美麗巴奴·艾則孜 ，張俊蘭 ，王小亞

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊830002；2.中亞大氣科學研究中心，新疆 烏魯木齊830002；3.新疆氣象臺，新疆 烏魯木齊830002；4.哈密市氣象局，新疆 哈密839000）

北疆具有獨特的溫帶大陸型干旱氣候，冬半年氣候寒冷、降雪天氣頻繁、積雪較厚。暴雪天氣是白災(zāi)的主要致災(zāi)因子，是北疆重要的氣象災(zāi)害之一，對農(nóng)、林、牧、交通、電力、通信以及人民生產(chǎn)、生活等均帶來嚴重的影響和危害。2009 年12 月—2010 年3月，北疆60 a 一遇的連續(xù)暴雪過程，大部分觀測站累計降水量超過50 mm，富蘊等17 個測站累計降水量突破歷史同期極大值。北疆暴雪受不同天氣系統(tǒng)的影響分為冷鋒暴雪和暖區(qū)暴雪，通常情況下，天山北坡的暴雪為冷鋒暴雪，而塔城地區(qū)、阿勒泰地區(qū)的暴雪過程多為暖區(qū)暴雪。

關(guān)于暖區(qū)暴雪，新疆氣象學者在環(huán)流配置、影響系統(tǒng)、水汽輸送等方面做了不少研究，張家寶[1]認為，冬季環(huán)流形勢、天氣系統(tǒng)以及地形影響是形成暖區(qū)暴雪的重要因素。楊霞等[2]對新疆暖區(qū)暴雪天氣研究的綜述中指出，單阻型是暖區(qū)暴雪的大尺度環(huán)流形勢之一，低空偏南氣流是暖區(qū)暴雪天氣的必要條件，與莊曉翠等[3]“北疆暖區(qū)強降雪區(qū)位于低槽前部，低空急流出口區(qū)前側(cè)輻合區(qū)和高空急流入口區(qū)右側(cè)輻散區(qū)，以及700 和850 hPa 輻合線和暖切變線東部、北部及干線東南部，地面輻合線附近減壓升溫的重疊區(qū)域內(nèi)”結(jié)論基本一致。在天氣系統(tǒng)南北結(jié)合和動力抬升方面，有關(guān)研究[4-5]表明500 hPa 極鋒鋒區(qū)偏西急流與中緯度西南急流交匯，南北兩支鋒區(qū)匯合。沙依然·維力等[5]指出，高空輻散、低層輻合和整層深厚的上升運動以及較強的位勢不穩(wěn)定是暖區(qū)暴雪的動力學條件。李如琦等[6]認為北疆暖區(qū)暴雪極鋒急流起主導作用，暖區(qū)暴雪與地形的關(guān)系極為密切，暴雪區(qū)主要位于山區(qū)或迎風坡上有地形強迫抬升和輻合的區(qū)域。暴雪發(fā)生前后地面氣象要素、云圖云型及云頂亮溫TBB 等特征，揭示了暖區(qū)暴雪與新疆冷鋒降雪的不同[7-12]，為北疆暖區(qū)暴雪分析和研究提供了較好的思路和借鑒。2016 年11月10—13 日北疆北部出現(xiàn)了較強暖區(qū)暴雪天氣，也是2011 年以來北疆最強的暖區(qū)暴雪過程，通過綜合分析，可進一步提升對北疆暖區(qū)暴雪高低空天氣系統(tǒng)空間配置、水汽輸送和云圖云頂亮溫TBB變化的認識水平，為提高暖區(qū)暴雪預(yù)報能力提供參考，對提高北疆暖區(qū)暴雪預(yù)報準確率和防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。

1 研究區(qū)概況及資料

研究區(qū)域為北疆北部的塔城和阿勒泰地區(qū)，其中最大暴雪區(qū)裕民縣和富蘊縣地形特殊。裕民縣位于塔額盆地南緣、巴爾魯克山北部，平原平均海拔為750 m 左右，氣象站海拔為721 m。富蘊縣位于阿爾泰山中段南麓、額爾齊斯河上游，海拔為800～1 200 m，氣象站海拔為860 m。選用常規(guī)地面監(jiān)測、高空探測數(shù)據(jù)分析此次暴雪的環(huán)流形勢和天氣系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)，利用NCEP 1°×1°再分析資料計算 925～100 hPa共21 層的物理診斷量，包括溫度平流、水汽通量、水汽通量散度、垂直速度場以及沿裕民和富蘊2 個暴雪點診斷量的垂直剖面，利用FY-2G 紅外云圖數(shù)據(jù)，通過等值線處理得到云頂黑體亮溫TBB 資料。

2 暴雪實況及災(zāi)情

2016 年11 月10—13 日，北疆北部的塔城地區(qū)和阿勒泰地區(qū)出現(xiàn)近年來較強的暴雪天氣（新疆暴雪標準：24 h 累計降雪量達12.1～24.0 mm 為暴雪，24 h 累計降雪量達24.1～48.0 mm 為大暴雪），大部出現(xiàn)20 mm 以上降雪，新增積雪多地超過20 cm，10日13 時—13 日19 時，累計降雪量前5 位分別是裕民縣（55.3 mm）、塔城市（44.2 mm）、哈巴河縣（34.9 mm）、富蘊縣（30.9 mm）、吉木乃縣（30.1 mm），裕民縣為最大降雪中心（圖1a）。12 日降雪最強，裕民縣和富蘊縣2 站出現(xiàn)大暴雪，降雪量分別為41.4、25.2 mm；托里縣、青河縣和塔城市3 站暴雪，降雪量分別為 17.9、16.8、13.6 mm，12 日裕民縣降雪量居11 月歷史第一位，富蘊、青河居歷史第三位。裕民縣降雪強度最強，最大雪強為5.5 mm/h，出現(xiàn)在11 日22—23 時；富蘊縣次之，最大雪強為2.8 mm/h，出現(xiàn)在 12 日 02—03 時（圖 1b）。

圖1 2016 年11 月10—13 日新疆降雪量分布（a）和裕民縣、塔城縣逐小時降雪量曲線（b）

此次暴雪致使阿勒泰地區(qū)多地交通受阻，吉木乃、布爾津、哈巴河等縣部分路線雙向交通管制，禁止通車或客運班車停發(fā)。

3 環(huán)流形勢及高低空系統(tǒng)配置

3.1 低渦（槽）位于境外并未影響北疆

500 hPa 歐亞范圍中高緯維持一脊一槽“單阻型”經(jīng)向環(huán)流，東歐高壓脊和西西伯利亞低渦（槽）相對穩(wěn)定，東歐（50°～75°N，40°～60°E）高壓脊向北發(fā)展，加強為阻塞高壓（11 日08 時），閉合中心位于70°N，45°E 附近，中心強度為 556 dagpm；西西伯利亞低渦外圍低槽在巴爾喀什湖以北的中亞地區(qū)，強度為516 dagpm，低渦（槽）未影響北疆，北疆北部始終處于低渦底部極鋒鋒區(qū)的西北急流帶上。

3.2 低渦（槽）深厚且底部極鋒鋒區(qū)急流強

中高層500～200 hPa 西西伯利亞低渦（槽）深厚，垂直分布呈前傾結(jié)構(gòu)，東歐阻塞高壓緩慢向東南衰退，西西伯利亞低渦（槽）逐漸東移南壓，其底部極鋒鋒區(qū)上西北風加強為急流，8 日08 時，500 hPa 巴爾喀什湖—北疆上空有風速≥20 m·s-1的西北急流，12 日 08—20 時最強（圖 2a），塔城、阿勒泰西北風風速分別達 44、36 m·s-1；200 hPa 也有西北急流，8 日 20 時塔城、阿勒泰西北風風速≥35 m·s-1，12日風速分別增至46、40 m·s-1（圖2b），中高層西北急流持續(xù)至13 日08 時。

圖2 2016 年 11 月 12 日 08 時位勢高度場（單位：dagpm）疊加風場（單位：m·s-1）

3.3 暴雪發(fā)生在低層切變線附近

11 日08 時700~850 hPa 巴爾喀什湖附近偏西氣流加強為急流（≥12 m·s-1），并維持至 13 日。11日20 時低渦底部分裂短波，塔城700 和850 hPa 西北風風速分別達32、22 m·s-1，阿勒泰700、850 hPa轉(zhuǎn)為西南風（12 m·s-1）和東南風（10 m·s-1），塔城與阿勒泰之間出現(xiàn)冷式切變線（圖3a），加劇了低層局地輻合與抬升。北疆北部中低層濕度較大，塔城和阿勒泰 T-lnP 圖上，2 站 500 hPa T-Td為 2 ℃、700 和850 hPa T-Td均為 1 ℃，500 hPa 以下溫濕廓線近乎平行，中低層空氣濕潤，低層空氣接近飽和。暴雪區(qū)位于低層切變線附近飽和濕區(qū)內(nèi)。

圖3 2016 年 11 月 11 日 20 時 850 hPa 溫度場（a，單位：℃）和地面氣壓場形勢（b，單位：hPa）疊加風場（單位：m·s-1）

特殊地形增強了強迫抬升和水汽輻合，裕民縣和富蘊縣低層分別出現(xiàn)西北風和偏南風，受東北—西南向的巴爾魯克山和西北—東南向的阿爾泰山阻擋，在山前均形成地形強迫抬升和水汽輻合，兩地特殊地形遇不同風場增強了強迫抬升和水汽輻合。由于裕民縣低層西北急流風速明顯強于富蘊縣，地形強迫抬升和水汽輻合作用更明顯，降水強度更強。

3.4 700 hPa 以下有暖平流

暴雪過程中，700 hPa 暴雪區(qū)有明顯的暖平流（圖 4），裕民站 600～850 hPa 的暖平流自10 日 14 時持續(xù)至12 日22 時，持續(xù)時間約56 h，暖平流強度為（10～20）×10-5℃·s-（1圖4a）；富蘊站暖平流主要出現(xiàn)在 11 日 08 時—13 日 02 時 600 hPa 附近，持續(xù)時間約42 h，暖平流強度為（10～25）×10-5℃·s-（1圖4a），700 hPa 暖平流為（5～10）×10-5℃·s-（1圖4b）。由于裕民縣較富蘊縣平均海拔低200～500 m（約15～45 hPa），因此可認為，裕民站暖平流的高度更低、持續(xù)時間更長、低層暖平流更強。

圖4 2016 年11 月9 日08 時—14 日02 時溫度平流的時間—高度剖面（單位：10-5℃·s-1）

3.5 暴雪發(fā)生在熱低壓南部暖區(qū)內(nèi)

10 日，隨喀拉海北部熱低壓的不斷南壓和烏拉爾山—中亞—新疆高壓帶東移，地面氣壓場演變?yōu)椤皟筛邐A一低”態(tài)勢，并持續(xù)至12 日17 時。10 日08時喀拉海北部熱低壓南壓至北疆北部，烏拉爾山—中亞—新疆的帶狀高壓分裂成兩段，東段移至蒙古地區(qū)，西段在中亞滯留，形成了蒙古高壓、中亞高壓和北疆北部熱低壓的“兩高夾一低”態(tài)勢，熱低壓位于北疆北部境外，北疆受熱低壓控制，冷鋒并未入侵北疆，冷鋒位于巴爾喀什湖北部，暖鋒在蒙古高原西部，冷鋒前部和暖鋒后部暖空氣活躍，塔城和阿勒泰處于此暖區(qū)內(nèi)。11 日14—23 時北疆北部熱低壓中心為1 007.5 hPa，20 時中亞和蒙古2 個高壓達最強，中心均為1 025.0 hPa，暴雪區(qū)發(fā)生在兩高之間熱低壓南部的暖區(qū)內(nèi)（圖3b），暴雪區(qū)地面氣象要素表現(xiàn)為減壓升溫。隨著熱低壓東移至蒙古中部，冷高壓入侵北疆，暖區(qū)降水結(jié)束。

3.6 高低空天氣系統(tǒng)配置

此次暖區(qū)暴雪環(huán)流形勢呈“單阻型”經(jīng)向環(huán)流，西西伯利亞低渦（槽）位于境外，500～200 hPa 西西伯利亞低渦（槽）深厚且垂直呈前傾結(jié)構(gòu)，其底部極鋒鋒區(qū)上西北風加強為西北急流，北疆位于此西北急流帶上。700～850 hPa 有暖平流，塔城為西北急流、阿勒泰為偏南風，兩地之間存在切變線。地面氣壓場上呈現(xiàn)“兩高夾一低”態(tài)勢，熱低壓位于北疆北部境外，北疆受熱低壓控制，冷鋒未入侵北疆。500 hPa低渦底部的西北急流、700～850 hPa 低槽前偏西急流以及850 hPa 北疆東部東南氣流的高低空3 支氣流在暴雪區(qū)上空匯合，暴雪區(qū)位于高空西北急流、低層切變線和暖平流區(qū)以及地面冷鋒前部、暖鋒后部的暖區(qū)內(nèi)，上述環(huán)流形勢和高低空天氣系統(tǒng)配置符合以往暖區(qū)暴雪研究成果的天氣學特征[1-3]，不僅為此次暴雪提供了熱力條件，還為暴雪區(qū)輸送水汽和動力抬升發(fā)揮了關(guān)鍵作用，暴雪出現(xiàn)在冷空氣入侵前，因此地面氣象要素表現(xiàn)為減壓和升溫（圖5），另外，塔城盆地和阿勒泰地區(qū)的特殊地形發(fā)揮了重要作用，增強了強迫抬升和水汽輻合。

圖5 2016 年11 月11 日20 時高低空天氣系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)配置

4 水汽輸送和輻合

4.1 西方水汽輸送的時間和強度

源源不斷的水汽向暴雪區(qū)輸送是暴雪形成的重要條件，此次暴雪過程中，850～400 hPa 自低層到高層僅有一條水汽輸送路徑——西方路徑。選取700 hPa水汽輸送層，自歐洲大西洋沿岸的水汽沿偏西風經(jīng)過地中海、黑海、里海接力輸送至北疆地區(qū)，隨著高空極鋒鋒區(qū)南壓，西方水汽輸送帶也明顯南壓和增強（圖6）。

圖6 11 月 10 日 08 時 700 hPa 水汽通量（a）、11 月 12 日 08 時 700 hPa 水汽通量（b）（陰影區(qū)，單位：g·（cm·hPa·s）-1）疊加風場（單位：m·s-1）

對比裕民縣和富蘊縣（圖7），西方路徑的水汽輸送帶從7 日08 時持續(xù)至14 日08 時，但兩縣水汽輸送帶的厚度、強度、時間不同。裕民縣7 日08 時中層700～500 hPa 出現(xiàn)了西方路徑的水汽輸送，10 日08 時水汽輸送向低層伸展至地面，并持續(xù)至14 日08 時，500 hPa～地面的水汽輸送帶持續(xù)了約96 h。700 hPa 11 日 08 時水汽輸送明顯增強，≥8×10-3g·（cm·hPa·s）-1的水汽輸送持續(xù)至 12 日 14 時（持續(xù)約 30 h），11 日 20 時—12 日 08 時達最強，為 10×10-3g·（cm·hPa·s）-1，水汽輸送增強約 10 h 后降雪強度增強，11 日17 時—12 日12 時降雪較強，平均小時降雪強度為2.3 mm·h-1。600 hPa~地面的水汽輸送于11 日14 時—12 日20 時較強，最強水汽≥4×10-3g·（cm·hPa·s）-1，垂直厚度在 400 hPa 左右，≥4×10-3g·（cm·hPa·s）-1的水汽輸送持續(xù)了約 96 h。另外，11 日 20 時，≥1×10-3g·（cm·hPa·s）-1的最高水汽輸送頂層到達380 hPa（圖7a）。

富蘊縣水汽輸送帶的垂直高度偏高、強度偏弱、持續(xù)時間偏短，7 日 20 時中層 600～450 hPa 出現(xiàn)西方路徑的水汽輸送，9 日14 時開始加強，11 日14時，450 hPa 水汽輸送向低層伸展至地面，持續(xù)至12日20 時，500 hPa～地面的水汽輸送帶持續(xù)了約30 h。9 日 20 時—10 日 14 時水汽輸送較強，500～700 hPa≥4×10-3g·（cm·hPa·s）-1的水汽輸送持續(xù)了約 18 h，垂直厚度為200 hPa 左右。11 日14 時600 hPa 水汽輸送高度降至 700 hPa 附近，12 日 08時，700 hPa 水汽輸送≥4×10-3g·（cm·hPa·s）-（1持續(xù)約18 h）。9 日14 時 600 hPa 水汽輸送明顯增強，≥4×10-3g·（cm·hPa·s）-1的水汽輸送持續(xù)至 10 日 14 時。11 日 19時—12 日05 時降雪較強，平均降雪強度為1.8 mm·h-1，600 hPa 水汽輸送增強約50 h 后降雪強度增強。9日 20 時—10 日20 時，≥1×10-3g·（cm·hPa·s）-1的水汽輸送頂層到達320 hPa（圖7b）。

圖7 2016 年 11 月 9 日 08 時—14 日 02 時水汽通量（單位：10-3 g·cm-1·hPa-1·s-1）時間—高度垂直剖面

此次暴雪水汽主要來源于歐洲沿岸的大西洋海域，還有地中海、黑海、里海地區(qū)的部分水汽補充。水汽輸送主要出現(xiàn)在500 hPa 以下的中低層，只有一條西方路徑，最強水汽輸送在600～700 hPa，此高度水汽輸送增強10 h 以上雪強才加大，水汽輸送強中心下降時出現(xiàn)最強降雪。雖同為一條水汽路徑，但兩站水汽輸送帶的空間垂直厚度、強度和持續(xù)時間不同，裕民縣較富蘊縣平均海拔偏低500 m（不足50 hPa），裕民縣和富蘊縣≥1×10-3g·（cm·hPa·s）-1的水汽輸送頂層到達380 和320 hPa，最高水汽輸送厚度相當。裕民縣≥4×10-3g·（cm·hPa·s）-1的水汽輸送比富蘊縣偏長近80 h，厚度比富蘊縣偏厚約200 hPa，特別是700 hPa 最強水汽輸送，裕民縣水汽輸送≥8×10-3g·（cm·hPa·s）-1，持續(xù)約 30 h，富蘊縣水汽輸送≥4×10-3g·（cm·hPa·s）-1，持續(xù)約 18 h；700 hPa 水汽輸送裕民縣較富蘊縣明顯偏強、持續(xù)時間偏長，低層充裕水汽和長時間輸送致使裕民縣累計雪量更多、雪強更強。

4.2 水汽輻合

此次過程水汽輻合主要在700 hPa 以下，裕民縣在 700～900 hPa，≤-10.0×10-6g·（cm2·hPa·s）-1的水汽輻合自11 日08 時持續(xù)至14 日20 時，持續(xù)時間約 84 h，最強水汽輻合≤-25.0×10-6g·（cm2·hPa·s）-1，出現(xiàn)在 12 日 02—08 時的 850 hPa（圖 8a）。富蘊縣水汽輻合高度也在700～900 hPa，但強度明顯偏弱，最強水汽輻合≤-10.0×10-6g·（cm2·hPa·s）-1，出現(xiàn)在11 日 20—12 日 08 時，持續(xù)約 12 h，最強水汽輻合也在850 hPa 附近（圖8b），但裕民縣的水汽輻合時間更長、強度更強。

圖8 2016 年 11 月 9 日 08 時—14 日 02 時水汽通量散度（單位：10-6 g·hPa-1cm-2·s-1）的時間—高度垂直剖面結(jié)構(gòu)

5 云頂亮溫TBB

隨著高空西西伯利亞低渦外圍極鋒鋒區(qū)南壓與加強，北疆上空急流云系發(fā)展，較強降雪均在TBB低值云團移出暴雪區(qū)上空后出現(xiàn)。圖9 為裕民縣和富蘊縣最大小時雪強TBB 分布，11 日23 時裕民縣小時雪強最大，為 5.5 mm·h-1，TBB 為-19 ℃（圖9a）。12 日03 時富蘊縣小時雪強最大，為2.8 mm·h-1，TBB 為-33 ℃（圖 9b）。

圖9 2016 年 11 月 11—12 日 FY-2G 紅外云圖云頂亮溫 TBB（單位: ℃）

裕民縣和富蘊縣小時平均雪強分別為1.3和0.9 mm·h-1，平均 TBB 分別為-24.2 和-34.6 ℃，降雪過程中，裕民縣和富蘊縣降雪強度≥1.0 mm·h-1的TBB 平均值分別為-20.5 和-31.3 ℃，裕民縣的降雪強度更大、TBB 較富蘊縣平均偏高10 ℃左右。

6 結(jié)論與討論

通過綜合分析2016 年11 月10—13 日北疆北部的暖區(qū)暴雪過程成因，得出以下結(jié)論：

（1）此次暴雪過程的環(huán)流形勢、高低空氣流和地面要素等具有暖區(qū)暴雪的特征。環(huán)流形勢呈“單阻型”經(jīng)向環(huán)流，西西伯利亞低渦（槽）位于境外，北疆位于低渦（槽）底部極鋒鋒區(qū)的西北急流帶上。700～850 hPa 有暖平流和切變線。地面氣壓場“兩高夾一低”，北疆受熱低壓控制，暴雪區(qū)位于高空西北急流、低層切變線和暖平流區(qū)以及地面冷鋒前部、暖鋒后部的暖區(qū)內(nèi)。中高層西北急流、低層偏西氣流和偏東氣流在暴雪區(qū)上空匯合，山區(qū)地形增強了強迫抬升和水汽輻合。

（2）水汽主要來源于大西洋，并有地中海、黑海、里海的水汽補充。水汽輸送主要在500 hPa 以下，只有一條西方路徑的水汽輸送，最強水汽輸送在600～700 hPa。但裕民縣與富蘊縣相比，相同強度的水汽輸送（≥8×10-3g·（cm·hPa·s）-1）裕民縣偏長近 80 h、厚度偏厚約200 hPa。700 hPa 最強水汽輸送裕民縣較富蘊縣偏強1 倍，持續(xù)時間偏長約12 h。水汽輻合主要在700 hPa 以下，最強水汽輻合位于850 hPa，裕民縣水汽輻合時間更長、強度更強，最強水汽輻合裕民縣較富蘊縣偏強約 15.0×10-6g·（cm2·hPa·s）-1，≤-10.0×10-6g·（cm2·hPa·s）-1的水汽輻合較富蘊縣偏長72 h。

（3）裕民和富蘊兩站平均TBB 分別為-24.2 和-34.6 ℃，裕民縣的降雪強度更大、云頂亮溫TBB 更高，降雪強度相同（均≥1.0 mm·h-1）時，裕民縣TBB較富蘊縣平均偏高10 ℃左右。

（4）暖區(qū)暴雪主要表現(xiàn)為減壓升溫。降雪開始前和開始后，北疆3 h 變壓（△P3）為負變壓，暖區(qū)降雪出現(xiàn)在負3 h 變壓區(qū)內(nèi)，但（△P3）開始上升，并不意味著暖區(qū)降雪立即結(jié)束，而要持續(xù)升壓6 h 左右，暖區(qū)降雪才停止。