天山北坡2018年5月初大风寒潮成因分析

杨举芳，田 苗，洪程芝

（石河子气象局，新疆 石河子 832000）

1 天气灾情实况

受北方冷空气入侵影响，2018年5月6日17时至22时，石河子垦区普遍出现5 级偏西风，17 站风力达6 级以上，其中跃进水库瞬时最大风速26.2 m/s、一四四团24.3 m/s，达8 级。下野地和莫索湾出现沙尘暴，石河子市和乌兰乌苏出现扬沙，同时大部分地方出现雷电天气。降水时间从6日19时到7日11时，普遍小到中雨，山区雨转雨夹雪，煤窑和清水河子水文站达暴量（分别为27.2 mm 和33.8 mm），自动气象站6 站达大量。8日石河子垦区最低气温在-1.3～6.1℃（最低出现在一四二团33 连），地面最低气温-0.6～6.2℃（最低出现在一四八团）；相对6日48 小时最低气温下降5.5～11.3℃（温差最大出现在石河子市）。此次天气过程中的大风沙尘暴灾害性天气给农业生产和生活带来较大影响。部分团场农田地膜和滴灌带被大风卷起，部分已出土棉苗被风沙吹干打死。据民政局统计，共造成受灾人口8 402 人，农作物受灾面积16 562.4 hm2，直接经济损失3 852.53万元。本次天气过程出现了大风、雷电、寒潮和霜冻4 种灾害性天气。

2 成因分析

2.1 环流背景

图1 2018年5月3日20时至6日20时500 hPa 环流演变

从2018年5月3日20时至6日20时500 hPa天气图上环流形势的演变（图1）可以看出，西西伯利亚冷空气不断南下西伸 （冷中心-40℃），4日20时低涡形成（中心值512 hPa），位于北纬68°、东经90°，5日冷低涡继续南压，到6日20时，冷低涡中心位于北纬62°、东经89°。其携带的低槽底端位于咸海南北纬40°，6日夜间至7日白天低槽东移影响石河子垦区。受低槽影响，石河子垦区普遍出现大风、沙尘暴和雷电天气过程，山区出现暴量的雨夹雪转雪并出现霜冻，大风沙尘使石河子垦区农业受灾严重。

此次冷空气是北方路径，风沙持续时间长，降温幅度大，南部近山地方出现寒潮。

2.2 地面图实况

从2018年5月4日20时至7日20时海平面气压实况（图2）可以看出：5月4日20时高压中心（1 035.0 hPa）在新地岛附近，新疆北部也有一高压中心（1 020.0 hPa），巴尔喀什湖北部为低压，中心值1 000.5 hPa。新地岛附近的冷高不断南下，推动巴尔喀什湖北部的低压不断东移南压，致使6日垦区气温迅速上升，最高气温上升至29.5℃。6日20时高压前部进入石河子垦区，从巴尔喀什湖到石河子垦区等压线密集，7日20时高压中心进入石河子垦区，中心值1 025.0 hPa 。5月6日17时以后，石河子垦区由北到南先后刮起大风，北部出现沙尘暴，南部出现扬沙，19时后炮台站出现雷阵雨，随后雷雨天气扩散至整个垦区，降水持续到7日09时。地面冷高是由北方不断南下进入新疆，6日20时至7日20时，石河子垦区24 小时海平面气压加压15.5～16.7 hPa，6日白天的剧烈升温和冷高进入后的迅速加压是导致大风的主要因素。

图2 2018年5月4日20时至7日20时地面高压演变

图32018 年5月4日20时ECMWF 预报的4～7日20时的海平面气压

2.3 冷空气源地及路径

2018年5月4日20时ECMWF 预报的4～7日20时的海平面气压显示，影响河子垦区的冷空气源地，在新地岛附近，冷空气沿着乌拉尔山南下至咸海北部北纬50°附近东南移入侵石河子垦区。

2.4 云图特征

2018年5月6日白天石河子垦区以晴天为主，垦区最高气温升至28.0～29.5℃。卫星云图显示，6日16时在博乐和塔城的国境线内有积状云生成，19时该云系进入石河子垦区北部的下野地和莫索湾片区（图略），这些地方先后出现雷雨天气，随着云系东南移，石河子市区和南部山区也出现了雷雨天气。同时在巴尔喀什湖以南的阿拉木图到国境线的地方还不断有云系生成，并沿国境线东北移，东移到伊犁和塔城上空时不断加强，7日02时基本形成云顶亮温较低的红色盾状云，之后不断加强，云系的后边界比较光滑整齐，云系位于500 hPa 槽前，04时云系最密实，02时至07时是石河子垦区降水最强的时段。云系缓慢东移北上，7日08时云系主体已移到阿勒泰北部，云系后部位于克拉玛依，石河子垦区的降水明显减弱，09时后垦区无有量降水。

2.5 数值预报分析

2.5.1 水汽条件

2018年4日20时ECMWF-thin700 hPa 相对湿度预报场反映，700 hPa 相对湿度6日23时才有≥80%的大值区进入石河子垦区，7日02时至08时一直维持在95%以上，降水最大时段也出现在7日02时至08时。7日08时后降水减小，09时未出现有量降水。6日19时至23时的降水属于槽前对流天气产生的降水。

2.5.2 动力条件

2.5.2.1 垂直速度场

2018年5月4日T639 数值预报的垂直速度场6日17时700 hPa 和850 hPa 已转为上升运动，20时850 hPa 至200 hPa 均转上升运动，700 hPa 和850 hPa 大值中心位于莫索湾垦区，此时是中、低层上升运动最强时期。6日17时23 分莫索湾垦区最先刮起大风，随后出现沙尘暴，并且大风沙尘暴区域向南扩大。T639 数值预报的垂直速度最强时间与大风出现的时间基本一致，有一定指示作用。08时减弱，降水趋于结束。

2.5.2.2 风场

2018年5月4日20时ECMWF-thin 风场预报显示，850 hPa 风场6日17时在莫索湾和炮台北面有切变线，切变线20时向南移到莫索湾到石河子之间，同时偏北风也增强至12 m/s，7日05时达22 m/s，之后有所减小，直至7日17时才减小到10 m/s。700 hPa 风场西南风从6日23时持续到7日02时，有利于水汽的输送，7日05时700 hPa 风场在垦区北部有偏西风和偏南风的切变。6日17时23 分莫索湾最先刮起大风和沙尘暴，随后向南范围不断扩大，19时至23时出现雷电和阵性降水。7日02时至09时是降水集中时段。中低空风场的切变是大风和对流性天气的促发机制。

2.5.2.3 850 hPa 温度场

2018年5月5日08时ECMWF 预报850 hPa7日08时温度场显示，7日08时石河子垦区850 hPa高度气温均为小于0℃，南部山区为-1.6℃，结合700 hPa 相对湿度预报场看，7日02时至08时一直维持在95%以上，是降水最大时段，也是气温最低的时段，所以山区出现雨夹雪或雪的可能性极大。

2.6 雷达回波特征

此次天气过程雷达回波有2个增强和消退时段。从石河子2018年5月6日18时37 分至22时03 分的雷达图（图略）上可以看到，乌苏附近至下野地片区18时37 分就有多个回波强度≥35 dbz的单体形成。随后单体向东、向南移动，于6日19时46 分在安集海片区的一四二团合并形成回波强度≥50 dbz、强回波高度为3.2 km 的对流单体，同时莫索湾片区及南部山区都有回波强度≥35 dbz 的单体形成，至21时29 分，各单体汇集到以石河子市区为中心，分布范围大，导致垦区大范围都有雷电天气出现，同时出现小量降水。至6日23时东移出本区，此次对流天气结束。5月7日1时，西北边又有15～30 dbz 的降水回波移向石河子垦区 （图略），7日3时31 分回波强度增强，范围扩大至整个垦区，4时至6时回波强度增大至35 dbz，降水较大的时段出现在2时至8时。此次降水回波为低槽移过石河子垦区时产生，范围大，持续时间较长，回波最强时段也是降水量最大时段。

3 结论与思考

3.1 结论

（1）大风寒潮天气来临前本地受低压控制，急剧升温，为大风、沙尘暴和雷电对流天气提供了热力条件，也为寒潮降温奠定了基础。（2）石河子地处古尔班通古特沙漠南缘，北部有丰富沙源，5月初地表植被稀疏，有大风就容易起沙尘暴。（3）700～850 hPa风场切变为大风、雷电对流天气提供了动力条件。（4）08时850 hPa 温度预报≤-1.6℃，与降水最大时段重叠时，降水相态可预报雨夹雪。（5）850 hPa 风场风力预报≥12 m/s 维持时间长，且有≥20 m/s风速出现时应考虑为大风天气，如果处于3～5月初春耕春播季节则要考虑沙尘暴。（6）500 hPa 高空图分析表明，影响石河子垦区的低槽底端位于咸海南40°，受低槽影响石河子垦区降水降温明显。

3.2 思考

充分利用高空、地面实况图、雷达、云图和数值预报产品及自动站资料[1]，认真分析有利和不利天气条件，密切跟踪天气变化，尤其是这种西北路径的寒潮环流形势下出现的大降水天气，其大降水强度、落区不好掌握，因此加强短时临近预报，及时预警和跟踪订正预报能起到较好的服务效果。