù)沿著西太平洋副熱帶高壓外圍向東北移動(dòng)，13 時(shí)（圖11d）移出暴雨區(qū)，降水基本結(jié)束。分析TBB 得出結(jié)論與魯亞斌[28]結(jié)論一致，強(qiáng)對(duì)流暴雨易發(fā)生在TBB 值線密集區(qū)梯度最大處，TBB 等值線梯度愈大，雨強(qiáng)越強(qiáng)，并發(fā)現(xiàn)，越接近TBB 低值中心梯度處的暴雨強(qiáng)度越強(qiáng)。

暴雨落區(qū)與特定的地形有關(guān)。此次暴雨位于天山山脈東段的南部，處于天山南簏的山地迎風(fēng)坡（圖10d），與特大暖區(qū)暴雨通常發(fā)生在山地迎風(fēng)坡、喇叭口地形、氣流匯合的河谷、山谷和海岸線等地方[5]吻合，強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)700 hPa 偏南風(fēng)與天山山區(qū)迎風(fēng)坡地形垂直，使得暖濕空氣被迫抬升，會(huì)形成對(duì)流使降水加大產(chǎn)生暴雨，地形對(duì)暖區(qū)暴雨的影響主要體現(xiàn)在地形暖空氣的動(dòng)力抬升作用[18]。

8 結(jié)論

圖11 7 月31 日06 時(shí)（a）、07 時(shí)（b）、08 時(shí)（c）和13 時(shí)（d）FY-2G TBB 分布

本文分析了2018 年度新疆最強(qiáng)的暴雨過程，此次暴雨與歷年哈密市暴雨明顯不同，綜合分析得出以下結(jié)論：

（1）此次暴雨的大尺度環(huán)流背景為有利降水的南亞高壓雙體型，但南壓東部高壓中心明顯偏北偏東，強(qiáng)度較西部中心偏強(qiáng)。500 hPa 西太副高偏北約10 個(gè)緯距，750 hPa 以上無冷空氣影響，暴雨區(qū)位于地面暖性低壓倒槽東部，與冷鋒降水環(huán)流形勢(shì)和天氣特點(diǎn)明顯不同。

（2）根據(jù)華南和江南暖區(qū)暴雨研究成果，此次暴雨結(jié)合了副熱帶高壓型和偏南風(fēng)風(fēng)速輻合型暖區(qū)暴雨的特點(diǎn)，500 hPa 西太副熱帶高亞偏西偏北，具有典型暖區(qū)暴雨的熱力結(jié)構(gòu)、風(fēng)場(chǎng)配置，暴雨出現(xiàn)在高空副熱帶高壓邊緣的偏南風(fēng)、地面冷鋒前的暖區(qū)內(nèi)，850 hPa 以上中高層有暖平流，無冷性高壓控制，近地層有淺薄冷空氣。

（3）高低空3 支偏南氣流在暴雨上空匯合，200 hPa 西南氣流強(qiáng)、范圍大，西南急流核位于新疆偏西地區(qū)，500 hPa 西太副熱帶高亞外圍偏南風(fēng)較強(qiáng)，暴雨區(qū)東南部700 hPa 東南風(fēng)強(qiáng)盛，暴雨區(qū)發(fā)生在200 hPa 西南急流核入口區(qū)右側(cè)、500 hPa 西南風(fēng)和700 hPa 東南風(fēng)風(fēng)速輻合的匯合區(qū)域。暴雨中心與東天山特定地形和偏南急流關(guān)系密切，700 hPa東南急流與東天山迎風(fēng)坡地形幾乎垂直，天山地形的強(qiáng)迫抬升作用顯著。低層?xùn)|南風(fēng)遇哈密市東天山形成明顯的偏南風(fēng)速輻合和地形的抬升效應(yīng)，偏南急流和地形強(qiáng)迫抬升是本次暴雨重要的觸發(fā)機(jī)制。

（4）來自孟加拉灣和日本海南部的暖濕空氣在疆外匯合隨著東南風(fēng)輸送至暴雨區(qū)、中低層有強(qiáng)烈水汽輻合，為暴雨的發(fā)生提供了有利的水汽條件；中低層輻合，高層輻散的配置和垂直運(yùn)動(dòng)的顯著增強(qiáng)，為本次暴雨的發(fā)生提供了有利的動(dòng)力條件；暴雨發(fā)生時(shí)中低層層結(jié)極不穩(wěn)定，大量的θse 高能量區(qū)向低層聚集，為暴雨區(qū)提供有利的不穩(wěn)定能量。

（5）暖區(qū)暴雨具有明顯的中尺度對(duì)流特征和多種中尺度天氣系統(tǒng)，其中偏南風(fēng)速輻合和地面中尺度低壓是暖區(qū)暴雨的重要觸發(fā)機(jī)制，越接近TBB 低值中心梯度處的暴雨強(qiáng)度越強(qiáng)。

致謝：本文得到國(guó)家氣象中心援疆干部藍(lán)渝的大力支持，在此深表謝意！