肉孜·阿基， 于碧馨， 李如琦

（新疆氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊 830002）

大風(fēng)是在大尺度環(huán)流天氣系統(tǒng)或局地強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)條件與特殊地形（峽谷、山谷、河谷）共同作用產(chǎn)生的一種災(zāi)害性天氣，具有很強(qiáng)的破壞力［1-5］。氣象上將2 min平均風(fēng)速達(dá)到10.8 m·s-1或瞬間風(fēng)速達(dá)到17.2 m·s-1的風(fēng)造成的災(zāi)害稱之為大風(fēng)災(zāi)害［6］。大風(fēng)災(zāi)害是全球造成死亡人數(shù)僅次于地震災(zāi)害的第二大災(zāi)害，約占所有自然災(zāi)害造成死亡人數(shù)的45%［7］。新疆由于特殊的地理位置和地形作用而盛行大風(fēng)，因大風(fēng)日數(shù)多、風(fēng)力強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活影響大而廣受關(guān)注［8］，近40 a來新疆風(fēng)災(zāi)災(zāi)損呈波動(dòng)性上升趨勢(shì)，尤其是1998年以后風(fēng)災(zāi)損失呈偏重發(fā)生［9］。

近年來，對(duì)大風(fēng)的研究有許多成果，孫玉蓮等［10］研究中高空急流是大風(fēng)的動(dòng)量來源；程月星等［11］認(rèn)為探空曲線中低層接近于干絕熱的環(huán)境溫度直減率和下沉對(duì)流有效位能突增等現(xiàn)象，對(duì)預(yù)報(bào)大風(fēng)天氣有較好的指示意義；馬鴻青等［12］認(rèn)為強(qiáng)溫度直減率、較強(qiáng)的低空垂直風(fēng)切變、低層豐富能量的聚集是雷暴大風(fēng)爆發(fā)的前提條件，地面冷鋒、干侵入和地面中尺度輻合線為觸發(fā)機(jī)制；潘新民等［13］研究了新疆百里風(fēng)區(qū)地形對(duì)大風(fēng)的影響，指出雖然造成大風(fēng)的根本原因是冷空氣活動(dòng)，但特殊的地形影響使風(fēng)速增幅；肉孜·阿基等［14-15］對(duì)烏魯木齊東南大風(fēng)典型個(gè)例進(jìn)行了分析，表明大尺度環(huán)流配置、冷平流的輸送以及動(dòng)量下傳是大風(fēng)產(chǎn)生的重要物理因素。

地形對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)有顯著影響，氣流過山是一個(gè)非常經(jīng)典的問題，國(guó)外于19世紀(jì)40年代就開始了過山氣流的動(dòng)力學(xué)理論方面的研究。Scorer［16］使用二層模式討論背風(fēng)波，提出了Scorer 系數(shù)；Klemp 等［17］用二維線性流體靜力模式解釋了美國(guó)科羅拉多博爾多地區(qū)的強(qiáng)下坡風(fēng)暴，指出由于背風(fēng)波的破碎而出現(xiàn)的湍流混合使得來自低層的重力內(nèi)波在波破碎區(qū)產(chǎn)生反射進(jìn)而導(dǎo)致下坡風(fēng)暴的形成；Lilly［18］提出了大振幅背風(fēng)波及重力波破碎與下坡風(fēng)暴的關(guān)系；在理論研究的基礎(chǔ)上，Doyle 等［19］模擬了強(qiáng)下坡風(fēng)的結(jié)構(gòu)及特征，并于次年利用觀測(cè)結(jié)果表述了強(qiáng)下坡風(fēng)的結(jié)構(gòu)與大振幅重力波的關(guān)系［20］。

國(guó)內(nèi)，葉篤正［21］研究了小尺度地形對(duì)過山氣流的影響；桑建國(guó)［22］求解了大氣波動(dòng)方程，得出了下坡運(yùn)動(dòng)的普適分析解；臧增亮等［23］利用三層理想模式對(duì)山坡背風(fēng)側(cè)的氣流進(jìn)行模擬分析后，給出了背風(fēng)波的理論波長(zhǎng)及擾動(dòng)的分析解；盧冰等［24］利用WRF 模式對(duì)克拉瑪依下坡風(fēng)暴進(jìn)行模擬后提出，當(dāng)上游風(fēng)速不斷增大時(shí)，氣流能夠翻山在背風(fēng)坡側(cè)形成重力波，重力波相位向氣流上游方向傾斜產(chǎn)生非線性效應(yīng)，促進(jìn)了波不穩(wěn)定區(qū)域的形成并導(dǎo)致波破碎，形成湍流活躍層，不斷把上層的能量向下傳播；湯浩等［25］利用WRF 模式模擬天山峽谷穿谷急流后指出，在天山兩側(cè)強(qiáng)氣壓梯度作用下，氣流爬坡進(jìn)入天山峽谷過程中受地形強(qiáng)迫形成重力波，并在背風(fēng)坡的斷崖式突降地形區(qū)產(chǎn)生背風(fēng)波，最終形成下坡風(fēng)暴；張俊蘭等［26-27］認(rèn)為中低層較深厚的強(qiáng)冷平流輸送、盆地?zé)岬蛪喊l(fā)展是天山翻山大風(fēng)形成的熱力因子。

阿克蘇地區(qū)地處新疆維吾爾自治區(qū)南疆中西部，天山山脈西段南麓、塔里木盆地北緣，地勢(shì)西北高東南低，平均海拔高度為960 m，阿克蘇市城區(qū)海拔高度為1109 m，海拔7435.3 m 的托木爾峰是境內(nèi)的最高點(diǎn)，海拔945～1020 m 的塔里木河兩岸則是境內(nèi)最低處。入侵的地面冷空氣很強(qiáng)時(shí)，容易翻越天山，重力作用使風(fēng)速增大而形成翻山大風(fēng)，最大風(fēng)速可達(dá)40 m·s-1，對(duì)農(nóng)業(yè)、林果業(yè)、交通運(yùn)輸、人民生活構(gòu)成嚴(yán)重威脅，破壞力極大，使阿克蘇地區(qū)成為新疆風(fēng)災(zāi)損失最嚴(yán)重的區(qū)域［28］。2019 年8 月15—18 日，阿克蘇地區(qū)出現(xiàn)了一場(chǎng)罕見的災(zāi)害性大風(fēng)天氣過程，近6 成站點(diǎn)出現(xiàn)8 級(jí)以上大風(fēng)，給農(nóng)業(yè)、林果業(yè)造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)9×108元。數(shù)值模式對(duì)此次大風(fēng)出現(xiàn)漏報(bào)，本文使用多種資料對(duì)大風(fēng)成因及漏報(bào)原因進(jìn)行分析，以期為今后分析、預(yù)報(bào)此類翻山大風(fēng)提供經(jīng)驗(yàn)。

1 資料來源

利用高空及地面的常規(guī)觀測(cè)氣象資料、阿克蘇探空站的探空觀測(cè)資料、歐洲中心粗網(wǎng)格（空間分辨率為0.5×0.5，時(shí)間分辨率為24 h）、細(xì)網(wǎng)格（空間分辨率為0.125×0.125，時(shí)間分辨率為3 h）的模式預(yù)報(bào)資料和NCEP 逐6 h 格距1°×1°的再分析資料、阿克蘇站和托萬克提根洪溝站2個(gè)地面自動(dòng)氣象觀測(cè)站自8 月15 日08:00 至18 日14:00 的逐時(shí)風(fēng)向風(fēng)速資料，從動(dòng)力、熱力等條件及下坡風(fēng)理論對(duì)大風(fēng)成因進(jìn)行分析。

2 天氣實(shí)況和環(huán)流背景

2.1 大風(fēng)概況和特點(diǎn)

2019 年8 月15—18 日，西天山南坡出現(xiàn)連續(xù)大風(fēng)天氣，喀什、阿克蘇地區(qū)、巴音郭楞蒙古自治州瞬間極大風(fēng)力達(dá)11～12 級(jí)，其中阿克蘇地區(qū)有110 個(gè)站（共188 站）出現(xiàn)8 級(jí)以上大風(fēng)，極大風(fēng)出現(xiàn)在阿克蘇市阿依庫勒鄉(xiāng)托萬克提根洪溝，風(fēng)力達(dá)12級(jí)（瞬間極大風(fēng)速35.9 m·s-1）。南疆共13站出現(xiàn)揚(yáng)沙，4站出現(xiàn)沙塵暴。大風(fēng)天氣造成4 次旅客列車停運(yùn)，給阿克蘇地區(qū)農(nóng)業(yè)、林果業(yè)造成重大損失，受災(zāi)農(nóng)作物1999.1 hm2、林果5.9×104hm2、蔬菜瓜果2.1 hm2，損壞大棚161 座，楊樹500 棵，造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)9×108元。從托萬克提根洪溝站和阿克蘇站風(fēng)速變化時(shí)序圖可以看出，阿克蘇地區(qū)有3 次明顯的風(fēng)速波動(dòng)（表1、圖1）。以托萬克提根洪溝站為例，15 日20:00 至16 日03:00 為第一波，8 級(jí)以上大風(fēng)維持了8 h，極大風(fēng)速35.9 m·s-1（12級(jí)）。16日03:00之后的5 h 風(fēng)力維持在6～7 級(jí)，16 日09:00 至14:00 為第二波，8 級(jí)以上大風(fēng)維持了6 h，極大風(fēng)速22.6 m·s-1（9級(jí)）。16 日14:00 以后風(fēng)力再次減弱，之后的16 h 風(fēng)力維持在4～7 級(jí)，17 日07:00 至22:00 為第三波，8 級(jí)以上大風(fēng)維持了16 h，極大風(fēng)速29.8 m·s-1（11 級(jí)），17 日22:00 以后才開始減弱。第三波大風(fēng)維持時(shí)間最長(zhǎng)，且連續(xù)6 h極大風(fēng)力維持在10～11級(jí)。阿克蘇站的風(fēng)力比托萬克提根洪溝站弱一些，但是變化趨勢(shì)基本一致?？v觀整個(gè)過程，以托萬克提根洪溝站為例，15日19:00的極大風(fēng)速僅為4.9 m·s-1，10 min平均風(fēng)速為0，而20:00 突然起風(fēng)且極大風(fēng)速達(dá)到了過程最大值35.9 m·s-1，10 min 平均風(fēng)速為22.2 m·s-1；15 日20:00 起風(fēng)到18 日14:00 風(fēng)速降到8.7 m·s-1（5級(jí)），前后66 h 的過程中，出現(xiàn)了3 次明顯的風(fēng)速波動(dòng)，8 級(jí)以上大風(fēng)累計(jì)維持了30 h。而3 次波動(dòng)之間，風(fēng)力小于8 級(jí)的時(shí)候，也基本都在5 級(jí)以上，極個(gè)別時(shí)段降到了4 級(jí)。由此可見，此次大風(fēng)天氣過程具有突發(fā)性強(qiáng)、風(fēng)速峰值與峰谷差值大、大風(fēng)范圍廣、風(fēng)力強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、大風(fēng)期間風(fēng)速波動(dòng)明顯的特征。而此次強(qiáng)風(fēng)天氣主要集中在背風(fēng)坡側(cè)及山腳局地一帶，大風(fēng)強(qiáng)度明顯大于山前地面風(fēng)速，是一次明顯的氣流過山引起的強(qiáng)下坡風(fēng)暴（附阿克蘇周邊站點(diǎn)及地形圖見圖2）。

圖1 2019年8月15—18日兩站風(fēng)速變化Fig.1 Changes of wind speed at two stations from August 15 to 18,2019

圖2 阿克蘇周邊站點(diǎn)分布及地形Fig.2 Distribution of stations around Aksu Prefecture and topography

表1 三波大風(fēng)極大風(fēng)速實(shí)況數(shù)據(jù)Tab.1 Real-time wind speed data of three gales /m·s-1

2.2 環(huán)流形勢(shì)演變

2.2.1 高空斜壓槽和強(qiáng)鋒區(qū)本次大風(fēng)過程屬于脊（阻高）衰退類大風(fēng)［29］。在2019 年8 月13 日08:00（北京時(shí)間，下同）500 hPa 高空?qǐng)D（圖略）上，歐亞中高緯度為兩槽兩脊的經(jīng)向環(huán)流，東歐阻塞高壓脊發(fā)展加強(qiáng)，脊后烏拉爾低渦位置偏南，低渦中心位于50°N 處，-16 ℃的冷中心落后于556 dagpm 高度中心，等溫線與等高線交角幾乎垂直，大氣斜壓性很強(qiáng)。此時(shí)新疆受暖高壓脊控制，天氣晴好，溫度較高。15 日08:00，歐洲高壓脊進(jìn)一步發(fā)展加強(qiáng)，脊頂東伸到烏拉爾山，脊前北風(fēng)帶加強(qiáng)，最大風(fēng)速達(dá)28 m·s-1，低渦東南移到巴爾喀什湖以西，中心逆轉(zhuǎn)，鋒區(qū)上分裂一個(gè)短波沿低渦外圍快速東南移到低渦底部，形成不穩(wěn)定小槽，同時(shí)溫度槽移速較快，15 日08:00 已領(lǐng)先于高度槽。受新疆脊阻擋，低渦在48 h僅東移了不到10個(gè)經(jīng)度，能量得以積聚。15日20:00（圖3a），泰米爾半島處極渦南壓，擠壓歐洲脊，脊頂部分正變高南落，推動(dòng)低渦底部的不穩(wěn)定小槽東移進(jìn)入南疆，引導(dǎo)地面冷空氣翻越西天山進(jìn)入阿克蘇、喀什等地，形成下坡風(fēng)。同時(shí)地面冷鋒觸發(fā)阿克蘇地區(qū)對(duì)流發(fā)展，地面出現(xiàn)短時(shí)雷暴大風(fēng)，阿克蘇上空500 hPa 風(fēng)速也明顯增大，系統(tǒng)性翻山大風(fēng)和對(duì)流性雷暴大風(fēng)疊加導(dǎo)致地面風(fēng)速急劇增大，此時(shí)正是托萬克提根洪溝突然起風(fēng)并出現(xiàn)過程最大風(fēng)速的時(shí)間。16 日08:00（圖3b），歐洲脊繼續(xù)發(fā)展東擴(kuò)，推動(dòng)低渦略向東南移，槽前西南風(fēng)明顯增大，低渦底部分裂第2 個(gè)短波快速東移開始進(jìn)入新疆，同時(shí)引導(dǎo)另一股冷空氣翻越西天山進(jìn)入南疆，16 日09:00 第二波大風(fēng)開始，持續(xù)到16 日14:00。16日20:00，低渦分裂成兩部分，北段快速東移北收，南段滯留在中亞地區(qū)。17 日08:00（圖3c），低渦南段再次分裂，主體東移進(jìn)入南疆緩慢東移，底部部分冷空氣則滯留在中亞，并于18日白天減弱東南移到昆侖山上空。由于低渦主體進(jìn)入南疆后移速較慢，持續(xù)的引導(dǎo)地面冷空氣源源不斷的翻越西天山，所以第三波地面災(zāi)害性大風(fēng)維持時(shí)間長(zhǎng)達(dá)16 h，10 級(jí)以上大風(fēng)維持時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6 h，且風(fēng)速出現(xiàn)了過程的次高值。18日午后，風(fēng)力降到5級(jí)以下，本次大風(fēng)過程徹底結(jié)束。在整個(gè)過程中，中低層風(fēng)向與地面風(fēng)向不同，且低層風(fēng)速并未隨著中層風(fēng)速而增大，因而這次大風(fēng)過程中，動(dòng)量下傳不明顯。

圖3 500 hPa綜合圖Fig.3 500 hPa comprehensive map

2.2.2 地面冷鋒過程前的8 月13 日，冷高壓形成于歐洲，之后緩慢東南移動(dòng)。14 日20:00，冷高壓中心移到里海，強(qiáng)度為1022.5 hPa，高壓前端伸到巴爾喀什湖南部，此時(shí)南疆受熱低壓控制，低壓中心位于南疆盆地東南部，強(qiáng)度為992.5 hPa。15 日08:00，冷高壓中心位置基本沒有變化，高壓前端在巴爾喀什湖南部形成了一個(gè)小中心，強(qiáng)度為1012.5 hPa。15 日白天，地面冷鋒進(jìn)入阿克蘇地區(qū)，氣壓梯度逐漸增大。15日20:00（圖4a），氣壓梯度達(dá)到5個(gè)緯距內(nèi)9 條等壓線，高低壓中心壓差達(dá)到20 hPa，托萬克提根洪溝的瞬間極大風(fēng)速?gòu)?.9 m·s-1（3 級(jí)）驟然增大到35.9 m·s-1（12 級(jí)）。16 日08:00（圖4b），冷高壓位于巴爾喀什湖南部的小中心消失，但是冷鋒依然位于西天山，南疆盆地內(nèi)的熱低壓沒有發(fā)生大的變化。16 日11:00 開始，冷高前端開始西退，盆地內(nèi)的熱低壓中心減弱為997 hPa，地面風(fēng)速也有所減弱，14:00 第二波大風(fēng)結(jié)束。16 日17:00 開始，冷高壓前端再次東伸到巴爾喀什湖以南，熱低壓中心加強(qiáng)為990 hPa，氣壓梯度達(dá)到5 個(gè)緯距內(nèi)10 條等壓線，高低壓中心壓差達(dá)27.5 hPa，但是從16 日15:00 至17日06:00，托萬克提根洪溝的風(fēng)速維持在5 級(jí)左右，而沒有隨著高低壓中心壓差的增大而增大。17 日08:00（圖4c）以后，冷高壓基本沒有變化，熱低壓則逐漸減弱并東移出我區(qū)，冷鋒繼續(xù)維持在西天山，而此時(shí)托萬克提根洪溝出現(xiàn)了第三波大風(fēng)。以上變化說明，本次大風(fēng)主要是高空槽分裂東移的過程中，先后3 次引導(dǎo)地面冷空氣翻越西天山后勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能而形成，3 次起風(fēng)時(shí)間恰好都是高空短波槽進(jìn)入西天山的時(shí)間。

圖4 海平面氣壓場(chǎng)Fig.4 Sea level presure field

3 大風(fēng)過程的動(dòng)力和熱力診斷分析

3.1 T-lnP圖分析

從8 月15 日阿克蘇探空站的溫度對(duì)數(shù)壓力圖（圖5）上來看，08:00 阿克蘇上空對(duì)流抑制能量達(dá)829 J·kg-1，有利于能量的積累。對(duì)流有效位能（Convective available potential energy，CAPE）較弱，僅為7.3 J·kg-1，而下沉對(duì)流有效位能（Down convective available potential energy，DCAPE）達(dá)1110 J·kg-1，低層較干，中層較濕，存在一定的垂直風(fēng)切變。這種形勢(shì)有利于對(duì)流的觸發(fā)和雷暴大風(fēng)的形成。15 日20:00 對(duì)流抑制能量降為零，對(duì)流有效位能增大到221 J·kg-1，下沉對(duì)流有效位能則急劇增大到1726 J·kg-1，而15 日20:00 也是突然出現(xiàn)12 級(jí)大風(fēng)的時(shí)間，21:00 風(fēng)力就降到了9 級(jí)，隨后的7 h，風(fēng)力始終是8～9級(jí)。下沉對(duì)流有效位能的急劇增加伴隨著突然出現(xiàn)短時(shí)12 級(jí)大風(fēng)，說明15 日20:00 地面冷鋒觸發(fā)了對(duì)流，出現(xiàn)了短時(shí)雷暴大風(fēng)，同時(shí)高空槽引導(dǎo)地面冷空氣翻越天山，勢(shì)能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化，而很強(qiáng)的下沉對(duì)流有效位能有利于翻山氣流快速下沉形成下坡風(fēng)暴，翻山風(fēng)和雷暴大風(fēng)疊加而產(chǎn)生了短時(shí)的12級(jí)災(zāi)害性大風(fēng)。短時(shí)雷暴大風(fēng)結(jié)束后，高空短波槽引導(dǎo)的地面冷空氣繼續(xù)翻過天山形成下坡風(fēng)，8級(jí)以上大風(fēng)繼續(xù)維持了7 h。

3.2 溫度平流分析

根據(jù)位勢(shì)傾向方程和ω方程，暖平流區(qū)有等壓面升高，產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，低層減壓，在冷平流區(qū)，等壓面降低產(chǎn)生下沉運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致地面加壓。不同區(qū)域冷暖平流不同，地面氣壓的改變導(dǎo)致氣壓梯度的改變，有利于形成大風(fēng)。溫度平流越強(qiáng)，越有利于大風(fēng)的產(chǎn)生。從圖5 的垂直風(fēng)場(chǎng)變化情況來看，15 日08:00，阿克蘇上空低層到中層風(fēng)向隨高度增加而順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，表明中低層存在明顯的暖平流；而15 日20:00，低層風(fēng)場(chǎng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，中層順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，表明低層轉(zhuǎn)為冷平流，中層依然是暖平流。阿克蘇上空溫度平流的高度時(shí)間剖面圖（圖6a）顯示的更為清楚。在整個(gè)過程當(dāng)中，阿克蘇上空低層始終存在一個(gè)強(qiáng)冷平流中心，15 日夜間強(qiáng)度為-40×10-4K·s-1，16 日白天冷平流減弱，16 日夜間再次出現(xiàn)強(qiáng)度為-40×10-4K·s-1的中心，17日白天冷平流中心強(qiáng)度達(dá)-100×10-4K·s-1。冷平流中心最強(qiáng)的時(shí)段恰好是地面災(zāi)害性大風(fēng)維持的時(shí)段。持續(xù)的冷平流一方面說明大氣斜壓性強(qiáng)，在力管作用下，冷空氣趨于下沉，暖空氣趨于上升，大氣的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，下沉運(yùn)動(dòng)有利于大風(fēng)產(chǎn)生［30］；另一方面，冷空氣可以使地面變壓加大，變壓風(fēng)也會(huì)加強(qiáng)地面的風(fēng)速［31］。

圖5 2019年8月15日阿克蘇探空站T-lnP圖Fig.5 T-lnP diagrams on 15 August 2019 at Aksu Sounding Station

圖6 阿克蘇上空的高度時(shí)間剖面Fig.6 Altitude time profile over Aksu Prefecture

3.3 高空急流和散度場(chǎng)分析

高空急流入口區(qū)易引發(fā)次級(jí)環(huán)流，其右側(cè)（南部）輻散，下部產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，上升氣流使鋒前低壓加強(qiáng)，其左側(cè)（北部）輻合，下部產(chǎn)生下沉運(yùn)動(dòng)，下沉氣流有利于鋒后高壓加強(qiáng)，冷鋒前后氣壓梯度加強(qiáng)，近地層風(fēng)速加大。從200 hPa 的風(fēng)速分布可以看出（圖略），15 日08:00，高空急流軸位于西天山上空，急流軸中心最大風(fēng)速達(dá)60 m·s-1，急流軸呈西南—東北向，阿克蘇地區(qū)位于高空急流軸南側(cè)，向南的非地轉(zhuǎn)風(fēng)偏差分量使該上空有較強(qiáng)的高空輻散。由阿克蘇上空散度的高度時(shí)間剖面圖（圖6b）上可以看到，過程前后200 hPa 高空始終是較明顯的輻散，15 日08:00 在阿克蘇上空200 hPa 有散度為3×10-5·s-1的輻散區(qū)。17 日08:00，高空急流軸中心最大風(fēng)速達(dá)64 m·s-1，此時(shí)阿克蘇上空300 hPa 有散度為10×10-5·s-1的輻散區(qū)，表明高空急流附近有較強(qiáng)的輻散。與此同時(shí)，700 hPa 始終是輻合區(qū)，散度為-4×10-5·s-1，16 日夜間散度達(dá)-8×10-5·s-1，17 日白天最強(qiáng)輻合區(qū)在500 hPa，散度達(dá)-10×10-5·s-1，而850 hPa 以下一直為較強(qiáng)的輻散區(qū)，17 日白天輻散最強(qiáng)，最大散度為8×10-5·s-1。結(jié)合8 月17 日14:00阿克蘇上空垂直速度W沿41°N 的緯向剖面圖可以看出，300 hPa以下垂直運(yùn)動(dòng)非常強(qiáng)，因此認(rèn)為，高空急流引起高層、近地層輻散和中低層輻合，說明垂直運(yùn)動(dòng)和次級(jí)環(huán)流非常強(qiáng)，低層氣流輻合下沉有利于大風(fēng)的維持。

3.4 垂直速度分析

從阿克蘇上空垂直速度ω的高度時(shí)間剖面圖（圖7a）上可以看到，過程前后，阿克蘇上空800 hPa以下始終有較明顯的下沉氣流，15 日夜間下沉運(yùn)動(dòng)范圍向上伸展到750 hPa附近，中心強(qiáng)度達(dá)1.5 Pa·s-1；17日白天下沉運(yùn)動(dòng)范圍進(jìn)一步向上伸展到500 hPa，中心強(qiáng)度達(dá)3 Pa·s-1，下沉運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)的區(qū)域在近地層850 hPa 附近。同時(shí)從圖7a 也可以看到，本次過程中，前2 次風(fēng)速波動(dòng)時(shí)，垂直下沉運(yùn)動(dòng)位于800 hPa以下，800 hPa 以上為上升運(yùn)動(dòng)；第3 次風(fēng)速波動(dòng)，雖然下沉運(yùn)動(dòng)范圍向上伸展到了500 hPa，且下沉運(yùn)動(dòng)明顯加強(qiáng)，但是500 hPa 以上依然為上升運(yùn)動(dòng)，這也再次說明本次過程中沒有明顯的動(dòng)量從高層下傳到低層。從阿克蘇上空垂直速度W的緯向剖面及地形疊加圖（圖7b～d）可知，15日20:00（圖7b），阿克蘇以西區(qū)域整層均為較強(qiáng)上升氣流，以東在600 hPa以下為較強(qiáng)下沉氣流，阿克蘇剛好位于上升氣流與下沉氣流的中間位置，而這也有利于觸發(fā)阿克蘇的強(qiáng)對(duì)流天氣。20:00 隨著翻山風(fēng)與雷暴大風(fēng)突然出現(xiàn)，82°E 以西區(qū)域600 hPa 以下均變成了下沉氣流，下沉中心位于阿克蘇上空800 hPa 附近；16 日08:00（圖7c），500 hPa以下均為弱上升氣流，09:00出現(xiàn)第二波大風(fēng)以后，阿克蘇上空依然是弱上升氣流，這是由于引起第二波大風(fēng)的短波槽較弱，引導(dǎo)的冷空氣沿天山南坡下來以后，在阿克蘇本地上空引起弱的上升運(yùn)動(dòng)，因此第二波大風(fēng)時(shí)間相對(duì)較短，強(qiáng)度也相對(duì)較弱；16 日夜間（圖略），300 hPa 以下均為上升氣流，最強(qiáng)上升氣流位于阿克蘇偏東上空500～850 hPa，中心強(qiáng)度達(dá)7×10-2m·s-1。而隨著主槽東移引導(dǎo)大量冷空氣翻山，引起第三波大風(fēng)，17日08:00（圖7d），82°E以西區(qū)域500 hPa以下均變成強(qiáng)下沉氣流，中心位于阿克蘇上空700 hPa 附近。17 日14:00（圖略），下沉氣流中心下移到800 hPa 以下，此時(shí)也是出現(xiàn)過程次高值的時(shí)間。分析其原因，17 日白天阿克蘇及以西區(qū)域500 hPa 以下均為強(qiáng)下沉氣流，且當(dāng)天的下沉氣流最強(qiáng)，垂直下沉運(yùn)動(dòng)的中心就位于阿克蘇上空800 hPa附近，強(qiáng)度達(dá)-7×10-2m·s-1，而阿克蘇以東區(qū)域?yàn)檩^強(qiáng)的上升氣流，中心強(qiáng)度達(dá)7×10-2m·s-1，而17日恰好主槽過境，從時(shí)間推算，14:00槽線恰好位于阿克蘇上空（80.21°E，41.17°N），槽前為上升區(qū)，槽后為下沉區(qū)。這種槽前上升、槽后下沉運(yùn)動(dòng)，使大量擾動(dòng)有效位能轉(zhuǎn)化為擾動(dòng)動(dòng)能，形成斜壓不穩(wěn)定，使翻山風(fēng)在下坡過程中風(fēng)速增大并長(zhǎng)時(shí)間維持。因此，第三波大風(fēng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)16 h，且從17 日14:00 起連續(xù)6 h 維持10～11 級(jí)，而第一波大風(fēng)開始時(shí)在雷暴大風(fēng)的加持下瞬間達(dá)到12級(jí)，之后維持在8～9級(jí)。

圖7 阿克蘇上空垂直速度的高度時(shí)間剖面和沿41°N的緯向剖面Fig.7 Altitude time profile of vertical velocity over Aksu Prefecture and latitudinal profile along 41°N

4 可預(yù)報(bào)性分析

本次災(zāi)害性大風(fēng)天氣在服務(wù)上出現(xiàn)了漏報(bào)，究其原因，主要有2個(gè)方面。漏報(bào)的第一個(gè)原因：模式預(yù)報(bào)誤差。用8 月14 日20:00 初始場(chǎng)的ECMWF 模式資料與實(shí)況圖進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明，8月15日20:00 模式500 hPa 高度預(yù)報(bào)圖中，低渦主體位置、形狀、中心強(qiáng)度跟實(shí)況圖差別不大，但是對(duì)分裂短波的走向預(yù)報(bào)跟實(shí)況差別較大，預(yù)報(bào)圖中新疆脊較強(qiáng)，短波是沿脊后西南氣流向東北移動(dòng)掃過西國(guó)境線（圖8a），隨后低渦整體緩慢東移進(jìn)入新疆。17日槽前西南氣流控制了南北疆大部區(qū)域（圖8b），系統(tǒng)的這種走勢(shì)有利于新疆大部自西向東出現(xiàn)降水，而實(shí)況圖中15日20:00至17日20:00，低渦先后分裂4 次，前2 次分裂的短波和最后1 次分裂后的低槽主體進(jìn)入了南疆盆地，先后3 次引導(dǎo)地面冷空氣翻過天山，系統(tǒng)的這種變化則是有利于天山南坡出現(xiàn)翻山大風(fēng)。而EC-thin（歐洲中心細(xì)網(wǎng)格預(yù)報(bào)模式）的10 m 風(fēng)場(chǎng)（圖8c～d）和850 hPa 風(fēng)場(chǎng)（圖略）預(yù)報(bào)中，天山南坡沒有預(yù)報(bào)大風(fēng)天氣，而是預(yù)報(bào)了弱的冬灌，這也有利于南疆西部的降水。因此，本場(chǎng)大風(fēng)天氣過程出現(xiàn)了漏報(bào)。而漏報(bào)的第2 個(gè)原因，則是15 日20:00，有短時(shí)對(duì)流性雷暴大風(fēng)發(fā)生，與翻山風(fēng)疊加，增大了風(fēng)力的同時(shí)，也增加了預(yù)報(bào)難度。

圖8 500 hPa高度預(yù)報(bào)場(chǎng)與實(shí)況場(chǎng)對(duì)比及EC-thin10 m風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)Fig.8 500 hPa altitude prediction field versus live field and EC-thin10 m wind field forecast

5 結(jié)論

（1）本次過程是在阻塞高壓發(fā)展加強(qiáng)和低渦長(zhǎng)時(shí)間維持的形勢(shì)下導(dǎo)致的1次持續(xù)性大風(fēng)過程。高空斜壓槽和地面強(qiáng)冷鋒長(zhǎng)時(shí)間維持，隨著低槽分3次東移，引導(dǎo)地面冷空氣翻越天山，在高空急流和低層冷平流的共同作用下，在天山南坡造成長(zhǎng)時(shí)間的大風(fēng)過程，阿克蘇出現(xiàn)了3次大風(fēng)波動(dòng)天氣。

（2）3次大風(fēng)波動(dòng)過程具有突發(fā)性強(qiáng)、風(fēng)速峰值與峰谷差值大、大風(fēng)范圍廣、風(fēng)力強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、風(fēng)速波動(dòng)明顯的特征。前2次大風(fēng)波動(dòng)是由分裂短波東移引起，短波移速快，故災(zāi)害性大風(fēng)維持時(shí)間短，第3 次大風(fēng)波動(dòng)是由主槽東移引起，移速較慢，故災(zāi)害性大風(fēng)維持時(shí)間長(zhǎng)，整體風(fēng)速也很大。

（3）本次大風(fēng)主要是由于系統(tǒng)深厚的斜壓性造成的，冷空氣翻越天山后，在重力的作用下，大氣的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能而成，而受強(qiáng)冷平流影響，大氣質(zhì)心下沉，加速了勢(shì)能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。第1次大風(fēng)波動(dòng)有對(duì)流性雷暴大風(fēng)疊加，因此瞬間出現(xiàn)12級(jí)的大風(fēng)。

（4）高空急流的抽吸作用，使其下方形成次級(jí)環(huán)流的上升支，有利于形成對(duì)流運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)上下層之間的能量交換。本次過程中強(qiáng)次級(jí)環(huán)流使中層輻合及低層輻散，有利于大風(fēng)加強(qiáng)和維持。