奎屯墾區的大風天氣特征及預報指標分析

（新疆生產建設兵團第七師氣象局，新疆奎屯 833200）

奎屯墾區位于天山北麓中段，準噶爾盆地西南部，海拔450～530 m。地勢西南高，東北低，地形自西南向東北傾斜。奎屯地區除大風天氣外，還有冰雹、霜凍、干旱等氣象災害，但就災害出現的頻率來看，大風出現的頻率較高，每年春季因大風造成的經濟損失較大[1]。本文僅就與大風預報相關且關系較大的幾個因素進行分析，以期為奎屯墾區大風的科學預報提供理論依據。

1 環流特征

奎屯能夠達到大風天氣的標準多與冷空氣的活動有關，一般冷流入新疆大的高空類型有3種：

1.1 阻塞高壓型

烏拉爾山西側有阻塞高壓，以東為大槽，槽底控制范圍寬廣，等高線40°～50°N 呈波狀。槽前有疏散結構，在斜壓系統中，渦度因子（動力因子）使得低層系統發展，高層系統移動，熱力因子使高層系統發展，低層系統移動，由于水平質量輻散、地面輻合加強，北疆普遍大風降水。地面冷高壓呈東南向，移動中加強，其前緣推動冷鋒東移，與冷鋒相結合的錮囚氣旋多在國境北緣或東北方向。鋒面前部東疆南疆常有熱低壓，此為本地大風最常見的一種型式，約占本地大風天氣的48.0%（如1988年2月1日、1997年4月1日和2013年4月5日）。

1.2 貝加爾湖大槽型

北疆國界以北地區，最初為一變形場，等高線稀疏，在有減壓分布時，貝加爾湖大槽則以西南向伸入北疆，形成一斜亞槽。北疆處高空鋒區入口右側一般降水量較大，冷高壓偏北疆東北，在蒙古西部發展最強，奎屯墾區處高壓西南緣受高壓回流影響常刮6級左右的偏東風，且多伴有降水，此種類型多見于冬季（如圖1），約占本地大風天氣的23.0%。

圖1 2003 年1 月10 日08 時大風天氣500 hPa 高度場

1.3 西風帶型

中緯度為西風帶，小波動從38 區東移，冷流偏南，移動迅速。由于南北疆同時有冷流入境，故南北氣壓梯度不大。本站大風多為陣性，持續時間較短，但風力可達6級以上，但也有因平流失去支持，而鋒面在東疆河西一帶消失，僅見高云而已。此種類型約占本地大風天氣的19.1%（見表1）。

表1 1981—2010 年大風天氣中各類型環流所占比重

2 地面圖及輔助資料的配合使用

2.1 水平氣壓梯度

由于天山橫貫新疆南北，冷流的走向不同，常常帶來氣壓梯度的顯著變化。一般當冷流僅沿天山以北或北邊速度大于南邊，而冷鋒前東疆南疆為熱低壓控制時，在地面圖形成沿天山以西至帕米爾的地形等壓線，此時如南北平均氣壓差在20 hPa，而東西氣壓阿拉山口至奎屯間差15 hPa（或可畫出4～6根等壓線）時，預報大風有90%的準確性，如1996 年5月17日傍晚的大風天氣就是這種形勢（見圖2）。

圖2 1996 年5 月17 日08 時海平面氣壓場

2.2 氣壓變量

除去日變化的因素，一般伊寧站至奎屯站ΔP3在+3以上，ΔP24在10 hPa以上，且有冷鋒配合，鋒前為-ΔP3 時，則鋒面過境前后均有大風出現；出現大風之前，本站多為熱低壓，降壓明顯。從單位時間下降的速度，可以大概知道大風的強度（兩者成正比關系），從氣壓恢復正常所需的時間，可略知大風持續的長短（如2007年2月22日及4月4日記錄大風的動態幾乎完全與氣壓記錄相吻合）。此種方法預報準確率達到85%左右。

2.3 風向風速

參考其他要素結合風向風速可以具體掌握冷流的活動路徑。當北疆有冷流而南疆出現明顯的強西風時，則奎屯多為西北氣流或西風氣流，而多出現陣風，風向不穩定，風速可達6級。反之如南疆反映不明顯，則北疆冷流自北疆一線經奎屯、石河子、烏魯木齊入南疆可造成大風，此種情況下，奎屯地區的最大風力一般都在6級以上。

2.4 航線高空風剖面圖和單站高度風的應用

利用沿天山各站高空風繪制成航線高空風剖面圖，可以發現下列問題：（1）從風向的輻合區看高空槽的移動；（2）從高空風速的分布，發現急流區（最大風速），再配合高空圖了解冷流強度，冷平流越強則由于能量下傳至地面也常有大風。利用單位高空風常常可以發現當熱成風顯著加強，高空風區可以促使地面冷鋒亦有加強作用。

3 地形對奎屯大風的作用

奎屯的氣候資料中，歷年各風向的平均風速WNW為最強。考慮其原因多屬地形因素。奎屯位于天山山脈北麓，山脈外圍平均海拔高度為3 000 m以上，值得注意的是此山脈上的2個主峰：博羅科努山及依連哈比爾尕山高度均在3 500 m 以上，另外在阿拉山口北部還有一個呈西南東北向，海拔高度近3 000 m的瑪依力山，三山位置是構成強風之所以為WNW風向的動力根源。常發現當冷流很強，且冷高沿北疆移動時，橫臥天山的地形等壓線顯示了北高南低的巨大氣壓梯度，故使重而冷的氣流隨時有越山而進入南疆的可能，對北疆沿天山一帶來說，奎屯-石河子-烏魯木齊亦為冷流入南疆的重要通道之一，但考慮其路徑只有兩條：一是沿天山以北繞道而行，且由于距離較遠，實況證明最大風不超過6級，第二條是越山而入，這樣則須依據瑪依力山以東的山勢，再根據流體力學原理可做如下解釋：東移的冷流固然可以由瑪依力山直接入東疆，但一方面由于瑪依力山東側山勢向西北開口，故冷流也可以大量注入形如口袋的古爾班通古特沙漠，這樣的洼地實際上起了一個蓄水庫的作用，當冷流蓄滿，勢必沿瑪依力山南緣高地向東南傾瀉，質量的下滑由勢能的釋放轉變為動能，可以促成風速的加強。另外此種傾瀉流，若波及奎屯則必在瑪依力山和博羅科努山之間，兩鋒對峙、流線密集也是促成強風因素之一。又因博羅科努山之走向，則必迫使氣流轉為NNW或NW。基于以上地形概念，故在預報奎屯大風時我們必須識別冷流是越山而入還是繞山而入。根據1981—2010 年這30 年的氣象數據統計分析，當沒有日變因子時，風向越接近于NNW 則風力越強，道理就在于此。

4 結論

（1）奎屯墾區大風天氣與大氣環流有密切關系，其中阻塞高壓型、貝加爾湖大槽型和西風帶型3種環流形勢占奎屯墾區大風天氣的90.2%，熟悉掌握這3種環流形勢是本地區大風預報的前提。（2）阿拉山口至奎屯間的氣壓梯度增大是奎屯墾區大風天氣的重要特征，對氣壓梯度的定量分析，可以提高奎屯墾區大風級別預報的準確率。（3）奎屯墾區的一些上游站如阿拉山口、博樂站等是奎屯大風天氣預報的重點標識站，掌握這些站的實況氣象資料對奎屯墾區大風的發生時間有很大的指示意義。（4）高空熱成風能促使地面冷鋒加強，對本地的大風有促進作用。（5）奎屯墾區的大風風向與北疆地區的地形地貌有關，天山山脈和博羅科努山及依連哈比爾尕山等支脈是造成奎屯墾區NNW或NW大風的重要原因。