2018年5月天山南坡兩次翻山大風(fēng)成因?qū)Ρ确治?/h1>
2019-11-08 06:30陳春艷吐莉尼沙施俊杰安大維
沙漠與綠洲氣象 2019年5期
張 超，陳春艷，吐莉尼沙，施俊杰，安大維，張 俊
（新疆氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊830002）
大風(fēng)是新疆主要災(zāi)害性天氣之一， 由于天山特殊地形的影響，當(dāng)冷空氣入侵時(shí)，因獨(dú)特狹管效應(yīng)和冷空氣翻山后的加速下滑極易產(chǎn)生大風(fēng)。 南疆盆地的翻山大風(fēng)就是一種典型的致災(zāi)性大風(fēng)之一， 其持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，瞬間風(fēng)力大，破壞性極高。 由于南疆植被稀疏，沙源充足，大風(fēng)的出現(xiàn)常伴隨劇烈沙塵天氣。近年來(lái)， 氣象工作者對(duì)北方冷空氣大風(fēng)開(kāi)展了深入研究，取得了較多研究成果[1-9]，楊澄等[10]對(duì)高原東南側(cè)復(fù)雜地形下的5 次冬季大風(fēng)天氣進(jìn)行分析， 發(fā)現(xiàn)該類大風(fēng)受低空急流背景和垂直運(yùn)動(dòng)影響， 鄔仲勛等[11]研究了冷空氣過(guò)程下的動(dòng)量下傳特征，指出動(dòng)量下傳大風(fēng)是高低空風(fēng)場(chǎng)輻合輻散的環(huán)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)迫所造成的，陳艷等[12]對(duì)河北一次強(qiáng)風(fēng)沙天氣成因分析時(shí)指出， 高空急流的加強(qiáng)和中尺度反環(huán)流圈的形成是強(qiáng)沙塵暴發(fā)生的重要原因。 對(duì)于新疆大風(fēng)的研究，前期也積累了許多研究成果[13-15]，張俊蘭等[16]對(duì)南疆一次翻山大風(fēng)進(jìn)行診斷分析， 認(rèn)為高空急流和低空急流共同作用是動(dòng)量下傳的動(dòng)力機(jī)制， 肉孜·阿基等[17]對(duì)阿圖什兩次大風(fēng)天氣對(duì)比分析，指出高空斜壓槽， 地面冷鋒及南疆盆地?zé)岬蛪菏钱a(chǎn)生大風(fēng)的影響系統(tǒng)，努爾比亞·吐尼亞孜等[18]對(duì)南疆西部冬季一次大風(fēng)天氣分析時(shí)指出，高空鋒區(qū)、動(dòng)量下傳、極地冷空氣補(bǔ)充及海平面氣壓梯度與南疆西部大風(fēng)密切相關(guān)。 這些成果對(duì)新疆大風(fēng)預(yù)報(bào)起到一定的指導(dǎo)作用，但對(duì)于天山南坡翻山大風(fēng)的物理機(jī)理、預(yù)報(bào)指標(biāo)等內(nèi)容的研究仍較為缺乏。
2018 年新疆強(qiáng)冷空氣活動(dòng)頻繁， 大風(fēng)天氣頻發(fā)，致災(zāi)性重，風(fēng)災(zāi)造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)20 億元，占總災(zāi)損失的80%，5 月出現(xiàn)5 場(chǎng)強(qiáng)天氣過(guò)程，較歷年次數(shù)明顯偏多，強(qiáng)度偏強(qiáng)，尤其是5 月7 日和24 日天山南坡兩次翻山大風(fēng)，影響范圍廣，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，極大風(fēng)力大， 且正值春季農(nóng)事活動(dòng)關(guān)鍵時(shí)期， 對(duì)農(nóng)業(yè)、林果業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)、交通、城市設(shè)施和人民生活造成嚴(yán)重影響。 本文通過(guò)對(duì)2018 年5 月7 日和24 日影響天山南坡的兩次翻山大風(fēng)天氣進(jìn)行診斷分析，分析其環(huán)流形勢(shì)、影響系統(tǒng)，揭示動(dòng)力、熱力機(jī)制和成因，并為今后的大風(fēng)預(yù)報(bào)預(yù)警提供一定依據(jù)。
1 資料選取
利用2018 年5 月歐亞范圍高空、地面常規(guī)探測(cè)站點(diǎn)資料及（20°～70°N，50°～110°E）ERA-interim 0.25°×0.25°逐6 h 間隔網(wǎng)格再分析資料， 對(duì)影響天山南坡的兩次翻山大風(fēng)天氣的物理機(jī)制進(jìn)行對(duì)比分析。
2 天氣過(guò)程概述
個(gè)例1：2018 年5 月7 日凌晨至夜間，阿克蘇地區(qū)、巴音郭楞蒙古自治州（簡(jiǎn)稱巴州）北部一帶出現(xiàn)了大范圍強(qiáng)風(fēng)、沙塵天氣，瞬間風(fēng)速大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)（表1），9 站瞬間極大風(fēng)速≥17.1 m/s，大風(fēng)過(guò)程于7日02 時(shí)巴州北部山區(qū)開(kāi)始，最強(qiáng)時(shí)段在11—17 時(shí)，最大風(fēng)力出現(xiàn)在和靜縣，瞬間極大風(fēng)速達(dá)30.1 m/s，24 時(shí)大風(fēng)過(guò)程結(jié)束； 大風(fēng)造成7 站揚(yáng)沙，3 站沙塵暴，最小能見(jiàn)度不足300 m，出現(xiàn)在尉犁縣（時(shí)間在17—18 時(shí)）。 風(fēng)沙造成農(nóng)作物絕收、大棚設(shè)施受損、果樹(shù)落果等，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)12 652 余萬(wàn)元。
表1 兩次翻山大風(fēng)天氣過(guò)程實(shí)況對(duì)比
個(gè)例2：2018 年5 月24 日凌晨至夜間， 阿克蘇地區(qū)、 巴州北部一帶再次出現(xiàn)大范圍強(qiáng)風(fēng)、 沙塵天氣，大風(fēng)站點(diǎn)多，影響時(shí)間長(zhǎng)，15 站瞬間極大風(fēng)速≥17.1 m/s，03 時(shí)巴州北部山區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)大風(fēng)，最強(qiáng)時(shí)段在08—17 時(shí)，5 站大風(fēng)持續(xù)時(shí)間超過(guò)8 h 以上，其中和靜站瞬間最大風(fēng)速31.1 m/s ，22 時(shí)大風(fēng)過(guò)程結(jié)束；大風(fēng)伴有揚(yáng)沙和短時(shí)沙塵暴，5 站出現(xiàn)揚(yáng)沙，4站出現(xiàn)沙塵暴，阿克蘇市、尉犁縣、鐵干里克縣等地最小能見(jiàn)度不足300 m。此次過(guò)程造成兩地州農(nóng)業(yè)、林業(yè)受災(zāi)嚴(yán)重，直接經(jīng)濟(jì)損失60 786 萬(wàn)元。
兩次天氣過(guò)程均呈現(xiàn)出最大風(fēng)速大、 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣等特點(diǎn)，并引發(fā)揚(yáng)沙或沙塵暴天氣，24 日大風(fēng)過(guò)程較7 日更強(qiáng)，從兩次過(guò)程最大風(fēng)速中心和靜站的海平面氣壓和極大風(fēng)速小時(shí)變化可以看出（圖1），在過(guò)程前存在氣壓的顯著下降，起風(fēng)時(shí)迅速加壓，風(fēng)速有突增的現(xiàn)象，大風(fēng)結(jié)束時(shí)間要早于加壓結(jié)束時(shí)間。
3 環(huán)流形勢(shì)和天氣系統(tǒng)演變
3.1 高空環(huán)流演變
圖1 和靜站5 月7 日（a）和24 日（b）大風(fēng)過(guò)程風(fēng)速與氣壓小時(shí)變化
2018 年5 月6 日20 時(shí)（圖2a），500 hPa 歐亞范圍中高緯呈兩脊一槽型，環(huán)流經(jīng)向度大，里海地區(qū)為高壓脊， 西西伯利亞地區(qū)為低渦槽， 中心值520 Dagpm，配合有-40 ℃冷中心，溫度槽落后于高度槽，風(fēng)場(chǎng)有明顯氣旋式切變，低槽呈西南—東北向分布，槽底南伸至45°N。 07 日08 時(shí)（圖2b），隨著里海脊東南衰退，西西伯利亞低槽東南壓，槽底南伸至40°N以南， 引導(dǎo)冷空氣快速南下， 翻越天山進(jìn)入南疆盆地。 同時(shí)，天山南坡高低空急流發(fā)展加強(qiáng)，高空急流中心增強(qiáng)至50 m/s， 而850 hPa 出現(xiàn)16 m/s 的偏北急流。20 時(shí)，冷槽移至東疆，天山南坡高空急流軸隨之東移，低空急流顯著減弱，大風(fēng)沙塵天氣逐漸結(jié)束。
2018 年5 月23 日20 時(shí)（圖2c），500 hPa 歐亞范圍呈兩脊一槽環(huán)流型， 里海地區(qū)阻塞高壓脊穩(wěn)定維持，高壓中心為588 dagpm，脊前偏北急流強(qiáng)盛，中心風(fēng)速達(dá)48 m/s， 偏北急流不斷將極區(qū)冷空氣引導(dǎo)南下。西西伯利亞地區(qū)為西南—東北走向低槽，配合有-28 ℃冷槽，溫度槽明顯落后高度槽，槽底南伸至40 °N，300 hPa 高空急流位于北緯45 °N 附近。里咸海阻塞高壓脊穩(wěn)定維持， 脊前西北急流引導(dǎo)冷空氣快速東南下。 24 日08 時(shí)（圖2d），500 hPa 槽底伸至35°N 附近，天山南坡高空風(fēng)速明顯加強(qiáng)，庫(kù)爾勒探空站風(fēng)速由14 m/s 增加至24 m/s，同時(shí)，天山山區(qū)鋒區(qū)加強(qiáng)，溫度梯度增大，300 hPa 高空急流軸南壓并轉(zhuǎn)為西南—東北走向， 天山南坡位于高空急流入口區(qū)右側(cè)，庫(kù)爾勒探空站300 hPa 風(fēng)速由10 m/s增至28 m/s。 850 hPa 出現(xiàn)22 m/s 的偏北急流，20時(shí)，隨著低槽東移，低空急流消失，冷空氣進(jìn)入南疆盆地，風(fēng)沙天氣過(guò)程逐漸結(jié)束。
3.2 地面系統(tǒng)演變
5 月4 日20 時(shí)（圖3a），地面冷高壓首見(jiàn)于新地島附近，高壓中心強(qiáng)度為1038 hPa，沿烏拉爾山南移，6 日20 時(shí)，地面冷高壓抵達(dá)烏拉爾山南端，氣壓場(chǎng)呈西北高東南低型分布， 冷高壓中心位于巴爾喀什湖到咸海一帶，中心為1030 hPa，此時(shí)地面冷鋒已進(jìn)入西天山一帶，此過(guò)程天山南坡伴有-2 hPa～-3 hPa 的3 h 變壓，而南疆盆地有熱低壓生成，低壓中心997 hPa，隨后冷高壓中心沿50°N 東移。 7 日08時(shí)，地面冷高壓中心加強(qiáng)至1033 hPa，南、北疆海面氣壓梯度進(jìn)一步加大，伊寧站與阿克蘇站壓差達(dá)27 hPa。 隨著高空冷槽過(guò)境，伊寧站與阿克蘇站最大壓差增至29 hPa， 南疆盆地出現(xiàn)明顯加壓，7 日20—23 時(shí)，3 h 氣壓變幅最劇烈， 在+3 hPa～+5.7 hPa，熱低壓逐漸消失。
圖3 兩次大風(fēng)過(guò)程地面系統(tǒng)演變
5 月21 日20 時(shí)（圖3b），地面冷高壓首見(jiàn)于波羅的海附近，逐漸沿西北—東南方向移動(dòng)。 23 日20時(shí)冷高壓抵達(dá)烏拉爾山南端， 此時(shí)海平面氣壓場(chǎng)呈西高東低型分布，冷高壓中心在咸海一帶，中心強(qiáng)度為1025 hPa，冷鋒已開(kāi)始影響西天山一帶，隨后，地面冷高壓加強(qiáng)并繼續(xù)東南移動(dòng)，24 日02 時(shí)南疆盆地有熱低壓生成，低壓中心為997 hPa，05 時(shí)熱低壓進(jìn)一步發(fā)展，低壓中心達(dá)995 hPa，24 日08 時(shí)，地面冷高壓移至巴爾喀什湖北側(cè)，中心強(qiáng)度增至1030 hPa，冷高壓東南象限海平面氣壓梯度進(jìn)一步增大， 伊寧站與阿克蘇站壓差已增加至31 hPa。24 日20 時(shí)，南疆盆地加壓劇烈，3 h 變壓幅度在+4 hPa～+5.8 hPa，熱低壓減弱消失。
3.3 異同點(diǎn)分析
上述兩次風(fēng)沙天氣環(huán)流演變的共同特征：500 hPa 均為兩脊一槽環(huán)流背景，環(huán)流經(jīng)向度大，系統(tǒng)斜壓性強(qiáng)，低槽呈西南—東北走向，溫度槽落后于高度槽， 配合有明顯的氣旋性切變， 主導(dǎo)脊前有偏北急流， 低槽為東南移路徑， 過(guò)境時(shí)伴隨有強(qiáng)冷平流入侵。 起風(fēng)時(shí)，氣壓場(chǎng)分布均為西北高東南低分布型，南北壓差大，氣壓梯度強(qiáng)，南疆盆地中心均有熱低壓生成，地面冷鋒翻山進(jìn)入南疆盆地。都存在高空低空急流配合，高空300 hPa 存在高空急流，風(fēng)沙落區(qū)位于高空急流入口區(qū)右側(cè)。
不同點(diǎn)分析：冷空氣源地和路徑不同，個(gè)例1 冷空氣源地位于新地島附近，沿北方路徑侵入新疆，個(gè)例2 冷空氣源地位于波羅的海附近， 沿西北路徑入侵；高空環(huán)流演變特征存在明顯差異，個(gè)例1 為弱脊強(qiáng)槽，里海脊東南衰退推動(dòng)冷空東南下進(jìn)入新疆，個(gè)例2 為強(qiáng)脊弱槽， 里咸海地區(qū)阻塞高壓脊穩(wěn)定維持，500 hPa 脊前強(qiáng)的西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下進(jìn)入我區(qū)；脊前偏北急流強(qiáng)度、低槽底部南伸程度及低空偏北急流強(qiáng)度不同，個(gè)例2 高、低空偏北急流明顯偏強(qiáng)，低槽底部較個(gè)例1 偏南5°。
兩次過(guò)程均伴有明顯的高空脊前偏北急流，根據(jù)地面形勢(shì)方程， 偏北急流的負(fù)渦度平流有利于巴爾喀什湖冷高壓不斷加壓，冷高壓南下過(guò)程中加強(qiáng)，低槽底部偏南，更有利于引導(dǎo)冷空氣翻入南疆盆地，地面熱低壓發(fā)展更為迅速，南北壓差更大，低空偏北急流更強(qiáng)，可見(jiàn)，脊前偏北急流強(qiáng)度、低槽底部南伸程度以及低空偏北急流強(qiáng)度對(duì)天山南坡風(fēng)沙天氣的范圍、強(qiáng)度有較大影響。
4 物理量診斷對(duì)比
4.1 高空急流與垂直運(yùn)動(dòng)分析
兩次大風(fēng)過(guò)程300 hPa 附近均伴有高空急流，且大風(fēng)沙塵落區(qū)發(fā)生在高空急流出口區(qū)右側(cè)， 而高空急流入口區(qū)易引發(fā)次級(jí)環(huán)流，其右側(cè)輻散抽吸，有利于上升運(yùn)動(dòng)，而左側(cè)輻合，易產(chǎn)生下沉運(yùn)動(dòng)，為進(jìn)一步了解大風(fēng)風(fēng)速的空間結(jié)構(gòu)，本節(jié)沿和靜站86°E作全風(fēng)速與垂直速度的高度—緯向剖面圖， 通過(guò)全風(fēng)速與垂直運(yùn)動(dòng)的演變，對(duì)比分析兩次過(guò)程（圖4）。
個(gè)例1 中，在大風(fēng)過(guò)程前和大風(fēng)過(guò)程中，天山山區(qū)附近（42°N） 在200~300 hPa 高度上存在大風(fēng)速核，風(fēng)速中心達(dá)55 m/s，在過(guò)程前期（7 日02 時(shí)）（圖4a），天山北側(cè)中低層出現(xiàn)明顯垂直上升運(yùn)動(dòng)，最強(qiáng)上升中心高度在800~700 hPa 附近， 中心強(qiáng)度達(dá)-1.4 Pa/s，隨后，急流中心明顯加強(qiáng)，同時(shí)天山南坡對(duì)流層中低層風(fēng)速明顯增大，14 時(shí)， 天山南坡出現(xiàn)強(qiáng)烈下沉運(yùn)動(dòng)， 最大下沉速度中心在800 hPa 附近，中心強(qiáng)度達(dá)1 Pa/s，下沉運(yùn)動(dòng)同南疆盆地的垂直上升運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了完整的垂直環(huán)流圈，20 時(shí)， 下沉運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步加強(qiáng)，垂直環(huán)流維持，8 日02 時(shí)，高空急流中心及下沉氣流明顯減弱，垂直環(huán)流圈消失。
個(gè)例2， 大風(fēng)過(guò)程期間也存在和維持高空急流以及垂直環(huán)流圈，24 日08 時(shí)（圖4d），高空急流中心位于北疆， 急流中心50 m/s， 位于300~400 hPa 附近，天山兩側(cè)800~400 hPa 高度均為上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，24日14 時(shí)，高空急流中心南移，中心風(fēng)速減小至35 m/s，天山南坡對(duì)流層低層出現(xiàn)下沉氣流，中心值達(dá)1 Pa/s，形成垂直環(huán)流圈，24 日20 時(shí)，強(qiáng)烈下沉氣流與垂直環(huán)流圈繼續(xù)維持，25 日02 時(shí)，下沉氣流明顯減弱，垂直環(huán)流圈消失。
兩次大風(fēng)過(guò)程前后， 天山南坡上空均受高空急流影響， 對(duì)流層中低層均伴隨著上升氣流到下沉氣流的反轉(zhuǎn)，這可能是南、北疆明顯冷熱差異變化的熱力作用同高空急流變化產(chǎn)生的動(dòng)力作用共同造成的結(jié)果。 大風(fēng)出現(xiàn)前期，冷空氣在北疆堆積，并出現(xiàn)明顯爬坡運(yùn)動(dòng)，當(dāng)冷空氣經(jīng)天山翻入南疆盆地時(shí)，冷空氣強(qiáng)烈下沉， 同時(shí)伴隨著位能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)換是大風(fēng)的重要原因。 大風(fēng)期間維持垂直環(huán)流圈， 其出現(xiàn)時(shí)間、維持時(shí)間與大風(fēng)最強(qiáng)時(shí)段有較好的對(duì)應(yīng)，大風(fēng)區(qū)正位于垂直環(huán)流圈的下沉支區(qū)域。
4.2 溫度平流
圖4 沿86°E 緯向全風(fēng)速及垂直運(yùn)動(dòng)剖面
溫度平流是斜壓擾動(dòng)強(qiáng)烈發(fā)展的主要熱力因子，槽前暖平流使槽前高壓脊發(fā)展，槽后冷平流使槽加深。同時(shí)冷平流的侵入可使地面氣壓加壓迅速，增強(qiáng)大風(fēng)，冷平流越強(qiáng)，出現(xiàn)的風(fēng)力也越大。 兩次大風(fēng)個(gè)例均伴有高空強(qiáng)冷平流自北向南快速進(jìn)入過(guò)程（圖5）。 個(gè)例1，7 日08 時(shí)， 冷平流中心在47°N 附近，中心高度在400～500 hPa，中心值-80×10-5K/s，隨后冷平流中心快速南移，20 時(shí)中心高度在350 hPa附近，對(duì)流層中低層（700 hPa）也出現(xiàn)-10×10-5K/s的冷平流。 個(gè)例2，24 日08 時(shí)，冷平流中心在48°N附近， 中心高度也在500 hPa 左右， 中心值為-60×10-5K/s， 隨后強(qiáng)冷平流中心快速進(jìn)入南疆盆地，中心高度在600 hPa 附近，最強(qiáng)中心達(dá)-40×10-5K/s。
兩個(gè)例高空冷平流移入南疆盆地所在的高度明顯不同，個(gè)例1 冷平流中心高度高，南疆盆地對(duì)流層中低層冷平流弱，個(gè)例2 冷平流中心高度偏低，在南疆盆地對(duì)流層中低層造成冷平流強(qiáng)度強(qiáng)。 大風(fēng)出現(xiàn)前期，冷平流在天山北側(cè)維持，有利于天山兩側(cè)溫度梯度進(jìn)一步增大，天山北坡氣壓持續(xù)增加，南北氣壓梯度不斷增大，為冷空氣的翻山集聚能量，當(dāng)高層平流的快速侵入南疆，冷卻作用使得低層加壓，變壓梯度增大，利于變壓風(fēng)的出現(xiàn)，同時(shí)高層冷平流于低層暖低壓的高低疊置， 在一定程度上造成了熱力不穩(wěn)定，有利于南疆盆地風(fēng)沙天氣的產(chǎn)生。
4.3 鋒生函數(shù)
鋒生是指鋒區(qū)內(nèi)溫度或位溫梯度增強(qiáng)的過(guò)程，常用鋒生函數(shù)診斷鋒生過(guò)程，當(dāng)鋒生函數(shù)為正值時(shí)，有鋒生，為負(fù)值時(shí)，鋒消。 5 月7 日02 時(shí)（圖6a），天山附近鋒生顯現(xiàn)很弱， 天山南坡等位溫線稀疏，08時(shí)，天山山區(qū)附近（42°N）出現(xiàn)明顯鋒生，最強(qiáng)的鋒生高度在500～800 hPa 附近， 同時(shí)在天山南坡等位溫線密集程度突然增大，等位溫線坡度接近90°，等熵面坡度大于地形坡度更有利于下坡風(fēng)的出現(xiàn)，強(qiáng)烈鋒生的出現(xiàn)與高空槽東南下，侵入南疆時(shí)間一致，14 時(shí)，鋒生區(qū)域增大并略向南移，天山南坡對(duì)流層低層的等熵面坡度進(jìn)一步增大，02 時(shí)， 鋒生過(guò)程結(jié)束， 天山南坡等位溫線逐漸稀疏且等熵面坡度明顯減小。5 月24 日08 時(shí)（圖6e），天山山區(qū)附近也出現(xiàn)強(qiáng)烈鋒生現(xiàn)象，14 時(shí)， 鋒生區(qū)強(qiáng)度增大并向低層延伸， 對(duì)流層低層的等位溫線呈現(xiàn)近于垂直的密集分布，隨后鋒生區(qū)域由低到高逐漸消失。
鋒生的出現(xiàn)時(shí)間與維持時(shí)段同起風(fēng)時(shí)間與持續(xù)時(shí)間有較好的對(duì)應(yīng)， 地面鋒生的位置與大風(fēng)發(fā)生的區(qū)域一致。 兩次過(guò)程鋒生最強(qiáng)區(qū)域均在天山山區(qū)附近，鋒生開(kāi)始對(duì)流層中層，逐漸向低層延伸，自低到高呈現(xiàn)向北傾斜的結(jié)構(gòu)，最強(qiáng)高度在500～800 hPa。天山山區(qū)的鋒生作用有利于進(jìn)一步增強(qiáng)大氣斜壓性，加大斜壓不穩(wěn)定以及激發(fā)次級(jí)環(huán)流的產(chǎn)生，對(duì)翻山大風(fēng)的出現(xiàn)起到了一定觸發(fā)作用。
圖5 溫度平流沿86°E 垂直剖面
圖6 鋒生函數(shù)沿86°E 垂直剖面
5 結(jié)論
利用高空、 地面常規(guī)探測(cè)資料及ERA-interim 0.25°×0.25°再分析資料， 對(duì)2018 年5 月7 日和24日影響天山南坡的兩次翻山大風(fēng)天氣進(jìn)行診斷分析，得出如下結(jié)論。
（1）500 hPa 兩脊一槽的經(jīng)向環(huán)流是兩次大風(fēng)的環(huán)流背景，西南—東北走向的冷槽、300 hPa 高空急流、低空急流、巴爾喀什湖冷高壓、南疆盆地?zé)岬蛪菏侵饕绊懴到y(tǒng)。 風(fēng)沙落區(qū)與高空急流入口區(qū)右側(cè)、低空急流正下方、地面強(qiáng)的氣壓梯度區(qū)前側(cè)相對(duì)應(yīng)。 脊前偏北急流強(qiáng)度、低空急流強(qiáng)度、低槽底部南伸程度以及低空偏北急流強(qiáng)度對(duì)天山南坡風(fēng)沙天氣的范圍、強(qiáng)度有關(guān)系密切。
（2）強(qiáng)的水平氣壓梯度力和地形造成的冷空氣下坡效應(yīng)是兩次大風(fēng)的主要原因， 伊寧站與阿克蘇站最大壓差超過(guò)30 hPa，大風(fēng)出現(xiàn)前期，冷空氣在天山北側(cè)出現(xiàn)明顯爬坡運(yùn)動(dòng)，最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)達(dá)-1.4 Pa/s，當(dāng)冷空氣經(jīng)天山翻入南疆盆地時(shí)，冷空氣強(qiáng)烈下沉，等熵面坡度大于地形坡度， 伴隨著位能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)換。 大風(fēng)期間維持垂直環(huán)流圈，其出現(xiàn)時(shí)間、維持時(shí)間與大風(fēng)最強(qiáng)時(shí)段有較好的對(duì)應(yīng)， 大風(fēng)區(qū)正位于垂直環(huán)流圈的下沉支區(qū)域。
（3）兩次過(guò)程強(qiáng)冷平流中心高度存在明顯差異，大風(fēng)出現(xiàn)前期，冷平流在天山北側(cè)維持，有利于天山兩側(cè)溫度梯度進(jìn)一步增大， 有利于南北氣壓梯度不斷增大，為冷空氣的翻山集聚能量，當(dāng)高層冷平流的快速侵入，有利于變壓風(fēng)的出現(xiàn)，在一定程度上造成了熱力不穩(wěn)定，有利于南疆盆地風(fēng)沙天氣的產(chǎn)生。
（4）大風(fēng)期間天山山區(qū)附近伴隨強(qiáng)烈鋒生現(xiàn)象，鋒生開(kāi)始于對(duì)流層中層，逐漸向低層延伸，自低到高呈現(xiàn)向北傾斜的結(jié)構(gòu)，最強(qiáng)高度在500～800 hPa。 鋒生的出現(xiàn)時(shí)間與維持時(shí)段同起風(fēng)時(shí)間與持續(xù)時(shí)間有較好的對(duì)應(yīng)， 地面鋒生的位置與大風(fēng)發(fā)生的區(qū)域一致。
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張 超，陳春艷，吐莉尼沙，施俊杰，安大維，張 俊
（新疆氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊830002）
大風(fēng)是新疆主要災(zāi)害性天氣之一， 由于天山特殊地形的影響，當(dāng)冷空氣入侵時(shí)，因獨(dú)特狹管效應(yīng)和冷空氣翻山后的加速下滑極易產(chǎn)生大風(fēng)。 南疆盆地的翻山大風(fēng)就是一種典型的致災(zāi)性大風(fēng)之一， 其持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，瞬間風(fēng)力大，破壞性極高。 由于南疆植被稀疏，沙源充足，大風(fēng)的出現(xiàn)常伴隨劇烈沙塵天氣。近年來(lái)， 氣象工作者對(duì)北方冷空氣大風(fēng)開(kāi)展了深入研究，取得了較多研究成果[1-9]，楊澄等[10]對(duì)高原東南側(cè)復(fù)雜地形下的5 次冬季大風(fēng)天氣進(jìn)行分析， 發(fā)現(xiàn)該類大風(fēng)受低空急流背景和垂直運(yùn)動(dòng)影響， 鄔仲勛等[11]研究了冷空氣過(guò)程下的動(dòng)量下傳特征，指出動(dòng)量下傳大風(fēng)是高低空風(fēng)場(chǎng)輻合輻散的環(huán)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)迫所造成的，陳艷等[12]對(duì)河北一次強(qiáng)風(fēng)沙天氣成因分析時(shí)指出， 高空急流的加強(qiáng)和中尺度反環(huán)流圈的形成是強(qiáng)沙塵暴發(fā)生的重要原因。 對(duì)于新疆大風(fēng)的研究，前期也積累了許多研究成果[13-15]，張俊蘭等[16]對(duì)南疆一次翻山大風(fēng)進(jìn)行診斷分析， 認(rèn)為高空急流和低空急流共同作用是動(dòng)量下傳的動(dòng)力機(jī)制， 肉孜·阿基等[17]對(duì)阿圖什兩次大風(fēng)天氣對(duì)比分析，指出高空斜壓槽， 地面冷鋒及南疆盆地?zé)岬蛪菏钱a(chǎn)生大風(fēng)的影響系統(tǒng)，努爾比亞·吐尼亞孜等[18]對(duì)南疆西部冬季一次大風(fēng)天氣分析時(shí)指出，高空鋒區(qū)、動(dòng)量下傳、極地冷空氣補(bǔ)充及海平面氣壓梯度與南疆西部大風(fēng)密切相關(guān)。 這些成果對(duì)新疆大風(fēng)預(yù)報(bào)起到一定的指導(dǎo)作用，但對(duì)于天山南坡翻山大風(fēng)的物理機(jī)理、預(yù)報(bào)指標(biāo)等內(nèi)容的研究仍較為缺乏。
2018 年新疆強(qiáng)冷空氣活動(dòng)頻繁， 大風(fēng)天氣頻發(fā)，致災(zāi)性重，風(fēng)災(zāi)造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)20 億元，占總災(zāi)損失的80%，5 月出現(xiàn)5 場(chǎng)強(qiáng)天氣過(guò)程，較歷年次數(shù)明顯偏多，強(qiáng)度偏強(qiáng)，尤其是5 月7 日和24 日天山南坡兩次翻山大風(fēng)，影響范圍廣，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，極大風(fēng)力大， 且正值春季農(nóng)事活動(dòng)關(guān)鍵時(shí)期， 對(duì)農(nóng)業(yè)、林果業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)、交通、城市設(shè)施和人民生活造成嚴(yán)重影響。 本文通過(guò)對(duì)2018 年5 月7 日和24 日影響天山南坡的兩次翻山大風(fēng)天氣進(jìn)行診斷分析，分析其環(huán)流形勢(shì)、影響系統(tǒng)，揭示動(dòng)力、熱力機(jī)制和成因，并為今后的大風(fēng)預(yù)報(bào)預(yù)警提供一定依據(jù)。
1 資料選取
利用2018 年5 月歐亞范圍高空、地面常規(guī)探測(cè)站點(diǎn)資料及（20°～70°N，50°～110°E）ERA-interim 0.25°×0.25°逐6 h 間隔網(wǎng)格再分析資料， 對(duì)影響天山南坡的兩次翻山大風(fēng)天氣的物理機(jī)制進(jìn)行對(duì)比分析。
2 天氣過(guò)程概述
個(gè)例1：2018 年5 月7 日凌晨至夜間，阿克蘇地區(qū)、巴音郭楞蒙古自治州（簡(jiǎn)稱巴州）北部一帶出現(xiàn)了大范圍強(qiáng)風(fēng)、沙塵天氣，瞬間風(fēng)速大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)（表1），9 站瞬間極大風(fēng)速≥17.1 m/s，大風(fēng)過(guò)程于7日02 時(shí)巴州北部山區(qū)開(kāi)始，最強(qiáng)時(shí)段在11—17 時(shí)，最大風(fēng)力出現(xiàn)在和靜縣，瞬間極大風(fēng)速達(dá)30.1 m/s，24 時(shí)大風(fēng)過(guò)程結(jié)束； 大風(fēng)造成7 站揚(yáng)沙，3 站沙塵暴，最小能見(jiàn)度不足300 m，出現(xiàn)在尉犁縣（時(shí)間在17—18 時(shí)）。 風(fēng)沙造成農(nóng)作物絕收、大棚設(shè)施受損、果樹(shù)落果等，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)12 652 余萬(wàn)元。
表1 兩次翻山大風(fēng)天氣過(guò)程實(shí)況對(duì)比
個(gè)例2：2018 年5 月24 日凌晨至夜間， 阿克蘇地區(qū)、 巴州北部一帶再次出現(xiàn)大范圍強(qiáng)風(fēng)、 沙塵天氣，大風(fēng)站點(diǎn)多，影響時(shí)間長(zhǎng)，15 站瞬間極大風(fēng)速≥17.1 m/s，03 時(shí)巴州北部山區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)大風(fēng)，最強(qiáng)時(shí)段在08—17 時(shí)，5 站大風(fēng)持續(xù)時(shí)間超過(guò)8 h 以上，其中和靜站瞬間最大風(fēng)速31.1 m/s ，22 時(shí)大風(fēng)過(guò)程結(jié)束；大風(fēng)伴有揚(yáng)沙和短時(shí)沙塵暴，5 站出現(xiàn)揚(yáng)沙，4站出現(xiàn)沙塵暴，阿克蘇市、尉犁縣、鐵干里克縣等地最小能見(jiàn)度不足300 m。此次過(guò)程造成兩地州農(nóng)業(yè)、林業(yè)受災(zāi)嚴(yán)重，直接經(jīng)濟(jì)損失60 786 萬(wàn)元。
兩次天氣過(guò)程均呈現(xiàn)出最大風(fēng)速大、 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣等特點(diǎn)，并引發(fā)揚(yáng)沙或沙塵暴天氣，24 日大風(fēng)過(guò)程較7 日更強(qiáng)，從兩次過(guò)程最大風(fēng)速中心和靜站的海平面氣壓和極大風(fēng)速小時(shí)變化可以看出（圖1），在過(guò)程前存在氣壓的顯著下降，起風(fēng)時(shí)迅速加壓，風(fēng)速有突增的現(xiàn)象，大風(fēng)結(jié)束時(shí)間要早于加壓結(jié)束時(shí)間。
3 環(huán)流形勢(shì)和天氣系統(tǒng)演變
3.1 高空環(huán)流演變
圖1 和靜站5 月7 日（a）和24 日（b）大風(fēng)過(guò)程風(fēng)速與氣壓小時(shí)變化
2018 年5 月6 日20 時(shí)（圖2a），500 hPa 歐亞范圍中高緯呈兩脊一槽型，環(huán)流經(jīng)向度大，里海地區(qū)為高壓脊， 西西伯利亞地區(qū)為低渦槽， 中心值520 Dagpm，配合有-40 ℃冷中心，溫度槽落后于高度槽，風(fēng)場(chǎng)有明顯氣旋式切變，低槽呈西南—東北向分布，槽底南伸至45°N。 07 日08 時(shí)（圖2b），隨著里海脊東南衰退，西西伯利亞低槽東南壓，槽底南伸至40°N以南， 引導(dǎo)冷空氣快速南下， 翻越天山進(jìn)入南疆盆地。 同時(shí)，天山南坡高低空急流發(fā)展加強(qiáng)，高空急流中心增強(qiáng)至50 m/s， 而850 hPa 出現(xiàn)16 m/s 的偏北急流。20 時(shí)，冷槽移至東疆，天山南坡高空急流軸隨之東移，低空急流顯著減弱，大風(fēng)沙塵天氣逐漸結(jié)束。
2018 年5 月23 日20 時(shí)（圖2c），500 hPa 歐亞范圍呈兩脊一槽環(huán)流型， 里海地區(qū)阻塞高壓脊穩(wěn)定維持，高壓中心為588 dagpm，脊前偏北急流強(qiáng)盛，中心風(fēng)速達(dá)48 m/s， 偏北急流不斷將極區(qū)冷空氣引導(dǎo)南下。西西伯利亞地區(qū)為西南—東北走向低槽，配合有-28 ℃冷槽，溫度槽明顯落后高度槽，槽底南伸至40 °N，300 hPa 高空急流位于北緯45 °N 附近。里咸海阻塞高壓脊穩(wěn)定維持， 脊前西北急流引導(dǎo)冷空氣快速東南下。 24 日08 時(shí)（圖2d），500 hPa 槽底伸至35°N 附近，天山南坡高空風(fēng)速明顯加強(qiáng)，庫(kù)爾勒探空站風(fēng)速由14 m/s 增加至24 m/s，同時(shí)，天山山區(qū)鋒區(qū)加強(qiáng)，溫度梯度增大，300 hPa 高空急流軸南壓并轉(zhuǎn)為西南—東北走向， 天山南坡位于高空急流入口區(qū)右側(cè)，庫(kù)爾勒探空站300 hPa 風(fēng)速由10 m/s增至28 m/s。 850 hPa 出現(xiàn)22 m/s 的偏北急流，20時(shí)，隨著低槽東移，低空急流消失，冷空氣進(jìn)入南疆盆地，風(fēng)沙天氣過(guò)程逐漸結(jié)束。
3.2 地面系統(tǒng)演變
5 月4 日20 時(shí)（圖3a），地面冷高壓首見(jiàn)于新地島附近，高壓中心強(qiáng)度為1038 hPa，沿烏拉爾山南移，6 日20 時(shí)，地面冷高壓抵達(dá)烏拉爾山南端，氣壓場(chǎng)呈西北高東南低型分布， 冷高壓中心位于巴爾喀什湖到咸海一帶，中心為1030 hPa，此時(shí)地面冷鋒已進(jìn)入西天山一帶，此過(guò)程天山南坡伴有-2 hPa～-3 hPa 的3 h 變壓，而南疆盆地有熱低壓生成，低壓中心997 hPa，隨后冷高壓中心沿50°N 東移。 7 日08時(shí)，地面冷高壓中心加強(qiáng)至1033 hPa，南、北疆海面氣壓梯度進(jìn)一步加大，伊寧站與阿克蘇站壓差達(dá)27 hPa。 隨著高空冷槽過(guò)境，伊寧站與阿克蘇站最大壓差增至29 hPa， 南疆盆地出現(xiàn)明顯加壓，7 日20—23 時(shí)，3 h 氣壓變幅最劇烈， 在+3 hPa～+5.7 hPa，熱低壓逐漸消失。
圖3 兩次大風(fēng)過(guò)程地面系統(tǒng)演變
5 月21 日20 時(shí)（圖3b），地面冷高壓首見(jiàn)于波羅的海附近，逐漸沿西北—東南方向移動(dòng)。 23 日20時(shí)冷高壓抵達(dá)烏拉爾山南端， 此時(shí)海平面氣壓場(chǎng)呈西高東低型分布，冷高壓中心在咸海一帶，中心強(qiáng)度為1025 hPa，冷鋒已開(kāi)始影響西天山一帶，隨后，地面冷高壓加強(qiáng)并繼續(xù)東南移動(dòng)，24 日02 時(shí)南疆盆地有熱低壓生成，低壓中心為997 hPa，05 時(shí)熱低壓進(jìn)一步發(fā)展，低壓中心達(dá)995 hPa，24 日08 時(shí)，地面冷高壓移至巴爾喀什湖北側(cè)，中心強(qiáng)度增至1030 hPa，冷高壓東南象限海平面氣壓梯度進(jìn)一步增大， 伊寧站與阿克蘇站壓差已增加至31 hPa。24 日20 時(shí)，南疆盆地加壓劇烈，3 h 變壓幅度在+4 hPa～+5.8 hPa，熱低壓減弱消失。
3.3 異同點(diǎn)分析
上述兩次風(fēng)沙天氣環(huán)流演變的共同特征：500 hPa 均為兩脊一槽環(huán)流背景，環(huán)流經(jīng)向度大，系統(tǒng)斜壓性強(qiáng)，低槽呈西南—東北走向，溫度槽落后于高度槽， 配合有明顯的氣旋性切變， 主導(dǎo)脊前有偏北急流， 低槽為東南移路徑， 過(guò)境時(shí)伴隨有強(qiáng)冷平流入侵。 起風(fēng)時(shí)，氣壓場(chǎng)分布均為西北高東南低分布型，南北壓差大，氣壓梯度強(qiáng)，南疆盆地中心均有熱低壓生成，地面冷鋒翻山進(jìn)入南疆盆地。都存在高空低空急流配合，高空300 hPa 存在高空急流，風(fēng)沙落區(qū)位于高空急流入口區(qū)右側(cè)。
不同點(diǎn)分析：冷空氣源地和路徑不同，個(gè)例1 冷空氣源地位于新地島附近，沿北方路徑侵入新疆，個(gè)例2 冷空氣源地位于波羅的海附近， 沿西北路徑入侵；高空環(huán)流演變特征存在明顯差異，個(gè)例1 為弱脊強(qiáng)槽，里海脊東南衰退推動(dòng)冷空東南下進(jìn)入新疆，個(gè)例2 為強(qiáng)脊弱槽， 里咸海地區(qū)阻塞高壓脊穩(wěn)定維持，500 hPa 脊前強(qiáng)的西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下進(jìn)入我區(qū)；脊前偏北急流強(qiáng)度、低槽底部南伸程度及低空偏北急流強(qiáng)度不同，個(gè)例2 高、低空偏北急流明顯偏強(qiáng)，低槽底部較個(gè)例1 偏南5°。
兩次過(guò)程均伴有明顯的高空脊前偏北急流，根據(jù)地面形勢(shì)方程， 偏北急流的負(fù)渦度平流有利于巴爾喀什湖冷高壓不斷加壓，冷高壓南下過(guò)程中加強(qiáng)，低槽底部偏南，更有利于引導(dǎo)冷空氣翻入南疆盆地，地面熱低壓發(fā)展更為迅速，南北壓差更大，低空偏北急流更強(qiáng)，可見(jiàn)，脊前偏北急流強(qiáng)度、低槽底部南伸程度以及低空偏北急流強(qiáng)度對(duì)天山南坡風(fēng)沙天氣的范圍、強(qiáng)度有較大影響。
4 物理量診斷對(duì)比
4.1 高空急流與垂直運(yùn)動(dòng)分析
兩次大風(fēng)過(guò)程300 hPa 附近均伴有高空急流，且大風(fēng)沙塵落區(qū)發(fā)生在高空急流出口區(qū)右側(cè)， 而高空急流入口區(qū)易引發(fā)次級(jí)環(huán)流，其右側(cè)輻散抽吸，有利于上升運(yùn)動(dòng)，而左側(cè)輻合，易產(chǎn)生下沉運(yùn)動(dòng)，為進(jìn)一步了解大風(fēng)風(fēng)速的空間結(jié)構(gòu)，本節(jié)沿和靜站86°E作全風(fēng)速與垂直速度的高度—緯向剖面圖， 通過(guò)全風(fēng)速與垂直運(yùn)動(dòng)的演變，對(duì)比分析兩次過(guò)程（圖4）。
個(gè)例1 中，在大風(fēng)過(guò)程前和大風(fēng)過(guò)程中，天山山區(qū)附近（42°N） 在200~300 hPa 高度上存在大風(fēng)速核，風(fēng)速中心達(dá)55 m/s，在過(guò)程前期（7 日02 時(shí)）（圖4a），天山北側(cè)中低層出現(xiàn)明顯垂直上升運(yùn)動(dòng)，最強(qiáng)上升中心高度在800~700 hPa 附近， 中心強(qiáng)度達(dá)-1.4 Pa/s，隨后，急流中心明顯加強(qiáng)，同時(shí)天山南坡對(duì)流層中低層風(fēng)速明顯增大，14 時(shí)， 天山南坡出現(xiàn)強(qiáng)烈下沉運(yùn)動(dòng)， 最大下沉速度中心在800 hPa 附近，中心強(qiáng)度達(dá)1 Pa/s，下沉運(yùn)動(dòng)同南疆盆地的垂直上升運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了完整的垂直環(huán)流圈，20 時(shí)， 下沉運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步加強(qiáng)，垂直環(huán)流維持，8 日02 時(shí)，高空急流中心及下沉氣流明顯減弱，垂直環(huán)流圈消失。
個(gè)例2， 大風(fēng)過(guò)程期間也存在和維持高空急流以及垂直環(huán)流圈，24 日08 時(shí)（圖4d），高空急流中心位于北疆， 急流中心50 m/s， 位于300~400 hPa 附近，天山兩側(cè)800~400 hPa 高度均為上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，24日14 時(shí)，高空急流中心南移，中心風(fēng)速減小至35 m/s，天山南坡對(duì)流層低層出現(xiàn)下沉氣流，中心值達(dá)1 Pa/s，形成垂直環(huán)流圈，24 日20 時(shí)，強(qiáng)烈下沉氣流與垂直環(huán)流圈繼續(xù)維持，25 日02 時(shí)，下沉氣流明顯減弱，垂直環(huán)流圈消失。
兩次大風(fēng)過(guò)程前后， 天山南坡上空均受高空急流影響， 對(duì)流層中低層均伴隨著上升氣流到下沉氣流的反轉(zhuǎn)，這可能是南、北疆明顯冷熱差異變化的熱力作用同高空急流變化產(chǎn)生的動(dòng)力作用共同造成的結(jié)果。 大風(fēng)出現(xiàn)前期，冷空氣在北疆堆積，并出現(xiàn)明顯爬坡運(yùn)動(dòng)，當(dāng)冷空氣經(jīng)天山翻入南疆盆地時(shí)，冷空氣強(qiáng)烈下沉， 同時(shí)伴隨著位能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)換是大風(fēng)的重要原因。 大風(fēng)期間維持垂直環(huán)流圈， 其出現(xiàn)時(shí)間、維持時(shí)間與大風(fēng)最強(qiáng)時(shí)段有較好的對(duì)應(yīng)，大風(fēng)區(qū)正位于垂直環(huán)流圈的下沉支區(qū)域。
4.2 溫度平流
圖4 沿86°E 緯向全風(fēng)速及垂直運(yùn)動(dòng)剖面
溫度平流是斜壓擾動(dòng)強(qiáng)烈發(fā)展的主要熱力因子，槽前暖平流使槽前高壓脊發(fā)展，槽后冷平流使槽加深。同時(shí)冷平流的侵入可使地面氣壓加壓迅速，增強(qiáng)大風(fēng)，冷平流越強(qiáng)，出現(xiàn)的風(fēng)力也越大。 兩次大風(fēng)個(gè)例均伴有高空強(qiáng)冷平流自北向南快速進(jìn)入過(guò)程（圖5）。 個(gè)例1，7 日08 時(shí)， 冷平流中心在47°N 附近，中心高度在400～500 hPa，中心值-80×10-5K/s，隨后冷平流中心快速南移，20 時(shí)中心高度在350 hPa附近，對(duì)流層中低層（700 hPa）也出現(xiàn)-10×10-5K/s的冷平流。 個(gè)例2，24 日08 時(shí)，冷平流中心在48°N附近， 中心高度也在500 hPa 左右， 中心值為-60×10-5K/s， 隨后強(qiáng)冷平流中心快速進(jìn)入南疆盆地，中心高度在600 hPa 附近，最強(qiáng)中心達(dá)-40×10-5K/s。
兩個(gè)例高空冷平流移入南疆盆地所在的高度明顯不同，個(gè)例1 冷平流中心高度高，南疆盆地對(duì)流層中低層冷平流弱，個(gè)例2 冷平流中心高度偏低，在南疆盆地對(duì)流層中低層造成冷平流強(qiáng)度強(qiáng)。 大風(fēng)出現(xiàn)前期，冷平流在天山北側(cè)維持，有利于天山兩側(cè)溫度梯度進(jìn)一步增大，天山北坡氣壓持續(xù)增加，南北氣壓梯度不斷增大，為冷空氣的翻山集聚能量，當(dāng)高層平流的快速侵入南疆，冷卻作用使得低層加壓，變壓梯度增大，利于變壓風(fēng)的出現(xiàn)，同時(shí)高層冷平流于低層暖低壓的高低疊置， 在一定程度上造成了熱力不穩(wěn)定，有利于南疆盆地風(fēng)沙天氣的產(chǎn)生。
4.3 鋒生函數(shù)
鋒生是指鋒區(qū)內(nèi)溫度或位溫梯度增強(qiáng)的過(guò)程，常用鋒生函數(shù)診斷鋒生過(guò)程，當(dāng)鋒生函數(shù)為正值時(shí)，有鋒生，為負(fù)值時(shí)，鋒消。 5 月7 日02 時(shí)（圖6a），天山附近鋒生顯現(xiàn)很弱， 天山南坡等位溫線稀疏，08時(shí)，天山山區(qū)附近（42°N）出現(xiàn)明顯鋒生，最強(qiáng)的鋒生高度在500～800 hPa 附近， 同時(shí)在天山南坡等位溫線密集程度突然增大，等位溫線坡度接近90°，等熵面坡度大于地形坡度更有利于下坡風(fēng)的出現(xiàn)，強(qiáng)烈鋒生的出現(xiàn)與高空槽東南下，侵入南疆時(shí)間一致，14 時(shí)，鋒生區(qū)域增大并略向南移，天山南坡對(duì)流層低層的等熵面坡度進(jìn)一步增大，02 時(shí)， 鋒生過(guò)程結(jié)束， 天山南坡等位溫線逐漸稀疏且等熵面坡度明顯減小。5 月24 日08 時(shí)（圖6e），天山山區(qū)附近也出現(xiàn)強(qiáng)烈鋒生現(xiàn)象，14 時(shí)， 鋒生區(qū)強(qiáng)度增大并向低層延伸， 對(duì)流層低層的等位溫線呈現(xiàn)近于垂直的密集分布，隨后鋒生區(qū)域由低到高逐漸消失。
鋒生的出現(xiàn)時(shí)間與維持時(shí)段同起風(fēng)時(shí)間與持續(xù)時(shí)間有較好的對(duì)應(yīng)， 地面鋒生的位置與大風(fēng)發(fā)生的區(qū)域一致。 兩次過(guò)程鋒生最強(qiáng)區(qū)域均在天山山區(qū)附近，鋒生開(kāi)始對(duì)流層中層，逐漸向低層延伸，自低到高呈現(xiàn)向北傾斜的結(jié)構(gòu)，最強(qiáng)高度在500～800 hPa。天山山區(qū)的鋒生作用有利于進(jìn)一步增強(qiáng)大氣斜壓性，加大斜壓不穩(wěn)定以及激發(fā)次級(jí)環(huán)流的產(chǎn)生，對(duì)翻山大風(fēng)的出現(xiàn)起到了一定觸發(fā)作用。
圖5 溫度平流沿86°E 垂直剖面
圖6 鋒生函數(shù)沿86°E 垂直剖面
5 結(jié)論
利用高空、 地面常規(guī)探測(cè)資料及ERA-interim 0.25°×0.25°再分析資料， 對(duì)2018 年5 月7 日和24日影響天山南坡的兩次翻山大風(fēng)天氣進(jìn)行診斷分析，得出如下結(jié)論。
（1）500 hPa 兩脊一槽的經(jīng)向環(huán)流是兩次大風(fēng)的環(huán)流背景，西南—東北走向的冷槽、300 hPa 高空急流、低空急流、巴爾喀什湖冷高壓、南疆盆地?zé)岬蛪菏侵饕绊懴到y(tǒng)。 風(fēng)沙落區(qū)與高空急流入口區(qū)右側(cè)、低空急流正下方、地面強(qiáng)的氣壓梯度區(qū)前側(cè)相對(duì)應(yīng)。 脊前偏北急流強(qiáng)度、低空急流強(qiáng)度、低槽底部南伸程度以及低空偏北急流強(qiáng)度對(duì)天山南坡風(fēng)沙天氣的范圍、強(qiáng)度有關(guān)系密切。
（2）強(qiáng)的水平氣壓梯度力和地形造成的冷空氣下坡效應(yīng)是兩次大風(fēng)的主要原因， 伊寧站與阿克蘇站最大壓差超過(guò)30 hPa，大風(fēng)出現(xiàn)前期，冷空氣在天山北側(cè)出現(xiàn)明顯爬坡運(yùn)動(dòng)，最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)達(dá)-1.4 Pa/s，當(dāng)冷空氣經(jīng)天山翻入南疆盆地時(shí)，冷空氣強(qiáng)烈下沉，等熵面坡度大于地形坡度， 伴隨著位能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)換。 大風(fēng)期間維持垂直環(huán)流圈，其出現(xiàn)時(shí)間、維持時(shí)間與大風(fēng)最強(qiáng)時(shí)段有較好的對(duì)應(yīng)， 大風(fēng)區(qū)正位于垂直環(huán)流圈的下沉支區(qū)域。
（3）兩次過(guò)程強(qiáng)冷平流中心高度存在明顯差異，大風(fēng)出現(xiàn)前期，冷平流在天山北側(cè)維持，有利于天山兩側(cè)溫度梯度進(jìn)一步增大， 有利于南北氣壓梯度不斷增大，為冷空氣的翻山集聚能量，當(dāng)高層冷平流的快速侵入，有利于變壓風(fēng)的出現(xiàn)，在一定程度上造成了熱力不穩(wěn)定，有利于南疆盆地風(fēng)沙天氣的產(chǎn)生。
（4）大風(fēng)期間天山山區(qū)附近伴隨強(qiáng)烈鋒生現(xiàn)象，鋒生開(kāi)始于對(duì)流層中層，逐漸向低層延伸，自低到高呈現(xiàn)向北傾斜的結(jié)構(gòu)，最強(qiáng)高度在500～800 hPa。 鋒生的出現(xiàn)時(shí)間與維持時(shí)段同起風(fēng)時(shí)間與持續(xù)時(shí)間有較好的對(duì)應(yīng)， 地面鋒生的位置與大風(fēng)發(fā)生的區(qū)域一致。
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