中亚五国暴雨分布及其环流特征

李如琦，唐 冶，阿布力米提江·阿不力克木，李桉孛，孙鸣婧，李 娜，张 俊，伊尔潘江·牙生，张 萌

（1.新疆维吾尔自治区气象台，新疆 乌鲁木齐830002；2.中亚大气科学研究中心，新疆 乌鲁木齐830002）

中亚地区属于干旱半干旱气候，生态环境脆弱，中亚区域各国自然灾害造成损失巨大，提高灾害防御能力、加强灾害防御能力建设是区域各国的共同需求，中亚区域各国的气象灾害的形成机制以及造成的危害具有高度相似性，同时中亚地区又是我国西风带天气系统的上游地区，对于新疆乃至中国的能源安全、水资源安全具有重要战略意义。但中亚地区气象观测资料较少，灾害性天气机理的预报方法的研究缺乏，严重制约了“陆上丝绸之路”沿线的气象预报和服务能力。

本文研究区为中亚五国，包括哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、吉尔吉斯斯坦、土库曼斯坦、塔吉克斯坦。中亚五国是北半球大陆温带、暖温带面积最大的干旱区，是亚洲中部干旱区的重要组成部分[1]。王劲松等[2]的研究发现中亚干旱区降水整体上表现出增加趋势。陈发虎等[3，4]进一步指出中亚干旱区年降水以冬季的增加趋势最明显。黄伟等[5]发现中亚干旱区年降水具有显著的准两年周期震荡现象，突变也与其有密切的联系。杨莲梅等[6]指出亚洲中部干旱区天气气候区域差异很大，中亚五国以冬、春季降水为主。黄秋霞等[7]采用CRU资料分析中亚五国气候特征发现该区域夏季降水主要出现在哈萨克斯坦，且西多东少。迪丽努尔等[8]也发现中亚地区年降水量表现为中、南部多，东、西部少，除北部哈萨克斯坦平原地区外其它区域降水量均为增多趋势。目前对中亚降水的研究主要集中于气候方面，对于中亚五国降水的天气分析还较为少见，而对于中亚地区环流特征的研究也集中于中亚低涡的特征及其对新疆天气的影响[9-15]，本文在对中亚五国暴雨进行统计的基础上，分析不同落区暴雨的大尺度环流特征，归纳了不同落区暴雨环流形势的天气学特点。

1 资料

本文采用NCEP/NCAR提供的2001—2017年6—8月全球逐日格点降水再分析资料（分辨率为0.5°×0.5°）和逐日高度、气温、气压、风向风速、相对湿度等气象要素场的再分析资料（分辨率为1°×1°）。研究范围为中亚五国区域，经度 50°～80°E，纬度 35°～55°N。考虑中亚五国区域与新疆同属中亚干旱区，因此本文参照新疆降水量标准，以24 h降水量＞24.0 mm作为暴雨标准。

由于中亚五国降水资料缺失较多，很难满足研究需要，本文采用NCEP/NCAR提供的全球逐日格点降水再分析资料作为降水实况进行分析。为了检验资料的可用性，对新疆区域的格点降水资料与新疆实际日降水观测资料进行对比分析，发现降水的落区较为一致，降水中心和暴雨落区均具有很高的相似性，但部分极值量级偏小。总体来看，格点降水再分析资料在替代降水实况分析时具有可用性。

2 中亚五国暴雨的落区

2.1 中亚五国暴雨的落区分布

本文统计了 2017 年 6—8 月 50°～80°E、35°～55°N中亚五国范围内日降水量值＞24 mm的格点次数（表1）。为了确保暴雨过程的代表性，在过程统计时去除了暴雨格点在3个以下的值。

表1 中亚五国暴雨统计 次

中亚五国暴雨次数较少，局地性强，大部分出现在哈萨克斯坦境内。暴雨有3个相对集中的区域（图1）：一是哈萨克斯坦西部（I区），位于图尔盖台地西南缘、咸海西北的低地，暴雨频次约0.41次/年；二是哈萨克斯坦北部（II区），位于哈萨克丘陵北部，暴雨频次约0.76次/年；三是哈萨克斯坦东部和吉尔吉斯斯坦东部（III区），巴尔喀什湖南部、天山山脉西段北侧的伊犁河流域，暴雨频次约0.76次/年。中亚其它区域17 a间出现的暴雨次数均少于5次。

图1 中亚五国暴雨次数（阴影，单位：次）及落区（方框）

2.2 暴雨落区与地形的关系

3 不同落区暴雨的环流形势分析

为了分析形成中亚五国暴雨的环流特征，本文选取了2001—2017年发生在中亚五国区域的暴雨个例102个，并根据暴雨的落区分为3个区域，其中哈萨克斯坦西部地区暴雨个例11个，哈萨克斯坦北部地区暴雨个例74个，哈萨克斯坦东部地区暴雨17个。

对不同暴雨落区的个例对应的500 hPa环流形势进行统计分析，根据影响系统的不同将环流形势归纳为不同的类型，得到哈萨克斯坦西部地区暴雨环流型3类，哈萨克斯坦北部地区暴雨环流型5类，哈萨克斯坦东部地区暴雨环流型3类。本文采用合成分析方法对不同落区暴雨环流形势的天气学特点进行了分析。

3.1 哈萨克斯坦西部暴雨环流型

3.1.1 伊朗脊发展北抬，东欧低（涡）槽东南伸（I型）

欧亚范围环流经向度较大，伊朗脊发展，脊线略偏东位于巴尔喀什湖附近，脊顶向西北方向伸展至西西伯利亚和乌拉尔山北部地区，东欧地区的低值系统向东南方向发展，在里海北部地区切涡（有时不形成闭合中心），低涡底部低槽分裂短波槽沿脊后东移北上，影响哈萨克斯坦西部地区,出现降水（图2a）。低涡底部南伸到地中海地区，将地中海的水汽输送到里、咸海地区，西北部图尔盖台地的阻挡，使水汽抬升凝结，有利于降水增幅,出现暴雨。此类型环流形势约占哈萨克斯坦西部暴雨次数的46%。

3.1.2 伊朗脊偏弱，里、咸海短波槽东移（II型）

伊朗脊明显偏弱，伊朗高原以西地区为低槽活动区，欧亚范围内中纬度地区为纬向环流，较为平直的西风气流带上有短波槽活动，受东部哈萨克丘陵地形的影响，短波在里、咸海北部的低地移动缓慢，形成降雨（图2b）。平直的西风气流携带欧洲沿岸的水汽东移，伊朗高原西部的低槽将地中海地区的水汽向西北输送，为暴雨出现提供丰富的水汽。此类型暴雨约占27%。

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图2 哈萨克斯坦西部暴雨环流型

3.1.3 伊朗脊偏弱，西西伯利亚低涡底部低槽南伸东移（III型）

欧亚范围内为南北两只锋区，西伯利亚为深厚的低值系统，中纬度为多波动的偏西气流带，伊朗脊强度较弱，在巴尔喀什湖地区略有北抬，西伯利亚低涡系统西部外围低槽南伸，与里、咸海地区短波槽连接，影响哈萨克斯坦西部地区降水天气（图2c）。水汽主要来源于地中海地区，由低槽前部西南气流沿伊朗高原西部东北输送到降水区。哈萨克斯坦西部约27%的暴雨在此类环流形势下出现。

3.2 哈萨克斯坦北部暴雨环流型

3.2.1 伊朗脊偏弱，乌拉尔山槽东南伸（I型）

欧亚环流经向度较大，但伊朗脊偏弱，脊线偏东，脊顶北抬至巴尔喀什湖北部，西西伯利亚为脊区，脊顶向西北伸展至北冰洋沿岸，东欧和乌拉尔山地区低槽向东南方伸展，槽线南伸至哈萨克斯坦北部地区，使该地区出现降水（图3a）。降水的主要水汽来自于大西洋，经欧洲向东输送，沿槽后西北强气流输送至降水区，在地形的作用下形成辐合，有利于暴雨的出现。此型环流约为哈萨克斯坦北部暴雨的16%。

3.2.2 伊朗脊北抬至东欧，里咸海东北切涡（II型）

欧亚范围内为经向环流，伊朗脊强烈发展北抬，与东欧脊叠加，脊顶略向东北伸展，西西伯利亚低值系统在脊前里、咸海东北部地区切涡，低涡底部低槽旋转东移，有利于哈萨克斯坦北部偏西地区的降水（图3b）。水汽主要来源于乌拉尔山北部北冰洋沿岸，沿低涡西部偏北气流南下，为暴雨的出现提供水汽条件。哈萨克斯坦北部暴雨中该型约为21%。

3.2.3 欧洲槽东南伸，巴尔喀什湖北部切涡（III型）

该环流型与II型相似，但此型中伊朗脊北抬与欧洲脊合并东扩至乌拉尔山，西西伯利亚低涡主要位于巴尔喀什湖以北地区，形成降水的位置也略偏东（图3c）。降水所需的水汽主要为欧洲行动输送的水汽与地中海地区向北输送的水汽在降水区的汇合。此型约占31%。

3.2.4 西西伯利亚低涡底部槽东移（IV型）

图3 哈萨克北部暴雨环流型

伊朗脊较弱，45°N以南为较为平直的西风气流，欧洲和西伯利亚大部为脊区，西西伯利亚为低涡，其底部的槽向南伸展至45°N附近，低槽持续影响哈萨克斯坦北部的降水天气。主要水汽为欧洲向东输送的水汽，部分北冰洋南下的水汽也在与其汇合后到达降水区，有利于暴雨出现。约14%的哈萨克斯坦北部暴雨为此环流型。

3.2.5 伊朗脊北抬，西西伯利亚低槽西南伸（V型）

欧亚范围内环流经向度较大，伊朗脊发展北抬，与东欧脊合并，脊顶向东北方向伸到北冰洋沿岸，脊前西西伯利亚低槽发展并向西南方向伸展，缓慢东移影响哈萨克斯坦东北部地区形成降水（图3e）。北冰洋南下的冷空气与地中海向东移动的暖湿空气在降水区汇合，为哈萨克丘陵的东北部暴雨提供水汽。此型环流约占北部落区暴雨的18%。

3.3 哈萨克斯坦东部暴雨环流型

3.3.1 伊朗脊偏弱，中亚短波槽东移（I型）

欧洲至西西伯利亚为宽广的低值系统，新疆为浅脊，伊朗脊较弱，脊顶位于里、咸海地区，中纬度西风带主要位于50°～60°N之间，西西伯利亚低槽南伸至中亚，沿新疆脊后东移北上，影响西天山北部形成降水（图4a）。由于西天山的阻挡，来自地中海向东输送的水汽与来自欧洲北部的水汽在中亚地区汇合，在地形的作用下成云致雨，有利于暴雨的出现。约35%的东部落区暴雨属于此环流型。

3.3.2 伊朗脊发展与东欧脊连通，中亚低（涡）槽东移（II型）

图4 哈萨克斯坦东部暴雨环流型

欧亚范围内环流经向度较大，脊线位于45°N附近的伊朗脊发展，并与东欧脊叠加，西西伯利亚为低槽（涡）控制，其底部的低槽南伸到中亚地区，并沿新疆脊脊后东移北上，影响西天山北侧形成降水（图4b）。水汽自北冰洋南下到达中亚地区，在西天山北侧聚集，地形的抬升作用有利于暴雨的出现。此环流型形成的暴雨约为东部落区暴雨的41%。

3.3.3 伊朗脊强烈发展，西西伯利亚低（涡）槽南伸（III型）

欧亚范围内为经向环流，呈Ω型分布，伊朗脊强烈发展北抬，与乌拉尔山脊叠加，脊顶伸到北冰洋，欧洲和西西伯利亚为低槽或低涡，冷空气沿脊前偏北气流南下，西西伯利亚低槽（涡）分裂短波槽南下影响形成降水（图4c）。降水所需的水汽主要来自北冰洋，南下的水汽受西天山的阻挡汇合抬升，有利于出现暴雨。东部落区约24%的暴雨属此型环流。

4 结论与讨论

（1）中亚五国夏季暴雨较少，局地性强。从暴雨出现的次数来看，暴雨的出现受地形的影响较大，主要出现在哈萨克斯坦。从暴雨的落区来看，主要出现在三个区域：哈萨克斯坦西部、北部和东部。

（2）通过对中亚五国不同落区暴雨500 hPa环流形势的合成分析，可归纳出11个环流型，其中哈萨克斯坦西部地区的暴雨有3个环流型，哈萨克斯坦北部地区的暴雨有5个环流型，哈萨克斯坦东部地区的暴雨有3个环流型。

（3）影响中亚五国暴雨的天气系统主要为东欧东南伸的低涡或低槽，西西伯利亚西南伸的低涡或低槽，以及中纬度西风气流带上的短波。伊朗脊是控制中亚五国降水的主要天气系统。中亚五国降水所需的水汽主要是有地中海经伊朗高原西部东移北上的水汽、欧洲大西洋沿岸向东输送的水汽和北冰洋向南输送的水汽。

暴雨的形成过程中，环流形势只是背景条件而不是决定因素，多尺度系统的相互作用和影响，以及动力、热力、水汽等因子演变的物理过程才是暴雨的决定因素，因此，本文的研究只是中亚暴雨研究的初步成果，我们将继续开展中亚暴雨物理机制的研究，最终为暴雨的预报提供技术支撑。