准噶尔盆地西北缘一次大到暴雨天气过程分析

孙东霞，谢云，李春花，朱蕾

（1.克拉玛依市气象局，新疆克拉玛依 834000；2.新疆空管局，新疆乌鲁木齐 830016）

准噶尔盆地西北缘一次大到暴雨天气过程分析

孙东霞1，谢云1，李春花1，朱蕾2

（1.克拉玛依市气象局，新疆克拉玛依 834000；2.新疆空管局，新疆乌鲁木齐 830016）

通过分析2010年6月28—29日发生在准噶尔盆地西北缘的一次大到暴雨天气，揭示了形成这次强降水天气的环流背景特点、物理量和雷达回波特征。结果显示：冷暖气团在克拉玛依地区附近相遇产生的中尺度锋生现象触发了本次暴雨天气过程。表现最明显的特征是：高空槽移动缓慢，中层切变线不断南压、低层中尺度系统维持，冷暖气团在该区域强烈交汇。暴雨区雷达速度场有明显的风场幅合。对流降水云团强度、移向变化的预测，是此类天气临近预报的关键和难点。

准噶尔盆地西北缘；暴雨天气；局地热对流

克拉玛依油田位于准噶尔盆地西北缘，西部、北部为海拔1 000～2 000 m的加依尔山山区，东面是广阔平坦的戈壁滩，一直向东伸展到准噶尔盆地沙漠腹地，地势自西北向东南呈阶梯状下降。地处背风坡，干旱少雨，年降水量仅100 mm，暴雨天气极少发生[1-2]。由于下垫面以戈壁、荒漠为主，局地强降水易形成洪水，对油田生产威胁较大。大降水预报一直是预报服务工作的难点。国内对暴雨天气的研究已经做了不少工作[3-8]，但对准噶尔盆地西北缘的大到暴雨天气研究较少。本文通过分析2010年6月28—29日准噶尔盆地西北缘出现的一次大降水天气过程，总结形成该区域大降水的天气特点，以提高对此类天气的认识及预报能力。

1 天气特点

2010年6月28日中午开始，克拉玛依油田区域多个台站出现大雨，其中红浅地区达暴量（表1），28日17—18时，1 h降雨量达17.5 mm。24 h降雨量59.2 mm，为区域各站有记录以来最大值。过程风力不大，仅克拉玛依站28日有短时5级阵风，瞬间极大风速16.8 m/s，其他地区风力3～4级。克拉玛依日最高气温下降了7℃左右。

表1 准噶尔盆地西北缘各气象站2010年6月28—29日降水量

2 环流背景分析

2.1 500 hPa北疆北部急流带加强，为区域大气上升运动提供动力

从500 hPa高度场变化可见（图1），这次天气过程最明显的特征是欧洲西北部低槽东南下，东欧脊受上游低槽的侵袭，脊顶快速东南垮，但里咸海脊稳定，主体略西退。西西伯利亚低槽得到高纬冷空气的补充东南下，但移动缓慢，29日低槽在新疆北部切断成涡（图1b）。槽底锋区东南下的过程不断加强，在北疆北部上空形成20 m/s的急流带。28日20时，塔城、伊犁500 hPa风速分别为26 m/s SW风、18 m/s W风，克拉玛依为12 m/s WNW风，盆地西北缘有明显的风速辐合。槽底急流带、区域风场风速幅合，为大气上升运动、水汽输送提供了动力条件。

2.2 中层切变线、低层中尺度低压触发并维持强对流的爆发

图1 2010年6月27日20时500 hPa（a）和29日（b）20时500 hPa环流形势

图2 2010年6月27—28日20时700 hPa、850 hPa高度场叠加风场（“☆”为克拉玛依站位置，下同）

在中低层表现最突出的特点是，27日20点700 hPa低涡外围槽线已经南压到巴尔喀什湖北部，北疆西部形成反气旋闭合风场（图2a），风速为6～8 m/ s，表明该区域中层大气有较强的辐散。对应850hPa，该区域存在一个气旋式切变线（图2c），即中尺度低压系统。低层切变线引发气流的水平辐合，有利于上升运动加强，同时，水平辐合也为区域水汽输送提供了动力。由此可见，中低层触发对流系统爆发形成28日局地暴雨的主要因子是：中层反气旋闭合风场和低层切变线。

28日20 时，北疆西部的反气旋闭合风场消逝，但西西伯利亚低涡顺转槽体东南下，在巴尔喀什湖北侧形成东西走向切变线（图2b）。伊犁探空站西风风速明显加强为12 m·s-1，而乌鲁木齐站西北风风速减小为2 m·s-1，盆地上空风速辐合明显加强，为中层大气上升运动提供动力机制。低层850 hPa在伊犁以东有中尺度低压系统生成（图2d），在克拉玛依站西南部表现为西北东南向切变线，且切变线前后风速差达到12 m·s-1，风向和风速辐合加强，为该区域上升运动的加强、水汽持续辐合提供了有利的条件，29日的暴雨就出现在这个区域。

以上分析显示，中层切变线不断南压、低层中尺度系统维持，与高层500 hPa槽底锋区不断加强的强西风气流相互作用，为区域整层大气垂直上升运动加强、维持，水汽不断地向强对流区输送，提供了持续的动力机制，为区域暴雨的形成提供了有利的环境条件。

2.3 中低层热力条件分析

分析850 hPa温度场可见，28日08点巴尔喀什湖北部冷气团温度在2～6℃，新疆暖气团温度在19～20℃，冷暖气团温差达15℃左右。30日08时，冷空气南下进入北疆，北疆的气团温度下降了10℃左右。由此可见，冷暖空气的交汇比较强烈。

分析6月28日、30日地面形势场（图3），本次大降水为较典型的冷锋前暖区降水。由于高空影响系统移动缓慢，对应地面图上，高压也呈缓慢东南下的特点。28日05时冷高压中心位于巴尔喀什湖西北部，中心温度在10～12℃。盆地西北缘气团温度为21～24℃，近地面冷暖气团温差在10℃以上。30日05时，地面冷锋移出北疆，较28日温度下降7℃。

27日盆地西北缘日最高气温均在31℃以上，干暖的下垫面与强冷气团相互作用，加剧了区域大气的不稳定性，有利于对流天气的爆发。

综上分析，在高空急流带、低空切变线共同作用下，冷暖气团在克拉玛依地区附近相遇产生的中尺度锋生现象触发了本次暴雨天气过程。

3 物理量分析

图3 2010年6月28日（a）、30日05时（b）海平面气压场

3.1 相对湿度

EC-数值预报湿度场，27日20时，新疆上空偏西偏北地区的相对湿度开始增大，28日20时700 hPa上（图4a），该区域相对湿度继续增强，达80%以上的高湿区自鄂木斯克向东南延伸，经塔城地区伸至石河子地区，克拉玛依市位于高湿区中心，相对湿度超过90%，高湿区就形成于低层850 hPa克拉玛依站西南部切变线的右侧（图2d）。29日08时700 hPa上，高湿区强度继续增强，范围向东南方向扩展，克拉玛依市仍位于90%～100%高湿区内（图4b）。850 hPa上克拉玛依市的相对湿度也较大，但低于700 hPa，28日20时和29日08时克拉玛依市的相对湿度维持在50%～70%，为大降水的形成提供了有利的水汽条件。大降水区位于湿度梯度大值区附近。大降水发生前和发生时，克拉玛依市中低层湿度增大，在中低层高度间表现为上层湿下层干，区域层结表现出一定的不稳定，为区域大降水的触发积聚了动力条件。

3.2 不稳定条件分析

分析克拉玛依探空T-lnP图（图5），27日20时地面到700 hPa风随高度顺转，700～500 hPa风随高度逆转，700～600 hPa附近空气湿度很大，700 hPa以下湿度明显递减，说明中低层有暖平流且大气干燥，高层有冷平流且存在明显湿层，高层冷湿，低层暖干，大气存在不稳定潜势。28日20时整层大气风随高度逆转表现为冷平流，抬升凝结高度由650 hPa下降到850 hPa，500 hPa以下空气湿度很大，K指数由28℃增强到37℃，沙氏指数由1.3减小到0.7，从以上层结稳定性主要判据的变化说明，区域大气层结不稳定性在逐渐加强。950 hPa为2 m/s NW风，850 hPa为2 m/s SE风，低层大气存在明显的风切变，说明低层冷空气的入侵，抬升了冷锋前的暖湿空气，大气的上升运动加强，大气对流得到发展，表明区域强对流天气还将持续。

4 雷达回波特征

从雷达图反射率因子演变特征可见（图6，均为2.4°仰角），本次天气主要是局地热对流强烈发展形成强对流云团造成的局地暴雨，与形势场分析结论一致。降水回波在雷达图上表现为强度迅速增强，范围快速扩大，从28日13:33的雷达反射率因子图上，仅测站西30 km处有小回波单体，范围、强度都比较小，仅30 min后，测站周围出现多个反射率因子大于50 dBz的强回波单体嵌套的对流云团，此时，克拉玛依站开始出现雷阵雨，所以，这种局地热对流发展的降水天气的起报，是超短时临近预报的难点。

4.1 暴雨区雷达反射率因子特征分析

图4 2010年6月28—29日700hPa相对湿度（单位：%）

图5 2010年6月27（a）、28（b）日20时克拉玛依T-lnP图

红浅自动站监测数据显示，28日16时红浅站开始降水，16—17时达25.6 mm。下面主要就红浅区域这个时段的雷达回波特点做重点分析。

由图7可见，15:34红浅区域无明显降水回波，16:01在其正西面出现嵌套多个50 dBz以上强对流单体的降水云团，16:34强对流单体面积明显增加并向西扩展，16:50强对流云团东移在红浅区域加强，强回波范围进一步扩大，强度加强，强对流云团反射率达50～55 dBz，对应该区域的强降雨时段。

从雷达速度图8可见，16:01红浅西侧有弱辐合风场出现，16:34风场辐合线位于红浅西侧范围明显扩大，并表现为弱的气旋式风场结构，16:50风场辐合加大，气旋式结构更加明显，辐合最大处位于红浅附近，对应该区域最强降雨时段。

图6 2010年6月28日克拉玛依新一代天气雷达2.4°仰角的反射率因子图（单位：dBz）

图7 2010年6月28日克拉玛依新一代天气雷达2.4°仰角的反射率因子图（单位：dBz）

图82010年6月28日克拉玛依新一代天气雷达2.4°仰角的径向速度图（单位：m·s-1）

4.2 暴雨区不同强度反射率占所选窗口百分比分析

分析不同时次同区域同面积反射率因子所占百分比，16:34、16:50相隔16 min，大于50 dBz回波面积由6.9%增加到16.77%，强回波范围扩大很快，由此可见对流云团发展速度是非常快的。

4.3 暴雨区不同时段垂直累积液态水含量及回波顶高变化特点

从16:01红浅降水回波单体出现到16:50形成暴雨，VIL最大值由14 kg/m2逐渐增大到22 kg/m2，对流云团内大于14 kg/m2面积不断增加。降水后，VIL最大值也明显减小。说明VIL值与降水强度为正相关，对流单体回波强度越强，VIL值越大，对应地面降水强度也越大。

为了分析暴雨区强降水云团的变化速度，我们选取16:34、16:50、17:18，红浅降水初时、暴雨时、降水基本结束3个时次，影响红浅强降雨云团大于50 dBz回波顶高、最大垂直液态水含量数值变化分别为：3 km、6 km、3 km和12 kg/m2、22 kg/m2、5 kg/m2，以上数据的变化也反映了热对流形成的强降水云团生成、发展、消亡的变化非常迅速。

5 结论

（1）本次天气过程是一次比较典型的低槽冷锋降水。中层切变线不断南压、低层中尺度系统维持，与高层500 hPa槽底锋区不断加强的强西风气流相互作用，为区域整层大气垂直上升运动加强、维持，水汽不断地向强对流区输送，提供了持续的动力机制，为区域暴雨的形成提供了有利的环境条件。

（2）850 hPa区域温度与冷气团温度温差达15℃左右。近地面冷暖气团温差在10℃以上。冷暖气团在克拉玛依地区附近相遇产生的中尺度锋生现象，触发了本次暴雨天气过程。

（3）850 hPa、700 hPa有明显的大湿区配合。天气进入前沙氏指数有明显减小。

（4）从雷达回波变化分析，本次降水主要是局地热对流强烈发展形成强对流云团造成的大降水。造成红浅区域暴雨的强对流云团有明显的气旋式风场辐合，回波顶高最大为6 km，最大垂直液态含水量19 kg/m2。对流强降水云团强度变化迅速，是暴雨临近预报的难点。

[1]张家宝，邓子风.新疆降水概论[M].北京:气象出版社，1987.

[2]新疆短期天气预报指导手册[M].乌鲁木齐：新疆人民出版社，1986.

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Analysis on the Weather Process of a Heavy-Hard Rainfall in the Northwestern Margin of Junggar Basin

SUN Dongxia1，XIE Yun1，LI Chunhua1，ZHU Lei2
（1.Kelamayi Meteorological bureau，Kelamayi 834000，China；2.Xinjiang Air Traffic Administration，Urumqi 830016，China）

This paper Analyzed the heavy-hard rainfall in the northwestern margin of Junggar basin during 28-29 June 2010，evealed the formation of the circulation background characteristics of strong precipitation,physical quantities and radar echo features.The results showed that:In Karamay region near the cold and warm air mass meet to produce the mesoscale frontogenesis phenomenon to triggered the rainstorm weather process.The most obvious feature is:the low through of upper air moving slowly，The shear line of middle level pressed to south continuously，lower level mesoscale system to maintain，between warm and cool air come into violent interaction effect in the region.the area of rainstorm have obvious wind convergence zone in the velocity field of radar.To predict the changes of intensity and moving directions of the convective rain clouds，is the key and difficulty of the short term forecasting and nowcasting.

the northwestern margin of Junggar basin;the heavy-hard rainfall;local heat convection

P458

B

1002-0799（2013）06-0008-07

10.3969/j.issn.1002-0799.2013.06.002

2012-06-29；

2012-10-18

国家科技支撑计划课题（2012BAC23B01）资助。

孙东霞（1965-），女，高级工程师，从事天气预报和气候研究工作。E-mail：358703266@qq.com