引發(fā)新疆強(qiáng)降水的中亞氣旋分析

熊秋芬， 蘇小嵐， 吐莉尼沙， 周雅蔓

(1.中亞大氣科學(xué)研究中心,烏魯木齊 830002； 2.中國(guó)氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院，北京 100081； 3.新疆維吾爾自治區(qū)氣象服務(wù)中心,烏魯木齊 830002； 4.新疆維吾爾自治區(qū)氣象臺(tái),烏魯木齊 830002)

引 言

自1922年以Bjerknes等[1]為代表的挪威學(xué)派基于地面觀測(cè)資料提出了鋒面氣旋的概念模型后，有關(guān)鋒面氣旋及其相伴天氣廣受國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注[2-10]，特別是隨著先進(jìn)探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用、探測(cè)資料時(shí)空分辨率的提高，對(duì)氣旋的結(jié)構(gòu)特征、發(fā)生發(fā)展機(jī)理等[11-19]的認(rèn)識(shí)更加深入細(xì)致。Palmen等[20]基于高空觀測(cè)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)地面氣旋上方是一個(gè)西風(fēng)帶的波動(dòng)。Carlson[21]給出了鋒面氣旋中的三條輸送帶。Kuo等[22]用模式模擬了鋒面氣旋中三條輸送帶對(duì)應(yīng)氣塊的后向軌跡。我國(guó)學(xué)者對(duì)鋒面氣旋研究始于20世紀(jì)70年代。李兆祥等[23]對(duì)黃河氣旋進(jìn)行了分析。梁鈺[24]、范學(xué)峰[25]、魯坦[26]等則對(duì)影響河南的黃河氣旋進(jìn)行了研究。熊秋芬等[27]用HYSPLIT模式軌跡追蹤了鋒面氣旋中水汽的來(lái)源。

中亞地處中緯度西風(fēng)帶，副熱帶急流常在該地分支，而極鋒急流和副熱帶急流也常在這里匯合，為中亞鋒面氣旋(簡(jiǎn)稱中亞氣旋，下同)的發(fā)生發(fā)展提供了有利條件。中亞氣旋是造成新疆暴雨、暴雪等災(zāi)害性天氣的主要系統(tǒng)之一[28]。張家寶等[29]指出，春季新疆17次大降水過(guò)程中，有13次與中亞氣旋活動(dòng)有關(guān)。莊曉翠等[30]分析了新疆北部一次暖區(qū)與冷鋒并存的暴雪天氣過(guò)程，其中暖區(qū)降雪實(shí)際上是中亞氣旋東側(cè)暖鋒引起的。盡管早在20世紀(jì)80年代，張家寶等[29]曾分析過(guò)中亞氣旋的天氣特征及其對(duì)新疆的影響，但近30年利用高時(shí)空分辨率資料對(duì)中亞氣旋生成源地及移動(dòng)方向、云系特征、氣旋的三維結(jié)構(gòu)、輸送帶及其對(duì)新疆降水影響等方面進(jìn)行系統(tǒng)性的研究相對(duì)較少。

本文利用常規(guī)高空、地面觀測(cè)資料，地面加密觀測(cè)資料，風(fēng)云二號(hào)系列衛(wèi)星水汽云圖，對(duì)2014-2018年由中亞氣旋引發(fā)的新疆強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，再選取典型個(gè)例，歸納出對(duì)新疆造成強(qiáng)降水、不同類型的中亞氣旋概念模型及輸送帶特征，以期提高対該類天氣系統(tǒng)及天氣過(guò)程的認(rèn)識(shí)，為“一帶一路”精細(xì)化的預(yù)報(bào)服務(wù)提供參考。

1 中亞氣旋定義

結(jié)合張家寶等[29]關(guān)于中亞鋒面氣旋的概念，又有別于文獻(xiàn)[31-32]對(duì)中亞低渦的定義，將中亞氣旋定義為在60°-90°E、35°-55°N范圍內(nèi)(圖 1中紅色框所示)生成并滿足下列條件的氣旋：

(1)以2.5 hPa間距繪制地面等壓線，地面圖上至少有一條閉合等壓線的低壓系統(tǒng)，并同時(shí)伴有冷鋒和暖鋒。

(2)850或700 hPa上有低渦系統(tǒng)，但氣旋初生時(shí)以4位勢(shì)什米間隔繪制等高線時(shí)，500 hPa沒有閉合等高線或低壓環(huán)流中心(低渦)，僅有低槽，如果氣旋發(fā)展過(guò)程中500 hPa低槽發(fā)展成低渦，則認(rèn)為是同一次氣旋過(guò)程。

(3)氣旋生成后的24 h內(nèi)給新疆造成強(qiáng)降水，排除了文獻(xiàn)[29]中在巴爾喀什湖以西生成且北上，并不直接影響新疆的氣旋。

2 中亞氣旋概況

按照上述對(duì)中亞氣旋定義，利用常規(guī)觀測(cè)資料、地面加密觀測(cè)資料，結(jié)合新疆雨、雪本地的降水標(biāo)準(zhǔn)[29,32]，對(duì)2014-2018年新疆24 h降水達(dá)到或超過(guò)大雨(大雪)的天氣過(guò)程進(jìn)行普查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在新疆115次強(qiáng)降水過(guò)程中，有24次強(qiáng)降水過(guò)程伴隨中亞氣旋。下面給出這24次中亞氣旋過(guò)程的統(tǒng)計(jì)特征。

2.1 中亞氣旋生成的時(shí)空分布特征

根據(jù)氣旋中心生成所在地來(lái)劃分，中亞氣旋生成源地及生成次數(shù)見圖1。

由圖1可知，中亞氣旋生成最多的地區(qū)是北疆以西的巴爾喀什湖及其北部地區(qū)(簡(jiǎn)稱北疆以西，下同)，為13次；其次是北疆地區(qū)，為5次；另外北疆以北和巴爾喀什湖南部地區(qū)各2次；南疆西部1次；南疆東部1次。由此可見，北疆及其周圍地區(qū)更有利于氣旋的生成，而南疆生成氣旋的概率較小。需要說(shuō)明的是，生成于70°E以西、50°N以北的中亞氣旋主要向東北方向移動(dòng)，對(duì)新疆的影響系統(tǒng)只是冷鋒尾部,而不是氣旋本身，因此不包含在本文的統(tǒng)計(jì)中。

圖1 2014-2018年影響新疆的中亞氣旋生成源地及次數(shù)

從中亞氣旋生成的月份分布(表1)來(lái)看，6、8、9月出現(xiàn)最多，均為5次；2、4、11月的次之，都為2次；1、5、7月分別僅為1次； 而3、10、12月一次也沒有出現(xiàn)。從季節(jié)上看，夏季(6-8月)生成最多，為11次；秋季(9-11月)次之，為7次；春季(3-5月)和冬季(12-2月)均為3次。中亞氣旋的這種時(shí)間分布特征表明在冬半年極鋒鋒區(qū)和地面冷高壓占主導(dǎo)地位而暖空氣不強(qiáng)時(shí)，不利于氣旋的形成；而在副熱帶鋒區(qū)和暖濕氣流活躍的夏季和初秋容易生成氣旋。另外中亞氣旋年際差別也比較大，在統(tǒng)計(jì)的5年中，2017年出現(xiàn)氣旋次數(shù)最多，為9次；而2018年的最少，僅為2次(表2)。

表1 2014-2018年影響新疆的24次中亞氣旋月分布

2.2 中亞氣旋的移動(dòng)和強(qiáng)度分布特征

24次中亞氣旋過(guò)程移動(dòng)特征見表2。表2顯示，中亞氣旋只有1次穩(wěn)定少動(dòng)，其他均向東或東北移，其中東移12次，東北移11次；且生成于北疆地區(qū)的氣旋大多數(shù)以東移(3次/5次)為主，生成于北疆以西的氣旋東移(6次/13次)和東北移(7次/13次)次數(shù)差別不大。

有15次中亞氣旋中心氣壓強(qiáng)度在1000～1010 hPa(表2)，5次中心氣壓強(qiáng)度<1000 hPa，4次中心氣壓強(qiáng)度>1010 hPa，最高可達(dá)1022 hPa，最低為991 hPa。這些氣旋向東或東北方向移動(dòng)時(shí)不僅移速快，且大多數(shù)強(qiáng)度也是減弱的，僅有4次是加強(qiáng)的(表2中序號(hào)9、12、14、17)，并沒有出現(xiàn)強(qiáng)度暴發(fā)式發(fā)展的氣旋，也沒有冷鋒趕上暖鋒而形成的錮囚氣旋。中亞氣旋強(qiáng)度的這種分布特征除了與暖濕氣流不強(qiáng)有關(guān)外，還與新疆及其周圍地區(qū)復(fù)雜的下墊面摩擦有關(guān)。另外由于中亞氣旋(含與氣旋相伴的冷暖鋒)移動(dòng)速度較快，其對(duì)新疆的影響時(shí)間普遍較短(表略)，基本上在1天以內(nèi)，只有1次氣旋過(guò)程超過(guò)1.5天(表2中序號(hào)9)、3次氣旋過(guò)程維持2天(表2中序號(hào)4、12、24)。

2.3 中亞氣旋的水汽云圖特征

從中亞氣旋的水汽云圖統(tǒng)計(jì)特征(表2)可知，24次中亞氣旋過(guò)程中有12次伴隨逗點(diǎn)云系，8次為斜壓葉狀云系，3次由斜壓葉狀云系轉(zhuǎn)換為逗點(diǎn)云系(表2中序號(hào)1、15、17)，1次由逗點(diǎn)云系變?yōu)槁菪葡?表2中序號(hào)21)，且云系有變化的4次過(guò)程均發(fā)生在新疆以西生成的氣旋中。

2.4 中亞氣旋與冷空氣

氣旋的發(fā)生發(fā)展與東、西兩路冷空氣有關(guān)[29]，分別對(duì)應(yīng)暖鋒鋒生和冷鋒鋒生。表2給出了中亞氣旋過(guò)程中地面東、西兩路冷空氣強(qiáng)度對(duì)比情況，有15次過(guò)程西路冷空氣強(qiáng)于東路冷空氣，7次過(guò)程則是東路冷空氣強(qiáng)于西路冷空氣，2次過(guò)程?hào)|、西路冷空氣勢(shì)力相當(dāng)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，南疆生成的2次氣旋均為東路冷空氣強(qiáng)而西路冷空氣弱的情況。

2.5 中亞氣旋與高空急流

通常情況下，高空急流出口區(qū)左側(cè)和入口區(qū)右側(cè)有正渦度平流和輻散，有利于地面氣旋的生成和發(fā)展。表2反映出17次中亞氣旋發(fā)生在高空急流出口區(qū)的左側(cè)，7次在高空急流入口的右側(cè)，因此中亞氣旋生成時(shí)均伴有高空急流引起的輻散。

綜上所述，造成新疆強(qiáng)降水的中亞氣旋主要發(fā)生在夏季-初秋、70°E以東的北疆及其周圍地區(qū)；氣旋向東或東北移動(dòng)并伴有高空輻散。云圖上表現(xiàn)為逗點(diǎn)云系或斜壓葉狀云系。與在我國(guó)東部生成的氣旋[33-35]相比，其生成時(shí)間、移動(dòng)方向略有不同，生命史較短，強(qiáng)度也比較弱[36-39]。

表2 2014-2018年影響新疆的24次中亞氣旋的統(tǒng)計(jì)特征

3 天氣學(xué)模型

為了進(jìn)一步探討中亞氣旋發(fā)生發(fā)展的天氣背景、三維結(jié)構(gòu)特征、輸送帶的配置及其與強(qiáng)降水的關(guān)系，本文按照不同類型、不同季節(jié)、對(duì)新疆影響時(shí)間及降水強(qiáng)度等標(biāo)準(zhǔn)，從24次引發(fā)新疆強(qiáng)降水的中亞氣旋個(gè)例中選取了3個(gè)個(gè)例作為研究對(duì)象，具體時(shí)間為2017年8月11-13日、2015年2月12-14日和2015年5月17-21日，分別代表表2中北疆以西、北疆地區(qū)和南疆的氣旋生成過(guò)程。由于生成于巴爾喀什湖南部的氣旋與南疆的氣旋類似，因此以南疆的氣旋個(gè)例為代表來(lái)討論該類氣旋；而生成于北疆以北的氣旋由于個(gè)例少，且與北疆以西生成、向東北方向移動(dòng)的氣旋類似，限于篇幅，不再單獨(dú)討論該類氣旋。

3.1 2017年8月11-13日天氣過(guò)程

3.1.1 過(guò)程簡(jiǎn)介

8月11日14時(shí)-13日11時(shí)，北疆各地、天山山區(qū)、喀什地區(qū)東部、和田、阿克蘇、巴州北部等地的部分地區(qū)出現(xiàn)小雨，其中伊犁河谷、博州、塔城、阿勒泰、北疆沿天山一帶、天山山區(qū)、巴州北部等地的部分地區(qū)出現(xiàn)中到大雨，山區(qū)局部有暴雨，降水中心為新源吐爾根，降水量為75.9 mm。上述大部地區(qū)伴有5級(jí)左右偏西風(fēng)，風(fēng)口風(fēng)力9級(jí)左右(圖略)。

3.1.2 環(huán)流特征及主要影響系統(tǒng)

8月11日08時(shí)，500 hPa圖(圖2a)上歐亞中高緯地區(qū)為二脊一槽形勢(shì)，脊分別位于雅庫(kù)茨克和烏拉爾山地區(qū)，兩脊之間為寬廣的低渦、低槽區(qū)；其中西西伯利亞為低渦區(qū)，與其相伴的冷槽分為南、北2支，南支冷槽在咸海到巴爾喀什湖之間、槽底南伸至40°N；槽前暖平流和正渦度平流減壓，對(duì)應(yīng)700和850 hPa在巴爾喀什湖附近有低渦、切變線存在，并伴有東北-西南向的鋒區(qū)(圖略)。北疆及天山周圍700 hPa上有西南氣流輸送水汽，比濕達(dá)3～6 g/kg，而850 hPa上則有偏東氣流輸送水汽，比濕為4～6 g/kg。地面圖上，氣旋在巴爾喀什湖東北部生成并伴有斜壓葉狀云系(圖2b)，而新疆大部受熱低壓控制。從塔城和克拉瑪依站探空?qǐng)D(圖2c、d)上可以看出，2個(gè)站850 hPa以下均為偏東風(fēng)，850-700 hPa風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)有暖平流，整層垂直風(fēng)切變較大，600 hPa的對(duì)流層中下層有逆濕，近地層有逆溫層，該逆溫層的存在不僅使水汽和能量聚集，而且一旦午后到傍晚近地層氣溫升高，逆溫層會(huì)消失，出現(xiàn)超絕熱現(xiàn)象，有利于對(duì)流性降水的發(fā)生。隨著500 hPa南支冷槽、中低層低渦、切變線及地面氣旋的東移，位于氣旋東側(cè)暖區(qū)中的北疆西部及天山11日下午開始產(chǎn)生降水。

圖2 2017年8月11日08時(shí)500 hPa形勢(shì)圖(a)、地面形勢(shì)圖和FY-2G水汽圖像(b)及塔城(c)和克拉瑪依站(d)探空?qǐng)D

至11日20時(shí)，500 hPa南支冷槽加深東移到巴爾喀什湖東部(圖3)，對(duì)應(yīng)700和850 hPa的低渦、切變線也東移，鋒區(qū)加強(qiáng)并開始影響北疆(圖略)，比濕也增大；地面氣旋發(fā)展加強(qiáng)并向東北方向移動(dòng)達(dá)到北疆北部(圖3)，與其相伴的斜壓葉狀云系已變?yōu)槎狐c(diǎn)云系(圖略)；氣旋和冷鋒已進(jìn)入新疆西部，降水區(qū)東移并加強(qiáng)；同時(shí)塔城和克拉瑪依站探空?qǐng)D(圖略)上顯示700 hPa以下已變?yōu)橹行詫咏Y(jié)，逆濕層和逆溫層均已消失。12日08時(shí)以后(圖略)，500 hPa西西伯利亞地區(qū)的北支鋒區(qū)中冷空氣補(bǔ)充南下，南支冷槽繼續(xù)加深東移，中低層切變線、鋒區(qū)及地面冷鋒自西向東影響新疆，降水和大風(fēng)天氣也隨之東移南下。由于各層系統(tǒng)移動(dòng)緩慢，因此新疆降水持續(xù)時(shí)間達(dá)1天。

8月11日08到20時(shí)(圖略)，100 hPa南亞高壓2個(gè)中心分別東移到了伊朗高原和青藏高原上空，且伊朗高原上空的高壓中心強(qiáng)于青藏高原上空的高壓中心；2個(gè)高壓之間的副熱帶長(zhǎng)波槽由60°E以西東移到了70°-80°E；南亞高壓北側(cè)的副熱帶急流維持在40°N附近，新疆大部處于急流出口區(qū)左側(cè)和風(fēng)向分流輻散中。

3.1.3 8月11日20時(shí)中亞氣旋的結(jié)構(gòu)特征

圖3給出了11日20時(shí)中亞氣旋的三維結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及輸送帶分布。由圖3可以看出，地面氣旋位于500 hPa槽前、高空200 hPa急流出口區(qū)左側(cè)，急流出口區(qū)左側(cè)有風(fēng)向分流輻散(由于200 hPa的急流強(qiáng)度比100 hPa強(qiáng)，因此本文采用高空急流最強(qiáng)的層次，下同)。850 hPa低渦切變線附近比濕較大，為6～7 g/kg，此時(shí)降水出現(xiàn)在氣旋南側(cè)及冷鋒附近。按照Carlson[21]給出的三個(gè)輸送帶的概念，綜合各層風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)的分布，得到該類中亞氣旋輸送帶的分布特征：在“東高西低”的形勢(shì)下，暖輸送帶(紅色箭頭)中的偏南氣流從地面氣旋東南側(cè)暖濕區(qū)上升，再沿冷鋒鋒面爬升，在對(duì)流層中層轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，到對(duì)流層上層轉(zhuǎn)為西南風(fēng)；冷輸送帶(藍(lán)色箭頭)中的偏東氣流從地面氣旋的東北側(cè)、東路冷高壓的后部向西爬升到850 hPa低渦的東北側(cè)；對(duì)流層上層副熱帶長(zhǎng)波槽后的干空氣沿西北氣流下沉到對(duì)流層中層，形成了干帶(黃色箭頭)，對(duì)應(yīng)水汽圖像中氣旋后部的暗區(qū)(圖略)，由此組成了氣旋中的三個(gè)輸送帶。干空氣疊加到低層暖濕氣流之上,增加了大氣的不穩(wěn)定性，有利于對(duì)流性降水的發(fā)生。

圖3 2017年8月11日20時(shí)影響新疆的中亞氣旋高低空系統(tǒng)配置、降水落區(qū)及輸送帶示意圖

3.2 2015年2月12-14日天氣過(guò)程

3.2.1 過(guò)程簡(jiǎn)介

2月12日14時(shí)-14日14時(shí)北疆大部、天山山區(qū)和南疆西部山區(qū)、哈密的局部地區(qū)出現(xiàn)小雪，其中伊犁河谷、塔城、阿勒泰、北疆沿天山一帶、天山山區(qū)等地的部分區(qū)域出現(xiàn)中到大雪，塔城、北疆沿天山一帶、天山山區(qū)等的部分地區(qū)和伊犁河谷局部暴雪；北疆大部為4級(jí)左右西北風(fēng)，風(fēng)口風(fēng)力達(dá)8級(jí)；氣溫普降5 ℃，偏北地區(qū)降溫達(dá)10 ℃以上(圖略)。

3.2.2 環(huán)流特征及主要影響系統(tǒng)

2月12日08時(shí)(圖略)，500 hPa歐亞中高緯地區(qū)為寬廣的低槽區(qū)，其中西西伯利亞低槽與中緯度短波槽在巴爾喀什湖西部疊加且伴有強(qiáng)鋒區(qū)；槽前中低層切變線在巴爾喀什湖附近，并伴有東東北-西西南向的鋒區(qū)；700和850 hPa分別有偏南急流和偏東氣流向北疆輸送水汽，比濕達(dá)1～2 g/kg；塔城和阿勒泰的探空?qǐng)D(圖4)均顯示中低層有2個(gè)逆濕層、近地層有逆溫，925-850 hPa為偏東風(fēng)且925-700 hPa風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)有明顯的暖平流，整層垂直風(fēng)切變大；地面冷鋒在巴爾喀什湖東部但未進(jìn)入新疆(圖略)。至12日下午，位于冷鋒前暖區(qū)的北疆西部已有降雪發(fā)生(圖略)。

13日08時(shí)，500 hPa冷槽繼續(xù)加深東移到巴爾喀什湖附近(圖5a)；700 hPa切變線也東移并開始影響北疆，850 hPa圖上有低渦在北疆生成，低渦東側(cè)偏東風(fēng)維持，濕度增大，鋒區(qū)加強(qiáng)且由東東北-西西南向轉(zhuǎn)為東北-西南向(圖略)；地面圖上北疆有氣旋生成并伴有逗點(diǎn)云系(圖5b)，同時(shí)氣旋及冷、暖鋒附近的降雪加強(qiáng)。13日20時(shí)(圖略)，500 hPa冷槽移到新疆中部，對(duì)應(yīng)700 hPa切變線、850 hPa低渦快速移到新疆東部，地面氣旋已移過(guò)新疆，與其相伴的冷鋒已翻過(guò)天山，降雪區(qū)向東、向南擴(kuò)展，氣溫下降。

過(guò)程期間(圖略)，100 hPa南亞高壓主體位于阿拉伯海上空，其北側(cè)的副熱帶急流也南退到30°N附近。新疆則處于300 hPa西南極鋒急流入口區(qū)的右側(cè)，且急流軸上有槽存在，槽前正渦度平流引起的輻散也有利于低層輻合上升運(yùn)動(dòng)和降雪的加強(qiáng)。

圖4 2015年2月12日08時(shí)塔城(a)和阿勒泰站(b)探空?qǐng)D

圖5 2015年2月13日08時(shí)500 hPa形勢(shì)圖(a)和地面形勢(shì)圖及FY-2E水汽圖像(b)

3.2.3 2月13日08時(shí)中亞氣旋的結(jié)構(gòu)特征

由高低空系統(tǒng)配置、降水落區(qū)及輸送帶示意圖(圖6)可以看出，地面氣旋位于北疆，該氣旋處在500 hPa高空疏散槽前、高空300 hPa極鋒急流入口區(qū)右側(cè)輻散區(qū)。850 hPa冷式切變線附近比濕最大，為4g/kg，氣旋周圍都出現(xiàn)了降水。綜合各層風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)的分布得到：近地層的偏南暖濕空氣在暖區(qū)先上升，再沿冷鋒和暖鋒鋒面爬升到對(duì)流層中層后轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，然后在對(duì)流層上層轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，形成暖輸送帶(紅色箭頭)；從地面氣旋的東側(cè)、東路冷空氣后部爬升到850 hPa低渦東北側(cè)的偏東氣流形成冷輸送帶(藍(lán)色箭頭)，該氣流與暖輸送帶中的暖濕氣流交匯，加強(qiáng)了北疆北部的降雪，即暖鋒附近的降雪；對(duì)流層上層的干空氣沿槽后西北極鋒急流下沉到對(duì)流層中層形成了干帶(黃色箭頭)，對(duì)應(yīng)水汽圖像中氣旋后部的暗區(qū)(圖5b)，由此組成了氣旋中的三條輸送帶。

圖6 2015年2月13日08時(shí)影響新疆的中亞氣旋高低空系統(tǒng)配置、降水落區(qū)及輸送帶示意圖

3.3 2015年5月17-21日天氣過(guò)程

3.3.1 過(guò)程簡(jiǎn)介

5月17日08時(shí)-21日05時(shí)(圖略)，北疆各地、天山山區(qū)、阿克蘇、哈密和南疆西部、吐鄯托盆地、巴州等地的部分地區(qū)出現(xiàn)小到中雨，其中伊犁河谷、博州、北疆沿天山一帶、天山山區(qū)、巴州北部等地的部分地區(qū)及塔城、哈密、阿克蘇、克州等地的局部出現(xiàn)大到暴雨，天山山區(qū)局部為大暴雨。上述地區(qū)出現(xiàn)4～5級(jí)西北風(fēng)，十三間房最大風(fēng)力為9級(jí)，南疆盆地部分地區(qū)出現(xiàn)揚(yáng)沙或沙塵暴。

3.3.2 環(huán)流特征及主要影響系統(tǒng)

5月17日08時(shí)(圖略)，500 hPa歐亞中高緯為二槽一脊的形勢(shì)，脊位于新疆至中西伯利亞地區(qū)，烏拉爾山至西西伯利亞地區(qū)附近為低渦活動(dòng)區(qū)，低渦中不斷有小槽分裂東移；另外在巴爾喀什湖南部-伊朗有冷槽。冷槽前中低層南疆盆地有低渦、切變線存在，并伴有東東北-西西南向的鋒區(qū)；850 hPa上有偏東氣流輸送水汽，比濕達(dá)4 g/kg以上；從庫(kù)車和庫(kù)爾勒站探空?qǐng)D上(圖7)可以看出，對(duì)流層中層飽和度高，低層有偏東風(fēng)，整層垂直風(fēng)切變大，近地層庫(kù)車有逆溫層而庫(kù)爾勒有逆濕；地面圖上東西向的冷高壓位于伊朗到北疆以西地區(qū)，冷鋒前沿已到達(dá)中哈邊境，新疆大部為暖低壓控制。

圖7 2015年5月17日08時(shí)庫(kù)車(a)和庫(kù)爾勒(b)探空?qǐng)D

18日08時(shí)，500 hPa從中高緯低渦中分裂的短波槽到達(dá)北疆；原位于巴爾喀什湖南部-伊朗的冷槽越過(guò)帕米爾高原移到南疆西部-青藏高原西部(圖8a)，冷槽前中低層南疆盆地仍有低渦、切變線，但原來(lái)850 hPa上東東北-西西南向鋒區(qū)變?yōu)?段，即沿天山東部東西向的鋒區(qū)和南疆西部東北-西南向的鋒區(qū)，表明有東、西兩路冷空氣分別進(jìn)入南疆；同時(shí)地面冷高壓分裂成2個(gè)中心(圖8b)，東側(cè)冷空氣已移過(guò)北疆，北疆大部已出現(xiàn)降水，而南疆西部處于東側(cè)冷高壓中心的后部、西側(cè)冷高壓中心的前沿，分別對(duì)應(yīng)有暖鋒鋒生和冷鋒鋒生，且南疆西部有閉合的低壓中心存在，此時(shí)水汽圖像上出現(xiàn)了逗點(diǎn)云系，也表明氣旋已經(jīng)生成并伴有降水。18日20時(shí)(圖9)，500 hPa北疆的槽加深東移，而南疆的冷槽也移到了南疆中部-高原中部，對(duì)應(yīng)中低層地區(qū)低渦、切變線，地面氣旋也東移。19日20時(shí)以后500 hPa冷槽在新疆東部發(fā)展成低渦，850 hPa低渦和地面氣旋已移過(guò)新疆，降水逐漸減弱(圖略)。

過(guò)程期間(圖略)，100 hPa南亞高壓主體位于印度半島到孟加拉灣上空，其北側(cè)的副熱帶急流也南退到40°N以南；新疆則處于250 hPa西南極鋒急流入口區(qū)的右側(cè)和風(fēng)向分流輻散區(qū)中(圖9)，且急流軸上有槽存在，槽前正渦度平流引起的輻散也有利于低層輻合上升運(yùn)動(dòng)和降水的加強(qiáng)。

圖8 2015年5月18日08時(shí)500 hPa形勢(shì)圖(a)和地面形勢(shì)圖及FY-2D水汽圖像(b)

圖9 2015年5月18日20時(shí)影響新疆的中亞氣旋高低空系統(tǒng)配置、降水落區(qū)及輸送帶示意圖

3.3.3 5月18日20時(shí)中亞氣旋的結(jié)構(gòu)特征

由高低空系統(tǒng)配置、降水落區(qū)和輸送帶示意圖(圖9)可以看出，地面氣旋位于南疆中部、500 hPa南北2支槽前、高空250 hPa西南急流入口區(qū)右側(cè)的風(fēng)向分流輻散區(qū)。850 hPa低渦及切變線附近比濕較大，為6～7 g/kg，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在氣旋的東北部。綜合各層風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)的分布得到：(1)近地層的偏南暖濕空氣在暖區(qū)先上升，再沿暖鋒鋒面爬升到對(duì)流層中層后轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，西南風(fēng)一直維持到對(duì)流層上層且風(fēng)速增大形成暖輸送帶(紅色箭頭)；(2)從地面氣旋的東側(cè)、東路冷空氣后部爬升到850 hPa低渦東北側(cè)的偏東氣流形成冷輸送帶(藍(lán)色箭頭)，該氣流與暖輸送帶中的暖濕氣流交匯形成了南疆北部的強(qiáng)降水，即暖鋒附近的降水；(3)對(duì)流層上層的干空氣沿槽后西北極鋒急流下沉到對(duì)流層低層形成了干帶(黃色箭頭)，對(duì)應(yīng)水汽圖像中氣旋后部的暗區(qū)(圖略)。

通過(guò)上面的分析可知，盡管影響新疆的氣旋生成源地和降水落區(qū)不同，但也具有共性特征：降水先發(fā)生在暖區(qū)，然后是氣旋和冷鋒或暖鋒共同產(chǎn)生降水。中亞氣旋為淺薄系統(tǒng)，即地面和850 hPa或700 hPa有低壓存在，而700 hPa以上減弱為槽；中亞氣旋均生成于槽前“東高西低”形勢(shì)下，槽前暖平流和正渦度平流使地面減壓有利于氣旋的發(fā)生發(fā)展；中、高緯環(huán)流甚至與低緯環(huán)流相互作用，高、中、低空系統(tǒng)配合下使低層輻合、高層輻散，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。氣旋中三條輸送帶與降水的位置和強(qiáng)度密切相關(guān)。3次過(guò)程中均存在中低層濕度大，低層偏東風(fēng)、高層西南風(fēng)等新疆強(qiáng)降水的特點(diǎn)[28,29]，垂直風(fēng)切變大也表明強(qiáng)降水發(fā)生在斜壓大氣環(huán)境中。

4 結(jié)論和討論

4.1 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)2014-2018年造成新疆強(qiáng)降水的中亞氣旋的統(tǒng)計(jì)和分析，得到以下結(jié)論：

(1)新疆115次大雨(大雪)及以上降水過(guò)程中，有24次伴有中亞氣旋。

(2)中亞氣旋主要發(fā)生在夏季-初秋、70°E以東的北疆及其周邊地區(qū)，其中北疆以西最多，而南疆氣旋較少；氣旋向東或東北移動(dòng)且移速快；云圖上主要表現(xiàn)為逗點(diǎn)云系或斜壓葉狀云系；絕大多數(shù)中亞氣旋中心氣壓在1000 hPa以上，強(qiáng)度較弱；17次中亞氣旋發(fā)生在高空急流出口區(qū)的左側(cè)，7次在高空急流入口的右側(cè)；雖然中亞氣旋強(qiáng)度不強(qiáng)，但其生成和發(fā)展時(shí)均伴有高空輻散。

(3)與中亞氣旋相伴的強(qiáng)降水先發(fā)生在暖區(qū)，然后是氣旋和冷鋒或暖鋒共同產(chǎn)生降水。中亞氣旋為淺薄的斜壓系統(tǒng)；在“東高西低”的形勢(shì)下，高、中、低層系統(tǒng)相互作用，以及偏南風(fēng)和偏東風(fēng)水汽輸送均有利于強(qiáng)降水產(chǎn)生，具有典型新疆大降水的環(huán)流特征。

(4)中亞氣旋中三條輸送帶的特征是：從近地層暖區(qū)上升的偏南暖濕空氣沿鋒面爬升到對(duì)流層上層形成了暖輸送帶，從地面氣旋東側(cè)、東路冷空氣后部上升到850 hPa低渦東北側(cè)的偏東氣流形成了冷輸送帶，從對(duì)流層上層沿西北氣流下沉到對(duì)流層中、下層的干空氣構(gòu)成了干帶，由此構(gòu)成了氣旋中的三條輸送帶。干空氣疊加到低層暖濕氣流之上，使大氣不穩(wěn)定性加劇，降水與三條輸送帶密切相關(guān)。

4.2 討 論

(1)本文僅用了5年的降水天氣過(guò)程，個(gè)例少的類型代表性不太強(qiáng)，今后將用更長(zhǎng)的時(shí)間序列來(lái)驗(yàn)證、充實(shí)本文的結(jié)果。

(2)張家寶等[29]統(tǒng)計(jì)中亞氣旋時(shí)，沒有考慮氣旋與冷暖鋒同時(shí)存在的條件；另外中亞地區(qū)有氣旋生成但沒有給新疆帶來(lái)強(qiáng)降水的個(gè)例，如2018年5月22-25日有2個(gè)氣旋生成但新疆沒有強(qiáng)降水產(chǎn)生，并不包含在本文的個(gè)例中，因此本文的結(jié)論與文獻(xiàn)[29]中不完全相同。

(3)中亞氣旋中的三條輸送帶的運(yùn)動(dòng)軌跡，以及與文獻(xiàn)[29]中三支氣流的關(guān)系也值得進(jìn)一步研究。

(4)中亞氣旋的熱力、動(dòng)力結(jié)構(gòu)，發(fā)生發(fā)展機(jī)理，水汽來(lái)源及輸送特征，以及與復(fù)雜下墊面關(guān)系等問(wèn)題，將另文討論。