魏娟娟， 李 娜， 萬 瑜， 芒蘇爾·艾熱提， 施俊杰

（1.新疆維吾爾自治區(qū)氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊 830002；2.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊 830002）

暴雪是我國北方冬季主要災(zāi)害天氣之一，對交通出行、畜牧業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)、城市運(yùn)行等均有嚴(yán)重影響。新疆暴雪頻發(fā)區(qū)位于伊犁河谷、塔城、阿勒泰及天山北坡沿線一帶，烏魯木齊位于天山北坡沿線經(jīng)濟(jì)帶上，是暴雪易發(fā)和頻發(fā)區(qū)，也是雪災(zāi)特重災(zāi)區(qū)［1］，暴雪給社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生活造成較大影響，成為制約經(jīng)濟(jì)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。烏魯木齊地處天山北麓中段、準(zhǔn)噶爾盆地南緣，三面環(huán)山，地勢東南高西北低，屬于溫帶半干旱大陸性氣候，是新疆首府和政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，是我國西部對外開放的重要門戶，也是“絲綢之路”的重要樞紐，在氣候暖濕化背景下，暴雪等氣象災(zāi)害頻繁，當(dāng)?shù)卣兔癖妼庀蠓罏?zāi)減災(zāi)的要求越來越高。

對于暴雪的形成機(jī)理，國內(nèi)學(xué)者已進(jìn)行了大量的研究，東北暴雪的研究表明，低渦是引發(fā)暴雪的直接原因，低空偏東或東南急流是水汽輸送帶，也是低層鋒區(qū)和低值系統(tǒng)加強(qiáng)的必要條件［2-4］。華北暴雪的研究表明，暴雪位于200 hPa 極鋒急流入口區(qū)右后方和副熱帶急流出口區(qū)左前方、700 hPa西南急流左前方、925～850 hPa 偏東急流右前方，西南急流提供充足的水汽，建立和維持對流不穩(wěn)定層結(jié)，并與偏北急流形成輻合，產(chǎn)生抬升作用［5-7］。西北暴雪的研究表明，500 hPa 冷槽、700 hPa 低渦切變、850 hPa 東路回流冷空氣共同作用是暴雪天氣的大尺度環(huán)流背景，低層強(qiáng)的風(fēng)向、風(fēng)速輻合，西南急流為降雪提供動(dòng)力和水汽條件，急流加強(qiáng)是降雪增幅的主要原因［8-9］。而北疆暴雪的影響系統(tǒng)有中亞長波槽、中亞低渦、烏拉爾山長波槽和西西伯利亞低渦（槽）［10］，新疆氣象學(xué)者［11-14］通過時(shí)空分布、環(huán)流背景和中尺度特征等對北疆偏北地區(qū)暴雪進(jìn)行分析，揭示了暴雪天氣的產(chǎn)生機(jī)理。烏魯木齊暴雪的研究發(fā)現(xiàn)，暴雪時(shí)高低空系統(tǒng)呈后傾結(jié)構(gòu)，降雪前存在位勢不穩(wěn)定加強(qiáng)，中尺度云團(tuán)是最直接的影響系統(tǒng)，具有明顯的中β尺度特征，且回波強(qiáng)度和中低層風(fēng)場輻合越強(qiáng)，回波頂高越高，黑體亮溫（TBB）等值線梯度越大，降雪強(qiáng)度越大［15-18］；天山附近鋒面呈帶狀準(zhǔn)垂直分布，動(dòng)力鋒生激發(fā)的次級環(huán)流使垂直運(yùn)動(dòng)維持發(fā)展，風(fēng)輻合強(qiáng)度與降雪強(qiáng)度正相關(guān)［19］。目前，對烏魯木齊暴雪的研究多針對單次暴雪過程進(jìn)行診斷分析，本文選取近年來烏魯木齊冬季最強(qiáng)的3 場暴雪天氣進(jìn)行綜合對比分析，以期揭示典型暴雪發(fā)生發(fā)展時(shí)大尺度環(huán)流背景、高低空配置等方面的共性，以及不穩(wěn)定條件、動(dòng)力、水汽和中尺度演變特征等方面存在的強(qiáng)度差異，從而揭示暴雪的形成機(jī)理，提高預(yù)報(bào)預(yù)警能力。

1 資料與方法

利用常規(guī)地面、高空觀測資料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析、FY2 衛(wèi)星資料，選取烏魯木齊冬季1990年以來最強(qiáng)的3場暴雪，分別發(fā)生在2015年12月11日（簡稱“12·11”過程）、2021年1月23日（簡稱“01·23”過程）和2014 年12 月8 日（簡稱“12·08”過程），采用天氣動(dòng)力學(xué)分析方法，對暴雪的大尺度環(huán)流背景及不穩(wěn)定、動(dòng)力、水汽等進(jìn)行診斷分析，揭示典型暴雪的天氣機(jī)理及強(qiáng)度差異成因。

2 天氣概況

3場暴雪是1990年以來烏魯木齊日降雪量突破歷史極值的高影響天氣，具有累計(jì)雪量大、降雪強(qiáng)度強(qiáng)、新增積雪厚等特點(diǎn)，對城市交通、設(shè)施農(nóng)業(yè)等產(chǎn)生較大影響。

“12·11”過程突破冬季歷史最大降雪日極值，降雪持續(xù)時(shí)間最長33 h（10 日17:00—12 日08:00），累計(jì)降雪量46.3 mm，最大日降雪量35.9 mm（10 日20:00—11 日20:00），最大小時(shí)雪強(qiáng)2.8 mm，新增積雪45 cm；“01·23”過程突破1月歷史日降雪量極值，居冬季日降雪量第2 位，持續(xù)18 h（23 日04:00—22:00），累計(jì)降雪量18.9 mm，最大日降雪量17.8 mm（22 日20:00—23 日20:00），最大小時(shí)雪強(qiáng)2.1 mm，新增積雪19 cm；“12·08”過程日降雪量居歷史冬季日降雪量第3位，持續(xù)15 h（8日01:00—16:00），累計(jì)降雪量17.7 mm，最大小時(shí)雪強(qiáng)1.9 mm，新增積雪16 cm。對比3場暴雪的累計(jì)降雪量、最大日降雪量、最大小時(shí)雪強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間及新增積雪厚度，“12·11”過程最強(qiáng)，“01·23”過程次之，“12·08”過程最弱（表1）。

表1 烏魯木齊歷史最強(qiáng)3場暴雪天氣降雪實(shí)況對比Tab.1 Comparison of snowfall in three strongest snowstorms in history in Urumqi

3 高低空環(huán)流配置

3.1 環(huán)流形勢

500 hPa 上，“12·11”過程前，8日歐洲高壓脊向北發(fā)展，原位于烏拉爾山的低渦東移發(fā)展至西西伯利亞；9—11 日，歐洲脊上游不斷有短波槽東移，脊后冷平流和正熱成風(fēng)渦度平流使高壓脊向東南衰退，推動(dòng)西西伯利亞低槽東移南下，與里海南部的中緯度短波系統(tǒng)結(jié)合，南伸至30°N 以南，低槽曲率加大，槽前正渦度平流加強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展，槽前西南偏南氣流（18 m·s-1）將中緯度的水汽向暴雪區(qū)輸送（圖1a）。“01·23”過程前，21 日歐洲脊發(fā)展，烏拉爾山低渦維持，里咸海南部低槽東移；22 日受不穩(wěn)定小槽侵襲歐洲高壓脊向東南衰退，烏拉爾山低渦減弱成槽東移至西西伯利亞，南壓至40°N 附近，中緯度低槽南伸至30°N，移速較西西伯利亞低槽快，南北2 支系統(tǒng)呈“階梯槽”，槽前西南急流向北不斷輸送暖濕氣流；23 日西西伯利亞低槽繼續(xù)東移，烏魯木齊處于槽前南風(fēng)氣流（18 m·s-1）控制下（圖1b）?！?2·08”過程前，5 日歐洲高壓脊發(fā)展；6—7 日高壓脊衰退、烏拉爾山低渦減弱成槽移至西西伯利亞，中緯度里咸海南部小槽快速東移，與西西伯利亞低槽合并，南壓至35°N 附近，槽前西南急流不斷輸送暖濕氣流；8日低槽快速東移，烏魯木齊處于槽前西南氣流（18 m·s-1）控制下（圖1c）。3 場暴雪500 hPa 均呈“兩脊一槽”經(jīng)向環(huán)流，歐洲為高壓脊，西西伯利亞為低槽，隨歐洲高壓脊衰退，推動(dòng)低槽東移南下與中緯度短波槽結(jié)合，鋒區(qū)加強(qiáng)，槽前正渦度平流加強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展，且槽前西南氣流加強(qiáng)，有利于將中緯度水汽向暴雪區(qū)輸送。

圖1 500 hPa位勢高度場Fig.1 500 hPa geopotential height field

地面氣壓場上，3 場暴雪均有明顯的地面冷高壓以偏西路徑入侵北疆，高壓中心強(qiáng)度分別為1047.5 hPa、1045.0 hPa、1060.0 hPa，高壓強(qiáng)度越強(qiáng)，系統(tǒng)移速越快，“12·08”過程移速快，降雪維持時(shí)間短，累計(jì)降雪量較前2個(gè)過程小。

3.2 高低空急流

“12·11”過程自10 日08:00 高空槽前西南氣流影響烏魯木齊，600～200 hPa為西南風(fēng)，500 hPa最大偏南風(fēng)24 m·s-1，600 hPa 以下為偏北風(fēng)，最大風(fēng)速16 m·s-1（圖2a）；“01·23”過程自23 日02:00 高空槽前西南氣流影響烏魯木齊，600～200 hPa 為西南風(fēng)，500 hPa 最大偏南風(fēng)20 m·s-1，600 hPa 以下為西北風(fēng)，最大風(fēng)速16 m·s-1（圖2b）；“12·08”過程自8 日02:00 高空槽前西南氣流影響烏魯木齊，600～200 hPa 為西南風(fēng)，600 hPa 以下為西北風(fēng)，最大風(fēng)速12 m·s-1（圖2c）。分析3 場暴雪期間高低空急流的空間分布（圖略），300 hPa高空急流軸均位于北疆偏西至蒙古地區(qū)，急流核風(fēng)速分別為62 m·s-1、60 m·s-1、55 m·s-1，850 hPa配合有西北急流，烏魯木齊位于高空西南急流入口區(qū)右側(cè)，低空西北急流前方。

圖2 烏魯木齊風(fēng)場時(shí)間垂直剖面Fig.2 Time vertical profile of wind field in Urumqi

綜上，925～600 hPa 西北急流和600～200 hPa 西南急流的共同作用造成烏魯木齊典型暴雪天氣。300 hPa 高空西南急流入口區(qū)右側(cè)的強(qiáng)輻散和抽吸作用、500 hPa槽前正渦度平流均有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展和維持；槽前西南急流向北輸送水汽，在暴雪區(qū)形成高濕區(qū)，建立和維持暴雪區(qū)上空的不穩(wěn)定層結(jié)；低層西北急流攜帶冷空氣進(jìn)入，形成冷墊，有利于暖濕氣流爬升；急流前方存在強(qiáng)風(fēng)速輻合，且西北急流與準(zhǔn)東西向的天山山脈近乎垂直，天山北坡出現(xiàn)風(fēng)向、風(fēng)速輻合和地形強(qiáng)迫抬升，加劇上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展和維持。故暴雪位于925～600 hPa西北急流和600～200 hPa強(qiáng)西南急流的疊置區(qū)，配合有利的熱力和水汽條件，造成烏魯木齊的典型暴雪天氣。

4 暴雪強(qiáng)度差異成因分析

4.1 熱力條件

4.1.1 東南風(fēng)、溫度平流和假相當(dāng)位溫（θse）篩選2011—2021 年烏魯木齊38 場中雪及以上量級降雪前850 hPa 風(fēng)場特征，中雪、大雪、暴雪前出現(xiàn)東南風(fēng)的概率分別為24%、50%、100%（表2），故在有利的環(huán)流背景下，前期850 hPa 東南風(fēng)對暴雪預(yù)報(bào)有一定的指示意義，那么東南風(fēng)的強(qiáng)度、維持時(shí)間和降雪具體有怎樣的對應(yīng)關(guān)系呢?“12·11”過程前850 hPa 附近東南風(fēng)維持約54 h，7 日14:00—8 日20:00，700 hPa至地面均為東南風(fēng)，暖平流作用使得地面至700 hPa 出現(xiàn)升溫，地面溫度升高至2.1 ℃；8 日20:00—9 日20:00，850～700 hPa 東南風(fēng)增強(qiáng)（16 m·s-1），暖平流使得850 hPa附近溫度繼續(xù)升高至4 ℃，而近地面以偏北風(fēng)為主，冷平流使得溫度略有下降，微差平流作用使得降雪前平流逆溫生成和維持，降雪前θse呈下凹趨勢；10 日08:00 后，低層?xùn)|南風(fēng)轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，冷空氣接地形成冷墊，冷平流達(dá)-8×10-5K·s-1，θse出現(xiàn)上凸高能舌，等θse梯度明顯增大，冷鋒鋒生（圖3a）?！?1·23”過程前850～700 hPa東南風(fēng)維持36 h，850 hPa附近最強(qiáng)（16 m·s-1），暖平流使得850 hPa附近溫度升高至0 ℃，而近地面以偏北風(fēng)為主，微差平流致使平流逆溫生成和加強(qiáng)，降雪前θse較平直；23 日08:00 后，低層?xùn)|南風(fēng)轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，冷平流達(dá)-4×10-5K·s-1，θse出現(xiàn)上凸高能舌，600 hPa以下等θse線與地面垂直，梯度明顯增大，冷鋒鋒生（圖3b）?！?2·08”過程前850～700 hPa 東南風(fēng)維持30 h，最大風(fēng)速8 m·s-1，東南風(fēng)和暖平流偏弱，850 hPa 附近溫度約-4 ℃，近地面以偏北風(fēng)為主，平流逆溫較前2 場天氣弱，降雪前θse呈下凹趨勢；7 日20:00 后，低層?xùn)|南風(fēng)轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，冷平流達(dá)-4×10-5K·s-1，θse出現(xiàn)上凸高能舌，等θse梯度明顯增大，冷鋒鋒生（圖3c）。綜上，暴雪前850～700 hPa 均有東南風(fēng)存在，微差平流使得降雪前平流逆溫生成和維持，能量不斷積聚，后期冷鋒鋒生，暖濕氣流沿冷墊被迫抬升，增強(qiáng)冷暖空氣的交匯，促進(jìn)不穩(wěn)定增長，有利于暴雪的產(chǎn)生和持續(xù)。對比3場暴雪，東南風(fēng)維持時(shí)間、強(qiáng)度、前后期冷暖平流呈現(xiàn)“12·11”過程＞“01·23”過程＞“12·08”過程的特征，與降雪強(qiáng)度對應(yīng)一致，東南風(fēng)的長時(shí)間維持使平流逆溫維持時(shí)間越長，儲(chǔ)存的能量越多，降雪越強(qiáng)。故降雪前850～700 hPa東南風(fēng)是烏魯木齊暴雪預(yù)報(bào)的一個(gè)重要特征，且東南風(fēng)的強(qiáng)度和維持時(shí)間對降雪強(qiáng)弱有一定的指示意義。

表2 2011—2021年烏魯木齊不同量級降雪前850 hPa風(fēng)向出現(xiàn)頻次Tab.2 Occurrence frequency of wind direction at 850hPa before snowfall of different magnitudes in Urumqi from 2011 to 2021

圖3 烏魯木齊風(fēng)場、θse、溫度平流時(shí)間垂直剖面Fig.3 Time vertical profiles of wind field,potential pseudo-equivalent temperature(θse),and temperature advection in Urumqi

4.1.2 逆溫層破壞前后溫濕廓線逆溫層是指溫度隨高度升高而增加的現(xiàn)象，將阻礙空氣的對流上升運(yùn)動(dòng)，儲(chǔ)存不穩(wěn)定能量，有利于能量堆積，當(dāng)冷空氣侵入，逆溫破壞，不穩(wěn)定能量釋放，天氣就會(huì)發(fā)生。分析3場暴雪前烏魯木齊溫濕廓線，“12·11”過程前9 日20:00 逆溫層位于867～755 hPa，溫度隨高度增加13 ℃，907～850 hPa 之間溫度露點(diǎn)差≤2 ℃，為飽和層，850 hPa以上溫度露點(diǎn)差逐漸增大，700 hPa達(dá)19 ℃（圖4a）?！?1·23”過程前22日20:00逆溫層位于885～808 hPa，溫度隨高度增加11.7 ℃，885～860 hPa之間溫度露點(diǎn)差≤4 ℃，為濕層，700 hPa溫度露點(diǎn)差為27.8 ℃（圖4b）?！?2·08”過程前7 日08:00 低層存在2 個(gè)逆溫層，分別位于911～875 hPa 和801～769 hPa，溫度隨高度分別增加5 ℃和11 ℃，911～850 hPa之間溫度露點(diǎn)差＜4 ℃，為濕層，700 hPa溫度露點(diǎn)差為20 ℃（圖4c）。隨冷空氣進(jìn)入，3場暴雪前的逆溫層均破壞，925～500 hPa 均為濕層（圖略）。綜上，3場暴雪前低層均存在逆溫層，850 hPa以上溫度露點(diǎn)差大，形成“干暖蓋”，儲(chǔ)存不穩(wěn)定能量，逆溫層的厚度及溫度隨高度的增加量均為“12·11”過程＞“01·23”過程＞“12·08”過程，且“12·11”過程前近地面為飽和層，水汽與熱力條件配合較好，降雪強(qiáng)度強(qiáng)。故在有利的水汽、動(dòng)力條件下，降雪前逆溫層的厚度及溫度隨高度的增加量對降雪強(qiáng)度的預(yù)報(bào)有一定的指示意義。

圖4 暴雪前烏魯木齊溫濕廓線Fig.4 Temperature and humidity profiles before snowstorms in Urumqi

4.1.3 降雪前后抬升凝結(jié)高度（LCL）的變化LCL是未飽和濕空氣干絕熱上升剛開始凝結(jié)的高度，主要取決于近地層的濕度大小，近似代表云底高度?！?2·11”過程前LCL 呈升高趨勢，10 日08:00 自884.4 hPa 開始迅速降低，11 日20:00 降至最低926 hPa（圖5a）；“01·23”過程前LCL較高，21日08:00自791 hPa 開始降低，23 日08:00 降至最低899.4 hPa（圖5b）；“12·08”過程前7 日20:00 LCL 為884.9 hPa，8 日08:00 降至910.7 hPa（圖5c）。綜上，3 場暴雪降雪時(shí)LCL 均降至最低，說明降雪時(shí)近地層濕度加大，云底高度降低，當(dāng)配合有利的垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，有利于云層厚度增加，云滴增長，即有利于降雪的產(chǎn)生和維持，其中“12·11”過程LCL 最低，與近地層為飽和層相一致。

圖5 暴雪前后烏魯木齊LCLFig.5 Lifting condensation level(LCL)before and after snowstorms in Urumqi

4.2 動(dòng)力條件

分析3 場暴雪烏魯木齊散度、渦度及垂直速度時(shí)間剖面，“12·11”過程925～700 hPa 負(fù)散度，中心值-0.5×10-4·s-1（850 hPa 附近），700～500 hPa 正散度，中心值0.2×10-4·s-1，且700～500 hPa正渦度，中心值0.9×10-4·s-1，對應(yīng)925～300 hPa 的上升運(yùn)動(dòng)，維持約48 h，700 hPa 附近出現(xiàn)最大垂直速度-1.6 Pa·s-1（圖6a～b）?！?1·23”過程925～600 hPa 負(fù)散度，中心值-0.5×10-4·s-1（700 hPa 附近），600～300 hPa 輻散，中心值0.3×10-4·s-1，且700～500 hPa 正渦度，中心值0.6×10-4·s-1，對應(yīng)925～400 hPa 的上升運(yùn)動(dòng)，維持約36 h，700 hPa附近出現(xiàn)最大垂直速度-2.0 Pa·s-1（圖6c～d）?！?2·08”過程850～500 hPa 負(fù)散度，中心值-0.3×10-4·s-1（700 hPa 附近），500～300 hPa 輻散，中心值0.25×10-4·s-1，且700～400 hPa 正渦度，中心值0.9×10-4·s-1，對應(yīng)925～300 hPa 的上升運(yùn)動(dòng)，維持約24 h，850 hPa附近出現(xiàn)最大垂直速度-0.9 Pa·s-1（圖6e～f）。綜上，3場暴雪均存在低層輻合、高層輻散的配置，且700～500 hPa正渦度隨高空槽東移，槽前正渦度平流促進(jìn)上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展與維持，為暴雪天氣提供動(dòng)力條件。對比3場暴雪的垂直速度，“12·08”過程最小，上升運(yùn)動(dòng)的維持時(shí)間最短，降雪強(qiáng)度最弱，“01·23”過程的上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)于“12·11”過程，但其上升運(yùn)動(dòng)的伸展高度和持續(xù)時(shí)間均低于“12·11”過程，降雪的強(qiáng)度受系統(tǒng)性垂直運(yùn)動(dòng)的影響外，還受熱力、水汽及中小尺度系統(tǒng)引起的垂直運(yùn)動(dòng)等的影響。

圖6 烏魯木齊散度、渦度、垂直速度時(shí)間垂直剖面Fig.6 Time vertical profiles of divergence,vorticity,and vertical velocity in Urumqi

4.3 水汽條件

水汽是降雪產(chǎn)生的必要條件，水汽輸送、輻合強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間與暴雪強(qiáng)度有較好的正相關(guān)［20-21］。“12·11”過程500 hPa附近水汽通量1.8 g·s-1·hPa-1·cm-1，850 hPa 附近水汽輸送較中層弱，為1.0 g·s-1·hPa-1·cm-1；850～400 hPa 水汽輻合，中心值-6×10-6g·hPa-1·cm-2·s-1（700 hPa 附近），持續(xù)約48 h（圖7a）?！?1·23”過程500 hPa 附近水汽通量1.2 g·s-1·hPa-1·cm-1，850 hPa 附近水汽通量1.0 g·s-1·hPa-1·cm-1；925～600 hPa水汽輻合，中心值-7×10-6g·hPa-1·cm-2·s-1（700 hPa附近），持續(xù)約36 h（圖7b）?！?2·08”過程低層水汽通量1.8 g·s-1·hPa-1·cm-1，400 hPa水汽通量為1.0 g·s-1·hPa-1·cm-1；500 hPa 附近水汽通量較小，約0.6 g·s-1·hPa-1·cm-1，中層水汽輸送較前2場天氣弱；850～400 hPa 水汽輻合，中心值-3×10-6g·hPa-1·cm-2·s-1（700 hPa附近），持續(xù)約36 h（圖7c）。

圖7 烏魯木齊水汽通量及水汽通量散度時(shí)間垂直剖面Fig.7 Time vertical profiles of water vapor flux and water vapor flux divergence in Urumqi

綜上，3 場暴雪925～300 hPa 均有正的水汽通量，水汽輸送明顯且深厚，850～500 hPa 水汽輻合，700 hPa附近最強(qiáng)。對比3場暴雪500 hPa附近水汽通量“12·11”過程＞“01·23”過程＞“12·08”過程，與降雪強(qiáng)度一致，說明中層水汽輸送對烏魯木齊暴雪至關(guān)重要。分析500 hPa 水汽通量發(fā)現(xiàn)，水汽源地均位于紅海、地中海至波斯灣一帶及阿拉伯海，存在西南和偏西2 條水汽輸送路徑，偏西路徑水汽自紅海到波斯灣附近海域沿西南氣流向東北方向輸送至里咸海以北，再沿偏西氣流經(jīng)巴爾喀什湖進(jìn)入新疆輸送至烏魯木齊；西南路徑水汽自波斯灣東部阿拉伯海一帶沿西南氣流向東北方向輸送進(jìn)入新疆（圖略）。

5 衛(wèi)星云圖

分析3 場暴雪TBB 的空間分布（圖略），隨西西伯利亞低槽東移南下，引導(dǎo)冷鋒云系東南移，受天山山脈阻擋，冷鋒云系進(jìn)入新疆后移速減緩，在天山北坡長時(shí)間維持；中緯度短波槽前不斷有相對獨(dú)立的中尺度云團(tuán)生成，隨槽前西南氣流向東北方向移動(dòng)，在冷鋒云系中不斷發(fā)展加強(qiáng)（TBB＜-50 ℃的低值帶或低值區(qū)），在高空引導(dǎo)氣流下，中尺度云團(tuán)向東北方向移動(dòng)經(jīng)過烏魯木齊上空，產(chǎn)生暴雪。

TBB 有助于了解云系的發(fā)展演變趨勢，與云頂高度呈負(fù)相關(guān)［22］，TBB 越低，云頂高度越高，中尺度云團(tuán)發(fā)展越旺盛，降雪越強(qiáng)，故TBB 的降幅和低值維持時(shí)間與降雪強(qiáng)度及持續(xù)有很大聯(lián)系。分析3場暴雪烏魯木齊小時(shí)降雪與TBB 變化曲線，“12·11”過程10 日14:00 TBB 從-24 ℃快速降低，17:00 降至最低-65 ℃，降雪開始，降幅41 ℃，降雪過程中整體呈現(xiàn)緩慢上升趨勢；但11 日02:00 和10:00 存在低值，分別為-61 ℃和-60 ℃，對應(yīng)小時(shí)雪強(qiáng)分別為2.5 mm 和2.2 mm，TBB＜-30 ℃維持近36 h（圖8a）?！?1·23”過程22 日22:00 TBB 從-33 ℃快速下降，23日03:00降至最低-68 ℃，降雪開始，降幅35 ℃，降雪過程中整體呈現(xiàn)緩慢上升趨勢；但06:00 和08:00 降至-56 ℃和-55 ℃，對應(yīng)小時(shí)雪強(qiáng)分別為1.9 mm 和2.1 mm，TBB＜-30 ℃維持近20 h（圖8b）?！?2·08”過程8 日00:00 TBB 自-18 ℃快速下降，02:00 降至-38 ℃，降幅20 ℃，降雪開始；02:00—05:00 緩慢升高，而后又快速下降，07:00 降至最低-55 ℃，降幅27 ℃，對應(yīng)小時(shí)雪強(qiáng)1.9 mm，TBB＜-30 ℃維持近16 h（圖8c）。綜上，降雪前TBB 的第一次迅速降低對應(yīng)降雪開始，降雪過程中，能量不斷釋放，TBB 整體呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，但降低時(shí)降雪強(qiáng)度大多有所增強(qiáng)，且低TBB 滯留暴雪區(qū)上空時(shí)間越長，降雪時(shí)間越長，累計(jì)降雪量越大；TBB 值的降幅、TBB＜-30 ℃的維持時(shí)間均為“12·11”過程＞“01·23”過程＞“12·08”過程，與降雪強(qiáng)度對應(yīng)一致，故TBB的降幅與低值維持時(shí)間對降雪短時(shí)臨近預(yù)報(bào)有很好的指示意義。

圖8 烏魯木齊小時(shí)降雪與TBB變化Fig.8 Hourly snowfall and black body temperature(TBB)changes in Urumqi

6 結(jié)論

本文對1990 年以來烏魯木齊最強(qiáng)的3 場暴雪天氣過程進(jìn)行綜合對比分析，揭示了典型暴雪發(fā)生發(fā)展時(shí)大尺度環(huán)流背景、高低空配置等方面的共性，以及不穩(wěn)定條件、動(dòng)力、水汽和中尺度演變特征等方面存在的強(qiáng)度差異，得出以下結(jié)論：

（1）歐洲脊發(fā)展，西西伯利亞低槽南伸，南北低值系統(tǒng)疊加是造成烏魯木齊典型暴雪的大尺度環(huán)流背景。高低空天氣系統(tǒng)為明顯的后傾槽結(jié)構(gòu)，暴雪出現(xiàn)在925～600 hPa 西北急流與600～200 hPa 強(qiáng)西南急流疊置區(qū)，冷高壓以西方路徑東移，冷鋒受天山山脈阻擋維持時(shí)間長，加之天山的地形強(qiáng)迫抬升，大尺度垂直運(yùn)動(dòng)發(fā)生發(fā)展，配合有利的熱力和水汽條件，造成烏魯木齊典型暴雪天氣。

（2）暴雪前850～700 hPa附近均有東南風(fēng)存在，微差平流使得降雪前平流逆溫生成和維持，中高層“干暖蓋”有利于能量不斷積聚，后期冷平流進(jìn)入，冷鋒鋒生，層結(jié)不穩(wěn)定發(fā)展，為暴雪天氣提供熱力條件。且前期東南風(fēng)的維持時(shí)間越長，強(qiáng)度越強(qiáng)，平流逆溫維持時(shí)間越長，儲(chǔ)存能量越多，降雪越強(qiáng)。在有利的水汽、動(dòng)力條件下，降雪前低層?xùn)|南風(fēng)和平流逆溫的強(qiáng)度及維持時(shí)間對降雪強(qiáng)度的預(yù)報(bào)有一定的指示意義。

（3）水汽自紅海、地中海至波斯灣一帶和阿拉伯海以西南和偏西2 條水汽輸送通道向暴雪區(qū)輸送，中層水汽輸送對烏魯木齊暴雪至關(guān)重要，850～600 hPa 存在較強(qiáng)的水汽輻合，700 hPa 最強(qiáng)。水汽輸送、輻合強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間共同決定暴雪強(qiáng)度。

（4）衛(wèi)星云圖是監(jiān)測暴雪天氣中尺度系統(tǒng)的有利工具，TBB 與云頂高度呈負(fù)相關(guān)，TBB 越低，云頂高度越高，中尺度云團(tuán)發(fā)展越旺盛，降雪越強(qiáng)。降雪前TBB（云頂高度）的第一次迅速降低（升高）預(yù)示降雪開始，降雪過程中TBB降低時(shí)降雪強(qiáng)度大多有所增強(qiáng)，其降幅越大，降雪越強(qiáng)，低TBB值維持時(shí)間越長，累計(jì)降雪量越大，故TBB 的降幅與低值維持時(shí)間對降雪短時(shí)臨近預(yù)報(bào)有很好的指示意義。