2012年3月新疆大范围暴雨雪天气诊断分析

陈春艳，秦 贺，唐 冶，赵凤环

（新疆气象台，新疆 乌鲁木齐830002）

2012年3月18日08时至23日08时，受北方较强冷空气和西南暖湿气流的共同影响，新疆出现了2012年春季首次大范围雨雪风沙天气过程。北疆大部、天山山区、南疆偏西地区雨雪天气明显：降水范围大，南北疆79个国家站先后出现雨雪；局地降水强度强：北疆乌鲁木齐（13.3 mm）等3站暴雪（24 h降雪量≥12.1 mm），南疆西部盆地伽师等3站出现暴雨（30.8～44.6 mm），南疆西部山区吐尔尕特（27.5 mm）等两站出现暴雪（≥12.1 mm）；降水相态复杂：北疆雨或雨夹雪转雪，南疆山区为雪，南疆盆地以雨为主，但南疆盆地和田等地出现10 mm以上的雨转雨夹雪。另外，百里风区的瞬间最大风力达12级。若羌出现了能见度不足100 m的强沙尘暴。这次天气的预报难点突出表现在强降水落区和起止时间的把握上，因此，本文重点分析大到暴雨雪天气成因，以期对新疆春季强天气降水落区有一个初步的概念模型，为春季暴雨雪精细化预报提供参考。

1 降水实况与大尺度环流背景分析

1.1 降水实况

2012年3月18日08时至20日08时，南疆西部山区吐尔尕特降雪量27.5 mm，出现持续暴雪，积雪36 cm，19日08时至20日08时首府乌鲁木齐（13.3 mm）、米泉（12.8 mm），暴雪；20日 08时至 21日08时，和田、阿克苏等地中到大雨；21日02时至22日20时，伽师（42.4 mm）、阿图什（35.0 mm）等地暴雨。分析降水强度，吐尔尕特是较为平稳的持续降雪，乌鲁木齐等地暴雪集中在19日傍晚到夜间，南疆盆地的降雨雨强较大：伽师21日20时至22日02时雨强16.7 mm/6 h，已开始有对流性降雨特征。

1.2 大尺度环流特征

500 hPa图上，过程前期，欧州沿岸到北欧为长波脊，东欧到乌拉尔山为长波槽控制。这次强天气发生在环流经向度不断减弱的过程中，随着东欧高压脊向东南衰退，18日08时阻塞高压脊内闭合中心南落至地中海附近，这一变化导致极锋锋区在东欧地区明显加强，乌拉尔大槽东移过程中南北分段，北段槽受上游锋区影响，快速东移于18日夜间到20日白天影响北疆地区的天气。南段槽略有些南掉，移速偏慢，槽前西南气流强盛，18日午后开始南疆西部山区受南段槽前西南气流影响出现降雪，19日夜间南段槽前西南暖湿气流与北段槽底偏西气流汇合于天山北坡中段，造成乌鲁木齐周围大到暴雪，20日08时开始，南段槽（中亚低值系统）不断分裂短波向东北移进南疆盆地，与低层“东灌”的冷空气（偏东气流）交汇，形成“东西夹攻”之势[1-2]，造成了南疆盆地较强降水天气。

这次过程南疆降水范围广，呈现强降水时段多、降水中心（伽师44.6 mm）雨雪量异常大等特点。分析其原因，500 hPa副热带锋区异常活跃：首先，5 880 gpm线18日08时已北上至阿拉伯海北部沿岸地区，副热带锋区明显北抬，与东南移的南段槽叠加于里海南部地区，使得这一地区锋区明显加强，28°～35°N范围内位势高度梯度达40 gpm、南北温差达16℃；其次副热带锋区经向度明显，且维持时间长，自18日08时至20日20时，中低纬度始终维持两脊一槽的经向环流，18日08时，地中海脊、里海南部槽、阿拉伯海沿岸到青藏高原脊，低槽前西南气流已开始影响南疆偏西山区，西南气流控制南疆西部山区时间长达48 h，吐尔尕特出现了持续暴雪；槽脊系统缓慢东移，19日20时（图1a），里海及其南部脊、中亚槽、青藏高原脊，低槽前西南气流强盛，已北扩到天山北坡，西南暖湿气流与北段槽底偏西气流汇合于中天山北坡，造成乌鲁木齐等地暴雪天气；20日08时（图1b），中亚低槽分裂短波快速进入南疆盆地，喀什转为偏北风，和田、阿克苏为偏南风，南北向的切变线与喀什西部、阿克苏南部、和田中东部的中到大雨密切相关；21日08时，中亚到南疆盆地转为一致的西西南气流，表明中亚低值系统已全部进入南疆盆地，中高层冷空气侵入，中低层湿度随东灌增加，不稳定度加剧，有利于对流发展，伽师等地出现极端暴雨。

图1 500 hPa高空高度场、温度场

2 暴雨雪成因分析

2.1 乌鲁木齐暴雪成因分析

乌鲁木齐暴雪出现在19日18时—20日08时，沿88°E做等风速线和假相当位温剖面图（图2a、b），3月19日08时极锋锋区高空急流位于53°N 300 hPa附近，副热带锋区异常活跃，已北上到41°N附近；19日20时，极锋锋区南压过程中受到副热带锋区的补充，明显加强，最大风速中心加强到56 m/s，由图还可以看出，两支锋区汇合加强的同时，急流层增厚，并向下部伸展，使得400 hPa附近水平动量加大，激发500 hPa附近及其以下急流加强，500 hPa附近风速增至24 m/s，暴雪区附近等θse线倾斜，对流层及其以下锋区明显加强，850 hPa到700 hPaθse呈垂直陡立，锋区在 44°N 达到最强，与暴雪区对应。

由此看来，乌鲁木齐暴雪与急流关系密切，18日20时乌鲁木齐高空急流明显加强，中心风速位于300 hPa，增至58 m/s，19日 20时 500 hPa风速明显增大，且转为西南风，700 hPa、850 hPa由前期的偏东风转为偏北风。高空急流移近启动了高层强辐散，补偿作用必将导致低层辐合，而向山偏北低空急流的建立，与乌鲁木齐喇叭口地形相对应，加剧了低空辐合。19日20时沿44°N散度、垂直速度剖面图可以看出，300 hPa高空急流与24×10-6s-1强辐散中心相配合，对应低空700 hPa的16×10-6s-1辐合中心。高低空急流促使高层辐散、低层辐合的耦合形势建立，有利于产生垂直上升气流。暴雪发生在高层辐散、低层辐合的垂直上升气流区。

19日20时沿44°N湿位涡、温度平流和θse剖面图（图3c、d）上可看出，高值位涡向下伸展，表明高层冷空气下传，产生冷温度平流，伴随冷温度平流向对流层低层的输送，锋区快速建立加强，说明持续的冷平流是锋区生成和维持的主要原因。冷平流的出现导致锋生，锋后冷平流的加强和维持使得锋区加强维持[3-4]。南支暖湿气流的加入不但为暴雪区输送充足的水汽，同时输送暖温度平流，使锋区两侧温度梯度加大，导致锋生加剧。

中纬度地区暴雨（雪）的产生和发展除了与暖湿气流有关外，还与干冷空气活动密不可分[5]。新疆北部暴雪过程总与北方强冷空气的南下相关联，做沿44°N位涡、涡度、涡度平流剖面图，可以看出对流层正位涡异常沿西北路径侵入，通过改变温度场结构有利于锋生，另一方面正位涡异常有利于对流层正涡度平流的产生，正位涡向对流层的传播有利于对流层正涡度的产生和维持，暴雪发生在正涡度平流区，正负涡度对之间，涡度梯度最大区。

2.2 南疆偏西地区强降水成因分析

南疆偏西地区因北部、西部高山环绕，西来冷空气往往翻山下沉，多焚风，少降水。但若与低层“东灌”的冷空气形成“东西夹攻”之势，则有利发生降水。19日20时，随着北段槽的快速东移，已开始有冷空气回流进入南疆盆地，并不断加强，20日08时，北段槽东移到哈密地区，“东灌”快速增强，21日08时，极锋锋区上巴尔喀什湖北部又有一股冷空气，沿西北气流快速东南移，给“东灌”注入了新的动力，21日20时，北疆偏北偏东地区有一支自80°E，55°N到哈密的强西北气流，该气流一直维持到22日08时，22日20时移出新疆，西北气流的存在使得“东灌”持续，并保持了一定的强度，也促使“东西夹攻”的形势多次建立并相互作用。由此看来，南疆盆地的多次降水天气与低层回流“东灌”密不可分。

2.2.1 “三支”气流的有利配合

图2 沿88°E垂直剖面图

从喀什、和田和阿克苏等地的高空风时间剖面图可以看出，南疆偏西地区出现降水前24～48 h 300～200 hPa有高空急流（≥40 m/s）出现或增强的现象，但均以偏西急流为主，出现降雨时段高空急流转为西南或偏南急流，喀什是偏南急流中心，强度达62 m/s，阿克苏、和田略弱分别为 40 m/s、52 m/s。高空急流的出现伴随高层强辐散，有利于启动垂直上升气流，为强降水提供较好的动力条件。

由于昆仑山山脉大地形的影响，天气系统尤其是短波槽进入南疆盆地的时间往往在预报中难以把握，因此影响到降水开始时间和落区的预报，从高空风时间剖面图可以看出，高空短波槽进入可以通过500 hPa高空风是否转偏南风来判断，200 hPa高空转为偏南急流，500 hPa随后也转为偏南风或中空偏南急流，表明中亚短波槽已进入南疆盆地，偏南气流的建立：一方面说明中亚低值系统或分裂短波进入南疆盆地，另一方面是南疆盆地降水的水汽输送通道之一，这一点从高空剖面图可以得到证实：随着中高层偏南气流的建立，南疆盆地中低层大气T-Td明显减小，500 hPa及其以下层次明显增湿。

高空急流增强高空锋区进入南疆盆地，高空急流风向由偏西转偏南，预示中亚低值系统开始影响南疆盆地，南疆盆地测站500 hPa偏南气流的出现表明中亚短波槽已开始影响本区域。“东西夹攻”有了西来短波槽，低层东“灌”的判断就显得尤为重要，从若羌的高空剖面图可以看到，东灌从19日20时开始，850 hPa低空偏东急流19日20时达到18 m/s，20日08时增至20 m/s，偏东低空急流一直持续到22日20时，期间风速大小略有起伏，但始终维持≥12 m/s低空急流的强度。低空偏东急流的出现，导致南疆偏西地区极易出现低空切变和气旋性辐合，低空切变线和辐合区往往对应较强降水落区[6-7]。这在散度和垂直速度剖面图上都有所体现：高空急流对应高层辐散，强辐散中心下方往往对应低层辐合区，高层辐散、低层辐合又与垂直上升区相对应，与降水落区一一对应。

综上，这次降水过程满足了南疆盆地出现大降水时“三支”气流的完美配置：200 hPa西南急流、500 hPa偏南急流、850 hPa偏东低空急流。因此南疆盆地出现了罕见的大范围降水过程。

2.2.2 动力条件分析

沿41°N做3月20日08时散度、垂直速度剖面图（图3），乌什至阿克苏降水区对应高层辐散、低层辐合的耦合配置，辐散中心高达28×10-6s-1，还可看出高层辐散、低层辐合与4 Pa/s垂直上升气流相对应。辐散中心高度在250 hPa附近，与高空西南急流的移近密切相关。400 hPa及其以下以辐合为主，越往低层辐合越强，分析20日08时的高空实况：喀什本站500 hPa为偏北风，阿克苏、和田为偏南风，可以诊断有一股冷空气进入南疆盆地，短波槽的位置在喀什东部、阿克苏南部和和田的西部，在500 hPa层上表现为偏北风和偏南风的强切变，因此500 hPa也以辐合为主。850 hPa东灌气流已达库车站，东北风6 m/s，上游的库尔勒站12 m/s，表明东灌有继续加强的趋势，阿克苏本站为2 m/s的弱西风，喀什为10 m/s西北风，阿克苏处在西北风和东北风的切变线上，低层的辐合机制建立并加强，由此高层辐散、低层辐合的垂直上升气柱得以建立，且降水期间始终维持。

图3 20日08时沿41°N散度、垂直P速度垂直剖面图

沿37°N做3月20日02时至20时纬向风与垂直速度合成的纬向垂直环流图（图4a、b），可看出02时叶城西部500 hPa以下以偏西气流为主，700 hPa以下偏东气流已进入80°E以东地区，78°E附近出现了东西风汇合的上升气流，该上升气流与叶城中到大雨开始时间对应，08时该上升气流依然维持，但有向东传播的迹象，14时上升气流已东移至80°E附近，叶城降水明显减弱，和田及其附近降水陆续开始，20时上升中心维持在80°E附近，与和田中到大雨的开始时间对应。再沿39°N做3月20日20时至22日02时纬向风与垂直速度合成的纬向垂直环流图（图4c、d）可看出，伽师附近极端暴雨的出现依然与700 hPa及其以下层东西风汇合产生的上升气流紧密相连，所不同的是在伽师附近建立的上升气流维持在75～77°E之间，稳定少动长达48 h，这也是伽师等地出现异常暴雨的主要原因之一。

综上，南疆偏西降水天气的动力机制除了高空急流的移近产生高层强辐散外，700 hPa以下层次低层切变辐合线的出现和维持至关重要，高层辐散、低层辐合垂直上升气柱的存在和维持是降水出现的主要动力机制[5]，因此，低层辐合切变线是判断降水落区的重要指标。

2.2.3 热力条件分析

由3月20日08时和20时湿位势涡度、比湿和θe的垂直剖面图可知，高层湿位涡向下伸展，导致中低层等θe线明显倾斜，中低层锋区明显得到加强[8]。由于“东灌”的影响低空增湿明显，高层冷空气侵入，低空先是明显增温，继而随着“东灌”偏东气流的进入、明显增湿。通过这种机制导致气层不稳定性明显增加，能量积聚。和阿克苏地区不同的是，和田随着偏东气流的进入，东西向冷热差异急剧增加，700 hPa以下θe等值线陡立，降水中心上空850 hPa附近均出现了，假相当位温随高度增加而降低，有对流不稳定层存在，因此南疆降水大都出现了对流性降水雨强大的特点。

2.3 水汽条件分析

新疆远离海洋等水汽源地，降水天气所需的水汽条件往往难以达到，南疆盆地四周高山环绕，水汽输送通道更是难以建立。本次天气过程19日午后到夜间乌鲁木齐周围出现了暴雪天气，18日08时至20日08时南疆西部山区代表站吐尔尕特出现持续暴雪，20日08时前后南疆盆地偏西地区降水陆续开始。分别做16日08时至22日20时间隔6 h的500 hPa、700 hPa、850 hPa水汽通量图（图5），可看出，500 hPa水汽源于波斯湾等附近水域，随着副热带锋区上低槽的移近，从波斯湾等水域到南疆偏西山区的西南水汽通道早在16日08时就已建立，中轴水汽输送普遍在10 g/（cm·hPa·s），自18日08时起水汽输送大值中心已抵达吐尔尕特附近，吐尔尕特降雪开始。19日08时大值中心依然维持在吐尔尕特附近，吐尔尕特降雪持续，还可看出，已有部分水汽开始翻越昆仑山进入南疆盆地。19日20时水汽通量大值区维持在昆仑山及其以北区域，较前期已随南支槽明显东移，吐尔尕特处在水汽输送大值区尾部，降雪依然持续，同时随着西南气流的北抬，偏南路径的水汽输送大值区已越过天山到达天山北坡中部，与乌鲁木齐暴雪相对应，此时北方冷空气也已抵达天山北坡中段，西北风和偏南气流的交汇导致冷暖、干湿空气急剧汇合，乌鲁木齐降雪开始。20日02时水汽输送大值区继续东移，吐尔尕特已处在水汽输送大值区后部，降雪也随之减弱，向北输送到天山北坡的水汽输送通道依然维持，已由偏南转为西南路径，乌鲁木齐的降雪强度也是明显减弱。20日08时之后南疆盆地中到大雨陆续开始，这与进入南疆盆地的水汽输送大值区一一对应，由此看来，南疆盆地大范围降水与500 hPa偏南气流的水汽输送密切相关。21日08时之后进入南疆盆地的水汽输送明显减弱，伽师等地极端暴雨过程发生时500 hPa水汽输送并不明显。

图4 沿37°N纬向风与垂直速度合成的纬向垂直环流图

700 hPa水汽输送和500 hPa不同，有两条路径进入新疆，一条沿中纬度锋区将地中海等地水汽接力输送到咸海到巴尔喀什湖附近，再随低值系统东移进入北疆，这是北疆地区降雪的水汽输送通道之一；另一条和500 hPa相同，由偏南气流将波斯湾附近水汽输送到青藏高原再进入南疆盆地，19日20时随着“东灌”的开始，出现了偏东路径的水汽输送，但输送值相对较小，水汽输送辐合主要集中在喀什附近，喀什出现了小阵雨，20日08时随着“东灌”的加强，偏东路径的水汽输送也逐渐增大，20日14时增至5 g/（cm·hPa·s），与南疆盆地的中到大雨一一对应。伽师出现持续强降水时，南疆盆地仍有偏东路径的水气输送，但强度明显减弱，21日20时—22日02时伽师附近有2～4 g/（cm·hPa·s）的相对大值区与6 h累计16.7 mm的强降水对应。

图5 水汽通量

由850 hPa水汽通量图可看出，18日14时开始由青藏高原东侧北上的孟加拉湾水汽沿河西走廊已开始抵达新疆东部，19日20时随着“东灌”的开始，由东疆经南疆盆地东口有一支偏东路径的水汽输送直达南疆盆地西部，与喀什等地小阵雨对应，自此这支偏东路径的水汽输送始终维持，随着时间的推移有向南扩展的趋势。

综上分析，乌鲁木齐暴雪水汽主要来源于500 hPa偏南路径输送的水汽，其次是700 hPa以下偏西路径输送的水汽；南疆西部山区暴雪水汽以500 hPa偏南路径输送为主；南疆盆地西部降雨水汽输送路径有两条，500～700 hPa偏南路径的水汽输送和低空偏东路径的水汽输送。

3 小结

（1）本次强天气过程发生在欧洲高压脊向东南衰退，乌拉尔长波槽东南移的环流背景下，乌拉尔长波槽东移过程中南北分段、北支槽快速东移影响北疆，南支槽先是不断分裂短波、之后缓慢东移进入南疆盆地影响南疆天气。

（2）北支槽东移配合西方路径的冷高压，为“东灌”奠定了基础，“东灌”天气持续有利于南疆盆地“东西夹攻”的有利降水形势维持。200 hPa西南急流、500 hPa偏南气流、850 hPa偏东低空急流“三支”气流的耦合是南疆盆地出现强降雨的关键。

（3）南疆偏西降水天气的动力机制除了高空急流的移近产生高层强辐散外，700 hPa以下层次辐合、切变线的出现和维持至关重要，高层辐散、低层辐合垂直上升气柱的存在和维持是产生降水的主要动力机制，低层辐合切变线是判断降水落区的重要指标。

（4）乌鲁木齐暴雪水汽主要来源于500 hPa偏南路径水汽输送，因此偏南气流与偏西气流的汇合是判断乌鲁木齐周围暴雪落区和降雪开始时间的重要指标；南疆西部山区暴雪水汽以500 hPa偏南路径输送为主；南疆盆地西部降雨水汽输送路径有两条，500～700 hPa偏南路径的水汽输送，低空偏东路径的水汽输送，二者缺一不可。

[1]张家宝，邓子风.新疆降水概论.北京：气象出版社，1987.

[2]张家宝.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.

[3]杨贵名，孔期，毛冬艳.2008年初“低温雨雪冰冻”灾害天气的持续性原因分析 [J]．气象学报，2008，66（5）：836-849.

[4]许爱华，乔林，牛星球，等．2005年3月一次寒潮天气过程的诊断分析[J].气象，2006，32（3）：49-55.

[5]杨贵名，毛冬艳，姚秀萍.“强降水和黄淮气旋”中的干侵入分析[J]．高原气象，2006，35（1）：16-28.

[6]黄海波，徐海容．新疆一次秋季暴雪天气的诊断分析[J]．高原气象，2007，26（3）：624-629．

[7]巴哈古力．2011年春季新疆巴州地区局地暴雪过程的分析[J]．沙漠与绿洲气象，2013，7（1）：28-32．

[8]李如琦，牟欢，肉孜·阿基，等．2011年深秋北疆暴雪过程成因分析[J]．沙漠与绿洲气象，2013，7（2）：9-14．