周雪英，彭軍，劉杰

（1.巴州氣象臺，新疆庫爾勒 841000；2.南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇南京 210044）

庫爾勒市強(qiáng)降水天氣的環(huán)流配置及觸發(fā)機(jī)制分析

周雪英1，彭軍1，劉杰2

（1.巴州氣象臺，新疆庫爾勒 841000；2.南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇南京 210044）

利用庫爾勒市2005—2013年4—8月逐小時(shí)降水量資料分析了當(dāng)?shù)貜?qiáng)降水天氣發(fā)生的時(shí)間、強(qiáng)度特征，從天氣預(yù)報(bào)的角度對強(qiáng)降水天氣環(huán)流形勢進(jìn)行了分型，找出了產(chǎn)生強(qiáng)降水的觸發(fā)抬升機(jī)制，建立了強(qiáng)降水天氣的三種概念模型。研究得到庫爾勒強(qiáng)降水影響系統(tǒng)包括低槽或渦東移型、南北低槽匯合型、鋒區(qū)南壓型以及脊前短波槽或西北氣流型四類，降水觸發(fā)機(jī)制分為冷鋒觸發(fā)類、干線觸發(fā)類以及混合觸發(fā)類三種。結(jié)合強(qiáng)降水發(fā)生前的影響系統(tǒng)、發(fā)生時(shí)抬升觸發(fā)機(jī)制和雷暴降水天氣形成的動力、水汽、不穩(wěn)定條件以及強(qiáng)降水落區(qū)的顯著特征的總結(jié)分析，歸納出包括鋒區(qū)急流類、低渦氣旋類以及低槽切變輻合線類三種強(qiáng)降水天氣概念模型。

強(qiáng)降水，環(huán)流分型，觸發(fā)機(jī)制，概念模型

庫爾勒市坐落在塔里木盆地東北邊緣，南臨塔克拉瑪干沙漠，北倚天山支脈霍拉山和庫魯塔格山，氣候干旱少雨，但夏季多對流天氣，甚至產(chǎn)生罕見的強(qiáng)降水天氣，例如2012年6月4日午后，庫爾勒出現(xiàn)歷時(shí)短，強(qiáng)度很大的突發(fā)性暴雨天氣，給當(dāng)?shù)卦斐删薮蟮挠绊?。事?shí)上[1-2]，中尺度天氣系統(tǒng)是直接造成暴雨的天氣系統(tǒng),對積云對流活動有明顯的組織和增強(qiáng)作用，強(qiáng)降水天氣是多種不同尺度天氣系統(tǒng)相互作用的中尺度現(xiàn)象。近年來，國內(nèi)中尺度天氣的分析技術(shù)不斷完善發(fā)展[3-4]，通過從高低空的配置分析中尺度天氣系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展時(shí)水平方向和垂直方向的動力和熱力不穩(wěn)定、濕度條件。許愛華、吳翠紅等[5-10]做了許多關(guān)于暴雨以及短時(shí)強(qiáng)降水的中尺度特征分析，認(rèn)為干空氣侵入將對流層高層高位渦帶入低層，促進(jìn)對流層低層氣旋發(fā)展和對流運(yùn)動加強(qiáng)。楊貴名等[11-14]分析表明干空氣侵入對強(qiáng)降水起到激發(fā)作用,同時(shí)各種表征熱力、動力的物理量也被廣泛地應(yīng)用到短時(shí)強(qiáng)降水的分析診斷中。然而關(guān)于造成新疆暴雨的中尺度系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展及移動變化規(guī)律等方面尚缺乏客觀認(rèn)識?？灼诤完惔浩G認(rèn)為烏魯木齊“7·17”暴雨中干冷空氣侵入加強(qiáng)了大氣的對流不穩(wěn)定[15-16]，張?jiān)苹菡J(rèn)為南疆西部暴雨的始作俑者是中小尺度輻合及中尺度云團(tuán)[17]。由于庫爾勒位于天山山脈的南坡，多背風(fēng)坡對流天氣，如果冷空氣太強(qiáng)，大股冷空氣翻越天山，庫爾勒就會出現(xiàn)偏北風(fēng)，不會有對流天氣，只有高空弱冷空氣翻越天山與低空幾股弱冷空氣的匯合才能產(chǎn)生對流天氣[18]，因此在實(shí)際預(yù)報(bào)工作中庫爾勒降水預(yù)報(bào)一直是個(gè)難點(diǎn)，而要準(zhǔn)確預(yù)報(bào)夏季強(qiáng)降水更是難中之難。目前關(guān)于天山南側(cè)庫爾勒一帶強(qiáng)降水的研究比較少，僅2003年孜外熱木對1996—1999年的強(qiáng)降水天氣進(jìn)行了環(huán)流分型[19]，認(rèn)為較強(qiáng)的南支低壓槽的出現(xiàn)對庫爾勒強(qiáng)降水天氣有利，2013年周雪英應(yīng)用中尺度分析方法建立了巴州寒潮降雪天氣的概念模型[20]。近年來，始終缺乏利用新的技術(shù)手段對庫爾勒市暖季強(qiáng)降水天氣進(jìn)行系統(tǒng)性歸納和總結(jié)方面的研究。因此本文收集了2005—2013年暖季庫爾勒市13個(gè)強(qiáng)降水個(gè)例，總結(jié)了近10a庫爾勒強(qiáng)降水的特點(diǎn)、天氣系統(tǒng)及成因，初步建立了夏季強(qiáng)降水天氣學(xué)概念模型，試圖給預(yù)報(bào)員形成較清晰的強(qiáng)降水規(guī)律性認(rèn)識和預(yù)報(bào)思路，同時(shí)有效地結(jié)合當(dāng)前正在開展的中尺度天氣分析業(yè)務(wù)，為庫爾勒地區(qū)夏季強(qiáng)降水預(yù)報(bào)提供有實(shí)際意義的技術(shù)參考。

1 資料和方法

使用庫爾勒市2005—2013年4—8月逐小時(shí)降水資料統(tǒng)計(jì)了庫爾勒中量以上雨日、雨強(qiáng)及其降雨起始時(shí)間的變化特征。由于南疆盆地強(qiáng)降水過程所形成的降水量比北疆明顯要小，結(jié)合實(shí)際氣象業(yè)務(wù)選取日降雨量接近10mm的過程算為一次強(qiáng)降水過程。采用國家氣象中心2010年下發(fā)的《中尺度天氣圖分析技術(shù)規(guī)范（暫行稿）》，對庫爾勒市近些年來出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣過程的環(huán)境場進(jìn)行中尺度天氣圖分析，包括天氣圖分析和中尺度系統(tǒng)分析。本文通過天氣圖分析尋找中尺度天氣系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的各種環(huán)境場條件，最終通過高度組織化的綜合圖顯示方法，確定天氣發(fā)生的潛勢、區(qū)域和時(shí)間。

2 庫爾勒強(qiáng)降水天氣的氣候特征

2.1 強(qiáng)降水的發(fā)生頻次及雨量極值

統(tǒng)計(jì)2005—2013年庫爾勒站點(diǎn)暖季出現(xiàn)的中雨日共計(jì)20次，接近10mm的強(qiáng)降水日13次。除了2011年庫爾勒市無中雨日，其余年份均有1～4次，其中2012年為4次，中雨日最多，同時(shí)雨量和雨強(qiáng)都突破歷史記錄，2012年6月4日17時(shí)庫爾勒市出現(xiàn)了1h雨量為46.4mm的最大雨強(qiáng)以及日降雨量74.6mm最大雨量，這種極端強(qiáng)降水的發(fā)生與特殊地形條件下中尺度強(qiáng)對流系統(tǒng)的發(fā)展和演變相關(guān)。

2.2 強(qiáng)降水的季節(jié)分布與氣候特征

近10a庫爾勒市中雨日一般出現(xiàn)在4—10月,其中5—8月占總數(shù)的85%，7月占40%。然而強(qiáng)降水日80%則集中在5、6、7月，其中6月和7月各占30%。事實(shí)上，6—7月南疆盆地高空多為南亞高壓控制，地面是發(fā)展強(qiáng)盛的熱低壓，而強(qiáng)降水天氣發(fā)生時(shí)副熱帶西風(fēng)急流軸則越過高原，沿天山山脈控制新疆地區(qū)，同時(shí)副熱帶西風(fēng)急流上長波槽不斷向南加深，整個(gè)南疆盆地和青藏高原都受副熱帶大槽影響。

2.3 強(qiáng)降水的強(qiáng)度特征

通常用逐時(shí)最強(qiáng)降水量表示降水強(qiáng)度，目前中央氣象臺和我國中東部地區(qū)氣象部門將1h降水量≥20mm的降水記為短時(shí)強(qiáng)降水。陜甘寧地區(qū)研究表明，15mm/h左右的降水在特殊下墊面上就能造成災(zāi)害[21]，他們定義短時(shí)強(qiáng)降水為觀測站1h降水量≥10mm。有研究[22]認(rèn)為暴雨日連續(xù)降水時(shí)間不超過7h的暴雨為短歷時(shí)暴雨。由于庫爾勒比較干旱，強(qiáng)降水在強(qiáng)度和出現(xiàn)次數(shù)上遠(yuǎn)小于內(nèi)地，于是將整體降水特征與實(shí)際業(yè)務(wù)結(jié)合，把庫爾勒地區(qū)觀測站1h降水量≥5mm且降水時(shí)間不超7h的強(qiáng)降水定義為短歷時(shí)強(qiáng)降水。

從近年的13個(gè)強(qiáng)降水事件看（表1），1h最強(qiáng)降水量在2.2～46.4mm之間，1h降水量≥5mm的有7次，降水時(shí)間在4～16h，降水時(shí)間小于7h的有5次，表明近年來庫爾勒強(qiáng)降水有4次為雨強(qiáng)較大、時(shí)間短的強(qiáng)降水過程，其余9次為降水時(shí)間長、雨強(qiáng)分布不均勻，具有混合性降水特性的強(qiáng)降水過程。分析強(qiáng)降水過程的最大雨強(qiáng)以及發(fā)生時(shí)間可知，午后至下半夜是強(qiáng)降水過程較強(qiáng)雨強(qiáng)的主要發(fā)生期。對于長時(shí)間的混合型強(qiáng)降水過程強(qiáng)雨強(qiáng)分布在夜間和上午，這與降水過程中影響系統(tǒng)進(jìn)入的時(shí)間和云系相對應(yīng)。然而短歷時(shí)強(qiáng)降水過程大雨強(qiáng)集中在17時(shí)至次日09時(shí)這一時(shí)間段內(nèi)，而上午沒有，主要是因?yàn)槎虝r(shí)強(qiáng)降水以對流性降水為主，午后是大氣熱力條件最有利于強(qiáng)對流出現(xiàn)的時(shí)段，而關(guān)于夜間多發(fā)，有學(xué)者認(rèn)為這與低空急流常在夜間加強(qiáng)有關(guān)，也與在夜間特殊地形下形成的山谷風(fēng)環(huán)流密切相關(guān)[21]。2012年6月4日庫爾勒出現(xiàn)的短歷時(shí)罕見大暴雨，最強(qiáng)雨峰出現(xiàn)在午后17時(shí)，是一天中對流最易發(fā)生、發(fā)展的時(shí)段，主要源于午后地面受日射而強(qiáng)烈加熱，在近地層形成了絕對不穩(wěn)定層結(jié)，同時(shí)南疆盆地當(dāng)天水汽豐富，使得濕對流系統(tǒng)發(fā)展旺盛，造成午后庫爾勒局地出現(xiàn)了降水量大、伴有冰雹、時(shí)間短的罕見強(qiáng)對流暴雨。

表1 2005—2013年4—8月庫爾勒強(qiáng)降水事件的發(fā)生特征

3 庫爾勒強(qiáng)降水的天氣系統(tǒng)特征

3.1 強(qiáng)降水的影響系統(tǒng)和環(huán)流形勢

庫爾勒強(qiáng)降水天氣過程包括短時(shí)強(qiáng)降水和較穩(wěn)定的混合型降水兩類，不管哪類強(qiáng)降水天氣都是在有利的大尺度環(huán)流背景下、配合中小尺度天氣系統(tǒng)共同作用產(chǎn)生的。影響系統(tǒng)和環(huán)流形勢是強(qiáng)降水預(yù)報(bào)的核心，新疆強(qiáng)降水的天氣尺度影響系統(tǒng)主要是低槽、低渦兩大類，這里按照500hPa影響系統(tǒng)造成的庫爾勒降水前24h所處位置、移動方向、鋒區(qū)等特征，分析歸納了庫爾勒市強(qiáng)降水天氣的4種影響系統(tǒng)和環(huán)流形勢。

低槽或渦東移型：500hPa中亞地區(qū)有低槽或者低渦[23]東移進(jìn)入新疆，南疆盆地受低槽或者低渦控制。當(dāng)中亞低值系統(tǒng)環(huán)流經(jīng)向度明顯增大，低槽南伸至30°N附近，且東移進(jìn)入新疆加強(qiáng)成渦時(shí)，巴州全境都有明顯降水，局部暴雨，例如2000年7月3日；當(dāng)30°N附近有印度低渦配合，低值系統(tǒng)東移進(jìn)入南疆盆地時(shí)巴州南部也會出現(xiàn)暴雨，例如2007年7月16日；當(dāng)?shù)蜏u減弱成低槽進(jìn)入南疆盆地，位置偏北，巴州地區(qū)強(qiáng)降水范圍和強(qiáng)度減弱，例如2005年5月14日，降水主要集中在巴州北部。近年來13個(gè)強(qiáng)降水個(gè)例中僅占2例。

南北低槽匯合型：500hPa高空天氣圖上存在南北兩支低槽活動，北支偏北，過程前一天一般偏北低槽位于40°N以北，偏南低槽在25°～40°N，60°～80°E的關(guān)鍵區(qū)內(nèi)活動，有時(shí)印度地區(qū)伴隨著活躍的低渦。巴州的強(qiáng)降水天氣大多是由北支低槽東移南下與南支低值系統(tǒng)北抬相結(jié)合的過程中形成的低槽造成影響，此類環(huán)流形勢由于南支槽的水汽條件好，有人指出庫爾勒強(qiáng)降水天氣必須密切關(guān)注是否會出現(xiàn)較強(qiáng)的南支低壓槽。事實(shí)也表明近年13個(gè)強(qiáng)降水個(gè)例中此類多達(dá)6例。

圖1 庫爾勒強(qiáng)降水天氣的影響系統(tǒng)和環(huán)流形勢

鋒區(qū)南壓型：鋒區(qū)是溫度梯度大而窄的區(qū)域，如果它又隨高度向冷區(qū)傾斜，這樣的等溫線密集帶通常稱為鋒區(qū)。鋒區(qū)就是密度不同的兩個(gè)氣團(tuán)之間的過渡區(qū)，多數(shù)情況下也可表現(xiàn)為溫度差異特別大。此型500hPa歐亞范圍為緯向環(huán)流，西西伯利亞為一個(gè)穩(wěn)定的低值系統(tǒng)，南疆地區(qū)處在低壓底部的鋒區(qū)上，強(qiáng)鋒區(qū)一般位于40°～45°N之間，鋒區(qū)上時(shí)有短波槽活動，包括溫度鋒區(qū)和鋒區(qū)短波兩類。當(dāng)為偏西氣流時(shí)新疆境內(nèi)南北位勢高度差在24位勢什米，為西南氣流控制下新疆境內(nèi)南北位勢高度差在20位勢什米，此類環(huán)流形勢造成的強(qiáng)降水一般出現(xiàn)在春季和秋初，地面冷空氣活躍，且伴有冷鋒。近年來13個(gè)強(qiáng)降水個(gè)例中僅占2例。

脊前短波槽或西北氣流型：一般過程前一天500hPa歐亞范圍內(nèi)兩槽一脊，歐洲和貝加爾湖為低槽活動區(qū)，廣大的西伯利亞地區(qū)存在明顯的高壓脊，同時(shí)伊朗地區(qū)的副熱帶高壓活躍且略有東北伸，與西伯利亞地區(qū)高壓脊同向疊加，歐亞范圍環(huán)流徑向度加大，新疆處于高壓脊前的西北氣流中，脊前有弱的低值系統(tǒng)活動，有時(shí)青藏高原上還伴有低渦系統(tǒng)，此類強(qiáng)降水天氣多發(fā)生在較弱的影響系統(tǒng)下，大背景處在脊前一般易漏報(bào)，多對應(yīng)夏季的短時(shí)強(qiáng)降水天氣。近年來13個(gè)強(qiáng)降水個(gè)例中僅占3例。

3.2 強(qiáng)降水的抬升啟動機(jī)制

庫爾勒夏季的強(qiáng)降水過程均是伴有雷暴的對流天氣，且水平尺度一般在幾十千米至幾百千米，時(shí)間尺度在幾小時(shí)到十幾小時(shí)，表現(xiàn)為不典型的中尺度對流天氣。然而強(qiáng)降水天氣地面多有雷暴，因此從雷暴發(fā)生的三要素條件不穩(wěn)定層結(jié)、豐富的水汽、氣塊抬升到凝結(jié)高度的啟動機(jī)制的角度來分析強(qiáng)降水天氣的中尺度特征。

由于遠(yuǎn)離海洋、三面環(huán)山、水汽匱乏，庫爾勒強(qiáng)降水是不太強(qiáng)的濕對流系統(tǒng)，研究表明塔里木盆地內(nèi)的明顯降水不是西方外來雨區(qū)的東移，而是局地新生成的。水汽的迅速集中表現(xiàn)為在強(qiáng)降水前空氣干燥，僅僅幾個(gè)小時(shí)就可能達(dá)到整層飽和狀態(tài)，大氣增濕是在很短時(shí)間內(nèi)完成的。降水過程中大多都是中低層及地面水汽快速輻合、抬升、凝結(jié)和降落的過程，這與庫爾勒強(qiáng)降水發(fā)生前一日地面總有弱的增濕關(guān)系密切。

關(guān)于從地面到低層暖濕氣塊是如何抬升到凝結(jié)高度冷卻降落的啟動機(jī)制，是分析庫爾勒強(qiáng)降水的發(fā)生和形成的關(guān)鍵。有研究表明氣塊抬升到凝結(jié)高度的啟動機(jī)制，包括地面邊界的鋒面、干線和邊界層輻合線、地形抬升和中尺度重力波等。

通過對近年庫爾勒強(qiáng)降水天氣個(gè)例分析和中尺度天氣系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的各種環(huán)境場條件診斷分析，發(fā)現(xiàn)庫爾勒強(qiáng)降水天氣抬升條件的啟動機(jī)制包括三類：冷鋒觸發(fā)類、干線觸發(fā)類和混合觸發(fā)類。

3.2.1 冷鋒觸發(fā)類

圖2 冷鋒觸發(fā)示意圖

冷鋒指鋒面在移動過程中，冷氣團(tuán)起主導(dǎo)作用，推動鋒面向暖氣團(tuán)一側(cè)移動，在它們之間形成的一個(gè)狹長過渡帶，表現(xiàn)為水平方向的溫度不連續(xù)線。庫爾勒冷鋒觸發(fā)的強(qiáng)降水，在新疆地面總存在一條明顯冷鋒帶，有時(shí)冷鋒長時(shí)間維持在北疆沿天山一帶，由于地形原因，在中天山庫米什一帶海拔略低，部分冷空氣沿中天山缺口進(jìn)入庫爾勒，圖2a為2010年4月19日08時(shí)庫爾勒強(qiáng)降水天氣的地面冷鋒示意圖，在巴爾喀什湖南側(cè)存在一個(gè)1020hPa的地面冷高壓中心，和田為熱低壓，冷空氣南下在北疆沿天山一帶堆積，庫爾勒低層明顯的特征就是850hPa出現(xiàn)較強(qiáng)的東北風(fēng)；當(dāng)?shù)孛胬淇諝鈴?qiáng)大時(shí)，在巴州偏東一帶存在一個(gè)東北西南向的東灌槽，地面冷空氣大范圍東灌進(jìn)入庫爾勒。圖2b為2008年8月19日08時(shí)庫爾勒強(qiáng)降水天氣的地面冷鋒示意圖，在巴爾喀什湖存在一個(gè)寬廣1032.5hPa的強(qiáng)大的地面冷高壓中心，同時(shí)和田為熱低壓，冷空氣實(shí)力強(qiáng)大，且冷空氣前沿很快到達(dá)北疆偏東，巴州東部出現(xiàn)了東灌槽，庫爾勒低層850hPa出現(xiàn)較強(qiáng)的偏東風(fēng)。庫爾勒強(qiáng)降水一般都是鋒面降水或鋒后降水，少有鋒前降水，有時(shí)冷鋒到達(dá)即開始降水，有時(shí)冷鋒過后才開始降水。冷鋒觸發(fā)強(qiáng)降水的機(jī)制應(yīng)該與冷鋒雷暴相似，即冷鋒的動力抬升和冷空氣的觸發(fā)作用是激發(fā)對流云團(tuán)發(fā)展的關(guān)鍵，庫爾勒冷鋒觸發(fā)的強(qiáng)降水天氣一般多見春季和夏末，表現(xiàn)為高空鋒區(qū)密集。3.2.2干線觸發(fā)類

中尺度分析規(guī)范里干線是指從干區(qū)進(jìn)入顯著地濕區(qū)，表征了露點(diǎn)鋒區(qū)，干線的一側(cè)是暖而干（濕）的空氣，另一側(cè)是暖（冷）而濕（干）的空氣，是水平方向的濕度不連續(xù)線，干線附近是強(qiáng)對流天氣最容易發(fā)生的地區(qū)[3]。庫爾勒地區(qū)地處天山南側(cè)背風(fēng)坡，當(dāng)高空冷空氣東移南下影響時(shí)，其溫度往往會發(fā)生變性，即與南疆盆地的暖性氣團(tuán)之間的溫差越來越小，但其干性變化不太明顯，所以在南疆盆地庫爾勒地區(qū)一帶強(qiáng)降水個(gè)例中時(shí)?？梢苑治龀龈删€，干線系統(tǒng)多出現(xiàn)夏季的強(qiáng)降水中。例如圖3a為2012年6月4日14時(shí)庫爾勒大暴雨的地面干線，干冷空氣從西北、東北及西側(cè)向庫爾勒匯集，同時(shí)近地層的暖濕空氣從東南側(cè)向北伸入庫爾勒，地面的較強(qiáng)干冷和暖濕空氣在庫爾勒劇烈交匯觸發(fā)大暴雨。圖3b為2012年6月30日08時(shí)庫爾勒強(qiáng)降水的850hPa干線，庫爾勒東側(cè)干冷空氣沿偏東風(fēng)進(jìn)入庫爾勒，濕空氣包括一部分從巴州南部沿西南暖濕氣流北上的水汽，一部分從烏魯木齊冷空氣南下的水汽，三股不同性質(zhì)的氣團(tuán)在巴州北部交匯造成降水。庫爾勒強(qiáng)降水干線多分布在地面到近地層的850hPa，有的干線呈南北向分布，有的干線呈東西向分布。多數(shù)情況下巴州北部存在一個(gè)的經(jīng)向分布的濕舌，庫爾勒的偏南側(cè)存在濕空氣大值區(qū)，庫爾勒位于濕舌的頂部，表明發(fā)生強(qiáng)降水天氣時(shí)近地層到低空盆地的東南側(cè)存在水汽的補(bǔ)充路徑，致使強(qiáng)降水有充足水汽，當(dāng)庫爾勒南側(cè)的暖濕空氣與其東北側(cè)干冷或濕冷空氣在巴州北部交匯時(shí)，干線就觸發(fā)了冷暖氣團(tuán)的抬升，凝結(jié)產(chǎn)生強(qiáng)降水天氣。

3.2.3 混合觸發(fā)類

混合類是指同一強(qiáng)降水天氣過程在地面有鋒面存在、高空還伴有干線的兩種抬升觸發(fā)機(jī)制同時(shí)存在的一種類型，一般庫爾勒地區(qū)5月的強(qiáng)降水都屬于此類。春末時(shí)副熱帶西風(fēng)急流開始活躍，不斷北抬至高原，南北兩支鋒區(qū)都比較活躍，南支鋒區(qū)攜帶的西南暖濕氣流不斷發(fā)展加強(qiáng)，一般在巴州的西南側(cè)近地面層至中低空先增濕，由于地形原因，冷空氣往往滯后東灌進(jìn)入南疆盆地。一方面在中低層西南側(cè)暖濕氣流與東北側(cè)干冷空氣觸發(fā)降水，另一方面地面冷鋒強(qiáng)迫抬升，加強(qiáng)低層暖濕氣流沿低層干冷氣墊上滑形成更強(qiáng)的上升運(yùn)動，加劇大氣不穩(wěn)定能量的釋放而產(chǎn)生較強(qiáng)的降水（圖4）。

圖3 干線觸發(fā)類示意圖

圖4 混合觸發(fā)類示意圖

4 庫爾勒強(qiáng)降水天氣概念模型

4.1 鋒區(qū)急流類強(qiáng)降水

在一般情況下鋒區(qū)急流類強(qiáng)降水范圍大，暴雨落區(qū)連片，強(qiáng)度大，范圍廣。由于此類天氣多見于春季和夏末，強(qiáng)降水落區(qū)主要集中在巴州北部，偶有夏季出現(xiàn)，范圍覆蓋全州。在高空200hPa和850hPa都存在顯著的急流，500hPa存在明顯的偏西或西南氣流，850hPa存在明顯的鋒區(qū)或冷溫槽，地面伴有冷鋒過境，此類強(qiáng)降水共有4例，200hPa都出現(xiàn)了40m/s以上的大范圍急流帶，急流核中心風(fēng)速都在50m/s以上，最強(qiáng)達(dá)到60m/s，其中有3例急流核位于巴州北部偏南的位置，僅1例位于東疆偏東。200hPa急流軸的分布與降水落區(qū)存在一定對應(yīng)關(guān)系，其中有3例呈東西向分布，對應(yīng)的降水落區(qū)主要在天山山區(qū)及兩側(cè)的綠洲，在巴州境內(nèi)降水落區(qū)主要在北部；1例呈南北向分布的急流軸，全疆普遍都出現(xiàn)了強(qiáng)降水，巴州自南向北也多地伴有強(qiáng)降水。此類強(qiáng)降水在庫爾勒地區(qū)另一顯著特征就是低空850hPa總存在大于12m/s的東北急流，與地面冷鋒對應(yīng)，降水大值易出現(xiàn)在850hPa低空急流頂端風(fēng)速輻合的地方（圖5）。

4.2 低渦氣旋類強(qiáng)降水

圖5 強(qiáng)降水落區(qū)（灰色區(qū)域）

低渦氣旋類強(qiáng)降水出現(xiàn)1例，就是2007年7月16日全疆的一次大范圍強(qiáng)降水過程，巴州自南向北都出現(xiàn)明顯的暴雨天氣，7月14—19日中亞低渦進(jìn)入新疆后仍維持深厚低渦影響新疆的一次天氣。與中低層的氣旋式風(fēng)場相配合的500hPa以上的高層仍為明顯的低渦，低渦進(jìn)入新疆前在下游存在明顯向北伸展的副熱帶高壓阻擋，700hPa在中天山以東為明顯氣旋式環(huán)流控制，在河西走廊存在的東南氣流，是中低層水汽輸送通道，高層的低渦中心位置略落后于中低層氣旋中心，整個(gè)低渦呈后傾結(jié)構(gòu)，700hPa氣旋東側(cè)偏南暖濕氣流發(fā)展，氣旋北側(cè)干冷空氣與暖濕氣流形成干線，其干冷下沉氣流與低層暖濕氣流垂直配置，形成了強(qiáng)烈對流不穩(wěn)定，致使系統(tǒng)性強(qiáng)降水天氣中伴有明顯的強(qiáng)對流降水天氣。強(qiáng)降水落區(qū)位于700hPa氣旋式風(fēng)場移動方向干線的前方、低空東南氣流與西北氣流風(fēng)向風(fēng)速輻合處。4.3低槽切變輻合線類強(qiáng)降水

低槽切變與輻合線類強(qiáng)降水過程最多，共有8例。此類強(qiáng)降水影響范圍相對較小，以地方性局地暴雨為主，降水落區(qū)零散，強(qiáng)降水和暴雨中心主要出現(xiàn)在巴州北部。天氣形勢表現(xiàn)多樣，一般情況下，在500hPa都伴有弱的低槽活動，南疆盆地存在西風(fēng)或弱的西南氣流，中低層700hPa和850hPa存在切變或輻合線，有的為緯向，有的為經(jīng)向，有的切變輻合線伴有急流，然而有時(shí)地面也會出現(xiàn)弱冷鋒（圖6）。

由于南疆盆地地形特殊，常年干旱少雨，盆地里水汽匱乏，此類根據(jù)水汽條件的差異分為一型和二型兩個(gè)小類。第一型為水汽條件較好，地面至低層增濕，盆地西南側(cè)存在水汽補(bǔ)充輸送類，共有5例。此類主要特征就是地面至近地層前期增濕，地面和低空露點(diǎn)溫度高，在巴州西南與東南側(cè)存在濕軸向北伸展，主要的中尺度影響系統(tǒng)是切變與輻合線，其中4例是850hPa切變與輻合線，1例是700hPa為風(fēng)向風(fēng)速的輻合線，強(qiáng)降水的觸發(fā)啟動機(jī)制都是干線，干線分布層次不同，具體影響的作用也不盡相同，其中地面干線2例，850hPa干線3例，降水落區(qū)位于切變線附近和偏南氣流風(fēng)向風(fēng)速輻合處。第二型水汽系統(tǒng)自身攜帶類共有3例。此類中尺度影響系統(tǒng)主要是700hPa的冷暖切變與輻合線，降水的觸發(fā)啟動機(jī)制2例地面存在弱冷鋒，1例是500hPa庫爾勒南北兩側(cè)都出現(xiàn)的干線，此類強(qiáng)降水過程一般在700hPa南疆盆地若羌測站都觀測到明顯的偏南氣流，而庫爾勒測站則為偏北氣流，表明當(dāng)中空冷暖氣流在盆地里劇烈交匯，鋒面和干線觸發(fā)了強(qiáng)降水天氣，而降水落區(qū)則靠近500hPa槽線與切變重合的區(qū)域。

5 結(jié)論

（1）庫爾勒5月開始強(qiáng)降水天氣逐漸增多，6、7月是強(qiáng)降水天氣頻發(fā)期，80%的強(qiáng)降水日集中在這3個(gè)月，近10a基本每年都出現(xiàn)強(qiáng)降水，2012年強(qiáng)降水天氣頻繁發(fā)生，出現(xiàn)了罕見“6·4”短時(shí)大暴雨天氣。

（2）庫爾勒夏季強(qiáng)降水天氣均是伴有雷暴的對流天氣，包括具有典型強(qiáng)對流特征的短歷時(shí)強(qiáng)降水過程和不典型中尺度對流天氣的混合性強(qiáng)降水過程。短歷時(shí)強(qiáng)降水過程雨強(qiáng)大、時(shí)間短，多見于午后，與午后對流最易發(fā)生，層結(jié)不穩(wěn)定密切相關(guān)。

圖6 強(qiáng)降水落區(qū)（灰色區(qū)域）

（3）庫爾勒強(qiáng)降水天氣的主要影響系統(tǒng)包括低槽或渦東移型、南北低槽匯合型、鋒區(qū)南壓型以及脊前短波槽或西北氣流型四類，鋒區(qū)南壓型環(huán)流主要出現(xiàn)在春季和夏末，動力條件好；其余三類夏季時(shí)常出現(xiàn)，南北低槽匯合型水汽條件好，脊前短波槽或西北氣流型，形勢表現(xiàn)弱，易漏報(bào)。

（4）庫爾勒強(qiáng)降水天氣過程中氣塊抬升到凝結(jié)高度觸發(fā)啟動機(jī)制包括冷鋒、干線以及冷鋒和干線混合。冷鋒觸發(fā)類多見于春季和夏末，表現(xiàn)為高空鋒區(qū)密集，地面有冷鋒過境。干線觸發(fā)類多見于夏季，表現(xiàn)為高空風(fēng)場動力條件不強(qiáng)，多數(shù)南疆盆地地面提前增濕，盆地里水汽條件好。冷鋒和干線混合觸發(fā)的強(qiáng)降水一般存在于5月，干線多見于高空，地面伴有弱冷鋒。

（5）根據(jù)影響系統(tǒng)、觸發(fā)機(jī)制以及強(qiáng)降水天氣形成的動力、水汽、不穩(wěn)定條件和降水落區(qū)，建立鋒區(qū)急流類大降天氣概念模型即高低空存在顯著急流大降水天氣概念模型，地面冷鋒過境啟動觸發(fā)降水。低渦氣旋類即高空存在一個(gè)深厚低渦系統(tǒng)、低層700hPa氣旋式環(huán)流和以及中低層存在干侵入啟動觸發(fā)降水。低槽切變輻合線類包括水汽在盆地偏南側(cè)補(bǔ)充類和水汽系統(tǒng)自身攜帶兩類，中尺度影響系統(tǒng)主要是低層的低槽切變輻合線，啟動觸發(fā)機(jī)制包括弱冷鋒和干線。

基于對庫爾勒強(qiáng)降水天氣個(gè)例資料的綜合分析，本文歸納了強(qiáng)降水發(fā)生的環(huán)流背景、抬升觸發(fā)機(jī)制，且進(jìn)行了天氣概念的模型的分類，對今后做庫爾勒降水預(yù)報(bào)具有一定的參考價(jià)值，然而上述工作中也存在討論不深入以及一些沒有思考到的問題，如不同層次的干線是如何觸發(fā)的強(qiáng)降水，強(qiáng)降水過程中高低層上下如何配合和相互影響，強(qiáng)降水水汽是如何短時(shí)間聚集、抬升的機(jī)制，還有待于今后做進(jìn)一步研究。

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An Analysis of Circulation Background of heavy Rain Process and Mesoscale Trigger mechanism in Korla

ZHOU Xueying1，PENG Jun1，LIU Jie2

（1.Bayingolin Mongol Autonomous Prefecture Meteorological Observatory，Korla 841000，China；2.Nanjing University of Information Science and Technology,Department of Atmospheric Sciences，Nanjing 210044，China）

Based on the hourly data of precipitation in warm season in Korla，the climate characteristics of occurrence and intensity as well as circulation situations resulting in heavy rain events were analyzed from aspect of weather forecast.The mesoscale of lifting trigger mechanism and the three conceptual model of heavy rain were found.The heavy rain were classified to four influence systems,including east moving trough of low pressure or vortex,the confluent trough from southern and northern,frontal mass south pressing,the short wave trough or southeasterly flow before ridge.There were three trigger mechanisms which were cold-front,dew-point front,the blending type including cold-front and dew-point front.By summary analysis of characteristics of dynamic，water vapor and instability conditions as well as heavy rain distribution,three conceptual models which were jet stream front and low vortex cyclone as well as low trough with shear line or convergence line were concluded.

heavy rain；classification of circulation type；trigger mechanism；conceptual model

P458.11

B

1002-0799（2015）05-0047-09

周雪英，彭軍，劉杰.庫爾勒市強(qiáng)降水天氣的環(huán)流配置及觸發(fā)機(jī)制分析[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9（5）：47-55.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.05.008

2014-01-29；

2015-05-16

新疆氣象局科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“巴州北部突發(fā)性暴雨的中尺度特征分析”資助。

周雪英（1982-），女，工程師，主要從事短時(shí)臨近天氣預(yù)報(bào)服務(wù)工作。E-mail：zhouxueying2004@163.com