新疆百里風(fēng)區(qū)強(qiáng)風(fēng)中尺度特征分析

湯 浩，周雅蔓，楊杰堯，潘新民

（1.新疆氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊 830002；2.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊 830002；3.哈密市氣象局，新疆 哈密 839000；4新疆氣象服務(wù)中心，新疆 烏魯木齊 830002）

新疆地處歐亞大陸腹地，中國(guó)的西北地區(qū)，東西長(zhǎng)約2 000 km，南北寬約1 600 km，擁有三山夾兩盆的特殊地形，自北向南分別是阿爾泰山、準(zhǔn)噶爾盆地、天山、塔里木盆地、昆侖山，高山與盆地相間的獨(dú)特地理環(huán)境使得新疆境內(nèi)多峽谷、河谷、隘道，受西風(fēng)環(huán)流和獨(dú)特地形影響，境內(nèi)多大風(fēng)區(qū)分布，是中國(guó)盛行大風(fēng)的地區(qū)之一[1]。新疆存在九大風(fēng)區(qū)，其中百里風(fēng)區(qū)是指蘭新鐵路在新疆境內(nèi)紅旗坎站—了墩站全長(zhǎng)約120 km的區(qū)間，歷史瞬間最大風(fēng)速＞60 m/s，代表站十三間房年平均大風(fēng)日數(shù)約206 d，風(fēng)力之大居全疆之首，盛行北風(fēng)，而百里風(fēng)區(qū)內(nèi)蘭新鐵路大體為東西走向，基本與盛行風(fēng)向垂直，多次發(fā)生大風(fēng)吹翻列車的重大交通事故[2]。以往的研究工作提出天氣尺度系統(tǒng)和大地形交互作用形成百里風(fēng)區(qū)強(qiáng)風(fēng)的基本概念，指出百里風(fēng)區(qū)大風(fēng)具備翻山下坡風(fēng)的特征[3]。

國(guó)外對(duì)下坡風(fēng)的研究開(kāi)展較早，形成了三種概念：（1）背風(fēng)區(qū)冷空氣后撤形成下坡風(fēng)[4]；（2）背風(fēng)波及背風(fēng)坡低層逆溫層形成下坡風(fēng)[5]；（3）Kuttner[6]，Hongton等[7]提出了水躍理論。國(guó)內(nèi)葉篤正[8]、肖慶農(nóng)等[9]、臧增亮等[10]研究了局地地形對(duì)氣流過(guò)山的影響、地形阻擋下背風(fēng)波與下坡風(fēng)的形成。李藝苑等[11]歸納了下坡風(fēng)的3種成因：過(guò)山波理論、水躍下沉理論、背風(fēng)波理論，這三種理論存在關(guān)聯(lián)，水躍可能是形成有限振幅背風(fēng)波的原因，過(guò)山波與背風(fēng)波受臨界層的影響也相互聯(lián)系在一起。

百里風(fēng)區(qū)因其風(fēng)力強(qiáng)、危害大，引起眾多學(xué)者的關(guān)注，潘新民等[12]進(jìn)行了天山色皮山口的狹管效應(yīng)和越山后流洩風(fēng)作用形成強(qiáng)風(fēng)的試算、驗(yàn)算，使用木壘站作為指標(biāo)站進(jìn)行了百里風(fēng)區(qū)大風(fēng)的預(yù)報(bào)。苗運(yùn)玲等[2]討論了百里風(fēng)區(qū)代表站大風(fēng)資料的連續(xù)性及特征，分析了大風(fēng)年、季、月變化特征。吳學(xué)柯等[13]使用逐步回歸方法嘗試了強(qiáng)風(fēng)的預(yù)報(bào)，取得了較好的效果。王敏仲等[14]使用風(fēng)廓線雷達(dá)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)大風(fēng)期間北風(fēng)氣流明顯大于西風(fēng)氣流，1 500 m以下風(fēng)速大于其上風(fēng)速。孫淑芳等[15]使用百米鐵塔觀測(cè)分析了垂直風(fēng)切變特征，發(fā)現(xiàn)大風(fēng)期間存在較強(qiáng)的風(fēng)切變及垂直湍流交換。劉艷等[16]從大風(fēng)對(duì)交通安全的危險(xiǎn)性評(píng)估和區(qū)劃方面進(jìn)行了研究。以往研究從觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析、災(zāi)害評(píng)估與區(qū)劃、基于統(tǒng)計(jì)的預(yù)報(bào)技術(shù)等角度對(duì)百里風(fēng)區(qū)大風(fēng)進(jìn)行了研究，對(duì)大風(fēng)的機(jī)理研究只限于大尺度環(huán)流背景開(kāi)展，初步提出了狹管效應(yīng)及下坡風(fēng)作用的基本概念，沒(méi)有從中尺度天氣系統(tǒng)及其與局地地形交互的動(dòng)力作用、對(duì)流層低層大氣層結(jié)的熱力作用等層面進(jìn)行更深入的分析研究。

過(guò)去的十多年中，WRF模式及同化系統(tǒng)得到廣泛的業(yè)務(wù)及科研應(yīng)用[17-22]，在大風(fēng)的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)及模擬研究中體現(xiàn)出良好的性能[23-27]。本文在以往研究的基礎(chǔ)上，使用WRF模式對(duì)2018年5月6—8日百里風(fēng)區(qū)的大風(fēng)天氣過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)輸出的產(chǎn)品進(jìn)行診斷分析，以期闡明大風(fēng)的中尺度特征，并凝練其觸發(fā)機(jī)理。

1 研究區(qū)域地形及環(huán)流背景概述

1.1 研究區(qū)域地形概述

天山山脈呈東西走向，綿延約2 000 km，北方冷空氣東移南下入侵新疆過(guò)程中，往往受天山山脈阻擋作用，在其北側(cè)形成高壓。百里風(fēng)區(qū)位于天山南麓（圖1a）正對(duì)著天山山脈東部的一處小缺口，即東天山山脈與巴里坤山脈之間的色皮山口（圖1a中B點(diǎn)），百里風(fēng)區(qū)地形總體為北高南低的坡地。此外，百里風(fēng)區(qū)位于哈密盆地，哈密盆地北高南低、由東北向西南傾斜，東部、西部和南部多丘陵、戈壁，極易吸收太陽(yáng)輻射，地面輻射對(duì)大氣增溫明顯，盆地的這種加熱作用造成近地層空氣抬升形成熱低壓。

圖1a中色皮山口以北天山山脈迎風(fēng)坡坡度較緩，其南側(cè)背風(fēng)坡坡度較迎風(fēng)坡明顯陡峭，在B點(diǎn)和十三間房點(diǎn)之間的背風(fēng)坡存在地勢(shì)低洼地區(qū)，即七角井盆地。

圖1 研究區(qū)域地形及模擬區(qū)域嵌套

潘新民等[12]指出，百里風(fēng)區(qū)的天山山脈段，北坡較為平緩，坡度約為0.009，色皮山口與上游來(lái)風(fēng)方向的準(zhǔn)噶爾盆地南緣的高度差約為700 m，這樣的坡度和高度差對(duì)于強(qiáng)冷空氣極易翻越，冷空氣翻越色皮山口，在山口狹管效應(yīng)和越山后流洩風(fēng)的作用下形成大風(fēng)。吳學(xué)柯等[13]在研究新疆百里風(fēng)區(qū)大風(fēng)預(yù)報(bào)方法時(shí)也指出，冷空氣東移南下，受天山山脈阻擋而堆積，與南疆盆地上升的熱氣流相對(duì)，使天山南北兩側(cè)氣壓梯度增大。在天山北側(cè)冷高壓和南側(cè)熱低壓形成的強(qiáng)氣壓梯度作用下，冷空氣翻越天山穿越色皮山口并下坡加速形成強(qiáng)風(fēng)是觸發(fā)百里風(fēng)區(qū)大風(fēng)的基本概念模型。

1.2 天氣過(guò)程及環(huán)流背景

2018年5月6—8日，百里風(fēng)區(qū)出現(xiàn)大范圍強(qiáng)風(fēng)、沙塵天氣，瞬間風(fēng)速大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，十三間房站瞬間極大風(fēng)速達(dá)13級(jí)（40.4 m/s），其中超過(guò)10級(jí)的大風(fēng)持續(xù)24 h（7日06時(shí)—8日05時(shí)，北京時(shí)，下同），超過(guò)12級(jí)的大風(fēng)持續(xù)14 h（7日10—23時(shí)），伴隨出現(xiàn)沙塵暴，最小能見(jiàn)度＜800 m。大風(fēng)天氣造成蘭新鐵路十三間房路段火車停運(yùn)，G30高速一碗泉路段雙向交通管制。

造成此次百里風(fēng)區(qū)西北大風(fēng)的主導(dǎo)系統(tǒng)為歐洲脊，高空影響系統(tǒng)為西西伯利亞低槽，地面為北歐高壓。6日08時(shí)（圖2a），歐亞范圍內(nèi)為“兩脊一槽”的經(jīng)向環(huán)流，里海、咸海至歐洲地區(qū)和貝加爾湖地區(qū)為高壓脊，西西伯利亞地區(qū)為寬廣的低值系統(tǒng)活動(dòng)區(qū)，隨著里海、咸海長(zhǎng)脊與歐洲脊疊加，脊前強(qiáng)北風(fēng)帶最大風(fēng)速達(dá)30 m/s，引導(dǎo)北方冷空氣南下，使得西西伯利亞低槽加深東移，槽前存在38 m/s的偏西南急流。7日08時(shí)（圖2b），受極地不穩(wěn)定小槽侵入，歐洲脊東南垮，西西伯利亞低槽在逆轉(zhuǎn)東移的過(guò)程中分為南北兩段，北段東移北收，南段沿脊前西北氣流東南下，槽后出現(xiàn)強(qiáng)烈偏北氣流，引導(dǎo)北方冷空氣南下，受其影響，百里風(fēng)區(qū)風(fēng)力明顯加強(qiáng)。下游貝加爾湖高壓脊穩(wěn)定維持，西西伯利亞低槽受下游高壓脊的阻擋作用，移動(dòng)緩慢，長(zhǎng)時(shí)間控制東疆，造成持續(xù)性大風(fēng)。

圖2 6日08時(shí)（a）、7日08時(shí)（b）500 hPa位勢(shì)高度和風(fēng)場(chǎng)，6日08時(shí)（c）、7日08時(shí)（d）海平面氣壓場(chǎng)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)（紅色矩形框同圖1b）

地面冷高壓移動(dòng)路徑為西北路徑。6日08時(shí)（圖2c），冷高壓中心首見(jiàn)于60°N附近，中心強(qiáng)度為1 035 hPa，冷鋒進(jìn)入北疆西部。7日08時(shí)（圖2d），冷高壓中心東南移至鄂木斯克附近，長(zhǎng)軸略呈東北—西南向，冷鋒壓至天山北坡，同時(shí)塔里木盆地、哈密盆地維持熱低壓，形成海平面氣壓北高南低的形勢(shì)，氣壓差達(dá)30 hPa，百里風(fēng)區(qū)位于強(qiáng)氣壓梯度區(qū)。

2 模擬方案設(shè)計(jì)及結(jié)果檢驗(yàn)

2.1 模擬方案設(shè)計(jì)

使用WRF V3.7.1對(duì)本次大風(fēng)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬方案設(shè)計(jì)為27、9、3 km三重嵌套，嵌套區(qū)域如圖1b所示，模擬層數(shù)設(shè)計(jì)為50層并對(duì)低層作加密處理，其中850 hPa以下為13層，模式層頂取50 hPa，物理過(guò)程和參數(shù)化方案見(jiàn)表1。初始場(chǎng)使用NCEP/NCAR的GDAS數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，模擬時(shí)段為5月6日08時(shí)—8日20時(shí)，每6 h更新側(cè)邊界，逐小時(shí)輸出模擬結(jié)果。

表1 物理過(guò)程和參數(shù)化方案

2.2 模擬結(jié)果檢驗(yàn)

使用3 km嵌套輸出的要素對(duì)本次大風(fēng)過(guò)程中代表站的10 m風(fēng)速、海平面氣壓的模擬結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。圖3a和3b分別為十三間房和天山北側(cè)木壘10 m風(fēng)速的模擬與實(shí)況對(duì)比，模式很好地模擬了兩站的大風(fēng)過(guò)程，十三間房最大風(fēng)速的模擬結(jié)果略偏小。天山兩側(cè)海平面氣壓代表站模擬結(jié)果顯示，木壘的海平面氣壓在起風(fēng)階段模擬較好，但在大風(fēng)維持階段偏小，模式很好地模擬了哈密海平面氣壓在冷空氣翻越天山進(jìn)入哈密盆地過(guò)程中逐漸增加的演變過(guò)程（圖3c）。圖3d為兩站海平面氣壓差的模擬結(jié)果檢驗(yàn)，模擬結(jié)果在起風(fēng)階段迅速增加，但在大風(fēng)維持階段略偏小，這是十三間房最大風(fēng)速模擬偏小的原因之一。

圖3 大風(fēng)過(guò)程模擬結(jié)果檢驗(yàn)

WRF模式較好地模擬了本次百里風(fēng)區(qū)大風(fēng)天氣過(guò)程，模擬輸出的其他產(chǎn)品可以用來(lái)做進(jìn)一步的診斷分析和機(jī)理研究，以下的分析使用3 km嵌套輸出的產(chǎn)品。

3 大風(fēng)中尺度特征分析

3.1 天山北側(cè)冷空氣堆積

以往的研究從大尺度天氣系統(tǒng)入手，指出入侵新疆的冷空氣受天山阻擋，在其北側(cè)形成深厚堆積，在氣壓梯度的作用下翻越天山形成大風(fēng)，但對(duì)冷空氣在天山北側(cè)堆積的深厚程度未做進(jìn)一步的分析。

大風(fēng)過(guò)程中，同樣會(huì)出現(xiàn)冷空氣堆積現(xiàn)象，在海平面氣壓場(chǎng)上表現(xiàn)為天山北側(cè)出現(xiàn)密集的等壓線（圖2d）。圖4為木壘與哈密氣壓差的時(shí)間—高度剖面圖，可看出大風(fēng)過(guò)程中冷空氣受天山地形阻擋形成堆積造成天山兩側(cè)氣壓梯度的時(shí)空演變過(guò)程。起風(fēng)前期，兩地氣壓差較小，此氣壓差主要由哈密盆地?zé)岬蛪喊l(fā)展引起；7日02時(shí)，隨著冷空氣南下過(guò)程中受天山阻擋并堆積，兩地氣壓差迅速增加并由地面向高空伸展，壓差高度超過(guò)海拔3 km，壓差最強(qiáng)盛時(shí)刻在7日14時(shí)前后，其海平面氣壓差達(dá)24 hPa，與十三間房風(fēng)速最大的時(shí)間相對(duì)應(yīng)（圖3a）。之后隨著冷空氣翻越天山進(jìn)入哈密盆地，兩地氣壓差逐漸減小，十三間房風(fēng)速隨之減弱。

圖4 木壘與哈密氣壓差剖面

3.2 地面及低空風(fēng)場(chǎng)演變特征

圖5為研究區(qū)域內(nèi)地面風(fēng)場(chǎng)模擬結(jié)果。起風(fēng)前（圖5a）天山兩側(cè)無(wú)明顯氣壓差，色皮山口內(nèi)風(fēng)向不一，百里風(fēng)區(qū)內(nèi)有弱的北風(fēng)。隨著冷空氣南下，7日08時(shí)（圖5b）受天山山脈阻擋，冷空氣尚未進(jìn)入哈密盆地，天山北側(cè)海平面氣壓迅速升高，局地加熱作用使得盆地內(nèi)有熱低壓發(fā)展、維持，天山兩側(cè)氣壓差＞10 hPa，色皮山口出現(xiàn)17.2 m/s的西北大風(fēng)，氣流穿越色皮山口進(jìn)入哈密盆地后風(fēng)速迅速增加，風(fēng)向轉(zhuǎn)為北風(fēng)。7日14時(shí)（圖5c），隨著天山北坡冷空氣堆積，冷鋒壓至天山北坡，天山兩側(cè)海平面氣壓差＞20 hPa，造成南暖北冷、北高南低的氣壓場(chǎng)形勢(shì)，此時(shí)地面大風(fēng)達(dá)到最強(qiáng)，十三間房風(fēng)速＞11級(jí)，其南側(cè)風(fēng)速＞12級(jí)；之后隨著冷空氣進(jìn)入哈密盆地，天山南側(cè)海平面氣壓逐漸上升，天山兩側(cè)氣壓差減小，大風(fēng)的強(qiáng)度及范圍開(kāi)始減弱并縮小。需要注意的是，大風(fēng)過(guò)程中七角井盆地的風(fēng)速較其風(fēng)向上下游區(qū)域的風(fēng)速偏小，模擬結(jié)果與十三間房歷史上由七角井盆地遷站至現(xiàn)在位置前后的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析結(jié)果一致[2]，其原因?qū)⒃诤笪倪M(jìn)行討論。位于十三間房南側(cè)的區(qū)域出現(xiàn)12級(jí)的大風(fēng)，由于該區(qū)域內(nèi)目前無(wú)氣象觀測(cè)站點(diǎn)，因此無(wú)法對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

選取海拔1 000 m高度，進(jìn)一步研究低空風(fēng)場(chǎng)演變特征（圖6）。1 000 m高度風(fēng)場(chǎng)同樣表現(xiàn)出大風(fēng)區(qū)從出現(xiàn)到迅速增強(qiáng)隨后逐漸減弱的演變過(guò)程，強(qiáng)風(fēng)區(qū)風(fēng)速最強(qiáng)＞13級(jí)，最強(qiáng)時(shí)刻與地面風(fēng)場(chǎng)一致，風(fēng)向同為北風(fēng)，強(qiáng)度較地面更強(qiáng)，位置較地面強(qiáng)風(fēng)區(qū)略偏北。

圖6 海拔1 000 m低空風(fēng)場(chǎng)模擬

3.3 冷空氣越山剖面分析

由圖5、6可知，冷空氣從天山北側(cè)越山形成百里風(fēng)區(qū)，氣流的路徑大致為自天山北側(cè)沿西北偏北方向穿過(guò)色皮山口，經(jīng)七角井盆地后向偏北運(yùn)動(dòng)，故選擇此路徑分析冷空氣越山的剖面進(jìn)行分析研究（圖1a中藍(lán)色折線，圖5、6中黑色折線，長(zhǎng)度約200 km）。

圖5 地面風(fēng)場(chǎng)模擬

為描述冷空氣越山過(guò)程中氣塊的運(yùn)動(dòng)軌跡及波動(dòng)形態(tài)，引入位溫要素，位溫定義為氣塊沿干絕熱線運(yùn)動(dòng)到1 000 hPa時(shí)的溫度，未飽和空氣的位溫表達(dá)式：

式中，θ為位溫，T為氣溫，P為氣壓，Rd為干空氣氣體常數(shù)，Cp為干空氣的定壓比熱，絕熱狀態(tài)下0.286。

氣塊在干絕熱條件下的位溫具有守恒性，因此使用位溫等值線來(lái)表征氣塊的運(yùn)動(dòng)軌跡及波動(dòng)的空間形態(tài)[28-29]。

圖7為氣壓梯度作用下，氣流沿圖1a折線自北向南越山的位溫、相對(duì)濕度剖面圖。便于對(duì)比分析氣壓梯度的動(dòng)力作用，同時(shí)給出木壘與哈密氣壓差的廓線。圖7中相對(duì)濕度廓線提示空氣處于未飽和狀態(tài)，同時(shí)十三間房、哈密自動(dòng)站沒(méi)有觀測(cè)到降水，可以判定沒(méi)有凝結(jié)潛熱的釋放，氣流越山過(guò)程中處于準(zhǔn)絕熱狀態(tài)，可以使用位溫來(lái)表征氣塊的運(yùn)動(dòng)軌跡。

起風(fēng)前期（圖7a）天山兩側(cè)氣壓差較小，延伸高度約1 km，等位溫線相對(duì)稀疏且平直，背風(fēng)坡上空無(wú)明顯的下沉運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)區(qū)。7日08時(shí)（圖7b）海平面氣壓差迅速增大到約17 hPa，氣壓差頂高升至近3 km，色皮山口以南開(kāi)始出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)區(qū)，等位溫線曲率增大，其走向與地形高度基本平行，背風(fēng)坡上空出現(xiàn)＞2 m/s的下沉運(yùn)動(dòng)，十三間房上空風(fēng)速達(dá)12級(jí)。7月8日14時(shí)（圖7c）海平面氣壓差達(dá)到最強(qiáng)盛階段，為24 hPa，頂高＞3 km，等位溫線呈現(xiàn)更強(qiáng)的波動(dòng)形態(tài)，2 m/s的下沉運(yùn)動(dòng)繼續(xù)維持，十三間房上空約1 km高度有13級(jí)大風(fēng)區(qū)，大風(fēng)區(qū)走向與背風(fēng)坡地形坡度一致，十三間房地面風(fēng)速為11級(jí)，其南側(cè)大風(fēng)區(qū)接地風(fēng)速達(dá)12級(jí)；之后氣壓差逐漸減小，頂高同時(shí)降低，等位溫線曲率下降，背風(fēng)坡上空垂直運(yùn)動(dòng)減弱，低空風(fēng)速逐漸減小?？v觀氣流越山剖面結(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)此次百里風(fēng)區(qū)大風(fēng)過(guò)程為氣流在天山兩側(cè)強(qiáng)氣壓梯度作用下，自山體北側(cè)越山形成過(guò)山波，過(guò)山波在山體背風(fēng)坡水躍下沉加速形成低空大風(fēng)；同時(shí)由于七角井盆地的存在（豎線B與十三間房之間），氣流在其上空出現(xiàn)二次抬升并下沉形成有限振幅重力波，低空大風(fēng)區(qū)隨波動(dòng)的下沉運(yùn)動(dòng)接地形成地面大風(fēng)。色皮山口的狹管效應(yīng)對(duì)氣流有一定的加速作用，但不及水躍下沉的加速作用明顯。

圖7 氣流越山剖面與木壘、哈密氣壓差和相對(duì)濕度廓線

3.4 背風(fēng)坡大氣層結(jié)及臨界層作用

過(guò)山波水躍下沉過(guò)程中的下沉運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度直接受背風(fēng)坡低空大氣層結(jié)穩(wěn)定度影響，穩(wěn)定層結(jié)的強(qiáng)度與水躍下沉的強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)。另外風(fēng)向切變的臨界層將吸收上層能量向下傳播增加低空大風(fēng)的能量[30-32]，以下討論大風(fēng)過(guò)程中的上述兩種作用。

傳統(tǒng)的研究使用逆溫層表征層結(jié)穩(wěn)定性，浮力頻率可以給出更為精細(xì)的定量化描述，浮力頻率定義為：

式中，g為重力加速度，T為溫度，θ為位溫，z為位勢(shì)高度。浮力頻率值＞2×10-4s-2時(shí)認(rèn)為大氣為穩(wěn)定層結(jié)，值越大層結(jié)越穩(wěn)定[32]。

圖8為十三間房浮力頻率、風(fēng)向風(fēng)速時(shí)間—高度圖。首先分析大氣層結(jié)狀態(tài)，起風(fēng)前期大氣中低層浮力頻率＜1×10-4s-2，7日02時(shí)低空層結(jié)穩(wěn)定度迅速增加，大值區(qū)高度大致在1.5 km，大風(fēng)與浮力頻率大值區(qū)相對(duì)應(yīng)。繼續(xù)討論臨界層作用，臨界層指水平風(fēng)風(fēng)向在垂直方向上切變的區(qū)域[30]?？梢园l(fā)現(xiàn)7日08—20時(shí)約2 km高度出現(xiàn)風(fēng)向切變的臨界層，其上為偏東風(fēng)，其下為偏北風(fēng)或西北北風(fēng)，臨界層的作用表現(xiàn)為吸收其大氣波動(dòng)的能量并向下傳遞。十三間房上空存在顯著的大氣波動(dòng)，其能量經(jīng)臨界層吸收并向下傳遞過(guò)程中，進(jìn)一步加強(qiáng)了低空風(fēng)速，使得大風(fēng)區(qū)風(fēng)速得以增大并維持。

4 結(jié)論和討論

（1）天山山脈對(duì)冷空氣的阻擋和哈密盆地?zé)岬蛪旱陌l(fā)展共同作用形成山體兩側(cè)強(qiáng)氣壓梯度，氣壓差頂高向上延伸超過(guò)3 km，海平面氣壓差最大達(dá)24 hPa，為氣流翻越天山提供了充足的動(dòng)力。

（2）在氣壓梯度力驅(qū)動(dòng)下，冷空氣翻越天山并在色皮山口狹管效應(yīng)作用下加速，山口及上空出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)；氣流爬坡過(guò)程中形成過(guò)山波，過(guò)山波在山體背風(fēng)坡水躍下沉再次加速，此過(guò)程中伴有因七角井盆地地形強(qiáng)迫出現(xiàn)二次抬升并下沉形成有限振幅重力波，氣流呈波動(dòng)形態(tài)傳播在十三間房上空形成風(fēng)力達(dá)13級(jí)的強(qiáng)風(fēng)區(qū)。大風(fēng)形成過(guò)程是狹管效應(yīng)加速和水躍下沉加速的共同作用。

（3）大風(fēng)過(guò)程中，背風(fēng)坡上空2 km高度的臨界層，吸收上層能量并向下傳遞，增強(qiáng)了低空大風(fēng)區(qū)的風(fēng)速，低空大氣穩(wěn)定層結(jié)的強(qiáng)度與大風(fēng)強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)。

（4）大風(fēng)由過(guò)山波水躍下沉、有限振幅重力波激發(fā)、風(fēng)向切變的臨界層、強(qiáng)穩(wěn)定層結(jié)等因子共同作用形成，但各因子對(duì)低空強(qiáng)風(fēng)區(qū)形成的貢獻(xiàn)等細(xì)節(jié)問(wèn)題尚待進(jìn)一步研究。