伊犁州一次大风降雪天气过程分析

伊尔潘江·牙生 李如琦

（新疆维吾尔自治区气象台,新疆 乌鲁木齐 830002）

在全球气候变暖的背景下，频繁发生的寒潮、大风、暴雪、低温、暴雨等极端天气对人民的生命财产安全构成严重威胁，因此加强灾害性天气过程的预报研究很有必要。新疆的大风和降雪天气研究方面，万瑜等（2013）对中天山附近城市2011年初春一次暴雪天气进行分析，结果表明南、北两支锋区在中亚一带汇集后东移发展，大气垂直结构表现为高层辐散、低层辐合，而降雪地区发生东南大风，地面温度急剧上升，气压下降，为暴雪天气的发生提供有利的热力条件[1]。张书萍等（2011）研究阿勒泰地区2009年冬季持续暴雪过程发现，贝加尔湖西侧区域异常冷性低槽引导冷空气南下，与源于里海的水汽输送汇集于北疆，推动阿勒泰一带暴雪天气的形成和发展[2]。于碧馨等（2020）对天山两麓一次暴雪天气进行研究，指出欧洲高压脊的衰退和乌拉尔山低压槽与中亚低压槽的结合东移使低槽在中亚南伸加强，而南北两支槽前偏西气流的汇合有利于水汽输送，从而造成天山北坡暴雪[3]。艾克代·沙拉木等（2018）分析克州2015年春季一次大风天气，指出西伯利亚低槽的作用下冷锋南压侵入南疆西部，同时低空出现切变线与急流，而冷暖气流的交汇增加了热力不稳定性并加强垂直运动促使锋生，导致克州出现大风过程[4]。宋佳（2015）通过分析塔城地区2014年春季一次大风天气过程，指出500 hPa高度层呈“2脊1槽”型，巴尔喀什湖低压槽南压后快速东移北上，且低压槽后部有强劲北风带的建立是造成塔城地区区域性大风天气的重要环流形势之一[5]。周雪婧（2016）对克拉玛依2015年一次大风降水天气进行研究，指出乌拉尔山低压槽南下过程中分裂成南北两支，其中北支东移北收，在冷暖气团交汇、中低层水汽及特殊背风坡的配合下，克拉玛依容易出现大风降水天气[6]。

伊犁哈萨克自治州地处新疆维吾尔自治区西部天山北侧的伊犁河谷内，而伊犁河谷位于乌孙山和中天山之间，东部狭窄、西部宽阔，海拔西高东低，呈喇叭口形状。伊犁州境内地形地貌复杂，主要包括山地、丘陵、平原及沙漠，气候类型属于温带大陆性气候。伊犁州冬季常出现大风、降雪天气，一旦遭遇风雪天气，不仅会对交通运输安全造成不良影响，还严重影响农牧业生产。基于此，本文利用常规气象观测资料和NCEP全球再分析资料对2021年1月22日—25日伊犁州一次大风降雪天气过程进行诊断分析，以掌握伊犁州风雪天气的形成规律，为提升冬季大风、降雪天气的预报能力提供一定参考。

1 天气实况

2021年1月22日下午至1月25日早晨，新疆伊犁州爆发一次大风降雪天气。其中，降雪天气主要集中发生于1月22日傍晚至1月25日早晨，强降雪主要分布在新源县、伊宁县、巩留县南部山区及霍城县北部山区，其中国家站最大降雪中心为伊宁县站（17.7 mm），次中心为新源县站（13.5 mm）（见图1）；大风主要发生于1月22日下午至1月23日早晨，有8个国家站风力为8～9级，34个区域站风力为10～12级，其中国家站极大风速中心为新源县站（24.1 m/s，9级），次中心为尼勒克县站（21.2 m/s，9级）（见图2）。

图1 2021年1月22日19：00至1月25日09：00伊犁州降水量分布图（单位：mm）

图2 2021年1月22日14：00至1月23日08：00伊犁极大风速分布图（单位：m/s）

2 形势分析

欧亚范围内为经向环流，西伯利亚至里咸海地区为低槽活动区，冷中心达-40 ℃，欧洲脊发展，引导冷空气南下径向发展，西西伯利亚低槽分裂短波与中亚低槽汇合，中纬度锋区加强，低槽快速东移造成包括伊犁州在内的北疆出现大风降雪天气。整个环流形势属于北疆大降水类型：欧洲脊发展，西西伯利亚低槽南深，南北锋区结合。过程中，各层主要影响系统特征（见图3）：（1）200 hPa，西南急流，暴雪发生在急流轴附近；（2）500 hPa，西西伯利亚低槽南深，与中亚短波结合，槽底南压制35°N区域，低槽前西南气流强劲；（3）700 hPa，偏北急流建立并维持；（4）850 hPa，西北风和偏西风，冷式切变；（5）冷锋，天山附近，强迫抬升；（6）地面冷高，偏西路径，1 045 hPa；（7）地形，偏北急流在天山山脉辐合抬升。有利的高低空配置为大风降雪天气提供了有利的天气背景。通过分析500 hPa形势场（高度场、温度场、风场）可知，2021年1月22日08：00（见图4a），亚欧中高纬大气环流形势呈“1槽2脊”型，有一深厚低槽处于西西伯利亚至中亚一带，低槽曲率较大，槽底延伸至30°N，温度槽落后于高度槽，冷平流使低槽发展增深，槽后脊前北风带强劲，同时，源于极北的冷空气持续南下堆积，高压脊区处在黑海北侧，浅脊区处于新疆至蒙古一带，而伊犁州主要受低槽下游区西风急流的作用；1月22日20：00（见图4b），在欧洲高压脊的作用下，中亚低槽逐渐东移，伊犁州逐渐受槽前西南气流的影响，降雪天气开始陆续出现；1月23日08：00（见图4c）至1月23日20：00，伊犁州主要受槽前西南急流的作用；1月24日08：00，低槽曲率不断减小；1月24日20：00（见图4d），低槽东移北收，南段移动至新疆东部，伊犁州受槽后西北气流的作用，降雪强度也减弱；1月25日08：00，本次天气过程基本结束。而对应地面形势，1月21日08：00，地面冷高压位于黑海，高压中心值为1 035 hPa；1月21日20：00，高压稳定维持；1月22日08：00，冷高压不断加强朝东南移动，高压中心值达1040 hPa，为典型的偏西路径；1月22日20：00，冷高压中心在咸海到巴尔喀什湖之间，强度为1 041 hPa，冷锋已压至新疆西部，西部国境线附近气压梯度达35 hPa，最大梯度达42 hPa，伊犁州3 h变压为10 hPa，说明冷空气已开始影响新疆西部；1月23日08：00，冷高压维持东移至巴尔喀什湖南侧，中心强度达1 041 hPa，伊犁州出现明显大风和降雪天气，甚至南疆西部出现明显翻山风，可见冷空气很强且偏南。

图3 大风降雪天气过程高低空系统配置

图4 500 hPa高度场（实线，单位：dagpm）、温度场（虚线，单位：℃）、风场（单位：m/s）

3 物理量场分析

3.1 水汽条件

大气中的水汽含量虽少，但变化较大，是影响天气变化的重要因素之一。通过分析本次降雪过程中伊犁州水汽通量散度、风场时间-高度剖面场可知，天气发生期间，水汽通量散度辐合区处于750 hPa高度层以下；1月22日夜间，强降雪发生时段水汽通量散度辐合区处于800 hPa高度层以下，辐合中心值为-5.0×10-5g·cm－2·hPa－1·s－1；1月22日20：00，850 hPa低空急流核风速达26.0 m/s，有利于水汽的辐合积聚。水汽通量散度的演变情况正好对应降雪强度变化的时间段。此外，对比湿条件进行分析发现，2021年1月22日20：00至1月23日20：00，1.5 g/kg比湿线扩展至600 hPa高度层，2.0 g/kg比湿线扩展至850 hPa高度层以上，近地面比湿超过2.5 g/kg，为本次天气提供了一定水汽条件。

3.2 假相当位温

假相当位温表示空气块在上升过程中，其内部水汽凝结脱落，气块由不饱和变成饱和，之后绝热下沉至1 000 hPa处所具有的温度。通过分析本次降雪落区伊宁站假相当位温场（θse）可知，2021年1月22日20：00至1月23日08：00，伊犁州上空假相当位温线越来越密集，大气的斜压性越来越大，冷锋锋区也越来越强，并与降雪强度不断增强的时段基本一致，因此假相当位温在预报降雪强度时有一定的指示意义。

3.3 涡度和散度

涡度描述流体质块的旋转程度及方向，气象上常考虑垂直涡度，空气微团气旋式旋转为正涡度，反气旋式旋转则为负涡度，当相对涡度沿气流方向减弱时有正涡度平流，沿气流方向增强时有负涡度平流。散度表示流体在空间某点的汇合或流散程度，气象上常考虑水平散度，气流向某地净流入为辐合，净流出为辐散，其中辐合为负，辐散为正。本次天气发生期间，500 hPa槽前西南气流上正涡度输送，500～300 hPa高度层存在正涡度且平流最强时段是降雪最强时期。500 hPa高度层的低涡强且正涡度输送有利于辐合（见图5a），辐合区在中低层600 hPa高度层以下，700～850hPa高度层之间辐合中心值为-0.7×10-5s-1（见图5b）。地面冷锋不断由西西伯利亚平原向伊犁州推进，并且冷锋东移过程中有所加强，提供强盛的冷锋强迫抬升动力作用。300 hPa高空西南急流出口区和700 hPa西北急流入口区呈高空辐散、低空辐合结构，提供有利的动力抽吸作用。中高层正涡度平流输送、地面冷锋、高低空辐散辐合动力抽吸非常有利于300 hPa高度层以下大气的垂直上升运动发展。

图5 涡度及散度垂直剖面（线条为散度，单位：10-5s-1；阴影为涡度，单位：10-5s-1）

3.4 850 hPa温度平流和风场

空气从高温区域向低温区域流动时称为“暖平流”，而从低温区域向高温区域流动时称为“冷平流”，冷暖平流是导致天气出现大规模变化的主要因素之一。在850 hPa高度层上，2021年1月22日14：00后，冷平流对伊犁州造成影响，上游至伊犁州存在风速辐合；1月22日20：00，冷平流完全进入伊犁州，此时本地中心值为-1.5×10-5℃/s，伊犁州西部低空西风急流核风速超过30 m/s；1月24日08：00，伊犁州冷平流及低空急流均有所减弱，降雪强度也随之变弱；1月24日20：00，暖平流开始影响伊犁州，本次天气过程趋于结束。

4 结论

（1）整个环流形势属于北疆大降水类型：欧洲脊发展，西西伯利亚低槽南深，南北锋区结合。在本次天气发生前，亚欧中高纬500 hPa高度层呈“1槽2脊”的环流形势，深厚低槽处于西西伯利亚至中亚一带，冷平流促进低槽发展增深，极北冷空气持续南下堆积，在位于黑海北部一带的高压脊作用下，中亚低槽逐渐东移对新疆伊犁一带产生影响，最终造成本次大风降雪天气。

（2）降雪期间，水汽通量散度辐合区位于750 hPa高度层以下，水汽通量散度的演变对应降雪强度变化的时间段；850 hPa低空急流的水汽输送与近地面超过2.5 g/kg的比湿为本次天气的发生提供较有利的水汽条件。

（3）天气过程中，假相当位温线越密集，则锋区越强，降雪强度也越强，三者之间呈正相关关系。

（4）中高层正涡度平流输送、地面冷锋的强迫抬升、高空辐散低空辐合的动力抽吸等特征促进大气的垂直上升运动。

（5）冷平流加大气压梯度使变压和风速增大，有利于大风天气的形成；冷平流引起冷暖交汇，起到抬升作用，使较暖空气沿冷锋锋面爬升，有利于大范围降雪；同时，低空急流强度和降雪强度的变化基本一致。

（6）预报伊犁州降雪天气时，比湿不一定像强降雨时那么大，但中低层往往存在明显的水汽通量散度负值区和大风速轴，需要预报员关注。低层的急流或显著气流不但有助于水汽的辐合，还能在大风速轴附近加强垂直运动，急流强时水汽辐合一般不会弱。预报伊犁州冬季大风天气时，地面冷高压或低层冷平流越强，高压前沿的等压线或低层等高线越密集，则气压梯度越大，由地转风关系可知此时容易出现大风天气，因此预报员需关注地面冷高压和低层冷平流。