2020年8月11—14日新疆地區(qū)1次大范圍雷暴天氣過(guò)程分析

桑格加拉

摘要 利用常規(guī)氣象探測(cè)資料、NCEP再分析資料等氣象數(shù)據(jù)資料，分析了2020年8月11—14日新疆地區(qū)1次大范圍雷暴天氣過(guò)程。結(jié)果顯示：此次新疆雷暴天氣發(fā)生前，500 hPa大氣環(huán)流形勢(shì)特點(diǎn)屬于“2槽1脊”型。冷渦中的空氣柱呈現(xiàn)“低層暖，高層冷”的狀態(tài)，冷渦后部持續(xù)有冷空氣南下，加之冷渦移動(dòng)較慢，受高空冷渦的影響，新疆大多數(shù)區(qū)域產(chǎn)生了雷暴天氣。

關(guān)鍵詞 新疆地區(qū)；雷暴天氣；環(huán)流背景；物理量

中圖分類號(hào)：P458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）07–0204-03

雷暴是常見(jiàn)的強(qiáng)對(duì)流天氣[1]。雷暴天氣來(lái)臨時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電閃雷鳴、風(fēng)大雨急等現(xiàn)象，短時(shí)間內(nèi)造成極大的破壞作用，并且會(huì)對(duì)社會(huì)大眾的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成十分嚴(yán)重的威脅[2]。因此，加強(qiáng)對(duì)局部地區(qū)雷暴大風(fēng)天氣過(guò)程的分析和預(yù)報(bào)十分必要。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多氣象學(xué)家對(duì)各個(gè)地區(qū)雷暴、大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣展開(kāi)了研究，使人們更深入地認(rèn)識(shí)了強(qiáng)對(duì)流天氣的形成機(jī)制。Johns等[3]在美國(guó)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)工作采取了圖形識(shí)別和參數(shù)估計(jì)等方法，其分析效果比較顯著，并且這些方式越來(lái)越成熟，在強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)中應(yīng)用更加頻繁。Davision等[4]通過(guò)剖析發(fā)現(xiàn)對(duì)流和低空急流二者存在正反饋性，且低空急流在增強(qiáng)后會(huì)推動(dòng)水汽的持續(xù)傳輸，有利于雷雨天氣的產(chǎn)出。許愛(ài)華等[5]通過(guò)梳理21世紀(jì)以來(lái)發(fā)生在中國(guó)中東部地區(qū)的一些強(qiáng)對(duì)流天氣典型范例，將其劃分為高架對(duì)流類、冷平流強(qiáng)迫類、暖平流強(qiáng)迫類、準(zhǔn)正壓類、斜壓鋒生類5大類。王燕娜等[6]

對(duì)2017年7月上旬出現(xiàn)在北京市延慶的1次強(qiáng)對(duì)流天氣展開(kāi)分析得出，此次天氣發(fā)生前，延慶高空主要受低渦底冷空氣的作用，低層分布著西南急流、切變線，地面形勢(shì)場(chǎng)有氣旋存在，為此次對(duì)流天氣的形成提供了有利的環(huán)流背景條件。畢瀟瀟等[7]對(duì)吉林省2016年初夏發(fā)生的1次強(qiáng)對(duì)流天氣個(gè)例展開(kāi)分析得出，此次強(qiáng)對(duì)流天氣主要是在地面氣旋、切變線、高空冷渦等系統(tǒng)影響下產(chǎn)生的。梁俊平等[8]主要探析了基于西南氣流作用下的強(qiáng)對(duì)流天氣范例，從副熱帶高壓、低槽、西南渦3類西南氣流作用下的強(qiáng)對(duì)流天氣著手，探析了強(qiáng)對(duì)流天氣的主要生命史特點(diǎn)和發(fā)生規(guī)律，通過(guò)研究得出不同系統(tǒng)下的西南氣流所產(chǎn)生的強(qiáng)對(duì)流天氣特點(diǎn)存在差異。

還有學(xué)者對(duì)2014年8月下旬烏魯木齊機(jī)場(chǎng)1次雷暴天氣進(jìn)行分析得出，此次雷暴天氣具備良好的動(dòng)力、熱力條件；中尺度天氣分析方法能夠預(yù)測(cè)中小尺度強(qiáng)天氣落區(qū)。王旭等[9]分析2015 年7月底發(fā)生在東營(yíng)市的1次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程得出，此次天氣過(guò)程是副高壓外圍暖濕氣流和西風(fēng)槽共同作用的結(jié)果，強(qiáng)對(duì)流天氣在衛(wèi)星云圖、新一代多普勒天氣雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)資料中均有一定表征。萬(wàn)夫敬等[10]分析2017年8月上旬山東地區(qū)發(fā)生的1次罕見(jiàn)雷暴大風(fēng)天氣成因得出，受高空西北氣流影響，較大的溫度直減率與中低層強(qiáng)垂直風(fēng)切變共同為此次雷暴大風(fēng)天氣的發(fā)生提供了較好的環(huán)境條件。鄭媛媛等[11]研究了不同類型大尺度環(huán)流背景下的強(qiáng)對(duì)流天氣臨近預(yù)報(bào)預(yù)警指標(biāo)，研究結(jié)果表明：強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)展和一定的大尺度環(huán)流背景場(chǎng)有關(guān)，在不同的環(huán)流場(chǎng)下各氣象要素的重要性不盡相同，產(chǎn)生的強(qiáng)對(duì)流天氣類型也不相同。馬中元等[12]通過(guò)對(duì)江西對(duì)流風(fēng)暴的觸發(fā)系統(tǒng)及形成機(jī)制展開(kāi)分析得出結(jié)論：冷鋒、850 hPa切變線、靜止鋒、850 hPa能量鋒、中尺度地形輻合線、中尺度對(duì)流云團(tuán)、冷出流邊界、局地鋒區(qū)、雷暴冷堆是江西對(duì)流風(fēng)暴的9類主要觸發(fā)系統(tǒng)及形成機(jī)制。馮晉勤等[13]、阿不都外力·阿不力克木[14]也對(duì)我國(guó)局部地區(qū)雷暴、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程也開(kāi)展了研究，并取得了成效。

新疆地處亞歐大陸腹地，中國(guó)西北地區(qū)，地理坐標(biāo)處于73°40′E96°18′E、34°25′N48°10′N之間，面積166.49萬(wàn) km2，是中國(guó)陸地面積最大的省級(jí)行政區(qū)，約占中國(guó)國(guó)土總面積的1/6。境內(nèi)山脈和盆地相間排、列盆地與高山環(huán)抱，又稱“三山夾二盆”。北部阿爾泰山，南部為昆侖山系；天山橫亙于新疆中部，將新疆分為南北兩半，南部是塔里木盆地，北部是準(zhǔn)噶爾盆地，稱天山以北為北疆，天山以南為南疆。新疆遠(yuǎn)離海洋，深居內(nèi)陸，四周有高山阻隔，海洋氣流不易到達(dá)，形成明顯的溫帶大陸性氣候。氣溫溫差較大，日照時(shí)間充足，降水量少，氣候干燥。新疆的雷電、暴雨、冰雹、大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣多集中在夏季，一旦出現(xiàn)雷暴天氣，極易給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸造成不良影響。通過(guò)對(duì)新疆地區(qū)1次雷暴天氣個(gè)例分析，可以掌握雷暴天氣過(guò)程成因，這對(duì)提升新疆地區(qū)雷暴大風(fēng)天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率具有重要的意義。

1 天氣概況

2020年8月11—14日，新疆大部分地區(qū)均出現(xiàn)了雷暴、大風(fēng)、降水等強(qiáng)對(duì)流天氣，其中巴州北部、伊犁州東南部、昌吉州、塔城南部、阿克蘇地區(qū)北部、阿勒泰北部、吐魯番市北部、哈密市北部等地區(qū)均出現(xiàn)了中到大雨天氣，局部地區(qū)達(dá)到暴雨量級(jí)；上述部分區(qū)域還夾雜5級(jí)左右西北陣風(fēng)，北疆、東疆風(fēng)口陣風(fēng)9級(jí)左右，此次雷暴天氣給新疆局部地區(qū)交通運(yùn)輸帶來(lái)不良影響。

2 環(huán)流背景分析

2.1 高空形勢(shì)分析

2020年8月11日08：00，在此次持續(xù)雷暴天氣出現(xiàn)前期， 500 hPa形勢(shì)場(chǎng)上大氣環(huán)流形勢(shì)特點(diǎn)屬于“2槽1脊”型。烏拉爾山以東一帶為低壓槽，該槽冷源分布于西西伯利亞新地島一帶，整槽高度場(chǎng)基本和溫度場(chǎng)保持一致，有一冷渦中心處于西伯利亞一帶，中心值超過(guò)-16.0 ℃。8月11日20：00～12日08：00，低壓槽持續(xù)東移南下，由于槽前匯合，槽后持續(xù)疏散，低壓槽發(fā)展速度越來(lái)越慢。8月12日20：00～13日08：00，低壓槽不斷北抬，其下部與主體處于分離狀態(tài)，形成了南支槽、北支槽。其中，南支槽主要處于西藏地區(qū)邊陲，隨著時(shí)間的推移，不斷向青藏高原北邊區(qū)域發(fā)展，且發(fā)展速度大幅提升，強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)。8月13日20：00，北支槽持續(xù)東移增深，南支槽持續(xù)減弱消散，北支槽底逐漸移動(dòng)至新疆南部區(qū)域，隨后低壓槽再次北抬。通過(guò)上述分析可以看出，冷渦中的空氣柱呈現(xiàn)的形勢(shì)特點(diǎn)為“低層暖，高層冷”，冷渦后部不斷有冷空氣南下，同時(shí)冷渦移動(dòng)較慢，受高空冷渦的影響，新疆大多數(shù)地區(qū)均發(fā)生了雷暴、大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣。

2.2 地面形勢(shì)場(chǎng)分析

通過(guò)分析此次天氣過(guò)程地面形勢(shì)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，2020年8月11日08：00，鋒面氣旋對(duì)新疆大部分區(qū)域帶來(lái)影響，此氣旋處于烏拉爾山一帶。新疆北邊一帶主要受弱高壓影響，該高壓分布在阿爾泰山西北區(qū)域，熱低壓對(duì)新疆南部產(chǎn)生作用，熱低壓處于塔里木盆地（圖1a）。8月11日20：00（圖1b）～12日08：00（圖1c），地面氣旋大體上受高空氣流的作用，發(fā)展速度較慢。冷鋒持續(xù)南下，下墊面溫度大幅上升，導(dǎo)致其強(qiáng)度不斷變?nèi)?，冷鋒逐漸消失。8月12日20：00（圖1d）后，分布在巴爾喀什湖的低壓系統(tǒng)沿溫度梯度不斷發(fā)展變化，同時(shí)在氣流的輻合影響下，構(gòu)建了新的冷鋒。鋒后冷空氣的發(fā)展速度比暖氣團(tuán)發(fā)展快，在沖擊暖氣團(tuán)的同時(shí)推動(dòng)其產(chǎn)生較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)。高空鋒區(qū)的下沉運(yùn)動(dòng)、鋒線一帶的上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度增強(qiáng)。地面風(fēng)場(chǎng)的輻合線是此次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的主要觸發(fā)機(jī)制。

3 物理量場(chǎng)分析

3.1 不穩(wěn)定能量條件分析

假相當(dāng)位溫（θse）是診斷強(qiáng)對(duì)流天氣的關(guān)鍵指標(biāo)之一，能夠反映大氣溫度、濕度和壓力的特征等物理量。分析此次新疆地區(qū)雷暴天氣期間850 hPa假相當(dāng)位溫（θse）可獲悉，2020年8月11日08：00，新疆θse為350 K左右，并且等值線并不密集；8月11日20：00，新疆位于θse鋒區(qū)南部的高值區(qū)域；由低空到中高空θse值了解到，隨著高度的上升，θse值逐漸變小，中高空能量不斷朝著新疆地區(qū)低空積累，低空大氣層結(jié)呈不穩(wěn)定狀態(tài)，使得不穩(wěn)定能量得到有效釋放，進(jìn)而促進(jìn)了新疆地區(qū)此次雷暴天氣過(guò)程的形成。

3.2 動(dòng)力條件分析

通過(guò)分析此次天氣期間垂直速度場(chǎng)了解到，新疆上空存在較強(qiáng)的上升氣流。2020年8月11日08：00，在此次天氣過(guò)程出現(xiàn)前，新疆大體上受弱的上升氣流的作用，垂直速度為-3.0 Pa/s，8月11日20：00～13日20：00，新疆雷暴發(fā)生區(qū)域垂直上升運(yùn)動(dòng)從850 hPa低空不斷朝200 hPa高空發(fā)展。在垂直上升運(yùn)動(dòng)的影響下，低空能量、水汽持續(xù)傳輸新疆地區(qū)，使得濕層變厚，進(jìn)而有利于雷暴天氣的形成。由此可知，較強(qiáng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)為此次天氣的形成提供了有利的動(dòng)力條件。

3.3 水汽條件分析

雷暴天氣的形成需要豐富的水汽條件作為支撐。通過(guò)分析此次雷暴天氣期間700 hPa水汽通量散度和水汽通量條件可知，2020年8月11日08：00～8月12日20：00，大量水汽從巴爾喀什湖持續(xù)傳輸至新疆地區(qū)，水汽通量散度輻合區(qū)最大值為-12.0 g/（hPa·cm·s），為此次天氣過(guò)程的形成帶來(lái)了充沛的水汽條件。

4 結(jié)論

（1）分析高空環(huán)流形勢(shì)發(fā)現(xiàn)，此次新疆雷暴天氣發(fā)生前，500 hPa大氣環(huán)流形勢(shì)特點(diǎn)屬于“2槽1脊”型。冷渦中的空氣柱呈現(xiàn)出“低層暖，高層冷”的狀態(tài)，冷渦后部持續(xù)有冷空氣南下，加之冷渦移動(dòng)較慢，受高空冷渦的影響，新疆大多數(shù)區(qū)域出現(xiàn)雷暴、大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣。

（2）從地面形勢(shì)場(chǎng)來(lái)看，地面氣旋對(duì)新疆大部分區(qū)域會(huì)造成影響；地面風(fēng)場(chǎng)的輻合線是此次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的重要觸發(fā)機(jī)制。

（3）在此次天氣過(guò)程出現(xiàn)前，隨著高度的上升，θse值越來(lái)越小，中高空能量不斷向新疆地區(qū)低空積累，低空大氣層結(jié)呈不穩(wěn)定狀態(tài)，為此次雷暴天氣的產(chǎn)生提供了有利的熱力條件。新疆大體上受弱的上升氣流的作用；在垂直上升運(yùn)動(dòng)的影響下，低空能量、水汽持續(xù)傳輸新疆地區(qū)，使得濕層變厚，有利于雷暴天氣的形成。

（4）在此次雷暴、大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生期間，大量水汽從巴爾喀什湖持續(xù)傳輸至新疆地區(qū)，為此次天氣過(guò)程的持續(xù)發(fā)生帶來(lái)了豐富的水汽資源。

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Analysis of A Large-scale Thunderstorm Weather Process in Xinjiang Region from August 11 to 14， 2020

Sangigara （Meteorological Bureau of Bayingolin Mongolian Autonomous Prefecture， Bayingolin， Xinjiang 841000）

Abstract A large-scale thunderstorm weather process in Xinjiang from August 11 to 14， 2020 was analyzed using conventional meteorological observation data， NCEP reanalysis data， and other meteorological data. The results show that before the occurrence of this thunderstorm in Xinjiang， the situation of 500 hPa Atmospheric circulation was characterized by “two troughs and one ridge”. The air column in the cold vortex presents a state of “warm in the lower layer and cold in the upper layer”. Cold air continues to move southward behind the cold vortex， and the cold vortex moves slowly. Affected by the high-altitude cold vortex， thunderstorm weather has occurred in most areas of Xinjiang.

Key words Xinjiang region; Thunderstorm weather; Circulation background; Physical quantity