2014年冬季阿圖什2次災害性大風對比分析

肉孜·阿基，阿依謝姆古麗·孜比布拉，艾克代·沙拉木

（1.新疆氣象臺，新疆烏魯木齊 830002；2.克州氣象局，新疆克州 845350）

2014年冬季阿圖什2次災害性大風對比分析

肉孜·阿基1，阿依謝姆古麗·孜比布拉2，艾克代·沙拉木2

（1.新疆氣象臺，新疆烏魯木齊 830002；2.克州氣象局，新疆克州 845350）

2014年11月下旬和12月上旬，南疆西部的克州地區出現了2次災害性大風天氣，12月8日克州阿圖什的大風突破建站以來的歷史極值。本文利用常規觀測資料和NCEP 1°×1°的6 h再分析資料，對這兩次大風天氣成因進行了對比分析。結果表明：高空斜壓槽、地面強冷鋒及南疆西部熱低壓是產生大風天氣的影響系統；高空中期環流形勢、冷空氣強度、動量下傳決定了大風的類型與強度；溫度平流、垂直運動的強度及配置與大風強度關系密切。

大風；高空急流；斜壓槽；對比分析；阿圖什

大風是我國北方地區主要的災害性天氣之一。長期以來，氣象工作者針對大風的成因做了很多研究[1-9]，也取得了豐碩的成果。曹美蘭等[1]、張曉慧等[2]、孫建明等[3]認為冷空氣大風是斜壓大氣能量轉換、西北急流活動及動量下傳等因素共同作用的結果；申建華等[4]指出高空急流、風速垂直切變、氣壓梯度、3 h變壓、冷暖平流、散度場等氣象要素對大風的發生起到一定的作用；潘新民等[5]研究了新疆百里風區地形對大風的影響，結果表明，雖然造成大風的根本原因是冷空氣活動，但特殊的地形影響使風速增幅；湯浩等[6]認為，百里風區就是越山的冷空氣因狹管效應和流洩風作用而形成的強風區；萬瑜等[7]認為，達坂城至烏魯木齊南郊一帶東南風頻發是由于春季地面蒙古高壓部分南掉，形成東西向氣壓梯度力同烏魯木齊南郊地形狹管方向一致時，并在“慢坡”重力下滑的共同作用下所形成的回流型東南大風；王敏仲等[8]認為，大風過程中，大氣在鉛直方向既可做上升運動，也可做下沉運動；周宏等[9]指出，喀什站與烏魯木齊、塔什干指標站氣壓差對喀什地區大風有明顯的指示意義。目前對于大風天氣成因的研究已比較多，但對于南疆西部災害性大風天氣的研究還較少。

2014年11月下旬和12月上旬，南疆西部的克孜勒蘇柯爾克孜自治州（簡稱克州）出現了兩次極端災害性大風天氣，給人們的生產生活帶來了嚴重的影響。事實上，新疆的大風天氣主要分布在春季，其次是夏季，而秋、冬季較少見，尤其是冬季，除了北疆和東疆的風口地區偶有大風外，全疆大部都少有大風天氣，故新疆的冬季可稱為無風季[10]。在這種氣候背景下克州出現的這兩次災害性大風天氣實屬罕見，因此本文利用NCEP 1°×1°的6 h分析資料、常規觀測資料及自動站資料對這兩次個例進行分析，探討南疆西部秋冬季出現災害性大風的成因及其預報指標，從而提升秋冬季大風天氣的預報水平。

1 大風實況

克州位于南疆西部，北倚天山西段，西瀕帕米爾高原，屬干旱地區。阿圖什市位于克州中部76.1°E、39.7°N處，年均大風日數為22.9 d，基本分布在春夏季，且絕大多數屬于背風坡強下坡風性質。受強冷空氣影響，2014年11月25—26日和2014年12月8日，克州出現了兩次災害性西北大風天氣，而兩次過程的大風中心均位于阿圖什市。11月的大風（簡稱過程1，下同）影響阿圖什市的時間為11月25日19時—26日07時，最強風出現在26日02時，瞬間極大風速達21.9 m/s，為7級，其特點是持續時間長，但風力較小，造成直接經濟損失366.33萬元；12月的大風（簡稱過程2，下同）影響阿圖什市的時間為12月8日05—10時，其特點是持續時間短，但風力大，爆發性強，8日07時市區瞬間極大風速達33.7 m/s，為10級，突破阿圖什建站以來的歷史極值，造成直接經濟損失達1 461.15萬元。過程1持續時間長，連續13 h瞬間極大風速都在10.8m/s（6級）及以上，且變化不大，最大為9級；過程2持續時間短，6級以上大風僅持續了5 h，但12月8日06—07時，瞬間極大風力從7級暴增至12級，08時降到11級，09時降到8級，之后就快速趨于結束。兩次過程中大風強度均明顯大于帕米爾高原西側地面風速，是兩次明顯的氣流過山引起的強下坡風暴。

2 環流特征分析

2.1 高空斜壓槽和強鋒區

過程1屬于緯向環流下的槽脊東移類大風。過程前期，歐亞中高緯為經向環流，東歐到西伯利亞為低渦活動區，中心位于貝加爾湖以北，配合以-49℃的冷中心，槽底伸到里海，呈東北—西南向的準橫槽，中緯度以緯向環流為主。伴隨著里咸海長脊，低渦中心逆轉，橫槽主體轉豎東移，25日08時，低槽東移到西伯利亞，槽底部分冷空氣滯留在咸海到巴湖之間，成為槽后西北風帶上的不穩定小槽（圖1a）。25日20時，西伯利亞低槽東移，槽后不穩定小槽南壓到西北國境線附近，40°N處最大風速達28 m/s，溫度槽落后于高度槽，等溫線與等高線的夾角為45°左右。25日夜間，伴隨-24℃冷中心（或等溫線）的不穩定小槽開始入侵克州。700 hPa上，溫度槽落后于高度槽10個經距，等溫線與等高線幾乎垂直，等溫線較500 hPa更為密集，較強冷空氣從西北方向向克州輸送。探空圖表明（阿圖什無探空資料，故用西南部相隔30 km的喀什站的探空資料），11月25日20時（過程前），阿圖什上空700 hPa到400 hPa風向隨高度增加而逆時針旋轉，中高層400 hPa到200 hPa風向隨高度順時針旋轉，表明中低層有冷平流，中高層有暖平流；過程趨于結束時（11月26日08時），依然是中低層冷平流，中高層暖平流，但暖平流加強，范圍也擴展到500 hPa（圖2a）。受小槽東移影響，克州各地出現了一次大風天氣，其中阿圖什市連續13 h風速維持在6級以上。

過程2屬于主導高壓脊衰退類大風。過程前期，歐亞范圍為經向環流，其中東歐到烏拉爾山為強盛的高壓脊，烏拉爾山到西伯利亞為一后傾槽，配合-40℃的冷中心，槽后北風帶強勁，最大風速達44 m/s，10個經距內有7條等高線，位勢高度差28 dagpm。7日08時，里、黑海脊開始部分向南衰退，西西伯利亞低槽底部有些南壓，溫度槽落后于高度槽，并且在咸海北部形成-40℃的冷中心。7日20時，北風帶最大風速區壓到50°N以南，達42 m/s，-36℃等溫線也壓到了40°N處，等溫線與等高線接近垂直，大氣斜壓性極強（圖1b）。700 hPa上，鋒區上等溫線的密集程度比500 hPa更大，且隨著高度的增加，斜壓槽向東南方向傾斜。7日20時，500 hPa高壓脊快速向東南衰退，推動西西伯利亞低槽底部的冷空氣向東南爆發進入克州，同時700 hPa上，里、咸海脊頂迅速東伸到東疆地區，西西伯利亞低槽底部切渦并移到克州上空。探空圖表明，阿圖什上空300 hPa的風速從7日20時的50 m/s減弱為8日08時的32 m/s，300 hPa以下的風速都有所減弱，而700 hPa的風速則從7日20時的10 m/s加強為8日08時的38 m/s，說明從高空到地面有明顯的動量下傳（圖2b）。受強鋒區東移及高空強風動量下傳的影響，克州各地出現了一場持續時間短、風力很強的大風天氣，其中阿圖什市6級以上的大風僅維持了5 h，最大風力卻達到了12級。

圖1 2014年11月25日08時（a）及12月7日20時（b）500 hPa高空形勢（單位：dagpm）

圖2 2014年11月26日08時（a）及12月8日08時（b）探空圖

以上分析表明：這兩次大風過程高空槽都為西北路徑，但中期環流形勢不同，過程1是緯向環流下的槽脊東移類大風，中緯度冷空氣強度相對較弱，不穩定小槽移速較慢，所以大風強度不強，但持續時間長；過程2是脊衰退類大風，中緯地區出現同期較罕見的強冷空氣，低槽攜帶強冷空氣向東南爆發，同時從高空到地面有動量下傳，因此大風持續時間較短，但強度極強。兩次過程具有以下相同特點：高空500 hPa、700 hPa均維持強鋒區，700 hPa鋒區中溫度梯度更大；過程前期及冷空氣入侵時，等溫線和等高線交角大，形成強力管，大氣處于斜壓的動力不穩定狀態，都在高空溫度槽過境時出現大風天氣。

2.1 地面冷鋒

過程1中地面冷高為西北路徑。過程前期，冷高形成于新地島以西的洋面，強度為1 032.5 hPa，之后在南壓的同時加強，2014年11月24日20時，冷高中心南壓到烏拉爾山以西，強度達到1045 hPa，冷鋒位于阿勒泰北部到咸海一線，造成咸海北部強沙塵暴。11月25日17時，冷鋒進入克州地區，氣壓梯度達10個緯距內壓差30 hPa。25日白天南疆熱低壓在喀什南部發展，17時中心強度達1 007.5 hPa，高低中心壓差達37.5 hPa，隨后大風天氣開始。25日20時，冷高中心開始減弱東移，26日08時減弱為1040 hPa并移到巴爾喀什湖南部，等壓線變稀疏，大風停止。26日02時風力最強的時候低壓中心消失，南北壓差為27.5 hPa（圖3a）。

過程2中地面冷高為西方路徑。過程前期，冷高形成于黑海北部，強度為1 032.5 hPa，之后在緩慢東移的過程中逐漸加強，2014年12月7日20時，冷高中心移到咸海，強度達1050 hPa，冷鋒已進入南疆西部，氣壓梯度達5個緯距內壓差20 hPa，但此時尚未起風。8日05時，冷高中心移到巴爾喀什湖南部，強度加強為1 057.5 hPa，南疆盆地在阿克蘇中部出現一個強度為1 022.5 hPa的低壓中心，此時正是阿圖什起風的時間。而風力最強的8日08時（圖3b），冷高中心依然位于巴爾喀什湖南部，強度增強為1060 hPa，低壓中心減弱為1025 hPa并西退到喀什南部，高、低壓中心連線正好穿過阿圖什，此時南北壓差達35 hPa。8日11時，冷高中心位置及強度基本沒變，而低壓中心減弱為1030 hPa并再次東移到阿克蘇中部，冷鋒越過阿圖什，此時大風停止。

圖3 2014年11月26日02時（a）及12月8日08時（b）海平面氣壓場

兩次大風過程地面形勢具有共同特點：地面冷鋒前部在南疆西部有熱低壓發展，使得冷鋒前后氣壓梯度增大，在鋒前部出現西北大風。不同之處是兩次過程地面冷高移動路徑及冷高壓、熱低壓的強度不同：過程1為西北路徑，冷高中心在起風時已經開始在緩慢地減弱東移，此時喀什南部有熱低壓，風力達到最強之前熱低壓已經消失，冷鋒移速慢，長時間控制著南疆西部；過程2為西方路徑，起風時冷高中心在持續加強中，同時在阿克蘇中部有熱低壓出現，風力達到最強時熱低壓中心西退至喀什南部，高、低壓中心連線正好穿過阿圖什，隨著低壓中心再次快速東移到阿克蘇中部，冷鋒越過阿圖什，大風停止。

3 兩次大風過程診斷分析

3.1 高空急流的作用

高空急流入口區易引發次級環流，其右側（南部）輻散，在其下部產生上升運動，在其左側（北部）輻合，下部產生下沉運動，高空動量下傳，近地層風速加大，而南部上升氣流使鋒前低壓加強，北部下沉氣流有利于鋒后高壓加強，冷鋒前后氣壓梯度增強，地面風速加大。

分析兩次過程全風速場演變，過程1發生前的2014年11月25日08時，極鋒急流核位于里海以南，核區風速達68 m/s，同時副熱帶急流核位于青藏高原上空，核區風速也為68 m/s，核區風向均為偏西；20時，極鋒急流軸迅速東北移到巴爾喀什湖以南，急流核靠近西部國境線，核區風速72 m/s，風向轉為西西北，南疆西部位于急流的南部，有一定的上升運動。與此同時副熱帶西風急流核略北挺，核區風速加大到76 m/s，核區外圍的風速也明顯加強，風向也轉為西西北，而南疆西部地區位于副熱帶急流的北部，即下沉區，高空動量下傳，同時又位于兩個急流核中間，其高空風速梯度變化最大，因此地面出現了持續性大風天氣。

過程2發生前的2014年12月7日08時，副熱帶急流核位于青藏高原上空，急流中心為62 m/s的偏西風，極鋒急流相對較弱，急流軸位于烏拉爾山上空，最大風速為32 m/s；7日20時，副熱帶鋒區變化不大，極鋒急流軸移動到咸海和巴爾喀什湖中間，最大風速增加到36 m/s；7日夜間，極鋒急流軸繼續南壓，與副熱帶急流軸外圍大風區匯合于南疆西部。由于極鋒急流弱，副熱帶急流強，則南疆西部上空的動量下傳比過程1更強。過程2中，200 hPa的急流比過程1弱，但是200 hPa以下各層風速均比過程1強，7日20時400 hPa急流核的風速達52 m/s，500 hPa急流核的風速達48 m/s，同時7日夜間從高層到地面完成一次明顯的動量下傳，8日08時700 hPa的風速增加到38 m/s，8日20時又迅速減弱為6 m/s，在此期間造成克州各地的短時災害性大風天氣過程。

綜上所述，兩次過程均發生在南北支急流震蕩匯合之時，而大風落區就在匯合之處，表明高空急流的震蕩合并對大風的產生較為重要，同時高空動量下傳對大風強度和持續時間也對應較好。

3.2 溫度平流的作用

溫度平流是斜壓擾動強烈發展最主要的動力條件，槽前暖平流使槽前高壓脊發展，槽后冷平流使槽加深。與此同時，在槽前暖平流作用下，上升運動產生正的渦度平流。在溫度平流與渦度平流的共同作用下，高空槽發展加深并向前移動[11-12]。另外冷平流的作用可使地面氣壓梯度很快加大，造成大風，冷平流越強，出現的風力也越大。

圖4 2014年11月25日20時700 hPa溫度平流（a）及2014年11月26日02時溫度平流剖面（b）

過程1發生前的2014年11月24日，隨著高空長波槽快速東移，冷平流開始侵入克州地區，24日20時冷平流中心位于克州西部，強度為-0.25×10-3K·s-1，之后快速加強，25日08時長波槽快速東移到中天山，槽后鋒區上的短波槽滯留在巴爾喀什湖西部，冷平流分裂成兩部分，一部分跟在長波槽后快速東移，一部分滯留在克州地區，中心加強到-0.4×10-3K·s-1；20時滯留的冷平流控制了克州全境，中心強度達到-0.9×10-3K·s-1，短波槽前出現暖平流，強度為0.4×10-3K·s-1，克州位于長波槽后短波槽前，長波槽后冷平流和短波槽前暖平流使得這一區域上空存在強的斜壓結構，此時剛起風不久（圖4a，黑色小三角形為阿圖什的位置，下同）；到最大風速出現的26日02時，冷平流中心強度已經增加到-1.6×10-3K·s-1，這期間冷平流中心一直維持在阿圖什上空。26日08時，短波槽快速東移到阿克蘇上空，隨后克州上空的冷平流減弱消失。

從過程1沿40°N的溫度平流空間剖面圖上來看，11月24日，克州上空從低層到高層都為弱冷平流，隨后開始緩慢加強，700 hPa附近最強，上游地區則主要受弱暖平流控制。25日20時，上游暖平流中心出現在450 hPa高空，強度為2×10-4K·s-1，冷平流中心則依然在阿圖什上空650 hPa高空，強度為10×10-4K·s-1。26日02時，風速最大時，冷平流中心位于阿圖什上空750 hPa，強度達到16×10-4K·s-1（圖4b）。

過程2的高空系統分布與過程1剛好相反：2014年12月7日08時，長波槽移到咸海和巴爾喀什湖之間，而槽前有個短波已經到了克州地區，500 hPa短波槽前強暖平流控制了南疆西部大片地區，中心位于克州西南部，強度達15×10-3K·s-1。7日20時，隨著長波槽繼續南壓到西部國境線，短波槽快速東移到東疆地區，而強冷暖平流也隨之快速東移消散，克州上空在暖平流邊緣。大風出現前的12月8日02時（圖5a），整個克州上空大片地區從500 hPa到700 hPa均為弱暖平流控制，隨后3 h內冷平流替代暖平流并快速加強，阿圖什起風，2 h內風速達到最大，說明冷空氣爆發性極強。從8日08時的溫度平流來看，阿圖什上空500 hPa～700 hPa為強冷平流控制，500 hPa中心強度為-3×10-3K·s-1，而在700 hPa冷暖平流配置較復雜（圖5a）：阿圖什上游為強冷平流帶，其北部、西部各有一個冷平流中心，強度分別為-9×10-3、-12×10-3K·s-1，阿圖什下游為強暖平流帶，其南部、東部各有一個暖平流中心，強度均為9×10-3K·s-1，冷暖平流的這種配置使阿圖什上空大氣斜壓性極強。

從過程2沿40°N的溫度平流空間剖面圖上來看，大風發生前7日14時，阿圖什上空為弱暖平流，20時弱冷平流開始進入；風速最大的8日08時，從400～850 hPa均為強冷平流，最強冷平流依然位于700 hPa，強度達-90×10-4K·s-1。

對比分析結果表明，過程2中冷平流強度為過程1的5～10倍，表明低層冷平流強度直接影響大風強度。

3.3 垂直速度

從過程1沿40°N的垂直速度空間剖面圖上來看，大風出現前2014年11月24日20時起，阿圖什上空從高層到低層均為弱下沉運動。隨著高空槽靠近，11月25日20時起500 hPa～700 hPa的下沉運動加強，表明鋒區后部冷空氣勢力強大，大風開始。隨著高空槽進入克州地區，風力加大，11月26日02時風力達到最大時的垂直速度剖面圖上（圖6），阿圖什上空均為較強下沉運動，最強下沉區位于700 hPa，強度達9×10-4hPa·s-1。強度為2×10-4hPa·s-1的較強下沉運動區的高度達到450 hPa，下沉區的右側在500 hPa以上有弱上升運動。這種整層的下沉運動有利于地面出現大風。

圖5 2014年12月08日02時700 hPa溫度平流（a）及2014年12月08日08時溫度平流剖面（b）

從過程2沿40°N的垂直速度空間剖面圖上來看，大風出現前的2014年12月7日08時起，阿圖什上空從高層到低層均為弱下沉運動。隨著高空槽靠近，12月8日02時，中低層下沉運動加強，最大下沉速度出現在700 hPa，強度增強為4×10-4hPa·s-1，風力最大的08時下沉速度達到8×10-4hPa·s-1（圖7）。2×10-4hPa·s-1的較強下沉區高度達到350 hPa，同時下沉區的右側800 hPa～300 hPa有較明顯上升運動。隨高度升高，上升、下沉區向西北方向傾斜，冷鋒后的冷空氣強烈下沉，使得地面出現強烈西北大風。這種低槽前上升、槽后下沉運動，使大量擾動有效位能轉化為擾動動能，形成斜壓不穩定，有利于地面出現大風。

從兩次過程的垂直速度剖面圖對比分析得知，過程1中300 hPa以下有下沉運動，450 hPa以下的下沉運動較強，冷空氣下沉層次較淺，再配合風場可知，動量下傳對大風的作用較小；而過程2中上升區和下沉區的配置有利于有效位能轉化為動能，強烈的下沉運動將高層動量下傳到地面附近，對地面大風的作用很大。

圖6 2014年11月24日20時垂直速度剖面

圖7 2014年12月8日02時垂直速度剖面

4 結論

（1）在一定的高低空系統配置下，新疆的冬季也會出現災害性大風。兩次大風過程高空形勢的相似之處為：500、700 hPa強鋒區，700 hPa冷槽斜壓性強，從高空到地面有動量下傳，均在高空溫度槽過境時出現大風。不同之處在于兩次過程中期環流形勢不同，過程1中中緯度冷空氣強度相對較弱，不穩定小槽移速較慢，過程2中強冷空氣向南爆發，動量下傳更明顯，因此大風更具破壞性。

（2）兩次過程地面形勢也有共同點：南疆西部有熱低壓發展，使冷鋒前后氣壓梯度加大，鋒前出現西北大風。不同之處在于兩次過程冷高壓移動路徑及高、低壓強度不同：過程1冷高壓為西北路徑，起風時冷高壓已經開始減弱，冷鋒移速慢；過程2冷高壓為西方路徑，起風時冷高壓在發展加強中，冷鋒移速快。

（3）兩次大風過程均發生在南北支急流震蕩匯合之時，大風落區與高空急流匯合之處對應較好，表明高空急流的震蕩合并對大風的產生有決定性作用，同時中低空急流強度及是否有動量下傳則直接影響大風強度和持續時間。

（4）溫度平流、垂直運動的強度及配置能直接影響大風強度：冷平流越強，大風越強；低槽前后有上升運動和下沉運動配置時，垂直運動越強、延伸的高度越高，則大風越強。

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Comparative Analysis of Two Disastrous Winds in Winter of 2014 in Artux of Xinjiang

Rouzi Aji1，Ayixiemuguli Zibibula2，Aikedai Shalamu2（1.Xinjiang Meteorological Observatory，Urumqi 830002，China；2.Kezhou Meteorological Bureau，Kezhou 845350，China）

In late November and early December of 2014，two disastrous winds occurred in Kizilsu Kirghiz Autonomous Prefecture which located in the west of the southern Xinjiang，the one on December 8th in Artux broke through the extreme value of recorded history since the construction of the station.In this paper，these two windy weather referred above were analyzed comparatively based on conventional observation and NCEP 1°×1°reanalysis data every 6h.It is showed that the circulation situation induced by such windy weather included baroclinic trough and strong front zone in upper level，strong cold high pressure in surface and thermal depression in the west of southern Xinjiang;the type and intensity of strong wind was determined by medium range circulation，cold air strength，and downward momentum transportation.In addition，the intensity of the temperature advection，vertical movement and the divergence field configuration is directly affected the strength of wind.

strongwinds;upper-level jet;baroclinic trough;comparative analysis;Artux

P458.1+23

B

1002-0799（2017）03-0072-07

肉孜·阿基，阿依謝姆古麗·孜比布拉，艾克代·沙拉木.2014年冬季阿圖什2次災害性大風對比分析[J].沙漠與綠洲氣象，2017，11（3）：72-78.

10.12057/j.issn.1002-0799.2017.03.010

2016-12-05；

2017-03-28

中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所沙漠基金（sqj2010002）、新疆維吾爾自治區科技支撐項目（201433112）共同資助。

肉孜·阿基（1979-），男（維吾爾族），高級工程師，現從事短時、短臨天氣預報工作。E-mail：aji4201@126.com