南疆地區(qū)2018年5月15—22日持續(xù)強降雨天氣過程分析

摘 要：隨著氣候變暖加劇，極端暴雨天氣頻發(fā)，對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。以南疆地區(qū)2018年5月15—22日的持續(xù)強降雨天氣過程為研究對象，重點研究此次過程中21—22日極端降雨天氣，并對其天氣形勢、物理量場等方面進(jìn)行分析，以加強對南疆地區(qū)極端暴雨天氣系統(tǒng)的認(rèn)識，提高暴雨天氣預(yù)報水平。

關(guān)鍵詞：強降雨；天氣形勢；高低空配置；物理量

中圖分類號：P457.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）09–0-03

新疆維吾爾自治區(qū)（以下簡稱新疆）地處我國西北邊陲，橫貫境內(nèi)的天山山脈將新疆劃分為北疆和南疆，其中南疆地區(qū)屬于我國第一、第二階梯的過渡地帶，地形起伏大，氣候干旱少雨，氣溫變化大[1]。隨著全球氣候變暖加劇，南疆地區(qū)降雨量顯著增多，暴雨等天氣事件多發(fā)，表現(xiàn)出明顯的降雨極端性特征。暴雨天氣是在有利的環(huán)流背景和天氣形勢下發(fā)生發(fā)展的，而南疆地區(qū)暴雨天氣具有突發(fā)性和局地性特點，因此該地暴雨預(yù)報服務(wù)難度較大[2]。2018年5月15—22日南疆地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)的強降雨、局地大暴雨天氣，針對此次極端天氣過程進(jìn)行分析，通過分析暴雨天氣環(huán)流形勢、影響系統(tǒng)及物理量場等，進(jìn)一步加深對暴雨成因的認(rèn)識，以提升極端強降雨天氣預(yù)報服務(wù)能力。

1 持續(xù)強降雨概況

受中亞低渦及冷空氣和暖濕氣流的共同持續(xù)影響，2018年5月15日20：00—22日14：00，新疆南部喀什地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、和田地區(qū)、阿克蘇地區(qū)出現(xiàn)罕見暴雨天氣，此次降雨持續(xù)時間長、降雨量大、局地降雨強，具體情況表現(xiàn)為：

（1）此次降雨持續(xù)近一周，其中6 d持續(xù)暴雨，喀什地區(qū)、克州、和田地區(qū)等大部分地區(qū)連續(xù)降雨時間＞100 h。

（2）降雨量突破當(dāng)?shù)貧v史極值和當(dāng)月降雨量極值，喀什地區(qū)、克州、和田地區(qū)、阿克蘇地區(qū)等地共245站降雨量＞24.0 mm、112站降雨量＞48.0 mm，喀什地區(qū)、克州境內(nèi)12站累計降雨量＞96.0 mm，國家站克州阿克陶縣累計降雨量為99.4 mm，和田地區(qū)皮山縣累計降雨量為89.9 mm，喀什地區(qū)英吉沙縣、克州阿圖什市上阿圖什鄉(xiāng)、克州阿克陶縣烏恰鄉(xiāng)累計降雨量＞160 mm，最大降雨中心位于阿圖什市上阿圖什鄉(xiāng)天門景區(qū)，累計降雨量為168.3 mm。

（3）5月21—22日降雨強度最大，21日08：00—22日08：00，南疆喀什地區(qū)、克州、和田地區(qū)、阿克蘇地區(qū)等地共454站出現(xiàn)降雨，其中，64站出現(xiàn)暴雨，12站出現(xiàn)大暴雨。喀什地區(qū)葉城縣、澤普縣、莎車降雨量分別為40.1、40.0、38.3 mm，突破春季（3—5月）歷史極值；克州阿克陶縣、阿圖什市及和田地區(qū)皮山縣境內(nèi)降雨量＞48 mm，最大降雨中心為和田皮山縣，日降雨量74.7 mm，其次是國家站克州阿克陶縣，日降雨量為54.5 mm，均突破歷史日降雨量極大值和5月月降雨量極大值。

2 極端強降雨天氣形勢分析

2.1 天氣形勢

2018年5月19日，100 hPa高空已形成南亞高壓雙體型，伊朗高原有一個高壓中心，青藏高原的東部有另一個高壓中心，后者中心強度明顯高于前者。20日，伊朗高原附近的南亞高壓中心移動至20°E附近，另一南亞高壓中心則不變。21日08：00，兩高壓中心均向北抬升（圖1a），位于伊朗高原的高壓中心已東移至30°E，如此，存在于兩高壓中心之間的副熱帶高壓槽的強度不斷增強，槽底接近于25°N，在這種狀態(tài)影響下，南疆西部上空形成引發(fā)強降雨的持續(xù)的副熱帶環(huán)流系統(tǒng)。

500 hPa上，歐亞中高緯地區(qū)在5月中旬呈現(xiàn)“兩脊一槽”的平直環(huán)流形勢，副熱帶高壓東移并北抬，勢力稍減弱，冷空氣主要在我國北方活動。進(jìn)入5月下旬后，歐亞中高緯地區(qū)仍維持著“兩脊一槽”的環(huán)流形勢，極渦強度減弱并北收，同時，經(jīng)向度開始加大，冷空氣勢力較強。

20日，東歐高壓脊逐漸南退并減弱勢力，強冷空氣沿著脊前的西北氣流開始南下，補充到中低緯的塔什干低槽后出現(xiàn)低渦，低渦中心正位于60°～80°E、32°～38°N，塔什干低渦的外圍槽底伸到了25°N以南的區(qū)域，槽前的西南風(fēng)開始加強，風(fēng)速高達(dá)18 m/s。21日08：00，塔什干低渦強度有所減弱，并向東移動，與此同時位于北疆的貝加爾湖附近低槽也出現(xiàn)東移現(xiàn)象，在低渦和低槽共同作用下，南疆西部地區(qū)上空出現(xiàn)“東西夾攻”形勢（圖1b），有利于引發(fā)南疆西部極端強降雨天氣。

2.2 高低空急流配置

2018年5月20日20：00，45°N一帶出現(xiàn)了南下的極鋒急流，為東北—西南走向，急流核最大風(fēng)速達(dá)45 m/s。

90°E處為副熱帶西風(fēng)急流的東部，北部則抬升至35°N附近，此時副熱帶西風(fēng)急流的出口區(qū)左側(cè)、極鋒急流的入口區(qū)右側(cè)正對應(yīng)著南疆西部地區(qū)，在兩支高空急流作用下輻散加強，并于南疆西部上空疊加后再次加強。21日08：00，東移的極鋒急流勢力略微減弱，副熱帶西風(fēng)急流仍朝著東北方抬升，急流核的風(fēng)速增大至54 m/s，并于100°E處與副熱帶西風(fēng)急流交匯了極鋒急流，南疆西部的上空仍為較強的輻散區(qū)，高層出現(xiàn)的強烈輻散進(jìn)一步加強垂直上升運動，從而引發(fā)極端大暴雨天氣。

低空偏東風(fēng)急流通常在南疆西部地區(qū)發(fā)生暴雨天氣時出現(xiàn)。南疆西部地區(qū)三面環(huán)山，西部上空積聚的低層氣流可促使低層空氣的輻合上升運動增強[3]。20日20：00，冷空氣開始東移并南下，此時有一低空偏東風(fēng)急流出現(xiàn)在塔里木盆地東部的上空，急流邊界在85°E處，急流的強盛區(qū)伸至650 hPa，且800 hPa上為急流核的中心（圖2a），最大風(fēng)速增大至23m/s。

21日08：00，低空偏東風(fēng)急流西延至78°E附近，塔里木盆地西部同時也存在偏西氣流，偏東風(fēng)急流與偏西氣流在和田的西部上空形成了強烈的輻合，促使水汽匯聚，并導(dǎo)致皮山縣出現(xiàn)大暴雨天氣，成為當(dāng)日最大降雨中心。隨后，低空偏東風(fēng)急流垂直高度落至700 hPa上，急流核中心的最大風(fēng)速呈減弱趨勢，風(fēng)速為18m/s（圖2b）。

22日02：00，低空偏東風(fēng)急流東移至達(dá)塔里木盆地東側(cè)，影響南疆西部地區(qū)的極端暴雨天氣逐漸結(jié)束。

3 物理量場分析

3.1 水汽條件

水汽是產(chǎn)生暴雨天氣的必要條件之一。南疆地區(qū)屬于干旱區(qū)，海洋水汽難以到達(dá)。南疆西部三面為山，當(dāng)塔里木盆地西部侵入低空偏東風(fēng)急流后，盆地西部上空有大量的水汽積聚。

20日20：00左右，偏東風(fēng)急流在850 hPa上的風(fēng)速達(dá)23 m/s，在700 hPa上的風(fēng)速為20 m/s，具備較強的水汽輸送通道，此時南疆西部大氣層中的水汽通量散度值達(dá)-3×10-5 g/（s·cm2·hPa）。

21日08：00，500 hPa上，位于塔什干低渦前端處的西南風(fēng)增大，風(fēng)速為18 m/s。低空偏東風(fēng)急流進(jìn)入塔里木盆地西部，南疆西部形成低層的水汽輻合；和田皮山站附近850 hPa低空出現(xiàn)一較強的水汽輻合中心，中心強度為-4×10-5 g/（s·cm2·hPa）。850～700 hPa低空上的偏東水汽輸送，與500 hPa上的偏南水汽輸送，交匯于南疆西部地區(qū)上空，為該地提供了充足的水汽，有利于引發(fā)大暴雨天氣。

3.2 動力條件

沿37.6°N作緯向垂直剖面，對極端大暴雨最大降雨中心皮山站進(jìn)行分析。2018年5月21日08：00，皮山縣西部出現(xiàn)了垂直狀態(tài)的環(huán)流圈，東部存在一支強烈上升氣流，450 hPa上為垂直上升運動的最大中心區(qū)，對皮山縣的上升運動影響較小。14：00，塔里木盆地上空出現(xiàn)一個完整的反氣旋式的垂直環(huán)流圈，其上升支正位于皮山站上空，而皮山站西部上空也形成一個氣旋式的垂直環(huán)流圈，環(huán)流圈上升支與皮山站上空出現(xiàn)的上升支疊交在一起，形成上升運動區(qū)（位于皮山縣上空850～400 hPa），上升運動中心位于850～700 hPa，強烈的上升運動是極端大暴雨天氣出現(xiàn)的有力動力條件。20：00，塔里木盆地上空反氣旋式的垂直環(huán)流圈西移至82°E，強度變?nèi)酰ど娇h西部上空的氣旋式垂直環(huán)流圈則消失，皮山縣上空垂直上升運動僅維持在600 hPa

以下，勢力減弱，600 hPa以上為下沉運動，限制了垂直上升運動的發(fā)展，動力條件不佳，因此該地區(qū)的極端大暴雨天氣態(tài)勢明顯減弱。

以最大降雨中心皮山站為例，對流層低層在21日08：00出現(xiàn)負(fù)渦度，300 hPa上有正渦度的最大中心值，該時期沒有強盛的低層輻合和高層輻散，垂直上升運動的最大中心值出現(xiàn)在500～400 hPa，600 hPa以下勢力較弱。14：00左右（大暴雨發(fā)生前），正渦度影響皮山站，正渦度的最大中心值為7.0×10-5/s，750 hPa上有大值中心，500 hPa以下屬于強烈輻合區(qū)，500～400 hPa為無輻散層向弱輻散層的過渡區(qū)，輻合區(qū)在400～250 hPa，對流層垂直上升運動強度增大，上升運動的大值中心位于850～700 hPa，中心值為-6.0×10-3 hPa/s。20：00左右，600 hPa以下均為垂直上升運動區(qū)，上升運動速度為-7.0×10-3 hPa/s，低層渦度強度增大，中心值達(dá)到8.0×10-5/s，低層輻合遠(yuǎn)大于高層輻散，正渦度轉(zhuǎn)為負(fù)渦度，在這種天氣系統(tǒng)下，垂直運動變緩，皮山站極端強降雨逐漸趨于減弱。

3.3 熱力條件

南疆西部地區(qū)西鄰塔克拉瑪干沙漠，其他三面背靠山脈，沙漠、綠洲、戈壁不同地形相間，下墊面復(fù)雜多樣，近地面受輻射影響，晝夜溫差較大。其中，大氣層結(jié)的變化與強對流天氣存在一定的相關(guān)性。

在南下冷空氣的影響下，5月17日開始，南疆西部的氣溫出現(xiàn)明顯的下降現(xiàn)象，日平均氣溫在16 ℃左右。21日08：00，由皮山站作假相當(dāng)位溫的剖面，發(fā)現(xiàn)塔里木盆地東部有冷空氣持續(xù)向西部移動，θse鋒區(qū)位于79°～80°E，其中在79°E西側(cè)盆地上空在暖濕空氣的影響范圍內(nèi)，此時皮山站800 hPa以下的低空大氣層結(jié)穩(wěn)定，而800～600 hPa的大氣層表現(xiàn)為弱的不穩(wěn)定。隨著太陽輻射不斷加強，21日14：00，近地面湍流混合作用致使皮山縣近地面大氣層結(jié)開始變得不穩(wěn)定，不穩(wěn)定的大氣層結(jié)延伸到700 hPa。同時，皮山站附近的θse水平梯度增大，鋒區(qū)逐漸增強，為皮山站等站點出現(xiàn)短時大暴雨天氣提供了熱力不穩(wěn)定條件。21日20：00，隨著降雨的出現(xiàn)，不穩(wěn)定能量得到釋放，盆地內(nèi)部的θse值突降，大氣層結(jié)變得穩(wěn)定，強降雨天氣也隨之結(jié)束。

4 結(jié)論

（1）2018年5月15—22日，我國南疆地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)強降雨天氣過程，具有降雨持續(xù)時間長、降雨量大、局地降雨強等特點，其中21—22日降雨強度最大，和田皮山縣、克州阿克陶縣達(dá)到大暴雨級別，日降雨量突破歷史日降雨量極大值和5月月降雨量極大值。

（2）分析極端強降雨時段天氣形勢可知，100 hPa上為南壓高壓雙體型，25°N附近出現(xiàn)副熱帶高壓槽，強度增大。塔什干低渦在500 hPa上與貝加爾湖低槽形成了“東西夾攻”局面，850 hPa偏東氣流在西伸過程中轉(zhuǎn)變成急流，急流頂垂直向上發(fā)展到600 hPa，這種高低空天氣系統(tǒng)利于大暴雨天氣出現(xiàn)。

（3）副熱帶西風(fēng)急流東移并北抬過程中，與東移南下的極鋒急流形成高空強烈輻散區(qū)，又疊加上低空偏東風(fēng)急流左側(cè)的強氣旋式輻合區(qū)，致使暴雨區(qū)上空的垂直運動得到加強，兩氣流輻合后為暴雨區(qū)提供了有利水汽及動力條件，不穩(wěn)定能量積聚，觸發(fā)強對流天氣。

參考文獻(xiàn)

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[2] 周曉敏，張濤.2018年5月大氣環(huán)流和天氣分析[J].氣象， 2018，44（8）：1110-1116.

[3] 莫紹青，李耀輝.新疆南疆極端干旱區(qū)典型暴雨的水汽特征及觸發(fā)機制分析[J].高原氣象，2023，42（1）：82-97.

收稿日期：2024-06-11

作者簡介：希爾扎提·阿卜杜艾尼（1990—），男，新疆和田人，助理工程師，研究方向為氣象觀測、氣象服務(wù)。