2014年冬季阿图什2次灾害性大风对比分析

肉孜·阿基，阿依谢姆古丽·孜比布拉，艾克代·沙拉木

（1.新疆气象台，新疆乌鲁木齐 830002；2.克州气象局，新疆克州 845350）

2014年冬季阿图什2次灾害性大风对比分析

肉孜·阿基1，阿依谢姆古丽·孜比布拉2，艾克代·沙拉木2

（1.新疆气象台，新疆乌鲁木齐 830002；2.克州气象局，新疆克州 845350）

2014年11月下旬和12月上旬，南疆西部的克州地区出现了2次灾害性大风天气，12月8日克州阿图什的大风突破建站以来的历史极值。本文利用常规观测资料和NCEP 1°×1°的6 h再分析资料，对这两次大风天气成因进行了对比分析。结果表明：高空斜压槽、地面强冷锋及南疆西部热低压是产生大风天气的影响系统；高空中期环流形势、冷空气强度、动量下传决定了大风的类型与强度；温度平流、垂直运动的强度及配置与大风强度关系密切。

大风；高空急流；斜压槽；对比分析；阿图什

大风是我国北方地区主要的灾害性天气之一。长期以来，气象工作者针对大风的成因做了很多研究[1-9]，也取得了丰硕的成果。曹美兰等[1]、张晓慧等[2]、孙建明等[3]认为冷空气大风是斜压大气能量转换、西北急流活动及动量下传等因素共同作用的结果；申建华等[4]指出高空急流、风速垂直切变、气压梯度、3 h变压、冷暖平流、散度场等气象要素对大风的发生起到一定的作用；潘新民等[5]研究了新疆百里风区地形对大风的影响，结果表明，虽然造成大风的根本原因是冷空气活动，但特殊的地形影响使风速增幅；汤浩等[6]认为，百里风区就是越山的冷空气因狭管效应和流洩风作用而形成的强风区；万瑜等[7]认为，达坂城至乌鲁木齐南郊一带东南风频发是由于春季地面蒙古高压部分南掉，形成东西向气压梯度力同乌鲁木齐南郊地形狭管方向一致时，并在“慢坡”重力下滑的共同作用下所形成的回流型东南大风；王敏仲等[8]认为，大风过程中，大气在铅直方向既可做上升运动，也可做下沉运动；周宏等[9]指出，喀什站与乌鲁木齐、塔什干指标站气压差对喀什地区大风有明显的指示意义。目前对于大风天气成因的研究已比较多，但对于南疆西部灾害性大风天气的研究还较少。

2014年11月下旬和12月上旬，南疆西部的克孜勒苏柯尔克孜自治州（简称克州）出现了两次极端灾害性大风天气，给人们的生产生活带来了严重的影响。事实上，新疆的大风天气主要分布在春季，其次是夏季，而秋、冬季较少见，尤其是冬季，除了北疆和东疆的风口地区偶有大风外，全疆大部都少有大风天气，故新疆的冬季可称为无风季[10]。在这种气候背景下克州出现的这两次灾害性大风天气实属罕见，因此本文利用NCEP 1°×1°的6 h分析资料、常规观测资料及自动站资料对这两次个例进行分析，探讨南疆西部秋冬季出现灾害性大风的成因及其预报指标，从而提升秋冬季大风天气的预报水平。

1 大风实况

克州位于南疆西部，北倚天山西段，西濒帕米尔高原，属干旱地区。阿图什市位于克州中部76.1°E、39.7°N处，年均大风日数为22.9 d，基本分布在春夏季，且绝大多数属于背风坡强下坡风性质。受强冷空气影响，2014年11月25—26日和2014年12月8日，克州出现了两次灾害性西北大风天气，而两次过程的大风中心均位于阿图什市。11月的大风（简称过程1，下同）影响阿图什市的时间为11月25日19时—26日07时，最强风出现在26日02时，瞬间极大风速达21.9 m/s，为7级，其特点是持续时间长，但风力较小，造成直接经济损失366.33万元；12月的大风（简称过程2，下同）影响阿图什市的时间为12月8日05—10时，其特点是持续时间短，但风力大，爆发性强，8日07时市区瞬间极大风速达33.7 m/s，为10级，突破阿图什建站以来的历史极值，造成直接经济损失达1 461.15万元。过程1持续时间长，连续13 h瞬间极大风速都在10.8m/s（6级）及以上，且变化不大，最大为9级；过程2持续时间短，6级以上大风仅持续了5 h，但12月8日06—07时，瞬间极大风力从7级暴增至12级，08时降到11级，09时降到8级，之后就快速趋于结束。两次过程中大风强度均明显大于帕米尔高原西侧地面风速，是两次明显的气流过山引起的强下坡风暴。

2 环流特征分析

2.1 高空斜压槽和强锋区

过程1属于纬向环流下的槽脊东移类大风。过程前期，欧亚中高纬为经向环流，东欧到西伯利亚为低涡活动区，中心位于贝加尔湖以北，配合以-49℃的冷中心，槽底伸到里海，呈东北—西南向的准横槽，中纬度以纬向环流为主。伴随着里咸海长脊，低涡中心逆转，横槽主体转竖东移，25日08时，低槽东移到西伯利亚，槽底部分冷空气滞留在咸海到巴湖之间，成为槽后西北风带上的不稳定小槽（图1a）。25日20时，西伯利亚低槽东移，槽后不稳定小槽南压到西北国境线附近，40°N处最大风速达28 m/s，温度槽落后于高度槽，等温线与等高线的夹角为45°左右。25日夜间，伴随-24℃冷中心（或等温线）的不稳定小槽开始入侵克州。700 hPa上，温度槽落后于高度槽10个经距，等温线与等高线几乎垂直，等温线较500 hPa更为密集，较强冷空气从西北方向向克州输送。探空图表明（阿图什无探空资料，故用西南部相隔30 km的喀什站的探空资料），11月25日20时（过程前），阿图什上空700 hPa到400 hPa风向随高度增加而逆时针旋转，中高层400 hPa到200 hPa风向随高度顺时针旋转，表明中低层有冷平流，中高层有暖平流；过程趋于结束时（11月26日08时），依然是中低层冷平流，中高层暖平流，但暖平流加强，范围也扩展到500 hPa（图2a）。受小槽东移影响，克州各地出现了一次大风天气，其中阿图什市连续13 h风速维持在6级以上。

过程2属于主导高压脊衰退类大风。过程前期，欧亚范围为经向环流，其中东欧到乌拉尔山为强盛的高压脊，乌拉尔山到西伯利亚为一后倾槽，配合-40℃的冷中心，槽后北风带强劲，最大风速达44 m/s，10个经距内有7条等高线，位势高度差28 dagpm。7日08时，里、黑海脊开始部分向南衰退，西西伯利亚低槽底部有些南压，温度槽落后于高度槽，并且在咸海北部形成-40℃的冷中心。7日20时，北风带最大风速区压到50°N以南，达42 m/s，-36℃等温线也压到了40°N处，等温线与等高线接近垂直，大气斜压性极强（图1b）。700 hPa上，锋区上等温线的密集程度比500 hPa更大，且随着高度的增加，斜压槽向东南方向倾斜。7日20时，500 hPa高压脊快速向东南衰退，推动西西伯利亚低槽底部的冷空气向东南爆发进入克州，同时700 hPa上，里、咸海脊顶迅速东伸到东疆地区，西西伯利亚低槽底部切涡并移到克州上空。探空图表明，阿图什上空300 hPa的风速从7日20时的50 m/s减弱为8日08时的32 m/s，300 hPa以下的风速都有所减弱，而700 hPa的风速则从7日20时的10 m/s加强为8日08时的38 m/s，说明从高空到地面有明显的动量下传（图2b）。受强锋区东移及高空强风动量下传的影响，克州各地出现了一场持续时间短、风力很强的大风天气，其中阿图什市6级以上的大风仅维持了5 h，最大风力却达到了12级。

图1 2014年11月25日08时（a）及12月7日20时（b）500 hPa高空形势（单位：dagpm）

图2 2014年11月26日08时（a）及12月8日08时（b）探空图

以上分析表明：这两次大风过程高空槽都为西北路径，但中期环流形势不同，过程1是纬向环流下的槽脊东移类大风，中纬度冷空气强度相对较弱，不稳定小槽移速较慢，所以大风强度不强，但持续时间长；过程2是脊衰退类大风，中纬地区出现同期较罕见的强冷空气，低槽携带强冷空气向东南爆发，同时从高空到地面有动量下传，因此大风持续时间较短，但强度极强。两次过程具有以下相同特点：高空500 hPa、700 hPa均维持强锋区，700 hPa锋区中温度梯度更大；过程前期及冷空气入侵时，等温线和等高线交角大，形成强力管，大气处于斜压的动力不稳定状态，都在高空温度槽过境时出现大风天气。

2.1 地面冷锋

过程1中地面冷高为西北路径。过程前期，冷高形成于新地岛以西的洋面，强度为1 032.5 hPa，之后在南压的同时加强，2014年11月24日20时，冷高中心南压到乌拉尔山以西，强度达到1045 hPa，冷锋位于阿勒泰北部到咸海一线，造成咸海北部强沙尘暴。11月25日17时，冷锋进入克州地区，气压梯度达10个纬距内压差30 hPa。25日白天南疆热低压在喀什南部发展，17时中心强度达1 007.5 hPa，高低中心压差达37.5 hPa，随后大风天气开始。25日20时，冷高中心开始减弱东移，26日08时减弱为1040 hPa并移到巴尔喀什湖南部，等压线变稀疏，大风停止。26日02时风力最强的时候低压中心消失，南北压差为27.5 hPa（图3a）。

过程2中地面冷高为西方路径。过程前期，冷高形成于黑海北部，强度为1 032.5 hPa，之后在缓慢东移的过程中逐渐加强，2014年12月7日20时，冷高中心移到咸海，强度达1050 hPa，冷锋已进入南疆西部，气压梯度达5个纬距内压差20 hPa，但此时尚未起风。8日05时，冷高中心移到巴尔喀什湖南部，强度加强为1 057.5 hPa，南疆盆地在阿克苏中部出现一个强度为1 022.5 hPa的低压中心，此时正是阿图什起风的时间。而风力最强的8日08时（图3b），冷高中心依然位于巴尔喀什湖南部，强度增强为1060 hPa，低压中心减弱为1025 hPa并西退到喀什南部，高、低压中心连线正好穿过阿图什，此时南北压差达35 hPa。8日11时，冷高中心位置及强度基本没变，而低压中心减弱为1030 hPa并再次东移到阿克苏中部，冷锋越过阿图什，此时大风停止。

图3 2014年11月26日02时（a）及12月8日08时（b）海平面气压场

两次大风过程地面形势具有共同特点：地面冷锋前部在南疆西部有热低压发展，使得冷锋前后气压梯度增大，在锋前部出现西北大风。不同之处是两次过程地面冷高移动路径及冷高压、热低压的强度不同：过程1为西北路径，冷高中心在起风时已经开始在缓慢地减弱东移，此时喀什南部有热低压，风力达到最强之前热低压已经消失，冷锋移速慢，长时间控制着南疆西部；过程2为西方路径，起风时冷高中心在持续加强中，同时在阿克苏中部有热低压出现，风力达到最强时热低压中心西退至喀什南部，高、低压中心连线正好穿过阿图什，随着低压中心再次快速东移到阿克苏中部，冷锋越过阿图什，大风停止。

3 两次大风过程诊断分析

3.1 高空急流的作用

高空急流入口区易引发次级环流，其右侧（南部）辐散，在其下部产生上升运动，在其左侧（北部）辐合，下部产生下沉运动，高空动量下传，近地层风速加大，而南部上升气流使锋前低压加强，北部下沉气流有利于锋后高压加强，冷锋前后气压梯度增强，地面风速加大。

分析两次过程全风速场演变，过程1发生前的2014年11月25日08时，极锋急流核位于里海以南，核区风速达68 m/s，同时副热带急流核位于青藏高原上空，核区风速也为68 m/s，核区风向均为偏西；20时，极锋急流轴迅速东北移到巴尔喀什湖以南，急流核靠近西部国境线，核区风速72 m/s，风向转为西西北，南疆西部位于急流的南部，有一定的上升运动。与此同时副热带西风急流核略北挺，核区风速加大到76 m/s，核区外围的风速也明显加强，风向也转为西西北，而南疆西部地区位于副热带急流的北部，即下沉区，高空动量下传，同时又位于两个急流核中间，其高空风速梯度变化最大，因此地面出现了持续性大风天气。

过程2发生前的2014年12月7日08时，副热带急流核位于青藏高原上空，急流中心为62 m/s的偏西风，极锋急流相对较弱，急流轴位于乌拉尔山上空，最大风速为32 m/s；7日20时，副热带锋区变化不大，极锋急流轴移动到咸海和巴尔喀什湖中间，最大风速增加到36 m/s；7日夜间，极锋急流轴继续南压，与副热带急流轴外围大风区汇合于南疆西部。由于极锋急流弱，副热带急流强，则南疆西部上空的动量下传比过程1更强。过程2中，200 hPa的急流比过程1弱，但是200 hPa以下各层风速均比过程1强，7日20时400 hPa急流核的风速达52 m/s，500 hPa急流核的风速达48 m/s，同时7日夜间从高层到地面完成一次明显的动量下传，8日08时700 hPa的风速增加到38 m/s，8日20时又迅速减弱为6 m/s，在此期间造成克州各地的短时灾害性大风天气过程。

综上所述，两次过程均发生在南北支急流震荡汇合之时，而大风落区就在汇合之处，表明高空急流的震荡合并对大风的产生较为重要，同时高空动量下传对大风强度和持续时间也对应较好。

3.2 温度平流的作用

温度平流是斜压扰动强烈发展最主要的动力条件，槽前暖平流使槽前高压脊发展，槽后冷平流使槽加深。与此同时，在槽前暖平流作用下，上升运动产生正的涡度平流。在温度平流与涡度平流的共同作用下，高空槽发展加深并向前移动[11-12]。另外冷平流的作用可使地面气压梯度很快加大，造成大风，冷平流越强，出现的风力也越大。

图4 2014年11月25日20时700 hPa温度平流（a）及2014年11月26日02时温度平流剖面（b）

过程1发生前的2014年11月24日，随着高空长波槽快速东移，冷平流开始侵入克州地区，24日20时冷平流中心位于克州西部，强度为-0.25×10-3K·s-1，之后快速加强，25日08时长波槽快速东移到中天山，槽后锋区上的短波槽滞留在巴尔喀什湖西部，冷平流分裂成两部分，一部分跟在长波槽后快速东移，一部分滞留在克州地区，中心加强到-0.4×10-3K·s-1；20时滞留的冷平流控制了克州全境，中心强度达到-0.9×10-3K·s-1，短波槽前出现暖平流，强度为0.4×10-3K·s-1，克州位于长波槽后短波槽前，长波槽后冷平流和短波槽前暖平流使得这一区域上空存在强的斜压结构，此时刚起风不久（图4a，黑色小三角形为阿图什的位置，下同）；到最大风速出现的26日02时，冷平流中心强度已经增加到-1.6×10-3K·s-1，这期间冷平流中心一直维持在阿图什上空。26日08时，短波槽快速东移到阿克苏上空，随后克州上空的冷平流减弱消失。

从过程1沿40°N的温度平流空间剖面图上来看，11月24日，克州上空从低层到高层都为弱冷平流，随后开始缓慢加强，700 hPa附近最强，上游地区则主要受弱暖平流控制。25日20时，上游暖平流中心出现在450 hPa高空，强度为2×10-4K·s-1，冷平流中心则依然在阿图什上空650 hPa高空，强度为10×10-4K·s-1。26日02时，风速最大时，冷平流中心位于阿图什上空750 hPa，强度达到16×10-4K·s-1（图4b）。

过程2的高空系统分布与过程1刚好相反：2014年12月7日08时，长波槽移到咸海和巴尔喀什湖之间，而槽前有个短波已经到了克州地区，500 hPa短波槽前强暖平流控制了南疆西部大片地区，中心位于克州西南部，强度达15×10-3K·s-1。7日20时，随着长波槽继续南压到西部国境线，短波槽快速东移到东疆地区，而强冷暖平流也随之快速东移消散，克州上空在暖平流边缘。大风出现前的12月8日02时（图5a），整个克州上空大片地区从500 hPa到700 hPa均为弱暖平流控制，随后3 h内冷平流替代暖平流并快速加强，阿图什起风，2 h内风速达到最大，说明冷空气爆发性极强。从8日08时的温度平流来看，阿图什上空500 hPa～700 hPa为强冷平流控制，500 hPa中心强度为-3×10-3K·s-1，而在700 hPa冷暖平流配置较复杂（图5a）：阿图什上游为强冷平流带，其北部、西部各有一个冷平流中心，强度分别为-9×10-3、-12×10-3K·s-1，阿图什下游为强暖平流带，其南部、东部各有一个暖平流中心，强度均为9×10-3K·s-1，冷暖平流的这种配置使阿图什上空大气斜压性极强。

从过程2沿40°N的温度平流空间剖面图上来看，大风发生前7日14时，阿图什上空为弱暖平流，20时弱冷平流开始进入；风速最大的8日08时，从400～850 hPa均为强冷平流，最强冷平流依然位于700 hPa，强度达-90×10-4K·s-1。

对比分析结果表明，过程2中冷平流强度为过程1的5～10倍，表明低层冷平流强度直接影响大风强度。

3.3 垂直速度

从过程1沿40°N的垂直速度空间剖面图上来看，大风出现前2014年11月24日20时起，阿图什上空从高层到低层均为弱下沉运动。随着高空槽靠近，11月25日20时起500 hPa～700 hPa的下沉运动加强，表明锋区后部冷空气势力强大，大风开始。随着高空槽进入克州地区，风力加大，11月26日02时风力达到最大时的垂直速度剖面图上（图6），阿图什上空均为较强下沉运动，最强下沉区位于700 hPa，强度达9×10-4hPa·s-1。强度为2×10-4hPa·s-1的较强下沉运动区的高度达到450 hPa，下沉区的右侧在500 hPa以上有弱上升运动。这种整层的下沉运动有利于地面出现大风。

图5 2014年12月08日02时700 hPa温度平流（a）及2014年12月08日08时温度平流剖面（b）

从过程2沿40°N的垂直速度空间剖面图上来看，大风出现前的2014年12月7日08时起，阿图什上空从高层到低层均为弱下沉运动。随着高空槽靠近，12月8日02时，中低层下沉运动加强，最大下沉速度出现在700 hPa，强度增强为4×10-4hPa·s-1，风力最大的08时下沉速度达到8×10-4hPa·s-1（图7）。2×10-4hPa·s-1的较强下沉区高度达到350 hPa，同时下沉区的右侧800 hPa～300 hPa有较明显上升运动。随高度升高，上升、下沉区向西北方向倾斜，冷锋后的冷空气强烈下沉，使得地面出现强烈西北大风。这种低槽前上升、槽后下沉运动，使大量扰动有效位能转化为扰动动能，形成斜压不稳定，有利于地面出现大风。

从两次过程的垂直速度剖面图对比分析得知，过程1中300 hPa以下有下沉运动，450 hPa以下的下沉运动较强，冷空气下沉层次较浅，再配合风场可知，动量下传对大风的作用较小；而过程2中上升区和下沉区的配置有利于有效位能转化为动能，强烈的下沉运动将高层动量下传到地面附近，对地面大风的作用很大。

图6 2014年11月24日20时垂直速度剖面

图7 2014年12月8日02时垂直速度剖面

4 结论

（1）在一定的高低空系统配置下，新疆的冬季也会出现灾害性大风。两次大风过程高空形势的相似之处为：500、700 hPa强锋区，700 hPa冷槽斜压性强，从高空到地面有动量下传，均在高空温度槽过境时出现大风。不同之处在于两次过程中期环流形势不同，过程1中中纬度冷空气强度相对较弱，不稳定小槽移速较慢，过程2中强冷空气向南爆发，动量下传更明显，因此大风更具破坏性。

（2）两次过程地面形势也有共同点：南疆西部有热低压发展，使冷锋前后气压梯度加大，锋前出现西北大风。不同之处在于两次过程冷高压移动路径及高、低压强度不同：过程1冷高压为西北路径，起风时冷高压已经开始减弱，冷锋移速慢；过程2冷高压为西方路径，起风时冷高压在发展加强中，冷锋移速快。

（3）两次大风过程均发生在南北支急流震荡汇合之时，大风落区与高空急流汇合之处对应较好，表明高空急流的震荡合并对大风的产生有决定性作用，同时中低空急流强度及是否有动量下传则直接影响大风强度和持续时间。

（4）温度平流、垂直运动的强度及配置能直接影响大风强度：冷平流越强，大风越强；低槽前后有上升运动和下沉运动配置时，垂直运动越强、延伸的高度越高，则大风越强。

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Comparative Analysis of Two Disastrous Winds in Winter of 2014 in Artux of Xinjiang

Rouzi Aji1，Ayixiemuguli Zibibula2，Aikedai Shalamu2（1.Xinjiang Meteorological Observatory，Urumqi 830002，China；2.Kezhou Meteorological Bureau，Kezhou 845350，China）

In late November and early December of 2014，two disastrous winds occurred in Kizilsu Kirghiz Autonomous Prefecture which located in the west of the southern Xinjiang，the one on December 8th in Artux broke through the extreme value of recorded history since the construction of the station.In this paper，these two windy weather referred above were analyzed comparatively based on conventional observation and NCEP 1°×1°reanalysis data every 6h.It is showed that the circulation situation induced by such windy weather included baroclinic trough and strong front zone in upper level，strong cold high pressure in surface and thermal depression in the west of southern Xinjiang;the type and intensity of strong wind was determined by medium range circulation，cold air strength，and downward momentum transportation.In addition，the intensity of the temperature advection，vertical movement and the divergence field configuration is directly affected the strength of wind.

strongwinds;upper-level jet;baroclinic trough;comparative analysis;Artux

P458.1+23

B

1002-0799（2017）03-0072-07

肉孜·阿基，阿依谢姆古丽·孜比布拉，艾克代·沙拉木.2014年冬季阿图什2次灾害性大风对比分析[J].沙漠与绿洲气象，2017，11（3）：72-78.

10.12057/j.issn.1002-0799.2017.03.010

2016-12-05；

2017-03-28

中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所沙漠基金（sqj2010002）、新疆维吾尔自治区科技支撑项目（201433112）共同资助。

肉孜·阿基（1979-），男（维吾尔族），高级工程师，现从事短时、短临天气预报工作。E-mail：aji4201@126.com