昌吉州2015年一次局地强对流天气过程分析

时间：2024-05-30

海丽曼·库尔班塔依

（昌吉回族自治州气象局，新疆昌吉831100）

海丽曼·库尔班塔依

（昌吉回族自治州气象局，新疆昌吉831100）

利用常规观测和地面自动站资料，NCEP1°×1°再分析资料、FY-2E卫星云图，针对2015年6月9～10日昌吉州地区一次大暴雨过程进行了天气动力学诊断和中尺度分析，结果表明：大降水产生于有利的天气尺度系统配置中，风场的辐合，温度梯度大，高层降温、低层升温的形式，还有冷平流自高空伸向降水区，有利于水汽的凝结；地形对暴雨的强度以及落区等起重要作用，天山山区由于特定的地形形成了三支明显的气流，由这三支气流组成的中尺度辐合系统对中尺度对流云团的形成和发展起重要的作用。云团的加强和发展与地形作用密切相关。

昌吉州；强对流天气；分析

1 天气概况

2015年6月9日13时后，昌吉州大部地区相继出现中量以上降水过程，6月9日08时～10日08时，全州32个测站达到暴雨量级，其中7个站出现大暴雨，其中木垒县照壁山乡双湾村达107.2毫米/小时，为特大暴雨（9日21时至10日凌晨3时出现91.2毫米的短时强降水）。最大1小时降水量出现在玛纳斯县包家店为28.6毫米。

山区及平原个别测站出现大风、雷电及短时强降水等强对流天气。呼图壁9日17时出现8级西北阵风，极大风速26.5米/秒；9日午后16时玛纳斯、阜康、天池等地先后出现雷电；9日16～19时玛纳斯县包家店降水量达35.1毫米；木垒县日降水量达62.0毫米，突破历史同期极值（1999年6月18日40.1毫米），其中，10日01～02时两小时降水量达29.7毫米。强降雨天气造成昌吉州木垒县、奇台县、玛纳斯县、阜康市4个四县市29个乡镇洪涝、风雹灾害。根据受灾县、市上报数据统计，全州受灾人口19512人，紧急转移安置人口3283人，因灾死亡3人（因雷击灾害死亡1人），失踪人口2人，伤病人口1人，农作物受灾面积6062公顷。一般损坏房屋2489间826户，严重损坏房屋193间74户，倒塌房屋164间53户。直接经济损失3053万元。此次天气的特点是：局地性强、降水时间短、小时雨强大、灾害性天气种类多、受灾重（见下图）。

6月 09日08时～10日08时过程累计降水量图（单位：毫米）

2 大尺度天气背景和影响系统

在100hPa天气图（图略）上，南亚高压呈单体型，其中心位于东经70°附近的高原西部上空，副热带急流明显北进。在200hPa和500hPa的风场上，昌吉州上空位于西南气流的右侧，西南气流输送水汽进入昌吉州。

500hpa环流形式：6月8日08时欧亚范围以两槽两脊的形式，西西伯利亚地区受低槽控制（槽前最大风速32米/秒），巴湖受脊控制，昌吉区处在脊前偏西气流控制中；8日20时（图1a）西西伯利亚低槽缓慢东移加深槽的南段南伸至北纬40°附近（最大风速仍为32米/秒），脊加强脊顶可伸展到北纬60°，北疆大部受脊前西北气流控制中。9日08时低槽继续东移分两波，北支槽前最大风速仍维持在32米/秒，脊南压至新疆北部,北疆大部T-Td较大（≤12℃）。9日20时（图1b）低槽继续东移北抬成涡，槽前最大风速增大到38米/秒并形成西南急流，新疆西部地区受南支槽前西南气流控制中；并且100pha南压高压成双体型，其中心位于东经70°附近的高原西部上空，副热带急流明显北进；200hpa主槽前最大风速达到44米/秒，克州、伊犁至塔城有较强的西南气流，这条高空急流造成了暴雨区上空的气流辐散，起到了高空抽吸作用，对大降水的形成有利；700pha伊犁至克拉玛依有冷式风切变存在，塔城、伊犁、乌鲁木齐、克拉玛依处准饱和湿区中（1℃≤T-Td≤3℃）。低层切变、辐合，加之高空辐散抽吸作用，引起低层大气质量的补充性辐合上升运动，周围空气起补偿作用，从而不断将低层充足水汽和不稳定能量带到高空。这种高低空配置，使水汽、能量、动量集中于未来暴雨区，导致强降水的发生。

3 地面天气系统

9日08时（图2a）咸海至巴湖南侧受冷高压控制，和田、西藏受热低压控制，我区处在冷高压的上前部。冷高压前部的冷空气已进入北疆大部地区。9日20时（图2b）冷高东移北台移至巴湖至西部国境线外，等压线密集，该区仍处在高压前部，北疆大部已出现降水。

图1 8日20时（a）和9日20时（b）500hPa高度场（单位：dagpm）

图2 9日08时（a）和9日20时（b）地面图（单位：dagpm）

图3 9日08时和9日20时700pha水汽通量

图4 水汽通量散度时间垂直剖面图（双湾村(a)和马牙山(b)）

4 物理量分析

产生大到暴雨的主要物理条件是充足的水汽、强盛而持久的上升运动、大气层结的不稳定。通过这三个方面对此次暴雨天气过程进行分析。

4.1 水汽条件

在此次暴雨过程中，暴雨区及其周围上空 850hPa、700hPa、500hPa三层的比湿均维持较大，850、700hPa最大值分别为12.0g·kg-1和6.0g·kg-1，出现在9日20时；500hPa最大值为3g·kg-1，出现在10日08时。说明暴雨区上空气团自身携带的水汽较为充足，为暴雨的形成提供了第一水汽条件。

水汽源地：通过对9日08时和9日20时700hPa水汽通量（图3）分析发现，本次暴雨过程系统自身携带的水汽较为充足，另一部分水汽来源于西方路径暖湿气流的补充，两支气流在昌吉州上空汇合形成这次强降水。

水汽通量散度：水汽主要集中在大气中的中低层，850pha、700pha、500pha这三层水汽通量散度辐合时，必然会导致水汽向上输送，从而产生大降水。以此次天气过程降水最大测站双湾村和马牙山（东经90.16°、北纬43.44°，东经88.55°、北纬43.52°）为指标站，所绘制的水汽通量散度剖面图上可以看出，9日08时至10日08时500pha以下水汽通量散度＜0的辐合区，在9日20时水汽通量散度最大值为-8×10-6g/ cm-2·hpa·s，由此说明，在对流层中下层，昌吉州上空有大量的水汽聚积和辐合上升运动，高层则存在辐散抽吸作用，具备形成降水的条件。

图5 垂直速度时间垂直剖面图（双湾村(a)和马牙山(b)）

图6 散度时间垂直剖面图（双湾村(a)和马牙山(b)）

4.2 垂直运动

有了丰富的水汽供应，不一定有暴雨，还需要有持续的、强劲的上升运动。同样以双湾村和马牙山站点为例，垂直速度分析场表明，此次暴雨天气过程中，垂直运动发展非常迅速。双湾村在1000～200hPa发展出一个强盛的上升气流区，200hPa以上出现较弱的下沉气流；垂直速度最大上升中心位于9日20时700hPa，中心值为-30×10-3hPa/s(图4a)。9日08时至10日08时，马牙山在1000～150hPa发展出一个强盛的上升气流区；垂直速度最大上升中心位于9日20时500hPa，中心值为-30×10-3hPa/s（图4b）。同样的时间上升气流最大高度达到200hPa附近,此时正是暴雨集中时段；因此马牙山暴雨时段集中在9日夜间。

在相应散度场垂直剖面上，双湾村（图5a）9日20时低层（925pha至850pha）辐合，高层（500pha以上）辐散，同样分析马牙山散度剖面图（图5a）可知：9日20时高层辐散，低层辐合，低层辐合到500pha,大气处于位势不稳定状态，对对流发展有利；对应涡度场上，9日20时低层存在正涡度，高层负涡度。强降水区上空,高层负涡度辐散与低层正涡度辐合相配合的动力结构，正是触发此次大到暴雨的动力机制。

图7 6月9～10日卫星云图的演变

双湾村9日20时散度850pha负，中心值为700pha正，600hpa负，400pha、200pha正；马牙山 9日20时散度 850pha负，中心值为，700pha正，500hpa负，400pha、200pha正（图6）。5红外云图分析

从卫星云图上看（图7），17时15分的云图，在玛纳斯中部有中尺度对流性云团，最低云顶亮温为-44.44℃，在这一小时内包家店的雨强为28.6毫米 /小时，说明对流性云团较强。18时15分在玛纳斯上空的对流云团加强东移至阜康，在19时15分云团前部的云带与对流云团汇合加强，在20时15分云带云顶亮温最低的地区主要在阜康，在21时45分云带分裂成两个中尺度对流云团。在22日15分两个对流云团再一次加强，在木垒最强云顶亮温为-46.82℃，在22～23时双湾村一小时雨强 16.5毫米；在23时15分两个对流云团东移，位于阜康和吉木萨尔的云团东移加强，最大云顶亮温为零下50.33℃，云顶的面积增大，对应四工河一小时雨强16.4毫米，而在木垒的云团东移至东疆地区，强度减弱。在1时15分对流云团减弱呈带状在奇台木垒的沿天山一带，对应双湾村一小时雨强23.7毫米，在2时15分云带强度减弱，对应双湾村一小时雨强为22.8毫米，雨强也在减弱。

地形：从双湾村（图8）的地形卫星图可以看出，双湾村位于东坡和北坡的位置，在背风坡的东坡来说，北疆出现一次弱冷空气活动，弱冷空气翻越天山，产生重力内波而造成短暂的较强对流天气。迎风坡就是北坡，降水多的主要原因是与地形产生的抬升运动紧密相联。