2016年新疆一次大降水天氣過程分析

徐臘梅 許婷婷 萬瑜

摘要 利用中國氣象局MICAPS資料，對2016年7月31日—8月2日新疆一次大范圍的大降水天氣的形勢場、高低空配置、風場、云圖、雷達特征及預報檢驗進行了分析。結果表明，造成這次大降水的主要形勢場是南北兩支低槽結合，存在高空偏西急流、中層偏南急流和850 hPa配合有偏東風，3支氣流的維持加強，為大降水提供了充沛的水汽條件。降水區雷達回波維持時間長，存在輻合區，位置穩定；短時強降水的時段，有逆風區存在，回波頂高達到12 km。EC細網格預報72 h內在降水落區、降水量級、暴雨落區的位置和范圍方面較WRF準確率高，但對伊犁北部降水量預報較實況量級偏小。

關鍵詞 大降水；環流形勢；風場；雷達回波；降水檢驗

中圖分類號 S161.6 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）34-0189-07

Abstract Using the MICAPS data of China Meteorological Bureau， the situation field， high and low altitude configuration， wind field， cloud map， radar characteristics and forecast test of a wide range of heavy rainfall weather in Xinjiang from July 31 to August 2， 2016 were analyzed.The results showed that the main potential field of this heavy rainfall was the combination of the two lowtroughs in the north and the south， and there were highlevel westing jet stream， middlelevel south jet stream and 850 hPa with partial easterly winds，which provide plenty of water vapor conditions for heavy rainfall.The radar echo in the precipitation area was long and there was a convergence zone， and the position was stable；During short periods of heavy rainfall， there was a strong wind zone， and the echo top was as high as 12 km.EC fine grid forecast 72 h internal precipitation area， precipitation level， the location and range of rainstorm area were higher accuracy rate than that of the WRF forecast， but that of the northern part of Yili was relatively smaller than actual level.

Key words Heavy rainfall；Circulation situation； Wind field； Radar echo； Precipitation test

2016年7月31日—8月2日新疆自西向東多地出現了大范圍降水，其中伊犁地區多站出現大暴雨，降水量位居歷史首位。

許多學者對暴雨天氣個例的分析進行了研究，并取得了一定的成果[1-5]，吳波等[6]對一次暴雨過程數值預報性能檢驗進行了闡述。筆者借鑒以上學者的研究方法，從形勢場、高低空配置、風場、云圖、雷達特征及預報檢驗等方面，對2016年新疆的這次極端天氣過程進行較為全面的分析，以期獲得預報經驗，提高新疆大降水預報能力，為防災減災提供理論依據。

1 天氣實況

1.1 過程累積降水量

受中亞低槽東移影響，7月31日08：00—8月2日08：00北疆各地、天山山區、喀什、克州、阿克蘇和巴州部分出現降水，其中北疆大部和克州、阿克蘇局部共530站出現12.1 mm以上降水，伊犁河谷和博州、塔城、阿克蘇、克州等地的局部295站降水超過24.0 mm，113站出現48.0 mm以上的大暴雨，伊犁河谷有2站出現96.0 mm以上的特大暴雨，最大降水中心為鞏留庫爾德寧站107.9 mm，國家站最大降水中心為尼勒克站81.2 mm（圖1）。上述部分地區伴有4～5級西北風，東疆風口風力10級，巴州南部局地出現沙塵暴。

1.2 降水落區 7月31日08：00—8月1日08：00南、北疆偏西地區出現降水，暴雨落區在伊犁河谷、博州、塔城地區南部、天山山區、南疆西部山區、阿克蘇北部山區。150站出現24.0 mm以上暴雨，35站出現48.0 mm以上大暴雨，暴雨中心鞏留庫爾德寧73.2 mm、精河茫祖木墩72.5 mm、拜城大宛其鄉8大隊51.0 mm、阿合奇阿克白一提村46.7 mm、烏蘇古爾圖鎮玉東郭勒44.2 mm。

8月1日08：00—8月2日08：00，北疆大部、天山山區、巴州、阿克蘇北部山區出現降水，其中伊犁河谷東南部、塔城北部、阿勒泰東部、精河至木壘一線及其天山山區、阿克蘇北部山區等地部分出現大到暴雨。87站降水超過24.0 mm，7站超過48.0 mm，暴雨中心鞏留東買里鄉克熱森布拉克 71.9 mm、阜康三工河鄉林場52.1 mm、沙灣博爾通古鄉4號52.1 mm、庫車大龍池47.1 mm、達坂城區東溝鄉39.2 mm、塔城阿西爾鄉鐵列克提村37.2 mm、烏魯木齊降水量14.7 mm。

1.3 強降水時段

伊犁河谷強降水時段主要集中在7月31日20：00—8月1日16：00，3站出現短時強降水，霍城蘆草溝鎮小東溝站31日18：00—19：00降水 28.0 mm，昭蘇站31日21：00—22：00降水20.5 mm，鞏留站1日11：00—12：00降水28.3 mm。昌吉州東部及天山山區強降水時段主要集中在8月1日18：00—2日05：00，阜康站在1日21：00—22：00出現短時強降水（17.0 mm）。7月31日20：00—8月1日20：00特克斯、昭蘇、新源、尼勒克降水量均破歷史日極值（表1）。

2 環流形勢分析

2.1 南亞高壓

過程前期，南亞高壓為帶狀型，在東擴加強過程中逐漸形成為雙體型，東部強于西部，長波槽位于45°N附近，其上多波動，由于位于青藏高原東部的高壓維持穩定，使得長波槽移動緩慢，主要影響新疆偏西偏北，為伊犁河谷出現大降水提供了大的環流背景。

2.2 形勢場 過程前期，歐亞范圍內中高緯為兩脊一槽型，環流經向度較大，東歐和貝加爾湖為高壓脊，西西伯利亞為低值系統活動區，位于中低緯伊朗副高、西太平洋副高維持少動，促使西西伯利亞低值系統移動緩慢，并不斷分裂短波影響北疆偏西偏北地區（圖2a）。7月31日08：00，西太平洋副高西伸北抬穩定控制新疆東部，由于上游不斷有冷空氣侵襲使東歐脊向東南衰退，脊前有冷空氣向南輸送并在低槽內堆積，同時伊朗副高東擴，促使西西伯利亞低渦北段東移北收，南段分裂波動南下，全疆以分散性降水為主。31日20：00，西西伯利亞低渦分裂的短波與中亞短波槽有所結合，但位置較偏西，位于伊犁河谷以西的國境線附近，西太平洋副高前部有較強的南風氣流，不斷將孟加拉灣和南海的暖濕氣流向西輸送，與槽前干冷的西南氣流在伊犁河谷上空匯集，形成風向風速的輻合，為后期出現大降水儲存了能量。8月1日08：00，西太平洋副高北伸，促使環流經向度加大，主槽進入新疆偏西地區，槽前仍然維持較強的西南氣流，偏西與西南氣流在伊犁河谷東部匯合，同時配合700、850 hPa風場在河西走廊有明顯的偏東急流，將暖濕氣流向西輸送。1日20：00，隨著烏拉爾山脊進一步向東南衰退，由于下游脊西太平洋副高維持少動，促使中亞低值系統以東移北收為主，伊犁河谷受槽底的偏西氣流控制，伊犁河谷的大降水也趨于結束（圖2b）。

2.3 高低空配置 31日20：00（圖3），200 hPa≥30 m/s西南急流位于新疆偏西區域，高空輻散，有利于抽吸作用，為中低層的輻合上升運動提供了條件；500 hPa伊犁河谷以西國境線附近為短波槽，槽前有較強的偏南氣流，同時配合從南疆翻山的偏南風在伊犁河谷上空匯合，2支氣流的匯合為大降水的出現提供了有利的動力條件。700 hPa伊犁河谷由偏西風轉為偏北風，阿克蘇為偏南風，形成風的輻合，同時在河西走廊有一支較明顯的偏東急流，有利于水汽的輸送，并且伊犁河谷在中低層存在明顯飽和濕區，水汽條件好，配合地形，對降水的出現較為有利。850 hPa伊犁河谷為偏西風，克拉瑪依為偏東風，形成輻合，同時在河西走廊也有一支較明顯的偏東急流，有利于水汽的接力輸送。

3 風場分析

3.1 200 hPa風場 從EC細網格200 hPa客觀分析場來看，降水過程開始前（7月27日08：00），新疆上空及上游地區均為偏西風，風速多在20 m/s以上，40 m/s的急流區位于巴爾喀什湖以北的50°N附近。28日08：00開始，烏拉爾山以東地區開始出現氣旋性輻合中心，巴爾喀什湖以西的西風開始變為西南風。30日08：00，中亞到新疆上空的西風均已轉為西南風，風速均在20 m/s以上，急流區位于40°～46°N、70°～80°E，最大風速達52 m/s，這里正是降水中心伊犁河谷的上游地區。隨著烏拉爾山以東的低渦系統減弱東移，西南急流的范圍繼續擴大并開始進入新疆，偏西地區強降水開始。31日08：00，北疆大部都出現了西南急流，同時在伊犁河谷上空存在風速的輻散，高層的抽吸作用有利于中低層的輻合上升。

對比客觀分析場和預報場發現，EC細網格200 hPa風場對這次天氣過程在風速帶移動速度、風速大小、風向變化、影響時間、強風速帶區域等方面預報的較好。

3.2 中層風場

從EC細網格500 hPa客觀分析場來看，與200 hPa的情況類似，過程前（7月27日08：00），新疆上空及上游地區普遍為偏西風，急流區位于巴爾喀什湖以南的伊犁河谷上游，最大風速達24 m/s。27日夜間開始，在烏拉爾山以東出現了氣旋性輻合中心，隨后開始加強并南壓，29日20：00，中亞到新疆上空普遍轉為西南風，急流區位于40°～46°N、70°～80°E，最大風速依然為24 m/s。30日08：00開始，南疆中西部的西南風開始轉為偏南風，31日08：00開始，上游的西南風和南疆盆地翻山過來的偏南風在伊犁河谷匯合，強降雨開始。2支氣流的匯合，為伊犁河谷強降水的出現提供了不可或缺的條件。

從600 hPa的情況來看，雖然風速明顯比500 hPa弱，但在大降水天氣進入新疆后，31日08：00伊犁河谷出現了明顯的風場輻合及切變，為短時強降水的出現提供了動力條件。

對比客觀分析場和預報場發現，EC細網格500 hPa風場對這次天氣過程在風速帶移動速度、風速大小、風向變化、輻合、切變、影響時間等預報的較好，而600 hPa在風向、風速、大風速區域、切變等預報較差，且時效越長預報偏差越大。

3.3 低層風場

7月28日08：00，隨著高空氣旋性風場在烏拉爾山東部出現，700 hPa也出現了氣旋性風場，風場的底部在巴爾喀什湖南部、伊犁河谷上游形成一支偏西急流，最大風速達20 m/s，隨后幾天急流略減弱，最大風速減弱至18 m/s，急流區不斷北抬，從伊犁河谷西部國境線上空北抬至阿勒泰上游；31日08：00，北疆上空的風速都很小，同時隨著南疆盆地上空出現較強東風，伊犁河谷東部上空出現東西風輻合，風速4 m/s；31日20：00，東西風輻合發展為氣旋性風場，最大風速加強為8 m/s。另外，克州北部出現翻山風，偏西急流與南疆盆地上空的偏東急流在阿合奇附近輻合，導致阿合奇也出現強降水（圖4a）。

850 hPa的風場變化與700 hPa基本一致，只是翻山風出現在阿合奇北部，西北風風速更大，達26 m/s，盆地上空的偏東風也達26 m/s（圖4b）。伊犁河谷強降水開始于31日白天，除了高空和中空風場配置對強降水不可或缺，低層700和850 hPa氣旋性輻合風場對強降水在落區和量級上也有很大貢獻。

對比客觀分析場和預報場發現，EC細網格低層風場對這次天氣過程在風速帶移動速度、大風速區、輻合、切變、影響時間等預報的較好，而在風向、風速等方面偏差較大，風速預報700 hPa偏強、850 hPa偏弱，且時效越長預報偏差越大（圖4）。

4 云圖

從大范圍強降水主要時段（7月31日18：00—8月1日14：00）紅外云圖分析可見，產生強降水的云頂亮溫較低。此次強降水過程是巴爾喀什湖長波槽槽底分裂的向東南方向移動的短波槽云系與向東北方向移動的西南氣流中斜壓葉狀云系結合，最后發展為成熟的逗點云系的過程。

西南氣流中的斜壓葉狀云系在東北上過程中受中、低層風場和水汽場的輻合及地形強迫作用，在伊犁河谷地區不斷有中尺度云團生成發展，持續影響時間長，有利于降水強度增大。

5 雷達回波

5.1 回波強度

從伊犁雷達回波圖可看出，7月31日12：00開始，雷達西南方向有弱回波出現，之后不斷向東北方向移動增強（圖5a），至8月1日16：00伊犁大部長時間受降水云系覆蓋，最大回波強度為45 dBz；18：00—19：00，35 dBz的窄帶回波經過霍城，21：00—22：00昭蘇上空維持15～20 dBz的回波。8月1日11：00—12：00，鞏留站上空由西南向東北不斷有35～40 dBz的回波經過。伊寧站最大雨強7 mm/h，出現在8月1日00：00—01：00，此時的雷達回波在25～30 dBz，成窄帶回波狀。

精河雷達回波圖上，位于雷達西南至東南方向的伊寧、尼勒克、鞏留、新源回波弱，在強降水時段甚至沒有回波存在。精河7月31日17：00—8月1日16：00一直存在20 dBz以上的回波（圖5b），且最強回波達到40 dBz。35～40 dBz回波持續1 h，雨強達3～5 mm。

從克拉瑪依雷達回波圖可看出，7月31日21：00開始，由西南方向至東北方向的回波進入克拉瑪依地區，大部回波強度持續維持在30～40 dBz（圖5c），到8月1日20：00，雖然有較強的回波存在，但雨強大多在1 mm/h左右。

石河子雷達分析發現，30日傍晚至31日白天石河子地區有分散性的云系存在，移動方向由西南向東北方向發展。8月1日02：00開始石河子西南45°方位角方向不斷有10～35 dBz的回波帶向北移動（圖5d），維持到2日02：00移出。雨強為3 mm/h左右的降雨，其回波強度在35～40 dBz。

5.2 氣柱含水量

伊犁雷達總氣柱含水量圖上，7月31日12：00—8月1日16：00伊犁地區特克斯到尼勒克一線、伊寧和霍城附近不斷有5 kg/m2水汽通過（圖6a）。8月1日10：00—12：00鞏留站氣柱含水量有匯聚且快速減小的過程。7月31日17：00—8月1日16：00精河雷達氣柱含水量圖上，持續有5 kg/m2水汽自西南至東北方向經過精河（圖6b），且面積大、維持時間長，最大小時雨強達3～5 mm。

克拉瑪依雷達總氣柱含水量圖上，31日21：00開始，含水量達75 kg/m2，水汽由西南至東北方向進入克拉瑪依地區，8月1日14：00帶狀水汽逐漸東移，17：00之前經過克拉瑪依市時（圖6c），造成本地1～2 mm/h的雨強；20：00之后移至克拉瑪依以東地區。石河子雷達水汽條件分析發現，30日傍晚至31日白天以塊狀的氣柱含水量大值區在西南到東北方向發展，氣柱含水量為5～30 kg/m2；1日白天至2日凌晨氣柱含水量值增大，自西向東出現大片的氣柱含水量達75 kg/m2回波（圖6d）；1日13：00—18：00在142團地區維持時次較強，此時的雨強較大，為2～4 mm/h。

5.3 徑向速度分析 此次大降水過程，在伊寧和精河雷達徑向速度圖上均存在一定的輻合區，且位置較為穩定，維持時間較長。出現短時強降水的時段，伊寧8月1日12：15和精河00：57有逆風區存在（圖7）。

5.4 剖面圖 從伊寧和精河雷達回波剖面圖可以看到，7月31日20：00—8月1日20：00出現大降水時段，其回波頂高普遍在10 km以下，維持時間長。在出現短時強降水時段，伊寧7月31日23：00—24：00和精河21：00—22：00回波頂高超過12 km，20 dBz的回波頂高達10 km（圖8）。

6 降水檢驗

6.1 EC細網格24 h檢驗 從圖9可看出，72 h的預報降水范圍較實況偏小，整體落區位置明顯偏向東北方向，伊犁西部、博州南部、阿克蘇北部的大雨、暴雨中心未報出，降水量預報也偏小；大暴雨落區的位置預報在伊犁南部山區較為偏南。48 h降水預報范圍略偏小，位置略偏東北；伊犁西部山區、北部降水量預報略偏小，中心值70 mm，比實況略偏小，塔城南部、博州東部降水量整體預報偏大；大暴雨落區的位置預報在伊犁南部山區較為偏南。24 h降水范圍與實況較為接近；降水量級預報較好，塔城南部降水量預報略偏小，伊犁北部整體降水量預報較實況偏小20 mm左右，伊犁南部降水量預報為70 mm左右，較實況偏大20 mm。

6.2 EC細網格12 h檢驗

從29日20：00預報場看出，72 h預報場降水范圍明顯較實況略偏小；降水量級預報較好，與實況接近，塔城北部降水量預報偏小10 mm左右，而塔城南部降水量預報偏大10 mm；暴雨落區的位置和范圍預報很好。60 h降水范圍預報還好，但阿勒泰降水落區位置偏東，北部地區空報，東部地區錯報；降水量級預報較差，大降水預報范圍明顯較實況小很多，伊犁、塔城南部降水量級偏小1個量級；伊犁、塔城南部暴雨沒有報出。48 h預報場降水落區和范圍與實況相當接近；降水量級也相差無幾，除伊犁東北部降水量預報較實況略偏小外，降水量預報較好；暴雨落區預報相對較好，但在尼勒克附近降水量預報略偏小。36 h降水范圍預報明顯偏大，阿勒泰降水位置偏東且范圍偏大，呼圖壁以東北疆沿天山錯報；降水量級預報較好，位置與實況接近，但范圍較實況略偏小；暴雨落區范圍較實況略偏小。24 h預報場降水落區和范圍與實況相當接近；除塔城北部降水量級預報偏小1個量級外，其他地區降水量級預報也較好，尼勒克附近降水量級預報偏小；暴雨在尼勒克附近沒有報出外，其他地區很好。12 h預報場降水范圍偏大，主要是阿勒泰東部和東沿天山錯報；降水量級和降水量與暴雨的落區的位置和范圍預報較好。

6.3 WRF 24 h檢驗

從29日20：00預報場看出，72 h大降水預報范圍較實況明顯偏小；降水量級預報較好，但降水量預報較差，塔城北部降水預報偏大，伊犁西部、博州東部、阿克蘇北部降水量預報明顯偏小，基本偏小1個量級；暴雨與大暴雨預報位置偏東，范圍偏小。48 h大降水預報范圍與實況較為接近；降水量級預報較好，伊犁西北部降水量預報偏小1個量級；大暴雨預報范圍偏大，主要集中在伊犁西南部山區。24 h大降水預報范圍較實況略偏小，主要在伊犁西北部山區和塔城南部；降水量級預報較好，伊犁西北部降水量級偏小；大暴雨預報范圍略偏小，主要集中在伊犁北部地區。

6.4 WRF 12 h檢驗

從29日20：00預報場看出，72 h降水落區預報差，范圍明顯偏小，在北疆偏西、偏北地區都有明顯漏報；降水量預報也差，伊犁、博州、塔城北部降水量級預報偏小1個量級，阿勒泰東部預報量級偏大1個量級；暴雨預報也差，整體范圍偏小，位置偏東。60 h降水范圍預報較差，阿勒泰東部錯報，阿克蘇降水預報范圍偏小；降水量級較好，但塔城北部降水量級偏大1個量級；暴雨落區范圍偏小很多，大暴雨位置略偏東北。48 h降水落區較差，阿勒泰和阿克蘇降水預報范圍略偏小；降水量預報一般，塔城北部中雨預報范圍偏小；暴雨落區預報較差，暴雨范圍明顯偏大，大暴雨位置偏南。36 h降水范圍明顯偏小，塔城、阿勒泰地區錯報較多；降水量級預報一般，塔城北部降水量預報偏大1個量級，伊犁整體預報偏小1～2個量級；暴雨落區范圍較實況明顯偏小，而大暴雨落區范圍偏大。24 h降水落區預報較好；降水量預報較好，塔城北部降水量偏小1個量級，大降水位置較實況略微偏東；暴雨落區預報范圍偏小且位置偏南。12 h降水落區除阿勒泰漏報外，其余地區與實況接近；降水量預報較好，僅在伊犁西北部降水量預報偏小1個量級；暴雨落區較實況略偏小，但位置較準確，大暴雨落區范圍小且位置偏南。

7 小結

（1）此次大降水過程高層有偏西急流，700 hPa有偏南急流存在，850 hPa配合有偏東風，3支氣流的維持加強，為大降水提供了充沛的水汽條件。

（2）此次強降水天氣過程回波維持時間長，回波強度小。雷達回波伊寧和精河反射率因子強度普遍在15～35 dBz，出現短時強降水28.3 mm/h的鞏留站回波強度在35～40 dBz，28.0 mm/h的霍城回波強度35 dBz ，20.5 mm/h的昭蘇回波強度15～20 dBz。精河出現3～5 mm/h短時強降水時段的回波強度在35～40 dBz。克拉瑪依、石河子雷達有30～40 dBz的回波，但最大雨強只有1～3 mm/h。精河雷達上出現短時強降水的鞏留、尼勒克站的回波強度弱或沒有回波，不能反映降水特征。伊寧和精河雷達水柱含水量值在5 kg/m2，且成分散的塊狀分布，出現強降水時段的測站有水汽通過，但整體對于大范圍的降水指示意義弱。克拉瑪依、石河子雷達，氣柱含水量大，大部在75 kg/m2，有強降水出現時有大的水汽存在，但實際雨強小。雷達徑向速度圖上存在一定的輻合區，位置較為穩定，維持時間較長。出現短時強降水的時段有較為明顯的逆風區存在。回波剖面圖上，降雨回波頂高普遍低于10 km，短時強降水時段回波頂高達到12 km。

（3）整體來看，72 h內降水落區、降水量級、暴雨落區的位置和范圍，EC細網格較WRF相對準確率高。對此次天氣過程，EC預報失誤主要是對伊犁北部地區（鞏留、尼勒克）的暴雨及大暴雨預報量級偏小。而WRF預報失誤主要集中在對降水落區的把握，逐24 h相對較好，12 h錯報、漏報較多（集中在阿勒泰地區、阿克蘇北部）；降水量預報也較實況偏小，尤其對暴雨及大暴雨的落區和位置有些許偏差，有待訂正。

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