河西走廊西部一次极端大风过程天气学诊断

李健 张文军 陈丽娜

摘 要：利用常规资料、NCEP再分析资料等，对2017年5月2—3日发生在河西走廊西部酒泉市的极端大风天气从气候背景、天气形势、影响系统和动力、热力条件等方面进行分析。结果表明：这次大风天气是由于北方冷空气不断堆积，北部强大的冷高压所致的温度梯度、气压梯度及大气极强的斜压性和动量下传作用造成。乌山脊不断发展加深，而太梅尔半岛冷涡中心横槽不断旋转使强冷空气南下堆积，地面高压持续加强，锋面东移，冷锋后强冷平流导致极端大风天气。

关键词：极端大风；诊断分析；螺旋度

中图分类号 P458.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）14-0118-03

1 资料和天气实况

1.1 资料 采用2017年5月2—3日常规资料和NECP1°×1°再分析资料分析计算涡度、垂直螺旋度，分析大气在垂直空间上的旋转上升和运动特征。利用天气学动力方法从动力、热力条件等方面分析此次极端大风天气过程的发生发展机制。

1.2 天气实况 5月2—3日，河西走廊西部的肃州区、金塔、玉门和瓜州等地遭受了极端大风袭击，瞬间极大风速出现在肃州区，瞬时风力达11级（29.5m/s），突破有历史记录以来的极值（1972年5月16日29.0m/s），金塔和肃州区出现了扬沙（表1）。

2 结果与分析

2.1 环流背景及演变 前期，500hpa高空图上乌拉尔山到新地岛为高压控制，泰梅尔半岛处极涡发展加强，其冷中心向乌山地区有一东北西南向横槽，而巴湖以南到帕米爾高原有一低槽维持，受槽前西南气流影响，新疆至河西地区整个处在暖脊控制中，天气晴朗，升温明显。随着乌山脊发展北抬，其脊前极涡加强，冷中心强度增加到-40℃，极涡和高压脊之间气压梯度加大，偏北急流加强，到2日20时（图1左）横槽转竖南压，在横槽旋转南下过程中与巴湖槽同位相叠加，槽后强冷空气补充，极大的增强了系统气压。

而700hpa高空图，天山-贝尔加湖一线东西向等温线密集分布，同时锋区北侧普遍西北风较大，同时酒泉与乌鲁木齐温差达7℃，表明冷平流较强。到2日20时（图1右），锋区南压，冷空气从新地岛一直输送到新疆北部堆积，等温线密集分布，河西至新疆西部等高线与等温线交角呈90°分布，表明此区域内大气的斜压性和冷平流极强，斜压力管力效应和锋生力管环流使冷空气下沉并向东南扩散，加之河西西部地形“狭管效应”，使得地面大风加强。

同时，本次极端大风过程持续2d时间，究其原因在于高空乌山脊稳定发展的同时，极涡旋转致使横槽转竖，槽后冷平流持续不断的输入，冷空气堆积到北疆所致。从地面海平面气压场可知，冷高压加强至1035hpa，并分布在新疆北部至河西西部之间，本区域区6条等压线分布，气压梯度极大，因此造成了本区域的的极端大风天气。

2.2 物理量诊断分析

2.2.1 高空冷平流 高空冷平流强度一定程度上可以反映大风的强弱。此次极端大风天气过程冷空气来源于新地岛附近的北冰洋上，伴随横槽的不断生成和旋转南下，1日20时开始，700hPa上整个河西西部和青海西部为冷平流控制，冷平流中心在青海西部，酒泉处在冷平流中心外围。到3日08时，新的冷空气补充南下，700hPa中心位置位于酒泉市境内，沿40°N作温度平流的垂直剖面（图2），得出500hPa以下均为冷平流，此时冷平流强度大值中心位于700～600hPa之间，最大强度达到-8×10-4K/s，酒泉上空基本为下沉气流控制。在冷平流移动前方400hPa以下为上升气流，构成了垂直环流圈，有利于地面风速加大，此时酒泉肃州区也出现极大风速历史极值。综合整个天气过程冷平流的变化特征发现，冷平流与大风有较好的对应关系，冷平流强度越大，厚度约高，地面风速越大。

2.2.2 3h变压场 冷锋后3h变压正负中心差值越大，则风力越强，通常大风区出现在正负中心梯度最强的地方。分析表明，3日02时，3h变压中心位于酒泉西部，变压中心值4hPa，此时瓜州风力加强，05时开始变压中心和变压梯度东移，到08时肃州区风速增加到极大。可以看出，大风过程3h变压值的大小、位置和大风有较好的对应关系，变压值越大，变压梯度越大，该地风速越大。

2.2.3 动力条件分析 分别取酒泉市西区（93～97E°，39～42N°）和东区（97～101E°，39～42N°）计算涡度、散度和垂直速度的区域平均值随高度的变化（图3）。动力分析表明，5月2日02时大风开始时，中下层受负涡度控制，并且辐散明显，整层表现为下沉气流，在这时间段内，西部风速较大。而东部区域整体为上升运动，不利于大风的形成。3日08时整个东西部区域500hpa以下受负涡度控制，有利于气流下沉，但东部区域中低空下沉气流远大于西部区域，动量下传作用显著，因此东部风速较大。

2.2.4 垂直螺旋度 垂直螺旋在一定程度上可以反映天气系统发展程度。垂直螺旋度为垂直速度和涡度的乘积。螺旋度为正，表明气旋区的上升运动或者反气旋区的下沉运动。螺旋度为负，表明气旋区的下沉运动或反气旋区的上升运动。大风过程中，700hpa垂直螺旋度正值区与大风区有较好的对应关系（图4）。3日08时酒泉东部地区为极大风速中心，此时肃州区附近700hpa最大下沉速度达-3m/s，对应的垂直螺旋度最大值为400m/s，因为500hpa以下均为下沉气流表明中低空有强的负涡度，有利于冷空气下沉形成大风天气，并且螺旋度中心强度越大，风速越大。

3 结论与讨论

（1）本次极端大风天气过程中乌山脊不断发展加深，而太梅尔半岛冷涡中心横槽不断旋转使强冷空气南下堆积，地面高压持续加强，锋面东移过程中，冷锋后强冷平流导致极端大风天气。

（2）冷平流与大风天气有较好的关系，冷平流强度越强，厚度越大，持续时间越长，风速越大；3h变压中心的移动与大风区移动方向一致，3h变压值越大，变压梯度越强，风速就越大。

（3）大风过程的动力条件分析表明，锋面过境后，受地形和流场形式影响，中低空涡度均变为负值，并且伴有强烈的下沉运动，冷空气的下沉有利于地面加压，中低空下沉气流越大越有利于地面气压梯度风的形成。同时，700hpa垂直螺旋度正值区与大风区有较好的对应关系。

参考文献

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[2]王伏村，张德玉，郝志毅，等.河西走廊一次夏季强沙尘暴的影响系统分析[J].干旱气象，2009（3）.

[3]田庆明，马廷德，刘晓云，等.强沙尘暴过程高空温湿风结构和大气稳定度分析[J].干旱区研究，2008，25（5）. （责编：王慧晴）