巴州地區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害性天氣之一，一直是天氣預報的難點，因此有必要加強分析和預報研究。我國有一些學者對暴雪的動力[1]、熱力[2]、不穩定條件[3]等進行過詳細分析。2011年3月11—13日，新疆巴州局部地區出現暴雪，此次暴雪范圍小、強度強，給交通運輸和人們的生產生活等方面帶來較大影響，造成直接經濟損失幾千萬元。新疆氣象臺對此次強降雪的預報強度偏弱。基于暴雪的天氣形勢及所需溫度、水汽、動力等條件的復雜性，有必要從暴雪實況、主導系統、影響系統、物理量診斷、數值預報產品檢驗等幾個方面進行此次過程分析和討論，從而有助于加強和提高此類暴雪分析和預報技術。

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了大風、降溫及降水天氣。巴州各地普遍出現5到6級大風，瞬間最大風力8到9級；巴音布魯克山區、庫爾勒、若羌、鐵干里克等地出現了微到小雪，其中庫爾勒以西60 km的新疆生產建設兵團30團一帶出現了較明顯的暴雪（積雪深度為30 cm左右）；庫車、尉犁、輪臺及其以南地區出現了揚沙及強沙塵暴天氣；山區的氣溫下降10℃以上，平原各地氣溫普遍下降5～10℃。災情實況：13日清晨到上午出現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。此外烏拉斯臺農場、且末、若羌地區、3月11日出現降溫和沙塵天氣，最低氣溫降至5～7℃，局部風速4～5級，瞬間風速達6級，能見度200 m。3月12日出現沙塵暴，最低氣溫降至2～3℃，局部風速5～6級，瞬間風速達7級，能見度不足50 m。3月13日出現降雪天氣。受災最嚴重的是設施農業，經統計，受災日光溫室218座，占地面積約24.5 hm2，直接經濟損失327.5萬元。

2 環流形勢和主要影響天氣系統的演變特征

暴雪發生前，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展合并，脊前北風帶加強，引導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），脊向東北發展，橫槽南壓，40～60°N之間北風加強，有利于冷空氣向南爆發，橫槽外圍強偏北風和偏西風的切變是本次暴雪出現的主要天氣系統。700 hPa上12日08時盆地北部為偏北風、南部為偏西風，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℃線轉為西北東南向，冷空氣擴散到河西走廊，南疆盆地西部的和田附近存在較強的暖中心，東北西南向或東西向溫度差加大，北疆至庫爾勒、輪臺一帶出現東北急流，此類急流的出現通常會造成巴州地區強降水天氣，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，中心值20℃，冷空氣東移南下過程中，從南疆西部、天山中部翻山進入盆地，還有一部分從東北部東灌進入盆地，盆地東部出現了28 m/s的東風急流。盆地的偏東地區形成了偏西風、偏北風和偏東風的中尺度輻合，強降雪出現在該輻合區和0℃線重疊區，高低層的這種風場、溫度場結構有利于本次天氣的出現。

地面冷高壓的加強和向東南移動對這次降溫降雪起到非常重要的作用（圖1b），降雪落區在冷鋒前、兩股冷空氣之間的弱的倒槽區，強降水時段為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展，中低層溫度場和風場有明顯的變化，地面高壓范圍擴大，中心值逐日加強，并相對維持穩定，導致地面鋒區相對穩定，同時在強降水區形成倒槽，在降水區暖濕氣流沿著低層冷墊爬升顯著，產生本次降雪。

3 造成暴雪的物理機制分析

3.1 垂直環流的作用

通過沿40°N附近垂直速度和散度垂直剖面圖發現，高低層出現的輻散、輻合加強上升運動和下沉運動，加強了垂直環流。12日08時庫爾勒測站東北風開始加強，80°E、40°N 附近，低層 850 hPa 上有較強的輻合中心，中心值-36×10-5s-1，250 hPa為較強的輻散中心（圖2），中心值 22×10-5s-1，對應的垂直速度分析見圖3，400 hPa附近有較強的負速度中心,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，暴雪區附近上升運動較強，其上游地區下沉運動較強。

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32 m/s的高空急流。對應的垂直速度分析為：500 hPa附近有較強負速度中心，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上空上升氣流較強，其上下游地區 70°E、40°N，90°E、40°N 附近下沉運動很強，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，地面風速增大，導致低空急流的出現。這說明了由于散度場高低層差異引起的動力強迫下沉氣流在動量下傳中的作用。新疆生產建設兵團30團暴雪區正處于低空急流前的風速輻合區和高空急流附近的強風速輻散區。

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本次強降雪的一個重要的動力因子。它的動力作用主要表現在：（1）造成低層輻合、高空輻散（圖2），加強上升運動（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，造成水汽的凝結和凍結，從而產生暴雪[4]。暴雪在這種熱力場和運動場的耦合關系中產生。（2）增強高空正渦度。暴雪發生前（12日20時），渦度垂直剖面圖分析 ，在暴雪區上空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，產生上升運動[4]。（3）低空急流的作用很重要。當低空急流增強時，在急流風速中心前方會出現強輻合區（12日20時），可觸發暴雪區附近對流的發展。

3.3 冷暖氣流的輸送與聚集

對850 hPa風場、溫度場、相對濕度場分析可知，12日08時到 20時暴雪區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，20時西部的濕區范圍比東部小，東部的濕空氣沿著東北急流向降水區輸送，西部的暖濕氣流沿著西北氣流翻山，在降水區匯合；即測站上空850 hPa附近不僅有強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。當暖濕氣流被鋒面抬升后，由于溫度下降而發生凝結形成降水。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，是此次暴雪的觸發機制之一。

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，出現結露時的溫度。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；表示空氣達到近似飽和狀態。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℃的區域作為飽和區，并取T-Td≤4～5℃作為濕區。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，低層風場明顯的變化，風速加大，使東部和西部的暖濕空氣聚集在暴雪區附近，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。相對濕度增大，強降雪也隨之發生，11日到12日08時，北疆西側和東側存在大范圍的中心值為90%～100%的相對濕度大值區，隨著中低層風場的變化，12日20時開始高濕空氣向干區輸送，隨著相對濕度增大，13日02時以后庫爾勒附近出現強降雪。

上述特征在庫爾勒探空曲線圖上有進一步表現。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℃，強降雪出現在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 不穩定性條件

從探空曲線圖上發現，12日08時低層有逆溫，并有弱的東風，氣層穩定，濕對流有效位能為零。由庫爾勒單站高空風時間剖面圖可知，12日20時850 hPa及以下為偏東風且風速為26 m/s，逆溫層破壞，700 hPa為偏北風，500 hPa為西南風，地轉風隨高度強烈逆時針旋轉。根據熱成風原理可知，該層有冷平流，且低層有弱的不穩定能量存在，濕對流有效位能為12.9 J·kg-1，對應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，存在明顯的偏北風和偏東風中尺度切變，表明此次降雪屬于不穩定性的降水。

3.6 溫度條件

春秋季雨雪性質的預報是難點和重點，氣溫的預報是降水相態預報的關鍵。

從溫度指標來看[5]，春秋季強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，可以考慮雨轉雨夾雪或雪的降水相態變化。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℃，暴雪就出現在這個時段。分析可得，當850 hPa氣溫接近-5℃、地面氣溫在0℃以下時，降水性質以雪為主，這可以作為春秋季預報雪的溫度指標。

表2 庫爾勒站（51656）溫度條件

4 數值預報檢驗

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

由于溫度是降水性質預報的關鍵，故檢驗一下溫度的預報。從EC 850 hPa氣溫預報指標來看[1]，春秋季強降溫降水過程EC 850 hPa氣溫預報在0～4℃等值線接近巴州地區附近，可以考慮雨轉雨夾雪降水相態變化。庫爾勒站EC 10日20時850 hPa溫度預報分析（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時預報值與實況值誤差3℃，天氣嚴重時段12日預報值與實況值均為0℃以下，因此EC850 hPa溫度場預報在春秋季降雪預報中有很好的參考價值。由此可知，在EC 850 hPa氣溫預報值接近-4℃，則降水性質以雪為主，這是春秋季預報雪的一個重要的溫度指標。

5 小結

（1）這次局部暴雪主要影響系統是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,較強的高低壓、暖濕空氣從盆地兩面輸送是造成此次強降雪的關鍵系統。

（2）這次暴雪發生在500 hPa橫槽東南移的過程中，處于西伯利亞冷鋒前部及500 hPa強西南風、700 hPa強北風帶底部、850 hPa強西北風和東北急流輻合區，西南暖濕氣流與冷鋒后部的較強冷空氣的共同作用導致暴雪的發生；850 hPa中尺度輻合區兩側暖濕氣流的輸送與降雪量有較好的對應關系。

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

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

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