2014年克拉玛依“7·3”大降水成因分析

谢 云

(克拉玛依市气象局，新疆 克拉玛依 834000)

1 引言

克拉玛依干旱少雨，但夏季对流天气较为频繁。常发生于午后到夜间较大的对流性降水和短时大风是当地短时临近预报和服务的重点，同时也是预报工作的难点。目前，对于克拉玛依对流天气的研究成果较少，因此给夏季对流性天气的预报服务工作造成很大不便。本文利用克拉玛依气象站观测资料、区域自动站气象观测资料、ECWMF(0.25°×0.25°)、T639(1°×1°)细网格资料、克拉玛依新一代多普勒天气雷达资料，对2014年7月3日发生在新疆克拉玛依地区境内的一次对流性天气进行了研究分析，以期提高对克拉玛依的强对流天气的形成机制的初步认识。

2 天气实况

2014年7月3日，克拉玛依地区出现了一次强对流天气过程， 从3日17：35～18：50时为止，75 min降水7.5 mm，同时还出现了15.5 m/s的阵风。

3 大尺度环流背景

此次降水过程是在比较稳定的大尺度环流背景下出现的。天气发生前2014年7月1日，100 hPa欧亚范围内，南亚高压呈双体型[1]，位置略偏南，里、黑海北侧的东欧到新疆为两脊一槽经向环流，东欧和新疆为脊，西西伯利亚为宽槽，槽底偏西气流南压至40°N附近；2～3日，南亚高压西段北抬，东欧脊加强并东移到乌拉尔山，使得西西伯利亚低槽东移到巴湖，同时环流经向度加大，槽前偏西气流加强为西南急流，并且东移到北疆西北部。3日08时200 hPa西南急流轴呈西南-东北方向，位于北疆西北国境线，急流核处于克拉玛依区域，风速为52 m/s。同时塔城和克拉玛依100～250 hPa，以及500 hPa的中尺度风场有明显的分流区，即风场有明显的辐散；而850～925 hPa风场存在明显的风向气旋式切变，即风场有辐合。从高低空环流及风场结构综合来看，对流层上部的急流对下层大气的抽吸，高层辐散与低层辐合的配合，使得克拉玛依区域出现强烈的上升运动。

在500 hPa上，1日伊朗副高东伸至南疆西部，促使新疆脊有所发展。2日伊朗副高西退、北伸与里、黑海北侧东欧脊叠加并东移，东欧脊发展，脊前的北风带引导喀拉海南岸的冷空气南下，使原本位于西西伯利亚中西部的低槽在南下东移的过程中不断加深，最后受新疆脊的阻挡，在巴湖北部切涡。3日，低涡分裂出一个短波东移到北疆西部国境线，是为本次降水的影响系统。2～3日伊朗副高的西退使得水汽可以从孟加拉湾借助偏南气流沿青藏高原西南侧北上经过中亚最后进入北疆盆地[1]，于此同时在700～850 hPa低层，贯穿中亚北部的偏西急流的建立，将里、黑、咸海区域的水汽输送进入北疆。显著的上升运动和两支线路带来的水汽补充，为降水提供了有利的环流背景。

4 中尺度系统分析

此次天气过程降水的云团由雷达资料可知，产生于塔城和克拉玛依之间的托里山区，从地面气压场上，3日02～14时克拉玛依气温为22～25 ℃，比塔城和和丰高5～10 ℃，克拉玛依Td最大为16 ℃；925 hPa克拉玛依与塔城和阿勒泰之间有辐合线，且克拉玛依位于温度脊线上；850 hPa塔城和克拉玛依之间有明显冷切，塔城有偏西急流(风速为12 m/s)，同时克拉玛依区域处于温度脊控制下，T-Td=11 ℃，T850-T500=29 ℃；700 hPa塔城有明显西南急流(风速为14 m/s)，塔城和克拉玛依有风向风速的辐合，T-Td=1 ℃，T700-T500=16 ℃；500 hPa急流中心位于克拉玛依区域，并且塔城与克拉玛依之间有气流的明显分流，T-Td=20 ℃；200 hPa急流核位于伊宁到克拉玛依之间，风速大于等于52 m/s，塔城和克拉玛依处于明显的气流分流区。

综合分析结果表明，克拉玛依和塔城之间的区域700 hPa中底层为暖湿、而500 hPa以上为干冷，并且有地面湿舌、低层辐合线、低层切变线、低空急流、高层分流区等等中尺度系统存在，这些条件均有利于水汽的辐合上升，以及不稳定层结的建立，是强对流发生的重要天气学条件。

5 大气层结稳定度

通过表征大气稳定度的探空物理量在7月2日08时至3日08时这一时间段的变化可以看出，2日08时至3日08时的K指数和CAPE值明显增大，3日08时达到579.2 J/Kg；SI指数明显下降。K指数、CAPE值的跃增，和SI指数的迅速减小说明大气层结的不稳定性在增加，有利于对流天气的发生[2]。

6 物理量诊断分析

6.1 上升运动

较大的降水离不开较强或者持续的上升运动。对T639模式的7月1～4日初始场的垂直速度资料分析可得，3日08时前后，从850～200 hPa全部层结的大气为上升运动，而且600 hPa以上强于600 hPa以下，即此时段，克拉玛依附近高层大气的强力上升抽吸作用强迫中低层的上升运动更加剧烈，从而为水汽的辐合上升提供了充足的动力条件。

6.2 水汽条件

6.2.1 水汽通量

大降水的出现须有丰富的水汽供应。通过对T639(1°×1°)7月3日08时初始场的水汽通量以及风场的水平分布的分析可以得出，此次降水的水汽来源是里、黑海区域，由偏西气流经过中亚北部输送至北疆中西部，并延伸到700 hPa高度。此特征并非是一贯认为的，来自孟加拉湾和阿拉伯海的水汽，在850 hPa被偏南气流经青藏高原西南、南疆以西、输送到中亚，再借由西南气流输送至北疆中西部[3]。

6.2.2 相对湿度

由T639模式资料可得3日08时以后，600～700 hPa相对湿度持续增大至90%以上，并维持了较长时间，而500～200 hPa中高层相对湿度很小。而3日08时600～700 hPa相对湿度增加至90%以上的区域正好对应为上升运动强盛的区域，同时500～200 hPa上升运动更加剧烈，对中低层的强迫抬升作用更为显著。中低层高空湿度的显著增大，以及相配合的上升运动的强盛，为降水提供了较好的水汽和动力条件[4]。

7 雷达回波特征分析

7.1 径向速度(V)和反射率(R)特征分析

本文所用雷达资料为克拉玛依C波段新一代天气雷达的6 min 1次的体扫资料。降水开始发生在17:50左右，选取17时15～26分的三个体扫的径向速度资料分析后发现，雷达最强回波附近的低层2 km左右有明显的气旋式辐合流场，在中层3～4 km有相邻的气旋式旋转的最大正负速度对，转动速度大于24 m/s，高层5 km左右有明显的辐散流场，即该单体高、中、低层配置、核区范围、转动速度、以及衍伸高度均满足中气旋的条件[5]。在对17:15以及17:32两次体扫的资料中，沿强回波移动的路径做垂直剖面可以发现，发生降水的单体在4～8 km的高度具有穹窿结构、并且有界弱回波区明显存在。通过上述速度特征和回波特征，可确定降水回波为超级单体[6]。此外，该超级单体的回波顶高约为10 km，结合当日0度层高度在3.5～4 km，以及-20度层在7 km左右的探空实况数据，可以大致推测，该单体有可能产生小冰雹或者较强的降水，并伴有较大阵风[7]。

7.2 速度方位显示风廓线(VWP)特征分析

从16时到18时，近地面层到700 hPa高空的风速变化可以发现，近地面层到850 hPa风向随高度升高为顺转，说明低层为暖平流；而850 hPa到700 hPa风向为逆转，说明中高层为冷平流。上冷下暖配置的维持，使得超级单体内部的层结不稳定状态得以持续。另外，从近地面层到1 km的区域内出现了持续的偏东风，这种情况一方面增强了低空的风场垂直切变，使上升气流倾斜，从而使得降水质点能脱离上升气流，不会因重力拖拽作用去减弱上升气流；另一方面，由于克拉玛依本地处于准噶尔盆地西缘，偏东风会在克拉玛依地区受地形影响而强迫抬升，使得中低空的暖湿气流能更强烈的上升，从而触发并加强了对流[8]。

8 结语

(1)此次降水过程是在有利的大尺度环流背景下发生的，影响系统为巴尔喀什湖北侧低涡，塔城到克拉玛依之间存在高空分流区、中低层的西南低空急流、中尺度切变线、辐合线，低层的偏东气流等多个有利于对流天气发生的中尺度系统；同时底层偏东气流的出现直接导致了本次降水的发生。

(2)探空实况数据中的K指数、CAPE值、SI指数物理量参数的变化表明大气层结不稳定度的增大，对强对流的发生具有一定的指示作用，应在参数变化后增加对雷达回波的关注度，以便及时发布预警。

(3)通过分析此次大降水过程，得出此型降水的预报思路为：首先要分析大尺度天气背景是否有利降水，其次分析中尺度系统是否有利触发对流天气，然后分析大气层结是否处于不稳定状态，最后分析动力和水汽条件。

(4)预测有大降水的对流天气在临近预警时应重点监测雷达回波的反射率、径向速度以及垂直风廓线等产品，并结合中尺度分析以及模式资料进行推衍分析，使得短时临近预报预警工作更为可靠有效，提高对强对流天气的预测预警能力，减轻灾害天气造成的损失。