楊 霞 ，張?jiān)苹?，張 超 ，于碧馨 ，牟 歡

（1.新疆氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊 830002；2.高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610072）

南疆西部位于歐亞大陸腹地，塔里木盆地西緣，北、西、南三面環(huán)山，東面是塔克拉瑪干沙漠；由于遠(yuǎn)離海洋，氣候干旱，降水稀少，平原地區(qū)年平均降水量?jī)H有50～70 mm[1]。南疆西部屬典型干旱區(qū)，年降水量較我國(guó)東部地區(qū)明顯偏少，但其降水強(qiáng)度大，一次強(qiáng)降雨過程甚至能改變年降水量的氣候值，引發(fā)嚴(yán)重的洪澇、泥石流、山體滑坡等災(zāi)害，給人民生命和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失[2]。由于南疆西部暴雨的突發(fā)性和局地性強(qiáng)，此類天氣的預(yù)報(bào)服務(wù)一直都是實(shí)際業(yè)務(wù)中的一個(gè)難題[3]。

我國(guó)的暴雨研究多集中在華北、華南和長(zhǎng)江流域[4-5]，針對(duì)西北干旱區(qū)特別是南疆西部暴雨的研究相對(duì)較少[6]。由于觀測(cè)資料的限制，過去南疆西部的暴雨研究主要集中在大尺度環(huán)流背景和天氣尺度影響系統(tǒng)等方面[7-9]。研究表明，南亞高壓雙體型分布是南疆西部暴雨的典型大尺度環(huán)流背景[10]；中亞低渦和塔什干低渦是造成南疆西部暴雨（雪）的重要影響系統(tǒng)[11-13]，南疆西部超過一半的強(qiáng)降水過程都與中亞低渦或塔什干低渦有關(guān)[14-15]。高、中、低空3支急流的有利配置為南疆西部暴雨提供了重要的動(dòng)力作用[16-17]。近些年來(lái)，隨著全球氣候變暖，南疆西部暴雨的發(fā)生頻次增多，降水的極端性特征也愈加明顯[18]。暴雨是在有利的大尺度環(huán)流背景下引發(fā)的中小尺度天氣系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的結(jié)果，但目前對(duì)造成南疆西部暴雨的中小尺度天氣系統(tǒng)及其發(fā)展演變特征還缺乏客觀認(rèn)知，在實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中常出現(xiàn)漏報(bào)或空?qǐng)?bào)，因此有必要針對(duì)此類暴雨天氣進(jìn)行更加深入的研究。

2018年5月21日南疆西部出現(xiàn)歷史極端大暴雨天氣，本文利用常規(guī)高空、地面氣象觀測(cè)資料，區(qū)域加密自動(dòng)氣象站逐時(shí)資料、NCEP/NCAR每日4次水平分辨率為1°×1°的再分析資料和國(guó)家衛(wèi)星氣象中心提供的水平分辨率為0.1°×0.1°的FY-2E/2G逐時(shí)平均云頂亮溫（TBB）資料，對(duì)此次南疆西部極端大暴雨過程的高低空系統(tǒng)配置、環(huán)境場(chǎng)條件、中尺度系統(tǒng)演變特征等進(jìn)行分析，揭示此次極端大暴雨過程的成因，以期加深對(duì)南疆西部極端暴雨形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)，為提高南疆極端降水天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提供參考。

1 大暴雨天氣特征

文中“南疆西部”指新疆維吾爾自治區(qū)所轄的喀什地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州（以下簡(jiǎn)稱“克州”）及和田地區(qū)3個(gè)地州，包括22個(gè)國(guó)家基本氣象站和440個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站。降水量級(jí)使用新疆氣象局標(biāo)準(zhǔn)，日降水量24.1～48.0 mm為暴雨，48.1～96.0 mm為大暴雨。

1.1 天氣概況

受塔什干低渦影響，2018年5月21日08時(shí)—22日08時(shí)（北京時(shí)，下同）南疆西部出現(xiàn)極端大暴雨天氣過程，此次大暴雨過程影響范圍廣（322站出現(xiàn)降水），降雨強(qiáng)度大（84站暴雨，12站大暴雨）（圖1a）；大暴雨中心位于和田地區(qū)皮山縣，日降水量74.8 mm，約為其年平均降水量（56.9 mm）的1.3倍，其中21日18—19時(shí)1 h降水量達(dá)53.8 mm，與其年平均降水量接近。極端大暴雨導(dǎo)致南疆西部多地發(fā)生山洪，給當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)和人民財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。

圖1 2018年5月21日08時(shí)—22日08時(shí)降水量（a為累計(jì)降水量，單位：mm；b為不同量級(jí)逐時(shí)雨量，柱狀圖表示小時(shí)雨量為10.1～20.0 mm和≥20.1 mm站數(shù)，采用主縱坐標(biāo)，點(diǎn)線圖表示小時(shí)雨量為5.1～10.0 mm站數(shù)，采用次縱坐標(biāo)）

1.2 大暴雨極端性特征

南疆西部是典型干旱區(qū)，暴雨局地性強(qiáng)，發(fā)生概率小。此次大暴雨過程中1日內(nèi)6個(gè)國(guó)家基本氣象站日降水量同時(shí)達(dá)到暴雨量級(jí)，為近50 a來(lái)首次；和田地區(qū)的皮山站（74.8 mm）、克州的阿克陶站（53.7 mm）2站的日降水量突破有氣象記錄以來(lái)的極值，喀什地區(qū)葉城（40.1 mm）、澤普（40.0 mm）和莎車（38.3 mm）3站的日降水量突破春季歷史極值。大暴雨中心皮山的日降水量是南疆西部22個(gè)國(guó)家基本氣象站有氣象記錄以來(lái)暴雨雨量的極大值，皮山小時(shí)雨量53.8 mm為南疆西部各站的小時(shí)雨量之首。此次極端大暴雨過程的降水強(qiáng)度呈雙峰型分布（圖1b），21日10—13時(shí)為第一個(gè)峰值，此時(shí)段內(nèi)有5站的小時(shí)雨量≥10 mm；17—22時(shí)為第二個(gè)峰值，此時(shí)段有21站的小時(shí)雨量≥10 mm，4站小時(shí)雨量≥20 mm，此次極端大暴雨過程中的短時(shí)強(qiáng)降水事件也主要發(fā)生在這一時(shí)段。

2 環(huán)流背景

2.1 大尺度環(huán)流及影響系統(tǒng)

100 hPa南亞高壓呈雙體型分布（兩個(gè)高壓中心分別位于伊朗高原和青藏高原東部）是南疆西部典型暴雨的大尺度環(huán)流背景。5月19日南亞高壓雙體型開始建立，但位于青藏高原東部的高壓中心明顯強(qiáng)于位于伊朗高原的中心；20日位于伊朗高原的高壓中心東移至20°E附近，位于青藏高原東部的高壓中心穩(wěn)定維持。21日08時(shí)（圖3a），南亞高壓的兩個(gè)中心同時(shí)北抬，位于伊朗高原的高壓中心東移至30°E附近，使得兩個(gè)高壓中心之間的副熱帶槽加深，槽底伸到25°N附近，有利于南疆西部出現(xiàn)強(qiáng)降水的大尺度副熱帶環(huán)流系統(tǒng)形態(tài)形成。

大暴雨開始前，500 hPa歐亞范圍內(nèi)中高緯為“一脊一槽”的經(jīng)向環(huán)流，歐洲為高壓脊，西西伯利亞為較深厚的低壓鍋，中低緯塔什干地區(qū)為低槽。20日隨著東歐高壓脊部分向南衰退，脊前西北氣流引導(dǎo)較強(qiáng)冷空氣南下，塔什干低槽得到北方冷空氣的補(bǔ)充形成低渦，主體位于 32°～38°N、60°～80°E，塔什干低渦外圍槽底伸至25°N以南，槽前西南風(fēng)加強(qiáng)至18 m/s。21日08時(shí)，塔什干低渦減弱東移與影響北疆后東移至貝加爾湖附近的低槽，形成了有利于南疆西部出現(xiàn)強(qiáng)降水的“東西夾攻”形勢(shì)（圖3b）。

圖2 21日08時(shí)形勢(shì)場(chǎng)（a為 100 hPa；b為 500 hPa，單位：dagpm）

圖3 5月20日暴雨的高低空配置（a為20日20時(shí)300 hPa≥30 m/s全風(fēng)速場(chǎng)（填色）和風(fēng)矢量，單位：m/s；b為21日08時(shí)850 hPa風(fēng)矢量（紅色等值線為風(fēng)速≥12 m/s）；c、d分別為20日20時(shí)和21日08時(shí)沿39°N風(fēng)速垂直剖面，單位：m/s；黑色三角標(biāo)志代表皮山站，淺咖色為地形）

2.2 高低空急流配置

研究表明，高空副熱帶西風(fēng)急流的強(qiáng)度和位置對(duì)南疆西部暴雨有重要影響，暴雨一般發(fā)生在副熱帶西風(fēng)急流入口區(qū)的右側(cè)[1]。此次南疆西部“5·21”極端大暴雨過程不僅受到副熱帶西風(fēng)急流的影響，極鋒急流也發(fā)揮了重要作用。20日20時(shí)（圖3a），東北—西南向的極鋒急流南壓至45°N附近，急流核最大風(fēng)速達(dá)45 m/s；副熱帶西風(fēng)急流北抬至35°N附近，東邊界伸至90°E附近，南疆西部處于極鋒急流入口區(qū)的右側(cè)，副熱帶西風(fēng)急流出口區(qū)的左側(cè)，兩支高空急流造成的強(qiáng)輻散區(qū)在南疆西部上空疊加，使得高空輻散進(jìn)一步加強(qiáng)。21日08時(shí)，極鋒急流略微減弱東移，副熱帶西風(fēng)急流繼續(xù)向東北方向推進(jìn)，急流核風(fēng)速增大至54 m/s，副熱帶西極鋒急流與極鋒急流在100°E處匯合，南疆盆地仍處于高空強(qiáng)輻散區(qū)內(nèi)，高層強(qiáng)輻散為極端大暴雨所需的垂直上升運(yùn)動(dòng)提供了有利條件。

低空偏東風(fēng)急流是南疆西部地區(qū)出現(xiàn)暴雨的必要條件之一。由于南疆西部三面環(huán)山的特殊地形，低層氣流向西部匯合的過程中，有利于增強(qiáng)低層空氣的輻合上升運(yùn)動(dòng)。20日20時(shí)，北支冷空氣迅速東移南下，南疆塔里木盆地東部出現(xiàn)一支低空偏東風(fēng)急流，急流頭到達(dá)85°E附近，低空偏東風(fēng)急流最強(qiáng)處垂直向上伸展高度接近650 hPa，急流核中心最大風(fēng)速達(dá)23 m/s，位于800 hPa附近（圖3c）。 21日08時(shí)，低空偏東風(fēng)急流西伸至78°E附近，與塔里木盆地西部的偏西氣流形成強(qiáng)烈輻合（圖3b）；低空偏東風(fēng)急流垂直向上伸展的高度下降至700 hPa附近，急流核中心最大風(fēng)速為18 m/s（圖3d）。22日02時(shí)以后低空偏東風(fēng)急流東撤至塔里木盆地東部，南疆西部極端大暴雨過程趨于結(jié)束。

綜上，可以得到本次南疆西部極端大暴雨天氣的高低空系統(tǒng)配置（圖4）。100 hPa南亞高壓呈雙體型分布（東部高壓強(qiáng)于西部），副熱帶槽加深至25°N附近；500 hPa塔什干低渦與貝加爾湖附近低槽構(gòu)成“東西夾攻”形勢(shì)；東伸北抬的高空副熱帶西風(fēng)急流與東移南下的極鋒急流造成的高空強(qiáng)輻散區(qū)與低空偏東風(fēng)急流左前方強(qiáng)烈的氣旋式輻合區(qū)在大暴雨區(qū)上空疊加，使得整層大氣的垂直上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)；低層偏西氣流與偏東風(fēng)急流在和田地區(qū)西部強(qiáng)烈輻合有利于水汽向暴雨區(qū)匯聚和強(qiáng)對(duì)流天氣的觸發(fā)。

圖4 2018年5月21日南疆西部極端暴雨天氣的高低空系統(tǒng)配置

3 中尺度天氣系統(tǒng)

3.1 中尺度對(duì)流云團(tuán)特征

由于新疆雷達(dá)探測(cè)網(wǎng)稀疏覆蓋面積非常有限，此次極端大暴雨過程的強(qiáng)降雨中心不在雷達(dá)探測(cè)區(qū)域，因此利用FY2E和FY2G紅外云圖云頂亮溫（簡(jiǎn)稱“TBB”）資料分析本次大暴雨過程中尺度對(duì)流系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱為“MCS”）發(fā)生發(fā)展的演變過程。

5月21日上午（圖5），南疆西部地區(qū)主要為層狀云降水，各站的小時(shí)降雨量均低于5.0 mm；11—13時(shí)，克州西部至喀什地區(qū)北部有對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，該區(qū)域5站出現(xiàn)小時(shí)降水量≥10.0 mm的短時(shí)強(qiáng)降水事件，其中最大小時(shí)雨量為16.0 mm/h。此后一直到16時(shí)，南疆西部地區(qū)均為層狀云覆蓋，小時(shí)雨量均低于5.0 mm。17時(shí)，和田地區(qū)皮山縣南部沿山地帶突然生成一個(gè)γ中尺度對(duì)流云團(tuán)A，該云團(tuán)快速發(fā)展，TBB由-24℃迅速下降到-32℃，該區(qū)域2個(gè)加密自動(dòng)氣象站出現(xiàn)降水量＞10 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水。18時(shí)，對(duì)流云團(tuán)A繼續(xù)發(fā)展并向東北方向伸展；與此同時(shí)在其北部又有一個(gè)新的γ中尺度對(duì)流云團(tuán)B生成，該對(duì)流云團(tuán)正好位于皮山縣上空。由圖6可以看出，對(duì)流云團(tuán)B的TBB在15時(shí)為5℃，18時(shí)迅速下降至-30℃，3 h內(nèi)TBB下降了35℃，說明對(duì)流云團(tuán)B在短時(shí)間內(nèi)得到迅速發(fā)展，此時(shí)皮山站的強(qiáng)降水尚未開始，小時(shí)雨量?jī)H為2.5 mm。19時(shí)，對(duì)流云團(tuán)B繼續(xù)發(fā)展并向東北方向伸展，皮山站位于TBB的最大梯度處，該小時(shí)雨量達(dá)53.8 mm。20時(shí)，對(duì)流云團(tuán)B繼續(xù)向東北方向發(fā)展，皮山處于對(duì)流云團(tuán)B的邊緣，境內(nèi)降水強(qiáng)度明顯減小，小時(shí)雨量低于5.0 mm。此時(shí)一個(gè)新的對(duì)流云團(tuán)C在對(duì)流云團(tuán)B的西北部生成，21—22時(shí)該云團(tuán)東移，造成喀什地區(qū)葉城縣、澤普縣和莎車縣的強(qiáng)降水。23時(shí)后3個(gè)對(duì)流云團(tuán)均明顯減弱，強(qiáng)降水過程趨于結(jié)束。

本次極端大暴雨過程由多個(gè)γ中尺度MCS的活動(dòng)造成，強(qiáng)降水發(fā)生在TBB梯度最大的區(qū)域，極端強(qiáng)降水開始前3 h TBB下降超過30℃以上，對(duì)強(qiáng)降水具有較好的指示意義，該特征與杜倩等[19]和喻謙花等[20]得出的我國(guó)中部和東部地區(qū)短時(shí)局地暴雨的預(yù)警指標(biāo)類似。此次大暴雨過程的局地小時(shí)雨量雖然異常偏強(qiáng)，但從閃電監(jiān)測(cè)來(lái)看，強(qiáng)降水過程中閃電密度并不大。

3.2 不穩(wěn)定能量

南疆西部三面環(huán)山，戈壁、綠洲及沙漠相間，平原地區(qū)的海拔高度在1500 m以下，復(fù)雜的下墊面使得近地面輻射升溫（降溫）較快，氣溫日較差大。夏季傍晚前后山谷風(fēng)效應(yīng)容易觸發(fā)局地強(qiáng)對(duì)流天氣，大氣層結(jié)的狀況對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣有很好的指示作用。受東西兩股冷空氣影響，南疆西部地區(qū)的氣溫自5月17日開始顯著下降，日平均氣溫基本維持在16℃左右。從沿大暴雨中心皮山站（37.6°N）的假相當(dāng)位溫剖面圖可以看出，21日08時(shí)（圖7a），隨著塔里木盆地東部“東灌”冷空氣的向西推進(jìn)，在79°～80°E處形成一個(gè)θse鋒區(qū)，79°E以西的盆地為暖濕空氣控制，皮山站上空800～600 hPa的大氣為弱的層結(jié)不穩(wěn)定，800 hPa以下的大氣層結(jié)穩(wěn)定。21日14時(shí)（圖7b），隨著午后太陽(yáng)輻射加強(qiáng)，近地層湍流混合作用使得皮山的近地層大氣不穩(wěn)定性增加，皮山附近從地面至700 hPa的大氣均為不穩(wěn)定層結(jié)。大暴雨區(qū)附近的θse水平梯度加大，鋒區(qū)加強(qiáng)為短時(shí)大暴雨的發(fā)生蓄積了能量。21日20時(shí)后，盆地內(nèi)部的θse值迅速減少，大氣層結(jié)由弱的不穩(wěn)定逐漸轉(zhuǎn)為穩(wěn)定，強(qiáng)降水趨于結(jié)束。

圖5 2018年5月21日17—20時(shí)南疆西部地區(qū)FY-2E和FY-2G TBB（單位：℃）演變（a 為 17：30，b為 18：00，c為 19：00，d為 20：00；分辨率 0.1°×0.1°，圖中的紅色三角為皮山站）

圖6 2018年5月21日08—23時(shí)皮山站逐小時(shí)TBB（單位：℃）和降水量（單位：mm）

3.3 水汽條件

南疆西部是典型的干旱區(qū)，水汽條件對(duì)極端暴雨的產(chǎn)生具有至關(guān)重要的作用。由于南疆西部三面環(huán)山，低空偏東急流向盆地西部推進(jìn)的過程中也不斷將水汽向盆地西部匯聚。20日20時(shí)，850 hPa偏東風(fēng)急流增大到23 m/s，700 hPa偏東風(fēng)急流達(dá)20 m/s，東路水汽通量輸送最強(qiáng)，南疆西部地區(qū)整層水汽通量散度達(dá)-3×10-5g/（s·cm2·hPa）（圖8a）。21日08時(shí)（圖8b），500 hPa塔什干低渦前的西南風(fēng)增大至18 m/s，低空偏東急流推進(jìn)至塔里木盆地西部，低層水汽在南疆西部地區(qū)輻合，850 hPa上皮山站附近出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)度為-4×10-5g/（s·cm2·hPa）的強(qiáng)水汽輻合中心。500 hPa偏南水汽輸送和850～700 hPa偏東水汽輸送在南疆西部上空疊加，為大暴雨的產(chǎn)生準(zhǔn)備了充沛的水汽條件。

圖7 沿37.6°N的假相當(dāng)位溫剖面（單位：K）（a為5月21日08時(shí)，b為5月21日14時(shí)，黑色三角標(biāo)志代表皮山站位置）

圖8 5月20日暴雨的水汽條件（a為20日20時(shí)地面～300 hPa垂直積分水汽通量（單位：10-5g（/s·cm））和水汽通量散度（單位：10-5g（/s·cm·2hPa））；b為21日08時(shí)850 hPa水汽通量（單位：10-5g（/s·hPa·cm）），和水汽通量散度（單位：10-5g（/s·cm·2hPa））；c為20日20時(shí)大氣整層可降水量（≥12 mm）分布；d為16日08時(shí)—22日08時(shí)2個(gè)GPS測(cè)站大氣整層可降水量隨時(shí)間變化，單位：mm）

本次極端大暴雨發(fā)生前，南疆盆地已斷續(xù)出現(xiàn)降雨天氣，盆地內(nèi)大氣干燥的狀況已得到改善。相關(guān)研究表明，春季南疆西部地區(qū)平均大氣整層可降水量約為6～10 mm；南疆東部地區(qū)約為4～8 mm[21]。此次極端大暴雨發(fā)生前一日，南疆西部地區(qū)的大氣整層可降水量普遍在18～20 mm，南疆東部地區(qū)在12～15 mm（圖8c），大暴雨過程發(fā)生前大氣整層可降水量約為春季平均的2倍，整層大氣可降水量異常偏多。從皮山站東側(cè)85 km處的GPS觀測(cè)站（M0197）逐時(shí)大氣整層可降水量的演變可以看出（圖8d），在皮山極端大暴雨發(fā)生前，整層大氣可降水量的波動(dòng)較大，最大值為24 mm，最小值為16 mm。21日08時(shí)，整層大氣可降水量處于相對(duì)低值，僅為17 mm，12時(shí)開始整層大氣可降水量持續(xù)增加，19時(shí)增加至23.7 mm。皮山站西側(cè)78 km處的GPS觀測(cè)站（M0215）前期資料缺失，21日12時(shí)開始恢復(fù)，從逐小時(shí)整層大氣可降水量的變化可以看出（圖8d），同一時(shí)刻皮山站西側(cè)GPS站點(diǎn)觀測(cè)到的整層大氣可降水量值大于其東側(cè)站點(diǎn)，18—19時(shí)即最強(qiáng)降水發(fā)生的時(shí)刻，皮山站西側(cè)M0215站的整層大氣可降水量值突增2 mm。對(duì)比皮山站逐時(shí)降水量與其東西兩側(cè)兩個(gè)GPS站點(diǎn)的逐時(shí)整層大氣可降水量的演變情況，可以看出，強(qiáng)降水過程中整層大氣可降水量突然增加，強(qiáng)降水過程結(jié)束后整層大氣可降水量迅速減少。

此次極端大暴雨過程中水汽的遠(yuǎn)距離輸送特征不明顯，極端大暴雨所需的水汽主要是在南疆西部特殊的地形條件下，在高低空有利的流場(chǎng)作用下，塔里木盆地內(nèi)的水汽不斷向暴雨區(qū)匯聚而產(chǎn)生的，由于缺乏充沛的水汽輸送，盆地內(nèi)局地匯聚的水汽量有限，因此極端大暴雨的強(qiáng)降水時(shí)段維持時(shí)間較短，降水強(qiáng)度減小迅速。

3.4 動(dòng)力條件

從沿大暴雨中心皮山站（37.6°N）作緯向垂直環(huán)流剖面可以看出，21日08時(shí)（圖9a），皮山西部存在一個(gè)垂直環(huán)流圈，東部存在一支強(qiáng)的上升氣流，最大垂直上升運(yùn)動(dòng)中心位于450 hPa附近，皮山上空為弱的上升運(yùn)動(dòng)。14時(shí)（圖9b），塔里木盆地內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)完整的反氣旋式垂直環(huán)流圈，上升支位于皮山上空，與此同時(shí)在皮山站西部還出現(xiàn)一個(gè)氣旋式垂直環(huán)流圈，其上升支與皮山上空反氣旋式垂直環(huán)流的上升支疊加，使得皮山站上空850～400 hPa均為上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，并在850～700 hPa出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)中心，為極端強(qiáng)降水的出現(xiàn)提供了有利的動(dòng)力條件。20時(shí)，皮山東部的反氣旋式垂直環(huán)流圈減弱西移至82°E附近，皮山西部的氣旋式垂直環(huán)流圈消失，皮山上空的整層垂直上升運(yùn)動(dòng)減弱，上升運(yùn)動(dòng)在600 hPa以下維持，600 hPa以上出現(xiàn)下沉運(yùn)動(dòng)，抑制了垂直上升運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)發(fā)展，強(qiáng)降水所需的動(dòng)力條件減弱，降水強(qiáng)度隨之明顯減弱。

進(jìn)一步分析本次大暴雨中心皮山的動(dòng)力條件可以看出，21日08：00（圖10a），對(duì)流層低層以負(fù)渦度為主，最大的正渦度中心位于300 hPa，低層輻合及高層輻散均較弱，垂直上升運(yùn)動(dòng)的大值中心主要位于500～400 hPa，600 hPa以下為較弱的上升運(yùn)動(dòng)。大暴雨發(fā)生前即14時(shí)（圖10b），皮山整層為正渦度控制，大值中心位于750 hPa，中心強(qiáng)度為7.0×10-5s-1；500 hPa以下輻合強(qiáng)烈，500～400 hPa從無(wú)輻散層過渡到弱的輻散層，400～250 hPa仍為輻合；對(duì)流層的垂直上升運(yùn)動(dòng)明顯增強(qiáng)，850～700 hPa有一個(gè)-6.0×10-3hPa/s的大值中心。20時(shí)，上升運(yùn)動(dòng)主要集中在600 hPa以下，低層渦度中心值增大到8.0×10-5/s，低層上升運(yùn)動(dòng)達(dá)-7.0×10-3hPa/s，低層輻合大于高層輻散，渦度由正轉(zhuǎn)為負(fù)，不利于垂直運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)發(fā)展，此時(shí)皮山站的強(qiáng)降水已經(jīng)明顯減弱。

圖9 5月21日沿皮山站（39.2°N）的垂直環(huán)流（a為08時(shí)；b為14時(shí)；陰影區(qū)為垂直速度，單位：10-3hPa/s；黑色三角為皮山站）

4 觸發(fā)機(jī)制

大尺度天氣形勢(shì)和環(huán)境場(chǎng)為中尺度對(duì)流系統(tǒng)的生成提供了有利的環(huán)境條件，而中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生最關(guān)鍵的因素是觸發(fā)條件[22]。此次大暴雨中心皮山位于塔克拉瑪干沙漠南緣，喀喇昆侖山北麓，境內(nèi)地勢(shì)西南高，東北低，南部為冰山雪嶺，中部為高山和山前河谷，北部為平原及戈壁沙漠，下墊面地形條件極為復(fù)雜。21日17時(shí)大暴雨對(duì)流初生位置位于皮山縣南部淺山區(qū)，17—18時(shí)開始出現(xiàn)小時(shí)降水量超過10 mm的短時(shí)強(qiáng)降水。

本文利用地面自動(dòng)氣象站1 h加密資料計(jì)算溫度平流和散度場(chǎng)，討論此次極端大暴雨過程的中小尺度對(duì)流系統(tǒng)形成原因和觸發(fā)機(jī)制。21日08時(shí)塔里木盆地東部為東北風(fēng)，西部為西北風(fēng)，東西風(fēng)在和田西部地區(qū)輻合，并在79°E附近形成一個(gè)中心強(qiáng)度為-2.5×10-5/s的輻合中心（圖11）。由于南疆西部地理位置偏西，日出時(shí)間較我國(guó)東部地區(qū)偏晚，08時(shí)盆地內(nèi)部冷暖平流均較弱（圖11a）。12時(shí)，和田地區(qū)東部的暖平流輸送開始加強(qiáng)，中心值達(dá)10×10-3℃/s。15時(shí)，和田地區(qū)東部的暖平流輸送繼續(xù)增強(qiáng)，且范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，喀什市至和田市一帶均為暖平流控制區(qū)，皮山站東部的暖平流中心強(qiáng)度達(dá)15×10-3℃/s。此時(shí)喀什市至和田市一線的輻合強(qiáng)度增加，中心強(qiáng)度增大至-5×10-5/s（圖11b）。17時(shí)地面輻合場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，中心強(qiáng)度達(dá)-7×10-5/s；皮山站南部出現(xiàn)一對(duì)冷暖平流中心，強(qiáng)度分別為-15×10-3℃/s和20×10-3℃/s，該地區(qū)出現(xiàn)小時(shí)降水量≥10 mm的降水（圖11c）。19時(shí)地面輻合中心南壓至皮山站附近，暖平流輸送達(dá)到最強(qiáng)，皮山站由2 m/s的西北風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，其北部站點(diǎn)為東北風(fēng)，風(fēng)速突然增大至6 m/s，西南風(fēng)與東北風(fēng)在皮山站附近強(qiáng)烈輻合，有利于觸發(fā)對(duì)流強(qiáng)烈發(fā)展（圖11d）。21時(shí)皮山東部地區(qū)的暖平流輸送減弱，在喀什市南部地區(qū)出現(xiàn)一個(gè)西南東北向的冷暖平流中心，地面輻合中心北抬，中心強(qiáng)度減弱至-7×10-5/s；23時(shí)暖平流輸送明顯減弱，地面輻合中心強(qiáng)度減弱至-4×10-5/s，強(qiáng)降水過程趨于結(jié)束。

圖 10 5 月 21日08時(shí)（a）和14時(shí)（b）皮山站渦度（單位：10-5/s）、散度（單位：10-5/s）、垂直速度（單位：10-3hPa/s）的垂直變化

圖11 5月21日地面溫度平流（10-3℃/s，填色圖）、散度場(chǎng)（10-5/s，灰色等值線）和加密自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)（黑色）（a為08時(shí)，b為15時(shí)，c為17時(shí)，d為19時(shí)，黑色三角標(biāo)志代表皮山站）

5 結(jié)論

2018年5月21南疆西部5站出現(xiàn)極端暴雨，大暴雨中心和田地區(qū)皮山站1 h降水量53.8 mm，接近其年平均降水量（56.9 mm）。本文利用多種觀測(cè)資料對(duì)此次南疆西部極端大暴雨過程的極端性特點(diǎn)、大尺度環(huán)流背景、動(dòng)力、水汽和中尺度系統(tǒng)特征進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論：

（1）100 hPa南亞高壓呈雙體型分布，副熱帶槽加深至25°N附近；500 hPa塔什干低渦與貝加爾湖附近的低槽形成“東西夾攻”之勢(shì)，低空850 hPa偏東氣流在西伸的過程中加強(qiáng)為急流，偏東急流垂直高度較高，急流頂伸展至600 hPa附近，為極端大暴雨發(fā)生提供了有利的高低空系統(tǒng)配置。

（2）副熱帶西風(fēng)急流與極鋒急流形成的高空強(qiáng)輻散區(qū)，與低空偏東風(fēng)急流左前方強(qiáng)烈的氣旋式輻合區(qū)在大暴雨區(qū)上空疊加，有利于上升運(yùn)動(dòng)維持；大暴雨發(fā)生前4 h，2個(gè)垂直環(huán)流圈的上升氣流在暴雨中心上空交匯，使得上升運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步增強(qiáng)。

（3）南疆西部下墊面復(fù)雜，此次極端大暴雨天氣過程中，東西兩股氣流在和田西部地區(qū)匯合形成地面中尺度輻合線，午后局地?zé)崃Σ痪鶆蛴|發(fā)了此次極端短時(shí)強(qiáng)降水天氣。

（4）極端大暴雨發(fā)生前南疆盆地大氣濕潤(rùn)，大氣整層可降水量異常偏多，約為春季平均值的2倍，低層偏西氣流與偏東急流在暴雨區(qū)中心附近形成強(qiáng)烈輻合，有利于水汽向暴雨區(qū)的快速集中和匯聚。

（5）本次極端大暴雨過程中有多個(gè)γ中尺度MCS活動(dòng)，大暴雨發(fā)生在TBB梯度最大的區(qū)域，大暴雨開始前3 h TBB降幅超過30℃，與我國(guó)中東部局地暴雨發(fā)生前TBB變化特征相似。