南疆夏季不同降水类型预报及递进式服务思考

窦新英，李如琦，安大维

（新疆气象台，新疆 乌鲁木齐830002）

新疆位于我国西北部，地域辽阔，土地面积166万余km2，是我国国土面积的1/6，横亘中部的天山山脉将新疆分为南疆和北疆。南疆三面环山（南、西、北三面分别被昆仑山、帕米尔高原和天山环抱），中央是塔里木盆地，属典型的温带大陆性干旱气候，受复杂地形地貌、天气系统路径以及南疆特殊的大气环流与水汽条件等影响，南疆降水具有其独特性，虽然年平均降水量仅为59.1 mm，但降水变率很大，降雨呈明显增多趋势[1-3]。南疆强降水虽然是小概率事件，但近10 a南疆西部暴雨灾害呈明显增加趋势[4-6]，随着南疆降水影响深度和广度的新变化，异常性特征加剧，强降水灾害呈现出多面性，突发性、异常性、难以预见性等特点日益突出[7-9]。遇较强降水，一次强降雨过程甚至能改变年降水气候值，接近或超过年降水量，引发严重的洪涝灾害等。

近几年，气象服务对新疆经济社会发展做出了一定的贡献，已成为政府科学应对各种气象灾害、降低灾害风险有效的科技支撑。南疆面积大，地形复杂，突发灾害性天气不确定因素较多，在异常恶劣天气与不同降水灾害面前，前瞻性和高层面的气象服务对“精准、及时、高效”的要求越来越高，在长、中短期及短时临近天气预报基础上，超前、优质的气象服务是防灾减灾的有效保障。2013年6月和2016年8月南疆分别出现了两类降水事件，2013年6月15—18日是一次短期、降水集中的高强度型降水事件，2016年8月1—31日的降水过程是一次多轮、多点陀螺效应的持续型强降水事件，均对当地的道路交通、农业生产、城市运行、人民生命财产等造成了严重的影响，2016年持续强降雨事件是继2013年多站日降水量破历史记录之后再次刷新历史记录的极端降水事件，受到气象工作者和社会各界的高度关注。但为什么2013年4 d的短期强降雨就导致16万人受灾，而2016年近30 d的多轮持续强降雨才导致19万人受灾？尽管目前南疆强降水的科研和业务预报水平有了较大发展，预报准确率也有所提高，但距离需求仍有较大差距[10-11],面对出现人员死亡的天气案例，气象服务的发展依然任重道远。由于南疆降水类型的差异，气象灾害的影响不一，气象服务的重点不同。

面对气象服务任务不断加重、服务形势异常复杂的局面[10-12]，本文主要分析南疆两次降水事件在持续时间、范围和强度方面存在的差异，从气象角度对南疆夏季两次不同类型降水服务重点和思路进行对比分析，借鉴以往的气象服务经验，明确气象服务思路，进一步增强对南疆降水气象服务的新认识，为今后气象服务提供参考和依据。

1 资料和方法

选取南疆有人员死亡或致灾重、影响大的强降水事件，分别为2013年6月15日08时—18日20时和2016年7月31日20时—8月31日20时两次强降水事件，采用新疆气象信息中心提供的1961—2016年气候资料、中国气象局灾情直报系统和当地民政部门灾情数据及主要气象服务情况进行统计分析。利用NCEP/NCAR提供的全球逐日6 h再分析资料、FY-2E卫星云图、自动气象站观测数据、多普勒雷达产品等进行分析。

2 两次强降水天气概况及影响对比

2.1 2013年6月15—18日强降水

2.1.1 天气实况

受中亚低涡天气系统的影响，南疆出现了一次短期、降水集中的高强度型降水事件，阿克苏地区、克州、喀什地区、和田地区、巴州出现大到暴雨，236站累计雨量超过24 mm，72站超过48 mm，24 mm以上降水区覆盖面积约18 km2，最大降雨中心在阿克苏地区（图1a、表1）。强降雨时段在15日夜间到17日夜间，累积雨量30～100 mm，暴雨中心阿克苏地区温宿县累计雨量99.8 mm。水文站资料显示，乌什县亚科瑞克乡4大队17日夜间6 h雨量195.5 mm，最大雨强83 mm/h；荒地站18日12 h雨量162 mm，最大雨强达98 mm/h。14—18日气温持续下降，降温幅度10～13℃，较历年同期偏低5～9℃。

表1 2013年与2016年南疆夏季不同类型降水过程实况对比

2.1.2 历史排序

阿克苏地区温宿县和柯坪县累计雨量分别为101.5、85.6 mm，占年降水量的104.6% 、121.5% ，16日08时—17日08时温宿县日雨量突破有气象记录以来最大值（历年最大日降水量39.2 mm，出现在1971年7月7日）。

2.1.3 灾情

强降水过程造成南疆各地交通、水利设施、农业生产严重损失，并出现人员伤亡。南疆4地（州）28县（市）受灾，喀什地区、和田地区、克州多地因暴雨引发泥石流、塌方。阿克苏地区37个乡（镇、场）70 000 hm2农作物受灾；倒塌房屋1418间、损坏房屋3540间；家禽和牲畜死亡66210只（头）；冲毁公路38.73 km，冲毁渠道78 km、堤防24 km、桥涵581座（表2）。

2.2 2016年8月1—31日强降水

2.2.1 天气概况

图1 两次天气累计降水量分布（单位：mm）

2016年8月1—31日南疆降水是多轮、大范围、持续型强降水事件（图1b、表1），受8次低槽或低涡分裂短波影响，出现8个降水阶段，分别为1—2日、5—9日、9—12日、12—16日、16—21日、21—24日、24—29日、29—31日，每个阶段南疆大部均出现小雨，但暴雨中心和强度不同，最强降水时段集中在5—9日、9—12日、12—16日、16—21日、21—24日5个时段内。南疆81% 的站累积雨量48～90 mm，15% 的站累积雨量100～300 mm。南疆最大累计降雨区分布:和田地区民丰叶亦克乡286.0 mm、巴州且末车尔臣河279.4 mm、阿克苏地区温宿县博孜墩乡渡假村243.5 mm、喀什地区英吉沙乌恰乡6村225.1 mm、克州阿图什吐古买提乡塔克塔210.1 mm。

2.2.2 历史排序

南疆8月平均降水量43.8 mm，降水距平百分率226.9% ，突破8月历史同期极值；日雨量喀什市、库尔勒市等8站突破极值。有12站（共45站）累计雨量200～300 mm，5站累计雨量72～83 mm，均接近或超过历年年平均降雨量。

由于8月持续降雨，导致南疆气温持续下降或维持比较低，累计降温幅度5～8℃，南疆46% 的区域气温较常年偏低1.5～2.8℃。岳普湖（偏低1.9℃）、墨玉（偏低2.2℃）偏低幅度居历史同期第1位。

2.2.3 灾情

南疆全境5地（州）失踪2人；农作物、草场受损2 296.49 hm2，倒塌损坏房屋2255间；洪水损坏桥涵、河道、防洪堤51处，冲毁道路、公路、河堤163.33 km。直接经济损失3.9亿元（表2）。

表2 2013年和2016年南疆夏季不同类型降水过程灾害实况对比

除了以上洪涝灾害外，持续降水使南疆8月中下旬降水明显偏多、气温持续偏低，日照偏少、部分棉区≥20℃终日提前，持续低温阴雨寡照天气对棉花花铃生长及裂铃、吐絮不利，致使部分棉田烂铃严重；同时影响林果果实成熟采摘、着色，红枣、葡萄裂果严重。

3 两次降水事件的气象服务重点

南疆不同类型的降水事件中，气象服务的重点和方式完全不同。认真分析2013年和2016年两次强降水事件的降水时间、强降水落区、不同区域强降雨出现时段、累计最大降雨量、小时雨强以及降温带来的不同影响等，并关注降温后气温的变化趋势，确定气象服务的重点内容。

3.1 2013年6月15—18日强降水

此次降水事件是一次短期、降水集中的高强度型降水事件，降水发生在短期内（3～5 d），降水强度大，破极值，降温幅度强，但降雨结束后迅速升温，关注的重点是强降雨落区、小时雨强、累计最大降雨量和出现时段及前期升温情况等，出现局地暴雨型洪水或融雪降雨混合型洪水及衍生地质灾害的气象风险较大，防洪服务是气象服务的重点。

3.2 2016年8月1—31日强降水

此次降水事件是长时间、大范围、持续型强降水事件，降水几乎在南疆不同区域无缝隙出现，降水同时气温维持偏低，持续低温天气对夏玉米、棉花、林果成熟极为不利，虽然持续降水也引发了局地洪水，但对农业的影响更明显，对于即将成熟期的夏玉米、棉花、林果等农产品产量和品质造成了严重的危害，这类降水天气的服务重点是除了防洪服务外，还需关注为农气象服务。

4 不同降水类型的递进式气象服务

中长期、短期和短时数值预报产品以ECWMF为主，递进式气象服务综合长期、中短期、短时数值预报产品和预报结论进行，不同降水类型有所不同，各有侧重。

4.1 长期预报与服务

4.1.1 2013年6月15—18日强降水

此次过程中，T639数值预报产品显示，100 hPa南亚高压双体型和副热带大槽是强降水的有利环流背景[13-16]。12日后南亚高压发生调整，转为西部型,中心在里海地区；13—14日青藏高原东部高压脊发展,南亚高压双体型开始形成，副热带系统的强降水基本态势出现,15—18日维持南亚高压双体型。17日08时，南亚高压双体型发展并东西震荡，青藏高原东部高压脊发展，南亚高压东强西弱，副热带槽进一步发展加深,从印度北部至新疆80°E以西为强西南气流区,期间为南疆强降水时段；18日南亚高压仍维持双体型背景，西南急流在南疆西部长时间维持，是这次南疆强降水的大尺度环流背景；19日南亚高压西部衰落双体型减弱，演变为东强西弱型。南亚高压的双体型形成到减弱的4天内就是强降水发生的时段，副热带大槽的波长之短、经向度之大、南伸程度之偏南均是不多见的[17]。

长期预报中预报了6月中旬南疆西部降水偏多，中旬中期有一次降水天气过程；中期预报也预报出6月15—20日可能出现一次中度或以上的降水过程，随着环流调整和订正预报，6月10日中期预报出6月14—17日南疆西部有降水过程。服务重点是局地强降水可能引发的洪水及滑坡、泥石流等地质灾害。

4.1.2 2016年8月1—31日强降水

此次降水事件的持续时间、影响区域属历史罕见，行星尺度100 hPa环流背景显示有不同特征，8月100 hPa平均位势高度及其距平场上（图2），可以清晰地发现南亚高压为双体型[18-21]，西部高压位于北非至伊朗地区及北部，距平场上的正距平则覆盖了以乌拉尔山为中心的西至东欧、东至西西伯利亚的大部地区，中心强度超过了140 gpm；东部中心位于青藏高原中东部一带，中心强度超过16880 gpm，正距平中心位于高压东北侧，超过120 gpm。副热带大槽在60°～80°E 内，长波槽底伸至38°N附近，西南急流在南疆西部国境线附近不断建立，持续影响南疆的天气。

图2 2016年8月1—31日100 hPa平均位势高度及其距平场

7月底的长期预报指出，8月南疆大部降水偏多或略偏多，降水过程频繁，气温偏低。根据环流形势和预报结论，需要关注洪水及衍生地质灾害的影响，并注重气温不高、积温不够对农业生产的可能影响。

4.2 中短期预报与服务

4.2.1 2013年6月15—18日强降水

500 hPa ECWMF形势场上（图3a），6月12日，为两脊一槽型经向环流，乌拉尔山和贝加尔湖地区为高压脊区，西西伯利亚为低槽活动区，14—15日里咸海高压脊发展并与乌拉尔山脊叠加，脊前西北气流引导冷空气南下，西西伯利亚至中亚南部形成准南北向高、中、低纬低槽同位相叠加，环流经向度加大，西西伯利亚低槽位于50°N以北，塔什干附近为低涡，阿拉伯海至印度半岛维持低值区，同时，西太平洋副热带高压脊明显西伸北进。15—18日伊朗副高发展及西太平洋副热带高压的两次西伸北进，为强降水提供了东西夹攻[22-26]的环流形势。里咸海脊不断向北发展，脊前北风带引导冷空气南下，使得西西伯利亚低槽西南伸并在巴尔喀什湖附近切涡，与中亚低槽汇合并分裂短波东移影响南疆；下游贝加尔湖脊强烈发展，与西太平洋副热带高压脊叠加，下游脊的阻挡作用明显，使巴尔喀什湖低涡打转、移动缓慢，分裂短波不断影响南疆，19日巴尔喀什湖低涡减弱东移，强降水减弱。

500 hPa高度距平场上（图3a），上下游高压脊强度不同，属下游强上游弱。异常高压位于下游，下游高压脊控制贝加尔湖以北的中西伯利亚大部地区，最大正距平中心值超过160 gpm，上游高压脊位于乌拉尔山地区，最大正距平中心值120 gpm，高压脊下游异常偏强，副热带大槽呈南北向分布。脊的振幅东强西弱，有利于长波槽前西南急流建立、维持及南伸[27-28]，西南急流轴位于南疆西部，使西南暖湿水汽被大量输送至南疆地区。

6月7日在短期会商中提到需关注16日前后南疆地区降水，局地雨量大，短期预报服务的重点是强降水集中时段和落区，6月14日新疆气象局制作《重要气象情报》，预报6月15—18日，南疆将有一次强降水天气过程，主要降水时段集中在16—17日，喀什东南部、和田大部、克州山区、阿克苏山区及巴州南部山区等地的部分地区累积降水量可达50 mm以上。关注重点是防范南疆局地暴雨山洪及滑坡、泥石流等地质灾害。

4.2.2 2016年8月1—31日强降水

500 hPa ECWMF形势场上（图3b），8月平均环流为两脊一槽型，东欧和贝加尔湖为高压脊区，西西伯利亚到中亚为低值系统活动区，伊朗副高、西太平洋副高较为强盛。8月1—2日，经向环流下西西伯利亚至中亚的低槽东移，南段不断分裂短波，配合在塔里木盆地中东部700～850 hPa明显的偏东急流[29]，形成东西夹攻的形势影响南疆强降水；5—24日，西太副高不断西伸北挺，伊朗副高南北振荡，与乌拉尔山脊反气旋打通并向北伸展，咸海至巴尔喀什湖低涡与西西伯利亚横槽部分结合，分裂短波影响南疆。25—31日，乌拉尔山脊衰退，中高纬演变为纬向环流，中亚地区不断分裂短波影响南疆。

图3 2013年和2016年夏季500 hPa平均位势高度及其距平场

500 hPa平均高度距平场上（图3b），异常高压位于上游，控制整个东欧及其西西伯利亚大部地区，最大正距平中心值超过120 gpm，下游高压脊位于蒙古地区，最大正距平中心值80 gpm，高压脊上游异常偏强，下游明显偏弱，属上游强下游弱，上游主导系统有利于引导北方冷空气沿脊前偏北气流频繁南下。西西伯利亚至中亚地区的副热带大槽呈东北—西南向分布，长波槽底伸至38°N附近，有利于西南水汽向南疆输送[27-28]。

在长期预报降水偏多、气温偏低的基础上，中短期预报跟踪订正并及时服务，根据环流形势和预报结论，需要关注洪水和地质灾害的影响，并注重不同时段气温变幅、积温阈值对各类农作物、林果生长关键期的可能影响。

4.3 短时临近预报与服务

短时临近预报着重于0～12 h强降雨的落区、最大累计雨量、小时雨量等，需通过卫星云图、雷达图监测、自动站分钟雨量预警及服务。

4.3.1 2013年6月15—18日强降水

阿克苏地区的强降水在云图和雷达图上有明显反应，对流云团起到了重要作用[30]，造成了短时强降水。6月16—17日，FY-2E红外云图上中亚低槽前，在阿克苏至和田皮山附近有切变线云系，云系中不断有对流云发展，17日01:00温宿出现25.7 mm/h的强降雨；18日00:00冷锋云系和涡旋云系结合，在阿合奇—阿克苏之间加强、维持，05:00—06:00阿克苏出现18.9 mm、温宿11.2 mm的小时强降水。随着云团沿偏南气流不断北上，08:00之后强降雨结束。

阿克苏多普勒雷达图上显示，最强回波＞60 dBz，阿克苏市的最大雷达回波顶高11 km、50 dBz回波顶高7 km，易造成短时强降水天气。

4.3.2 2016年8月1—31日强降水

此次持续降水中，卫星云图上南疆上空云系长时间维持，多地有对流云团发展；雷达回波上南疆不同区域常出现＞50 dBz的强回波区（图略），喀什多普勒雷达图上显示，最强回波＞60 dBz，喀什地区伽师县和岳普湖县的最大雷达回波顶高14 km、60 dBz回波顶高10 km，最强回波65 dBz，雷达回波特征属典型的强对流天气[31]。

4.4 服务效果

上述两类降水事件中，开展了不同的气象服务，2013年6月15—18日高强度型降水过程中，提前48 h制作《重要气象情报》，报送政府后得到钱智副主席批示，政府下发明电要求应对强降水天气做好防灾工作。17日，召开气象灾害防御多部门联合会商会议，形成多部门联合会商材料。指导地县两级气象台发布暴雨、冰雹、雷电等48条预警信号，阿克苏市委书记高国飞在总结发言报告中提到“由于事先得到预报，我市及早准备，沉着应对，积极组织抗汛抢险，最大限度地保证了人民群众生命财产安全”。

针对2016年8月1—31日的持续型强降水，制作发布重要气象情报2期、灾害预警信号7期，信息快报28期，灾情快报22期，决策短信105次，周服务重点关注6期，指导地县两级气象台共发布预警信号651次。自治区政府办公厅8月9日、24日分别下发明电要求做好强降水天气过程应对工作。为农服务同步跟进，针对南疆气温偏低且阶段性降幅大的预报结论，不同时期制作特色林果业和棉花服务专报、灾害预警评估期、农牧业气象信息、棉花服务专报等材料，为各级政府防灾减灾提供决策技术支撑。

5 递进式气象服务思考

区地县气象台应针对不同降水类型确定不同预报和服务重点，根据不同降水类型和可能影响进行递进式服务。

5.1 长期服务

需关注月和旬大尺度环流背景下降水和温度的趋势变化。（1）对于持续型强降水，100 hPa高空月平均环流场上，南亚高压呈现双体型、中心位置分布在里海地区和青藏高原东部、高压中心北部为正距平时，副热带大槽建立在60～80°E内，长波槽底伸至38°N附近，西南急流在南疆西部国境线附近不断建立，是南疆持续型强降水有利的环流背景；500 hPa高空月平均环流场上，中亚低值系统建立、乌拉尔山主导系统及下游西太副高北部正距平，中亚低值系统稳定并持续影响南疆，是造成此次气温持续下降或偏低的直接原因。当出现上述大尺度环流背景时需重点关注持续低温对农作物、林果等生长发育期的影响，并需防范局地强降水引发洪水及衍生地质灾害。（2）对高强度型降水，100 hPa高空平均环流的月平均场上，南亚高压无明显双体型、副热带大槽未建立，新疆为平直或浅脊控制，500 hPa高空平均环流场上，环流经向度不大，无明显中亚低值系统，需关注中短期环流形势调整和具体天气过程。

5.2 中短期服务

针对不同类型降水侧重点不同，应根据数值预报产品确定未来3～10 d主要的降水过程、温度变化，明确天气过程的降水类型、降温幅度等。（1）对于持续型强降水，在中长期预报降水偏多、气温偏低的基础上，需关注累计降温幅度、累计降雨量、强降雨落区、日降雨量等，确定温度和降水哪个因素对农牧业生产和人们生活影响更大，当温度持续下降并维持偏低，则对喜温的农作物影响较大，需重点关注持续低温的影响，注重不同时段降温幅度、积温变化对各类农作物、林果生长关键期的可能影响，其次关注持续降水可能引发的洪水及地质灾害；（2）对高强度型降水，中期预报未来3～10 d有强降水过程，但降水过后温度很快上升，需关注累计降雨量、强降雨落区、日降雨量等，由于温度升降较快，对农牧业和人们生活影响较小，但局地强降水可能引发洪水及滑坡、泥石流等地质灾害。

两类不同类型降水的服务重点各有侧重，对于持续型强降水，需重点关注气温低、积温不够对农业生产的可能影响，气温偏低和积温偏少的叠加作用对农业、林果、设施农业的影响。并关注降雨累积效应引发的洪水和地质灾害；而对于高强度型降水，需重点关注局地暴雨山洪及滑坡、泥石流等地质灾害造成的灾害，温度变化的影响较小。

5.3 短时临近服务

只需关注强降水引发的洪涝和地质灾害，降水预报着重于0～12 h内短时降水起止时间（精确到时）、1 h雨强、强降水落区的预报，通过卫星云图、雷达图监测、自动站分钟雨量等监测，结合县（市）乡镇及附近山洪沟分布等，制作精确到乡镇和山洪沟的降水预报和地质灾害风险等级预报分布，对强降水落区及时发布预警信息，全方位做好洪涝防灾救灾气象服务。

具体决策服务一般有两个阶段，常规决策服务阶段主要是监测降雨发展，通过联合会商、重要情报、信息快报、短信、评估等掌握降水发展动态；进入应急服务阶段服务趋于多样化、深入化，需启动应急响应，上下级和多部门联动，全面掌握强降水的覆盖区、持续时间、降水强度等，并及时掌握降水极值、灾情影响等情况，加密降雨实况和跟踪预报的短信服务，对完成强降雨过程进行动态预评估及灾害评估调查总结。