黃艷 俞小鼎 張云惠

(1 新疆和田地區(qū)氣象臺， 和田 844000; 2 中國氣象局干部培訓學院，北京 100081;3 新疆維吾爾自治區(qū)氣象臺，烏魯木齊 840000)

引言

新疆是我國主要的糧棉生產基地，由于其獨特的下墊面性質，在農作物主要生長季常發(fā)生短時強對流天氣，尤其是短時強降水天氣，據(jù)統(tǒng)計近10年新疆發(fā)生了1700余站次短時強降水，由于新疆地大人稀，短時強降水時間、空間尺度小，極難準確預報，短時強降水天氣成為新疆氣象工作者的研究重點之一,也成為新疆氣象服務工作的難點之一。近年來，許多專家和學者對短時強降水天氣做了大量的總結[1-23]。高曉梅等[1]將魯中短時強對流天氣進行分類并給出關鍵環(huán)境參數(shù)的分布特征和預報閾值，給預報員一個量化指標。陳元昭等[2]對珠江三角洲地區(qū)重大短時強降水的基本流型與環(huán)境參量特征進行了分析，給出了珠江三角洲地區(qū)極端短時強降水的天氣流型配置和關鍵環(huán)境參數(shù)范圍。花家嘉等[3]給出了河北唐山地區(qū)盛汛期短時強降水概念模型，并對其物理量進行了分析。本文將根據(jù)上述研究方法及成果給出新疆短時強降水環(huán)境參量特征及預報閾值。新疆氣象工作者雖然對本地暴雨天氣進行了研究[24-28]，給出了南北疆暴雨天氣過程發(fā)生機制以及中尺度特征，但對新疆暴雨天氣關鍵環(huán)境參數(shù)特征分析少,尤其對新疆短時強降水天氣的主要天氣流型、關鍵環(huán)境參數(shù)特征和預報潛勢指標的分析研究則更少。筆者[28]曾對南疆2010—2016年短時強降水過程進行初步分析，建立了3種概念模型，發(fā)現(xiàn)整層濕和上濕下干是南疆短時強降水的主要溫濕廓線類型，同時得到了不同溫濕廓線類型的部分環(huán)境參數(shù)平均態(tài)分布，但對南疆短時強降水的預報閾值等量化指標未進行討論。本文進一步對新疆2010—2018年的強降水天氣進行研究，主要探討：①新疆短時強降水天氣的主要天氣流型；②新疆短時強降水天氣個例的探空曲線特征；③不同流型新疆短時強降水各型溫濕廓線形態(tài)對應的關鍵環(huán)境參數(shù)特征和預報閾值，為新疆預報短時強降水天氣潛勢提供依據(jù)。

1 研究資料和方法

本文根據(jù)新疆多年的預報服務實踐、暴雨洪水成災事實和干旱半干旱地區(qū)暴雨特點，結合新疆預報業(yè)務，新疆氣象部門定義短時強降水標準為1 h降水量≥10 mm。本文約定新疆短時強降水過程定義為：1 h內有2個或以上相鄰測站雨強均≥10 mm·h-1或同一測站連續(xù)2 h降水量≥10 mm·h-1的，即為一次短時強降水過程。在統(tǒng)計2010—2018年新疆短時強降水數(shù)據(jù)時，剔除了有誤觀測數(shù)據(jù)站點及2010—2012年陸續(xù)建設的區(qū)域自動氣象站，獲得了2010—2018年1345個自動氣象站逐小時觀測資料(其中國家基本自動氣象站105個)，數(shù)據(jù)經過新疆氣象信息中心篩選、整理、檢測，實現(xiàn)了嚴格的質量控制，根據(jù)如上定義得到468次新疆短時強降水過程，分析統(tǒng)計其主要流型特征。

以新疆伊寧、阿勒泰、烏魯木齊、克拉瑪依、庫爾勒、若羌、喀什、和田、阿克蘇、庫車和民豐等11部GFE(L)型高空氣象站為代表(圖1)，采用2010—2018年代表站暖季短時強降水過程每日08:00、20:00(北京時間，下同)的探空觀測資料，在時間上選取時次為強對流天氣發(fā)生之前最近時次(如短時強降水出現(xiàn)時間接近08:00，則選08:00的探空資料；如短時強降水出現(xiàn)時間接近20:00，則選擇20:00的探空資料)，在空間上則選探空站為最接近短時強降水發(fā)生地的探空站(落區(qū)與探空站直線距離不超過100 km)。如上規(guī)則，根據(jù)時空分布對468個新疆短時強降水過程篩選、整理，共挑選出433個有效探空個例進行溫濕廓線特征及環(huán)境參量特征分析。

圖1 新疆地形及探空站(白色)、國家站(紅點)和自動區(qū)域站(黑點)分布

本文采用強對流天氣流型辨識方法[29]和基于構成要素的預報方法(配料法)的主要思路[30]，分析新疆短時強降水T-lnp圖溫濕廓線形態(tài)特征，對靜力不穩(wěn)定、水汽，以及將二者結合形成的表達大氣深厚濕對流發(fā)生潛勢的參數(shù)如對流有效位能CAPE等，配合深層垂直風切變等要素進行分析。其中：用850 hPa 和500 hPa間溫差(ΔT85)來表示對流層中低層的靜力不穩(wěn)定，水汽條件用地面至700 hPa露點平均值(Tdsur7)表示，由于大多數(shù)對流發(fā)生在午后，故本文的對流有效位能CAPE為探空資料訂正后的參數(shù)，即采用短時強降水發(fā)生日08：00探空和午后最高氣溫和對應的露點溫度對時間分辨率超過4 h的探空資料CAPE和CIN進行訂正。深層垂直風切變則采用0～6 km 的風矢量差來表征[31-33]。將0～6 km垂直風切變劃分為3類:<2.0×10-3s-1為弱垂直風切變，2.0～3.3×10-3s-1為中等強度垂直風切變，>3.3×10-3s-1為強垂直風切變。

通過箱線圖給出各種關鍵參數(shù)的分布范圍，考慮若用箱線圖中某參數(shù)的最低值作為預報閾值，則可能出現(xiàn)較大的虛警率，故采用某關鍵參數(shù)分布的25%百分位作為預報最低閾值的初猜值。

2 短時強降水過程主要流型

根據(jù)NECP 1°×1°再分析資料， 對2010—2018年468個新疆短時強降水過程的500 hPa影響系統(tǒng)進行合成分析，主要有中亞低槽(渦)、西西伯利亞低槽(渦)、西北氣流等3類流型(圖2)，統(tǒng)計分析可知，中亞低槽(渦)是新疆短時強降水的主要影響系統(tǒng)，共有307次，占總過程65.6%；其次是西西伯利亞低槽(渦)87次，占總過程18.6%；而西北氣流69次，占總過程14.7%。由于新疆幅員遼闊，各地區(qū)短時強降水的影響系統(tǒng)因地理位置、地形及緯度不同，主要流型表現(xiàn)形式也有所不同，因此，又可細分為低槽(渦)背景下分裂短波、低槽(渦)前(后)及主槽東移影響等。

(1)中亞低槽(渦)：中亞低槽(渦)是新疆短時強降水的主要影響系統(tǒng)。如圖2a，500 hPa低槽(渦)在60°～90°E、35°～55°N范圍內，或者有2條閉合等值線，有明顯的氣旋性風場，新疆位于中亞低槽(渦)前西南或偏南氣流(急流)上，冷溫槽落后于高度槽，低渦前西南或偏南氣流(急流)上為暖濕平流配合有溫度槽，伊朗副熱帶高壓向北發(fā)展與里海高壓脊疊加，經向度較大，貝加爾湖高壓脊經向度發(fā)展相對較小，中亞低槽(渦)不斷向南加深，并不斷分裂短波影響新疆。700～850 hPa(圖略)均有飽和濕區(qū)、風速輻合區(qū)，出現(xiàn)顯著氣流(北疆為偏西急流、冷切變線)，南疆盆地有偏東氣流，西北(偏西)與偏東(東南)風切變線，且在低層濕區(qū)不明顯。中低層北疆低空急流遇山地地形強迫抬升形成中尺度輻合線，而南疆盆地偏東氣流(急流)除了熱力輸送作用外，還起到動力抬升及觸發(fā)作用，促使中尺度切變或輻合加強，從而產生短時強降水。地面上(圖略)，南北疆均為冷高壓前正變壓區(qū)；阿勒泰地區(qū)有風的輻合、切變、暖區(qū)；南疆有風的輻合、冷池。

(2)西西伯利亞低槽(渦)：西西伯利亞低槽(渦)是新疆短時強降水的重要影響系統(tǒng)。如圖2b，500 hPa歐亞范圍呈兩脊一槽(渦)，中高緯環(huán)流經向度較大，西西伯利亞低槽(渦)在60°～100°E、40°～70°N范圍內，配合有明顯的溫度槽，里海高壓脊與貝加爾湖高壓脊發(fā)展強盛，西西伯利亞大槽穩(wěn)定維持，新疆位于低渦底部偏西(西南)氣流上，鋒區(qū)較強，不斷分裂波動影響新疆。由于午后升溫明顯，中層冷空氣侵入使得新疆局地環(huán)境場更加不穩(wěn)定。700 hPa上(圖略)，強降水落區(qū)位于急流出口區(qū)前部(北疆為偏西急流，南疆為偏東氣流)，落區(qū)有較明顯的風速輻合區(qū)、切變線、相對濕區(qū)。850 hPa北疆均有風速輻合區(qū)、相對濕區(qū)、冷暖交匯；南疆有切變線和暖脊發(fā)展。地面圖上，新疆大部均表現(xiàn)為有正變壓區(qū)、輻合或切變線。

(3)西北氣流：西北氣流僅占總過程14.7%。如圖2c，500 hPa歐亞范圍為兩槽一脊經向環(huán)流，新疆至中西伯利亞為經向度較大的長波脊，烏拉爾山附近和蒙古則為寬廣低槽活動區(qū)，北疆處于高壓脊前西北氣流控制，低層有偏西風擾動，兩者匯合，因前期降水，午后地面加熱增濕明顯，造成局地短時強降水。而南疆短時強降水一般出現(xiàn)在500 hPa低槽(渦)后西北氣流中，受槽后西北氣流冷平流強迫產生強對流天氣。700 hPa(圖略)北疆有西北氣流、切變線；南疆有風的輻合、切變線、飽和濕區(qū)，南疆盆地有偏東(東南)氣流，其西部轉為干冷空氣、東部有明顯濕區(qū)。850 hPa(圖略)北疆為西北氣流、切變線、暖區(qū)；南疆有東西風切變線、濕度較小，南疆盆地有偏東氣流。地面圖上，新疆均為正變壓區(qū)，有風的輻合、切變。此類短時強降水突發(fā)性強、預報難度大。

圖2 新疆短時強降水主要流型(實線為500 hPa高度場，風場為500 hPa風向風速場):(a)中亞低槽(渦),(b)西西伯利亞低槽(渦),(c)西北氣流

3 溫濕廓線形態(tài)特征

樊李苗等[34]根據(jù)探空曲線特征將中國短時強降水分為3型，提出I型(整層大氣較濕潤)為主要類型。本文根據(jù)時空分布對468個新疆短時強降水過程篩選、整理，對挑選出的433個有效探空個例的曲線特征進行統(tǒng)計分類，得到新疆短時強降水4種T-lnp圖(圖3)溫濕廓線形態(tài)：整層干(Ⅰ型)、上干下濕(Ⅱ型)、上濕下干(Ⅲ型)、整層濕(Ⅳ型)，從表1可以看出，整層干型是新疆短時強降水的主要類型。

圖3 新疆短時強降水探空溫濕廓線形態(tài)特征分型:(a)短時強降水Ⅰ型(整層干),(b)短時強降水Ⅱ型(上干下濕),(c)短時強降水Ⅲ型(上濕下干),(d)短時強降水Ⅳ型(整層濕)

表1 2010—2018年新疆短時強降水過程有效探空個例溫濕廓線分型 個數(shù)

3.1 短時強降水溫濕廓線形態(tài)Ⅰ型(整層干)

全疆共有130個，占個例總數(shù)31%，是新疆溫濕廓線的重要類型，與全國短時強降水的溫濕廓線特征大相徑庭[34]。此型主要影響系統(tǒng)為西西伯利亞低槽(渦)和西北氣流，多數(shù)個例表現(xiàn)為西伯利亞低槽攜帶的干冷空氣或西北氣流翻山的下沉氣流，與新疆午后下墊面急劇升溫產生的暖濕氣流交匯，加劇中、低層大氣層結不穩(wěn)定，造成局地對流性的短時強降水；落區(qū)主要出現(xiàn)在淺山山麓和盆地地帶，伊犁州和阿克蘇的山區(qū)時有發(fā)生。Ⅰ型大多表現(xiàn)為低層或者高層為淺薄濕層，中低層有較明顯干冷空氣侵入，如西伯利亞低槽(渦)底部分裂波動；或者無明顯濕層，對流有效位能(CAPE)和對流抑制能量 (CIN)相對較大，僅次于Ⅱ型；暖云層厚度最小；或者中層大氣層結較為濕潤，大多個例有中等強度的垂直風切變。

3.2 短時強降水溫濕廓線形態(tài)II型(上干下濕)

全疆共有87個個例，占總數(shù)20%，影響系統(tǒng)主要為西伯利亞低槽(渦)，西伯利亞低渦南下，伴隨干冷空氣的侵入造成此型短時強降水的發(fā)生，多出現(xiàn)在區(qū)域性降水天氣后午后升溫觸發(fā)的局地對流性短時強降水；大多出現(xiàn)在盆地和沿山地帶。Ⅱ型的探空溫濕廓線呈典型的“漏斗狀”，600 hPa以下大氣層結濕潤，高層大氣比較干燥。200～500 hPa附近有干空氣卷入，“上干冷、下暖濕”特征明顯，CAPE明顯較大，中低層常有中等強度或以上垂直風切變；暖云層厚度較厚，僅次于I型。

3.3 短時強降水溫濕廓線形態(tài)Ⅲ型(上濕下干)

全疆共有129個，占個例總數(shù)30%，是新疆溫濕廓線的主要類型，主要影響系統(tǒng)為中亞低槽(渦)和西北氣流，大多個例出現(xiàn)在中亞低槽前和槽后西北氣流里，干線觸發(fā)的局地對流性的短時強降水，出現(xiàn)在沿山、淺山山麓和山區(qū)地帶，伊犁、巴州和阿克蘇地區(qū)盆地大部均有發(fā)生。Ⅲ型探空溫濕廓線呈倒“V”形，600 hPa以上有較薄的濕潤層結，暖云層厚度較小，對流有效位能小，低層多為偏東風，且風向隨高度升高順轉，風速隨高度升高而增加，有中等或中等偏強的垂直風切變，CAPE最小，低層對流抑制能量(CIN)大。

3.4 短時強降水溫濕廓線形態(tài)Ⅳ型(整層濕)

全疆共有87個個例，占總數(shù)20%，主要影響系統(tǒng)為中亞低槽(渦)，多為系統(tǒng)性大范圍降水伴隨的局地短時強降水，出現(xiàn)在盆地、淺山山麓和山區(qū)地帶。僅從探空T-lnp形態(tài)來看，I型短時強降水天氣過程整層大氣比較濕潤、水汽含量均勻、暖云層厚度深厚；CAPE相對較小，中低層常有弱的或中等強度垂直風切變。

4 新疆短時強降水暖季關鍵環(huán)境參數(shù)

4.1 新疆暖季主要環(huán)境參數(shù)季節(jié)分布

表2是新疆暖季主要環(huán)境參數(shù)的各月平均分布，由于暖季新疆多為晴空少云天氣，850 hPa和500 hPa溫差普遍較大，850 hPa和500 hPa溫差(ΔT85)為26～31 ℃，且南疆溫差更大，這也是新疆獨特的氣候和地域特色。8月ΔT85略低，其他各月為29～31 ℃，說明5—7月、9月大氣條件不穩(wěn)定度高，發(fā)生深厚濕對流天氣的潛勢最大；且南疆各月ΔT85均明顯高于北疆，表明南疆地區(qū)大氣條件不穩(wěn)定度更高，較北疆更易發(fā)生對流天氣，觀測表明近10年南疆地區(qū)發(fā)生短時強降水的頻次明顯多于北疆地區(qū)。地面至700 hPa露點溫度均值(Tdsur7)的月分布呈先增大后逐漸減小的趨勢，說明新疆暖季7、8月低層水汽條件相對充足。對流有效位能(CAPE)平均值9月較小，只有276 J·kg-1，7月達到最大為442 J·kg-1，8月逐漸減小，但高于6月、9月。8月正值冷暖交替季節(jié)，大氣斜壓性較強，故0～6 km風矢量差(垂直風切變)最大，0～6 km風矢量差暖季平均值為1.6×10-3s-1，為弱的垂直風切變。

表2 新疆暖季主要環(huán)境參數(shù)的季節(jié)特征

4.2 靜力不穩(wěn)定

大氣靜力穩(wěn)定度常用850 hPa和500 hPa之間的溫差ΔT85表征，暖季干絕熱層結ΔT85為38～39 ℃，濕中性層結(假絕熱曲線)ΔT85大約為20～21 ℃(隨溫度變化)。一般情況對流性天氣ΔT85為21～39 ℃，其值越大，表示條件不穩(wěn)定性越強。如前所述，考慮新疆獨特的地域特征，ΔT85多為30 ℃左右，即新疆暖季極易滿足靜力不穩(wěn)定條件。

圖4是基于新疆短時強降水不同影響系統(tǒng)下4種探空溫濕度廓線型箱線圖，其中中亞低槽(渦)(圖4a)、西伯利亞低槽(渦)(圖4b)和西北氣流(圖4c)影響下的中位數(shù)，Ⅰ型分別為31.5 ℃、30.0 ℃和33.0 ℃，Ⅱ型分別為29.0 ℃、27.0 ℃和31.0 ℃，Ⅲ型分別為31.0 ℃、30.0 ℃和31.2 ℃，Ⅳ型分別為26.0 ℃、26.0 ℃和28.0 ℃，可以看出西北氣流影響下各型探空溫濕度廓線的中位數(shù)明顯較高，其次是中亞低槽(渦)，說明西北氣流影響下新疆發(fā)生的短時強降水靜力不穩(wěn)定性最強。3種影響系統(tǒng)下，Ⅰ型的中位值大于其他3型，高于新疆暖季平均態(tài)。

圖4 新疆短時強降水不同流型4種探空溫濕度廓線型(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)850 hPa與500 hPa溫差ΔT85(單位：℃)箱線分布:(a)中亞低槽(渦)、(b)西伯利亞低槽(渦)、(c)西北氣流(小圓圈為異常值，線段的最高點為統(tǒng)計最大值，最低點為統(tǒng)計最小值，箱型上框線為75%上四分位值，下框線為25%下四分位值，箱內線為中位值，×為平均值，下同)

3種影響系統(tǒng)下的短時強降水天氣ΔT85最小值分別為20.0 ℃、20.0 ℃和23.0 ℃，均出現(xiàn)在Ⅳ型，由于當日出現(xiàn)強對流天氣前，以多云到陰天氣為主，大氣層結接近于濕性層結，所以造成ΔT85較??；而最大值分別為38.0 ℃、36.0 ℃和39.0 ℃近乎于干絕熱層結，這種情況多在Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型發(fā)生，其中出現(xiàn)37.0 ℃的個例有4次，均出現(xiàn)在南疆。

3種影響系統(tǒng)下ΔT85的25%到75%百分位值Ⅰ型分別為30.0～34.0 ℃、28.3～33.0 ℃和29.0～34.0 ℃，Ⅱ型分別為26.0～31.0 ℃、25.0～30.0 ℃和29.0～32.0 ℃，Ⅲ型分別為29.8～33.0 ℃、28.0～32.0 ℃和29.8～32.0 ℃，Ⅳ型分別為24.0～29.0 ℃、25.0～30.0 ℃和27.0～30.0 ℃，西北氣流各型箱型均窄于其他兩種影響系統(tǒng)，西伯利亞影響下的I型箱體最寬。

采用ΔT85分布的25%百分位作為短時強降水預報最低閾值，中亞低槽(渦)、西伯利亞低槽(渦)和西北氣流影響下新疆短時強降水閾值分別為 24.0 ℃、25.0 ℃和27.0 ℃，可以看出其值均高于國內其他省份。

4.3 水汽條件

在等壓面上，等露點線與等比濕線是重合的，故用露點代表空氣中的絕對濕度。新疆短時強降水多發(fā)的暖季，水汽主要集中于大氣中低層，本文采用新疆短時強降水不同影響系統(tǒng)下短時強降水發(fā)生前地面至700 hPa露點均值(Tdsur7)代表水汽的絕對量(圖5)。由于新疆短時強降水多出現(xiàn)在凌晨、午后到傍晚，與探空觀測的時間分辨率有時遠超過4 h，且部分區(qū)域自動氣象站距離探空站100 km左右，可能造成少數(shù)個例地面至700 hPa露點溫度均值出現(xiàn)負值的觀測事實。中亞低槽(渦)、西伯利亞低槽(渦)和西北氣流影響下，對應箱線圖25%百分位到75%百分位差異明顯， Ⅰ型分別為3～9 ℃、2～6.8 ℃和5.1～7.7 ℃，Ⅱ型分別為6.5～10.6 ℃、5.9～12.1 ℃和3.5～11 ℃，Ⅲ型分別為3.8～8.1 ℃、3.4～9.6 ℃和2.9～7.7 ℃，Ⅳ型分別為7.2～11.5 ℃、7.9～10.0 ℃和6.8～10.0 ℃， 可以看出3種影響系統(tǒng)下均表現(xiàn)出濕度小的特征，其中Ⅲ型水汽要求較小，Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅳ型對水汽條件的要求是逐漸增大的，由于Ⅰ型和Ⅲ型占全部個例的61%，說明新疆短時強降水的發(fā)生關鍵在于對流層中、低層的水汽迅速輻合機制的形成。然而對水汽要求相對較高的Ⅱ型和Ⅳ型多發(fā)于7月下旬和8月，考慮此時新疆大部天氣干熱，水汽隨云底上升氣流進入對流云中，在凝結成云滴或冰晶時，潛熱釋放時蒸發(fā)潛熱表現(xiàn)明顯，因此所需水汽有所增加。

圖5 新疆短時強降水不同流型4種探空溫濕度廓線型(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)地面至700 hPa露點溫度均值箱線分布

若選擇Tdsur7的25%百分位值作為新疆水汽條件閾值，則中亞低槽(渦)、西伯利亞低槽(渦)和西北氣流影響下新疆短時強降水閾值分別為3.0 ℃、2.0 ℃和2.9 ℃，均低于我國大部省份，是新疆短時強降水強度弱于國內其他地區(qū)的主要原因。

4.4 CAPE

不穩(wěn)定(條件不穩(wěn)定)與水汽條件結合所表征的對流參數(shù)用對流有效位能(CAPE)和對流抑制能量(CIN)表征。圖6是新疆不同影響系統(tǒng)下4種探空溫濕度廓線型短時強降水天氣訂正后的CAPE分布，可以看出3種影響系統(tǒng)下的各型溫濕廓線差異較大，其中西北氣流型箱體寬于其他兩型，且CAPE值分布相對較分散。新疆各影響系統(tǒng)短時強降水對應的極大值分別為1455 J·kg-1、2104 J·kg-1和2457 J·kg-1，極大值出現(xiàn)日造成和田地區(qū)4縣、伊犁哈薩克自治州11站、阿勒泰地區(qū)中、西部大范圍的短時強降水過程。

在新疆系統(tǒng)性強降水天氣中CAPE值反應的較敏感，且與天氣發(fā)生的地點和時間存在密切相關性。圖6可以看出，新疆短時強降水天氣3種影響系統(tǒng)CAPE值的最低閾值，采用25%百分位CAPE 值，分別為117 J·kg-1、146 J·kg-1和103 J·kg-1作為該最低閾值，均低于我國大部省份。

圖6 新疆短時強降水不同流型4種探空溫濕度廓線型(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)對流有效位能CAPE箱線分布圖

4.5 深層垂直風切變

如圖7，不同影響系統(tǒng)下新疆4類短時強降水0～6 km垂直風切變≥2.0×10-3s-1為41%，達到3.3×10-3s-1以上較少，通常發(fā)生在大氣斜壓性較強的春末夏初或者夏末秋初，這種情況下強對流天氣由強垂直風切變背景下的高架雷暴所產生的可能較大[32-34]。對應不同影響系統(tǒng)下4種類型0～6 km垂直風切變箱線圖25%～75%百分位差異不大，Ⅰ型分別為1.2～2.2×10-3s-1、1.7～2.8×10-3s-1和1.0～2.3×10-3s-1，Ⅱ型分別為1.0～2.3×10-3s-1、1.8～3.3×10-3s-1和1.0～2.2×10-3s-1，Ⅲ型分別為0.8～2.3×10-3s-1、1.0～2.7×10-3s-1和1.3～2.2×10-3s-1，Ⅳ型分別為1.0～2.3×10-3s-1、1.5～2.8×10-3s-1和0.5～1.5×10-3s-1；可以看出，西伯利亞低槽(渦)型影響下各型垂直風切變的箱體明顯寬于其他兩類，其值較其他兩類影響系統(tǒng)明顯增大，高于新疆暖季平均態(tài)。最大值為5.3×10-3s-1，出現(xiàn)在2016年6月19日，受西伯利亞低槽底部影響，當日北疆伊犁地區(qū)10站出現(xiàn)≥10 mm·h-1的短時強降水過程。

圖7 新疆短時強降水不同流型4種探空溫濕度廓線型(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)0～6 km垂直風切變箱線分布圖

采用0～6 km垂直風切變的25%百分位值作為預報新疆短時強降水的最小閾值，對3種影響系統(tǒng)可以設定新疆分別為0.8×10-3s-1、1.0×10-3s-1和0.5×10-3s-1，均低于我國其他省份同類值。

5 應用檢驗

受中亞低槽分裂短波影響，2020年5月6—7日南疆西部昆侖山北坡多地出現(xiàn)系統(tǒng)性短時強降水過程，最大降水量為64.5 mm，出現(xiàn)在策勒縣，洛浦縣有2站出現(xiàn)50 mm以上短時強降水，最大小時雨強出現(xiàn)在7日01:00為16.3 mm。對應新疆短時強降水天氣中亞低槽(渦)影響下的主要關鍵環(huán)境參數(shù)預報閾值可以看出(表3)，當日短時強降水發(fā)生前20：00和田探空物理參數(shù)ΔT85為28.6 ℃、Tdsur7為8.8 ℃、CAPE為444.7 J·kg-1、0～6 km風矢量差為1.7×10-3s-1，各項參數(shù)均高于閾值，配合中亞低槽分裂短波移過南疆西部昆侖山北坡，故造成7日01:00洛浦縣2個區(qū)域自動站的短時強降水發(fā)生。

表3 2020年5月6日主要環(huán)境參數(shù)特征

6 結論與討論

利用新疆10年暖季(5—9 月)常規(guī)高空探測資料、地面觀測資料和區(qū)域自動站小時降水資料，對468個短時強降水個例的主要流型和溫濕廓線特征進行分析，采用箱線圖的形式對不同流型的關鍵環(huán)境參數(shù)分布特征和預報閾值進行討論，給出不同流型的新疆短時強降水發(fā)生的環(huán)境參數(shù)特征和預報閾值：

(1)新疆幅員遼闊，各地短時強降水的主要流型因地理位置、地形及緯度不同，分為中亞低槽(渦)、西西伯利亞低槽(渦)、西北氣流等3類。中亞低槽(渦)是新疆短時強降水的主要流型。

(2)從T-lnp的溫濕廓線形態(tài)分析，新疆短時強降水探空溫濕度廓線型分為短時強降水溫濕廓線形態(tài)Ⅰ型(整層干)、短時強降水Ⅱ型(上干下濕)、短時強降水Ⅲ型(上濕下干)和短時強降水Ⅳ型(整層濕)。Ⅰ型(整層干)和Ⅲ型(上濕下干)是新疆短時強降水溫濕廓線主要類型。

(3)中亞低槽(渦)型多發(fā)生短時強降水Ⅲ型和Ⅳ型，整層水汽含量相對豐富，對流有效位能CAPE小；西伯利亞低槽(渦)型多發(fā)生短時強降水Ⅰ型，少數(shù)個例出現(xiàn)短時強降水Ⅱ型，整層水汽含量匱乏，對流有效位能CAPE相對較大；西北氣流型多發(fā)生短時強降水Ⅰ型和Ⅲ型，整層水汽小或者中高層水汽含量大，對流有效位能CAPE最大。

(4)不同影響系統(tǒng)下，新疆短時強降水各關鍵參數(shù)預報閾值均有差異，其中在中亞低槽(渦)、西伯利亞低槽(渦)和西北氣流影響下，最低閾值的建議值(25%百分位值)850 hPa和500 hPa溫差ΔT85分別為 24.0 ℃、25.0 ℃和27.0 ℃；地面至700 hPa露點溫度均值Tdsur7分別為3.0 ℃、2.0 ℃和2.9 ℃；CAPE值分別為117 J·kg-1、146 J·kg-1和103 J·kg-1；0～6 km垂直風切變分別為0.8×10-3s-1、1.0×10-3s-1和0.5×10-3s-1。

上述工作構成了新疆強降水天氣短時預報的一個基礎，可以將上述結果集成到智能網(wǎng)格預報系統(tǒng)，以提高暴雨等災害性天氣的預報預警準確率。

本文分析方法尚有一定的局限性，目前本文預報閾值在EC細網(wǎng)格的模式探空預報場中尚未實現(xiàn)計算機自動識別；而新疆短時強降水多出現(xiàn)在凌晨、午后到傍晚，加之新疆面積廣袤(166×104km2)，各探空站點距離均在500 km以上，探空氣球施放間隔為12 h，時間分辨率較粗；另外由于新疆短時強降水多出現(xiàn)在區(qū)域自動氣象站監(jiān)測范圍，受資料的局限性，無法觀測到短時強降水發(fā)生的同時是否伴有冰雹、雷雨大風等其他強對流天氣。在本文對新疆各類短時強降水潛勢閾值的討論中，對氣候概率及觸發(fā)機制沒有進行討論，今后還需進一步細致分析。