李健 張文軍 陳麗娜

摘 要：利用常規(guī)資料、NCEP再分析資料等，對2017年5月2—3日發(fā)生在河西走廊西部酒泉市的極端大風(fēng)天氣從氣候背景、天氣形勢、影響系統(tǒng)和動力、熱力條件等方面進(jìn)行分析。結(jié)果表明：這次大風(fēng)天氣是由于北方冷空氣不斷堆積，北部強(qiáng)大的冷高壓所致的溫度梯度、氣壓梯度及大氣極強(qiáng)的斜壓性和動量下傳作用造成。烏山脊不斷發(fā)展加深，而太梅爾半島冷渦中心橫槽不斷旋轉(zhuǎn)使強(qiáng)冷空氣南下堆積，地面高壓持續(xù)加強(qiáng)，鋒面東移，冷鋒后強(qiáng)冷平流導(dǎo)致極端大風(fēng)天氣。

關(guān)鍵詞：極端大風(fēng)；診斷分析；螺旋度

中圖分類號 P458.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）14-0118-03

1 資料和天氣實(shí)況

1.1 資料 采用2017年5月2—3日常規(guī)資料和NECP1°×1°再分析資料分析計(jì)算渦度、垂直螺旋度，分析大氣在垂直空間上的旋轉(zhuǎn)上升和運(yùn)動特征。利用天氣學(xué)動力方法從動力、熱力條件等方面分析此次極端大風(fēng)天氣過程的發(fā)生發(fā)展機(jī)制。

1.2 天氣實(shí)況 5月2—3日，河西走廊西部的肅州區(qū)、金塔、玉門和瓜州等地遭受了極端大風(fēng)襲擊，瞬間極大風(fēng)速出現(xiàn)在肅州區(qū)，瞬時(shí)風(fēng)力達(dá)11級（29.5m/s），突破有歷史記錄以來的極值（1972年5月16日29.0m/s），金塔和肅州區(qū)出現(xiàn)了揚(yáng)沙（表1）。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)流背景及演變 前期，500hpa高空圖上烏拉爾山到新地島為高壓控制，泰梅爾半島處極渦發(fā)展加強(qiáng)，其冷中心向?yàn)跎降貐^(qū)有一東北西南向橫槽，而巴湖以南到帕米爾高原有一低槽維持，受槽前西南氣流影響，新疆至河西地區(qū)整個(gè)處在暖脊控制中，天氣晴朗，升溫明顯。隨著烏山脊發(fā)展北抬，其脊前極渦加強(qiáng)，冷中心強(qiáng)度增加到-40℃，極渦和高壓脊之間氣壓梯度加大，偏北急流加強(qiáng)，到2日20時(shí)（圖1左）橫槽轉(zhuǎn)豎南壓，在橫槽旋轉(zhuǎn)南下過程中與巴湖槽同位相疊加，槽后強(qiáng)冷空氣補(bǔ)充，極大的增強(qiáng)了系統(tǒng)氣壓。

而700hpa高空圖，天山-貝爾加湖一線東西向等溫線密集分布，同時(shí)鋒區(qū)北側(cè)普遍西北風(fēng)較大，同時(shí)酒泉與烏魯木齊溫差達(dá)7℃，表明冷平流較強(qiáng)。到2日20時(shí)（圖1右），鋒區(qū)南壓，冷空氣從新地島一直輸送到新疆北部堆積，等溫線密集分布，河西至新疆西部等高線與等溫線交角呈90°分布，表明此區(qū)域內(nèi)大氣的斜壓性和冷平流極強(qiáng)，斜壓力管力效應(yīng)和鋒生力管環(huán)流使冷空氣下沉并向東南擴(kuò)散，加之河西西部地形“狹管效應(yīng)”，使得地面大風(fēng)加強(qiáng)。

同時(shí)，本次極端大風(fēng)過程持續(xù)2d時(shí)間，究其原因在于高空烏山脊穩(wěn)定發(fā)展的同時(shí)，極渦旋轉(zhuǎn)致使橫槽轉(zhuǎn)豎，槽后冷平流持續(xù)不斷的輸入，冷空氣堆積到北疆所致。從地面海平面氣壓場可知，冷高壓加強(qiáng)至1035hpa，并分布在新疆北部至河西西部之間，本區(qū)域區(qū)6條等壓線分布，氣壓梯度極大，因此造成了本區(qū)域的的極端大風(fēng)天氣。

2.2 物理量診斷分析

2.2.1 高空冷平流 高空冷平流強(qiáng)度一定程度上可以反映大風(fēng)的強(qiáng)弱。此次極端大風(fēng)天氣過程冷空氣來源于新地島附近的北冰洋上，伴隨橫槽的不斷生成和旋轉(zhuǎn)南下，1日20時(shí)開始，700hPa上整個(gè)河西西部和青海西部為冷平流控制，冷平流中心在青海西部，酒泉處在冷平流中心外圍。到3日08時(shí)，新的冷空氣補(bǔ)充南下，700hPa中心位置位于酒泉市境內(nèi)，沿40°N作溫度平流的垂直剖面（圖2），得出500hPa以下均為冷平流，此時(shí)冷平流強(qiáng)度大值中心位于700～600hPa之間，最大強(qiáng)度達(dá)到-8×10-4K/s，酒泉上空基本為下沉氣流控制。在冷平流移動前方400hPa以下為上升氣流，構(gòu)成了垂直環(huán)流圈，有利于地面風(fēng)速加大，此時(shí)酒泉肅州區(qū)也出現(xiàn)極大風(fēng)速歷史極值。綜合整個(gè)天氣過程冷平流的變化特征發(fā)現(xiàn)，冷平流與大風(fēng)有較好的對應(yīng)關(guān)系，冷平流強(qiáng)度越大，厚度約高，地面風(fēng)速越大。

2.2.2 3h變壓場 冷鋒后3h變壓正負(fù)中心差值越大，則風(fēng)力越強(qiáng)，通常大風(fēng)區(qū)出現(xiàn)在正負(fù)中心梯度最強(qiáng)的地方。分析表明，3日02時(shí)，3h變壓中心位于酒泉西部，變壓中心值4hPa，此時(shí)瓜州風(fēng)力加強(qiáng)，05時(shí)開始變壓中心和變壓梯度東移，到08時(shí)肅州區(qū)風(fēng)速增加到極大?？梢钥闯?，大風(fēng)過程3h變壓值的大小、位置和大風(fēng)有較好的對應(yīng)關(guān)系，變壓值越大，變壓梯度越大，該地風(fēng)速越大。

2.2.3 動力條件分析 分別取酒泉市西區(qū)（93～97E°，39～42N°）和東區(qū)（97～101E°，39～42N°）計(jì)算渦度、散度和垂直速度的區(qū)域平均值隨高度的變化（圖3）。動力分析表明，5月2日02時(shí)大風(fēng)開始時(shí)，中下層受負(fù)渦度控制，并且輻散明顯，整層表現(xiàn)為下沉氣流，在這時(shí)間段內(nèi)，西部風(fēng)速較大。而東部區(qū)域整體為上升運(yùn)動，不利于大風(fēng)的形成。3日08時(shí)整個(gè)東西部區(qū)域500hpa以下受負(fù)渦度控制，有利于氣流下沉，但東部區(qū)域中低空下沉氣流遠(yuǎn)大于西部區(qū)域，動量下傳作用顯著，因此東部風(fēng)速較大。

2.2.4 垂直螺旋度 垂直螺旋在一定程度上可以反映天氣系統(tǒng)發(fā)展程度。垂直螺旋度為垂直速度和渦度的乘積。螺旋度為正，表明氣旋區(qū)的上升運(yùn)動或者反氣旋區(qū)的下沉運(yùn)動。螺旋度為負(fù)，表明氣旋區(qū)的下沉運(yùn)動或反氣旋區(qū)的上升運(yùn)動。大風(fēng)過程中，700hpa垂直螺旋度正值區(qū)與大風(fēng)區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系（圖4）。3日08時(shí)酒泉東部地區(qū)為極大風(fēng)速中心，此時(shí)肅州區(qū)附近700hpa最大下沉速度達(dá)-3m/s，對應(yīng)的垂直螺旋度最大值為400m/s，因?yàn)?00hpa以下均為下沉氣流表明中低空有強(qiáng)的負(fù)渦度，有利于冷空氣下沉形成大風(fēng)天氣，并且螺旋度中心強(qiáng)度越大，風(fēng)速越大。

3 結(jié)論與討論

（1）本次極端大風(fēng)天氣過程中烏山脊不斷發(fā)展加深，而太梅爾半島冷渦中心橫槽不斷旋轉(zhuǎn)使強(qiáng)冷空氣南下堆積，地面高壓持續(xù)加強(qiáng)，鋒面東移過程中，冷鋒后強(qiáng)冷平流導(dǎo)致極端大風(fēng)天氣。

（2）冷平流與大風(fēng)天氣有較好的關(guān)系，冷平流強(qiáng)度越強(qiáng)，厚度越大，持續(xù)時(shí)間越長，風(fēng)速越大；3h變壓中心的移動與大風(fēng)區(qū)移動方向一致，3h變壓值越大，變壓梯度越強(qiáng)，風(fēng)速就越大。

（3）大風(fēng)過程的動力條件分析表明，鋒面過境后，受地形和流場形式影響，中低空渦度均變?yōu)樨?fù)值，并且伴有強(qiáng)烈的下沉運(yùn)動，冷空氣的下沉有利于地面加壓，中低空下沉氣流越大越有利于地面氣壓梯度風(fēng)的形成。同時(shí)，700hpa垂直螺旋度正值區(qū)與大風(fēng)區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系。

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