昌吉州2015年一次局地強對流天氣過程分析

2017-09-11 13:06:32海麗曼庫爾班塔依

吉林農業 2017年17期

海麗曼·庫爾班塔依

（昌吉回族自治州氣象局，新疆昌吉831100）

海麗曼·庫爾班塔依

（昌吉回族自治州氣象局，新疆昌吉831100）

利用常規觀測和地面自動站資料，NCEP1°×1°再分析資料、FY-2E衛星云圖，針對2015年6月9～10日昌吉州地區一次大暴雨過程進行了天氣動力學診斷和中尺度分析，結果表明：大降水產生于有利的天氣尺度系統配置中，風場的輻合，溫度梯度大，高層降溫、低層升溫的形式，還有冷平流自高空伸向降水區，有利于水汽的凝結；地形對暴雨的強度以及落區等起重要作用，天山山區由于特定的地形形成了三支明顯的氣流，由這三支氣流組成的中尺度輻合系統對中尺度對流云團的形成和發展起重要的作用。云團的加強和發展與地形作用密切相關。

昌吉州；強對流天氣；分析

1 天氣概況

2015年6月9日13時后，昌吉州大部地區相繼出現中量以上降水過程，6月9日08時～10日08時，全州32個測站達到暴雨量級，其中7個站出現大暴雨，其中木壘縣照壁山鄉雙灣村達107.2毫米/小時，為特大暴雨（9日21時至10日凌晨3時出現91.2毫米的短時強降水）。最大1小時降水量出現在瑪納斯縣包家店為28.6毫米。

山區及平原個別測站出現大風、雷電及短時強降水等強對流天氣。呼圖壁9日17時出現8級西北陣風，極大風速26.5米/秒；9日午后16時瑪納斯、阜康、天池等地先后出現雷電；9日16～19時瑪納斯縣包家店降水量達35.1毫米；木壘縣日降水量達62.0毫米，突破歷史同期極值（1999年6月18日40.1毫米），其中，10日01～02時兩小時降水量達29.7毫米。強降雨天氣造成昌吉州木壘縣、奇臺縣、瑪納斯縣、阜康市4個四縣市29個鄉鎮洪澇、風雹災害。根據受災縣、市上報數據統計，全州受災人口19512人，緊急轉移安置人口3283人，因災死亡3人（因雷擊災害死亡1人），失蹤人口2人，傷病人口1人，農作物受災面積6062公頃。一般損壞房屋2489間826戶，嚴重損壞房屋193間74戶，倒塌房屋164間53戶。直接經濟損失3053萬元。此次天氣的特點是：局地性強、降水時間短、小時雨強大、災害性天氣種類多、受災重（見下圖）。

6月 09日08時～10日08時過程累計降水量圖（單位：毫米）

2 大尺度天氣背景和影響系統

在100hPa天氣圖（圖略）上，南亞高壓呈單體型，其中心位于東經70°附近的高原西部上空，副熱帶急流明顯北進。在200hPa和500hPa的風場上，昌吉州上空位于西南氣流的右側，西南氣流輸送水汽進入昌吉州。

500hpa環流形式：6月8日08時歐亞范圍以兩槽兩脊的形式，西西伯利亞地區受低槽控制（槽前最大風速32米/秒），巴湖受脊控制，昌吉區處在脊前偏西氣流控制中；8日20時（圖1a）西西伯利亞低槽緩慢東移加深槽的南段南伸至北緯40°附近（最大風速仍為32米/秒），脊加強脊頂可伸展到北緯60°，北疆大部受脊前西北氣流控制中。9日08時低槽繼續東移分兩波，北支槽前最大風速仍維持在32米/秒，脊南壓至新疆北部,北疆大部T-Td較大（≤12℃）。9日20時（圖1b）低槽繼續東移北抬成渦，槽前最大風速增大到38米/秒并形成西南急流，新疆西部地區受南支槽前西南氣流控制中；并且100pha南壓高壓成雙體型，其中心位于東經70°附近的高原西部上空，副熱帶急流明顯北進；200hpa主槽前最大風速達到44米/秒，克州、伊犁至塔城有較強的西南氣流，這條高空急流造成了暴雨區上空的氣流輻散，起到了高空抽吸作用，對大降水的形成有利；700pha伊犁至克拉瑪依有冷式風切變存在，塔城、伊犁、烏魯木齊、克拉瑪依處準飽和濕區中（1℃≤T-Td≤3℃）。低層切變、輻合，加之高空輻散抽吸作用，引起低層大氣質量的補充性輻合上升運動，周圍空氣起補償作用，從而不斷將低層充足水汽和不穩定能量帶到高空。這種高低空配置，使水汽、能量、動量集中于未來暴雨區，導致強降水的發生。

3 地面天氣系統

9日08時（圖2a）咸海至巴湖南側受冷高壓控制，和田、西藏受熱低壓控制，我區處在冷高壓的上前部。冷高壓前部的冷空氣已進入北疆大部地區。9日20時（圖2b）冷高東移北臺移至巴湖至西部國境線外，等壓線密集，該區仍處在高壓前部，北疆大部已出現降水。

圖1 8日20時（a）和9日20時（b）500hPa高度場（單位：dagpm）

圖2 9日08時（a）和9日20時（b）地面圖（單位：dagpm）

圖3 9日08時和9日20時700pha水汽通量

圖4 水汽通量散度時間垂直剖面圖（雙灣村(a)和馬牙山(b)）

4 物理量分析

產生大到暴雨的主要物理條件是充足的水汽、強盛而持久的上升運動、大氣層結的不穩定。通過這三個方面對此次暴雨天氣過程進行分析。

4.1 水汽條件

在此次暴雨過程中，暴雨區及其周圍上空 850hPa、700hPa、500hPa三層的比濕均維持較大，850、700hPa最大值分別為12.0g·kg-1和6.0g·kg-1，出現在9日20時；500hPa最大值為3g·kg-1，出現在10日08時。說明暴雨區上空氣團自身攜帶的水汽較為充足，為暴雨的形成提供了第一水汽條件。

水汽源地：通過對9日08時和9日20時700hPa水汽通量（圖3）分析發現，本次暴雨過程系統自身攜帶的水汽較為充足，另一部分水汽來源于西方路徑暖濕氣流的補充，兩支氣流在昌吉州上空匯合形成這次強降水。

水汽通量散度：水汽主要集中在大氣中的中低層，850pha、700pha、500pha這三層水汽通量散度輻合時，必然會導致水汽向上輸送，從而產生大降水。以此次天氣過程降水最大測站雙灣村和馬牙山（東經90.16°、北緯43.44°，東經88.55°、北緯43.52°）為指標站，所繪制的水汽通量散度剖面圖上可以看出，9日08時至10日08時500pha以下水汽通量散度＜0的輻合區，在9日20時水汽通量散度最大值為-8×10-6g/ cm-2·hpa·s，由此說明，在對流層中下層，昌吉州上空有大量的水汽聚積和輻合上升運動，高層則存在輻散抽吸作用，具備形成降水的條件。

圖5 垂直速度時間垂直剖面圖（雙灣村(a)和馬牙山(b)）

圖6 散度時間垂直剖面圖（雙灣村(a)和馬牙山(b)）

4.2 垂直運動

有了豐富的水汽供應，不一定有暴雨，還需要有持續的、強勁的上升運動。同樣以雙灣村和馬牙山站點為例，垂直速度分析場表明，此次暴雨天氣過程中，垂直運動發展非常迅速。雙灣村在1000～200hPa發展出一個強盛的上升氣流區，200hPa以上出現較弱的下沉氣流；垂直速度最大上升中心位于9日20時700hPa，中心值為-30×10-3hPa/s(圖4a)。9日08時至10日08時，馬牙山在1000～150hPa發展出一個強盛的上升氣流區；垂直速度最大上升中心位于9日20時500hPa，中心值為-30×10-3hPa/s（圖4b）。同樣的時間上升氣流最大高度達到200hPa附近,此時正是暴雨集中時段；因此馬牙山暴雨時段集中在9日夜間。

在相應散度場垂直剖面上，雙灣村（圖5a）9日20時低層（925pha至850pha）輻合，高層（500pha以上）輻散，同樣分析馬牙山散度剖面圖（圖5a）可知：9日20時高層輻散，低層輻合，低層輻合到500pha,大氣處于位勢不穩定狀態，對對流發展有利；對應渦度場上，9日20時低層存在正渦度，高層負渦度。強降水區上空,高層負渦度輻散與低層正渦度輻合相配合的動力結構，正是觸發此次大到暴雨的動力機制。

圖7 6月9～10日衛星云圖的演變

雙灣村9日20時散度850pha負，中心值為700pha正，600hpa負，400pha、200pha正；馬牙山 9日20時散度 850pha負，中心值為，700pha正，500hpa負，400pha、200pha正（圖6）。5紅外云圖分析

從衛星云圖上看（圖7），17時15分的云圖，在瑪納斯中部有中尺度對流性云團，最低云頂亮溫為-44.44℃，在這一小時內包家店的雨強為28.6毫米 /小時，說明對流性云團較強。18時15分在瑪納斯上空的對流云團加強東移至阜康，在19時15分云團前部的云帶與對流云團匯合加強，在20時15分云帶云頂亮溫最低的地區主要在阜康，在21時45分云帶分裂成兩個中尺度對流云團。在22日15分兩個對流云團再一次加強，在木壘最強云頂亮溫為-46.82℃，在22～23時雙灣村一小時雨強 16.5毫米；在23時15分兩個對流云團東移，位于阜康和吉木薩爾的云團東移加強，最大云頂亮溫為零下50.33℃，云頂的面積增大，對應四工河一小時雨強16.4毫米，而在木壘的云團東移至東疆地區，強度減弱。在1時15分對流云團減弱呈帶狀在奇臺木壘的沿天山一帶，對應雙灣村一小時雨強23.7毫米，在2時15分云帶強度減弱，對應雙灣村一小時雨強為22.8毫米，雨強也在減弱。

地形：從雙灣村（圖8）的地形衛星圖可以看出，雙灣村位于東坡和北坡的位置，在背風坡的東坡來說，北疆出現一次弱冷空氣活動，弱冷空氣翻越天山，產生重力內波而造成短暫的較強對流天氣。迎風坡就是北坡，降水多的主要原因是與地形產生的抬升運動緊密相聯。