 Climate Change Research Letters 气候变化研究快报, 2013, 2, 102-108 http://dx.doi.org/10.12677/ccrl.2013.23017 Published Online July 2013 (http://www.hanspub.org/journal/ccrl.html) Analysis on a Weather Process of Cold Wave, Heavy Snowstorm in Altay and Ili Regions* Haihua Li1, Dafeng Liu1, Xiaomei Zhu2 1Altay Meteorological Bureau, Altay 2Ili Meteorological Bureau, Ili Email: lhhaltqxj163.com@163.com Received: Apr. 8th, 2013; revised: May 4th, 2013; accepted: May 13th, 2013 Copyright © 2013 Haihua Li et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unre- stricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract: Based on the data of conventional upper and field and numerical forecast products of T639, a cold waves and snow storms weather happened from 15 to 20 January 2010 in Altay and Ili Regions, which is comprehensively inves- tigated. The results show that the ridge of the Black sea developed and moved to east with ridge of European, and the Northeast wind formed and strengthen in front of the ridge, then the trough moved to southward and westward. The northeast cold air in Taimyr Peninsula of the ridge was guided along the northeast air flow of ridge to the Siberia trough, which caused baroclinicity enhanced and forced the trough strongly developed and collapsed to southeast. The Euro- pean ridge collapsed to southeast too, which forced the cold air broke out southward in west Siberia and caused strong cold wave and heavy snowstorm in northern Xinjiang. A comparative analysis of forms field, surface filed and physical elements is made, which provided some reference for weather forecast in Xinjiang. Keywords: Cold Wave; Heavy Snowstorm; Altay Prefecture; Ili; T639 Product 阿勒泰和伊犁地区一次寒潮、大到暴雪天气过程分析* 李海花 1，刘大锋 1，祝小梅 2 1阿勒泰地区气象台，阿勒泰 2伊犁州气象台，伊犁 Email: lhhaltqxj163.com@163.com 收稿日期：2013 年4月8日；修回日期：2013 年5月4日；录用日期：2013 年5月13 日 摘 要：利用常规高空、地面实况图和数值预报产品T639 的资料，对阿勒泰地区和伊犁地区 2010 年1月15~20 日出现的一次寒潮、大到暴雪天气过程进行综合分析，结果表明：黑海脊发展与欧洲脊同位相叠加东移并顺转, 脊前东北风带建立并加强，槽南压西退，引导泰米尔半岛冷空气沿脊前东北气流西南下到西西伯利亚低槽中， 使其斜压性增强，迫使槽转向强烈发展东南垮；使欧洲脊向东南衰退，促使西西伯利亚的冷空气大举南下，造 成北疆地区的强寒潮和大到暴雪天气，对比分析两地区的形势场、地面场，及物理要素等，为预报新疆天气提 供了一些参考依据。 关键词：寒潮；大到暴雪；阿勒泰；伊犁；T639产品 1. 引言 李海花等[1,2]对阿勒泰的寒潮、大风天气进行过研 究，但对两地区对比研究的较少。本文选取阿勒泰和 伊犁的 2010 年1月17 日白天至20 日的天气进行对 比分析，一个是新疆最北部的站(阿勒泰站位于 (88.05˚E, 47.44˚N))阿勒泰地区位于新疆最北部，欧亚 *基金项目：公益性行业(气象)科研专项 GYHY201106007；基金项 目：阿勒泰地区冬季旅游相关的气象指数预报研究，201203。 Copyright © 2013 Hanspub 102  阿勒泰和伊犁地区一次寒潮、大到暴雪天气过程分析 大陆的腹地，其北部和东北部为阿尔泰山脉，西南部 为萨吾尔山，南接准噶尔盆地。额尔齐斯河、乌伦古 河横贯中部，地势为北部至东北部高，向西南逐渐降 低，到河谷最低，由河谷向西南又逐渐升高，一个是 位于中天山的伊犁河谷(伊宁市位于(81.33˚E, 43.95˚N))，伊犁河谷地处中纬度内陆，本区地处南北 天山之间，中部有乌孙、伊什基里克山，三山自西向 东逐渐合拢，形成这里“三山一谷一盆地”的地形特 点。此次天气首先来临的地区阿勒泰和进而影响的伊 犁，对比分析两地的天气，这对预报新疆不同地区的 天气有一定的参考价值。2008 年6月1日，T639 全 球模式产品通过 DVB-S 正式下发产品，半年多来对 模式系统进行了改进，对产品进行了丰富。2009年2 月13 日，中国气象局预测减灾司正式 发文(气预函 [2009] 14号)批准T639 投入业务运行，鉴于此，原来 的全球业务系统T213 将逐步被停止。T639 数值预报 模式现已是我们日常预报工作中的重要参考模式，对 其产品应用是提高天气预报质量的重要途径之一。 2. 整个新疆天气实况概述 受西西伯利亚强冷空气东移南下的影响，2010 年 1月17日白天至20日北疆、东疆出现了明显降温、 降雪、大风天气。14 日白天至 16 日夜间先受西西伯 利亚低槽分裂短波的影响，塔城、阿勒泰、伊犁河谷 普降小到中雪，部分地区达大量。17日白天开始，西 西伯利亚低槽带着一股强冷空气东移影响新疆。北疆 各地、天山山区、哈密地区普遍出现了小到中量的雪， 其中塔城、阿勒泰、伊犁河谷的部分地区累积降雪量 达大到暴雪，北疆沿天山一带、天山山区等地的部分 地区达大量，阿勒泰、塔城、新源等 13 个站达到暴 量，尼勒克、哈巴河等 13 个站达到大量，昌吉、乌 苏等 12 个站达到了中量。塔城、阿勒泰最低气温降 幅达 18℃~32℃，最低气温在−24℃~−43.8℃之间。伊 犁河谷、北疆沿天山一带、哈密地区最低气温降幅达 12℃~27.6℃，最低气温在−19.2℃~−42.2℃之间。 阿勒泰和伊犁天气实况 2010 年1月15~20 日，阿勒泰地区出现了近 9年 (2001 年以来)以来最强的一次寒潮天气，而伊犁是近 5年来少见的寒潮天气。24 h日平均气温阿勒泰地区 普遍下降9.2℃~18.9℃。伊犁普遍下降 2.5℃~10.8℃； 日平均气温 48 小时阿勒泰地区下降了 16.5℃~26.5℃， 伊犁地区下降了12℃~15 .4 ℃；两地大部分站均在20 日出现了最低气温，阿勒泰地区最低气温在−30.8℃ ~−43.8℃，伊犁在−19.2 ℃~−28.4℃，青河站为本次过 程最低达−43.8℃(图1)。同时伴有降水，过程降水明 显的是阿勒泰(25.1 mm)、霍尔果斯(23.3 mm)、新源 (21.0 mm)。 3. 高空环流形势 3.1. 100 hPa形势 在天气发生前2010 年1月15 日，在 100 hPa天 气图上(图2)可以看到，极涡已切断分裂为两个中心， 形成偶极型环流，亚洲一侧的极涡中心已南压到西伯 利亚北部。由于欧洲脊和阿拉斯加脊的发展，西西伯 利亚地区的极涡加强，并向南压，极涡外围锋区增强， 冷空气加强向南爆发影响新疆。 3.2. 500 hPa形势 500 hPa 上，1月14 日20 时欧亚大陆环流形势为 Figure 1. January 20, 2010, the minimum surface temperatures of the two regions (˚C) 图1. 2010年1月20 日两个地区的地面最低温度(℃) Figure 2. 08:00, January 15, 2010, 100 hPa height fields 图2. 2010年1月15 日08时100 hPa高度场 Copyright © 2013 Hanspub 103  阿勒泰和伊犁地区一次寒潮、大到暴雪天气过程分析 Copyright © 2013 Hanspub 104 两脊一槽型(图3(a))，欧洲、贝加尔湖分别为脊区， 泰米尔半岛至乌拉尔山南部为一东西向的横槽，槽内 冷中心强度为−28℃且落后于槽区；中低纬多波动， 里黑海为脊区；15 日20时里黑海脊发展与欧洲脊同 位相叠加东移并顺转，脊前东北风带建立并加强，槽 略南压西退；16 日08 时(图3(b))，北半球中高纬环流 形势为北欧及贝加尔湖至鄂霍次克海为暖脊，西伯利 亚为一个极涡，形成两脊挟持一个大极涡的倒大 Ω流 型；16 日20 时由于泰米尔半岛强冷空气沿脊前东北 气流西南下到低槽中，槽后东北风带进一步加强；17 日08 时500 hPa图上(图3(c))，北欧高压后部出现一 明显的冷舌，弱的暖平流区移到了脊前，极涡西伸的 横槽后部出现了暖平流；17 日20 时高压脊前偏北风 带继续加强，脊顶顺转，超极地冷空气不断南下到西 西伯利亚低槽内，并有−32℃的冷中心，西西伯利亚 冷槽沿脊前偏北气流进一步南下到中亚地区并强烈 发展，使低压的斜压性进一步加强，槽底南伸至35 ˚N， 其底部锋区上 5个纬距内(45˚~50˚N)有6根等高线和 4 根等温线(等值线间隔为 4)，低槽有−32℃冷中心；18 日08 时至 18 日20 时由于欧洲脊顶受格棱兰岛低涡 东移南压的影响向东南衰退，高压脊部分东南垮，导 致脊前强冷空气大举东南下，造成北疆地区一次强降 温的寒潮天气。 4. 地面形势场 从图 4(a)地面形势动态图中看出高压路径主要是 Figure 3. (a) 20:00, January 14, 2010, 500 hPa height fields; (b) 08:00, January 16, 2010, 500 hPa height field; (c) 08:00, January 17, 2010, 500 hPa height field 图3. (a) 2010年1月14日20时500 hPa高度场；(b ) 2010年1月16 日08 时500 hPa高度场；(c) 1月17日08 时500 hPa高度场 Figure 4 (a) 2010-01-16 08 o’clock to 20th floor dynamic map; (b) 2010-01-18T14 ground 图4. (a) 2010-01-16日08时到 20日08时地面动态图；(b) 2010-01-18T14 地面形势场  阿勒泰和伊犁地区一次寒潮、大到暴雪天气过程分析 北方路径进入新疆 现在里海北部，中心 值为 物理量诊断分析 0˚~70˚N，0˚~120˚E范围内，常规高空资料，数 值预 5.1. 强降温的成因分析 1) 某地温度的变化可用热流量方程来表示[3]：在 1月 西，16 日08时高压中心值为 1037.5 hPa，17 日08 时和 18日08 时向南移动，高压中心值 增加到 1052.5 hPa，然后高压中心主体向西移到阿勒 泰上空，高压中心值继续在增强，中心值为1060 hPa 高压，对阿勒泰影响较明显。 1月18日08时冷高主体出 1052.5 hPa，同时在贝加尔湖南部和和田一带有 热低压发展，低压中心值分别是 1012.5 hPa 和1017.5 hPa；18 日11 时该冷高压主体分裂一高压，中心值为 1050 hPa，与之东西对应的贝加尔湖南部的热低压发 展为 1007.5 hPa，而与之南北对应的和田一带的热低 压略有减弱为1020 hPa；14 时高压略有东移，冷高中 的最低气温值−35 ℃，贝加尔湖南部的热低压维持少 动，热低压中的最高温度值为+4℃，冷高中心和暖低 中心之间有 19 根等值线(等值线间隔为 2.5 hPa)，温差 达39℃，和田一带热低压略有发展，中心值 1017.5 hPa，热低压中的最高温度值为+9℃，冷高中心和暖 低中心之间有15 根等值线(等值线间隔为 2.5 hPa)，温 差达 44℃，冷锋前后有强烈的热力和动力的共同作 用，冷高压如此之强，温差如此之大，确为历史罕见 (图4(b))；17 时冷高压中心略有增强并南压；20 时得 到从西西伯利亚南下冷空气的补充，高压中心增强至 1057.5 hPa；19 日，冷锋开始过境，高压逐渐增强并 北收，19 日20 时高压中心达最强值为 1060 hPa。此 冷高压稳定少动，高压中的冷空气随着北风带，不断 向南输送，较大的气压梯度和冷高压如此之强，是这 次强寒潮天气主要特征之一。 5. 报产品T6 39资料的20 时、08 时预报场的物理 场诊断分析。 18~20 日寒潮过程中，气温骤降的主要原因是强 冷平流 1d d d d P TTw t PP g tC V Q V t 流引起的温 度变化，局地变化很小，在实际预报中可以不考虑。 第2项为垂直运动对局地气温变化的影响， 于近地 层w可近似为 0[2,3]，因此某地温度变化主要决定于温 度平流 上式中，右端第 3项为变压和气压平 由 T V和非绝1/cpdQ/dt的作用温度平 流应考虑平流冷暖性质和强度。非绝热因子考虑辐 射、水汽凝结、蒸发和地面感热对气温的影响，气温 的非绝热变化主要表现为气温的日变化和气团变性。 寒潮天气由于有大范围的锋面云系 辐射和地表 辐射引起的气温日变化较小，因 降主要是强 冷平流所引起的，故只讨论850 hPa上冷平流的演变 情况 。 高空冷平流的分布状况反映了冷空气的活动情 况。沿 40˚~50˚N，70˚~100˚E做时间剖面图，从图 5 中看出 700 hPa上18 日08 时 流已经控制阿勒 了，最强中心值分别为−480 × 10 k·s 和−32 −6−1 犁上空强 爆发积蓄了大量 间至 日夜泰地区和伊犁且 虽然有冷平流影响，但由 于天气现 天有所降温，但不是很明显。19 日白天到20 日白天， ， ，北 部、 暴雪，积雪深度和降雪量均突破历史同 这场寒潮天气除了有强降温外，阿勒泰地区和伊 热因子 ，太阳 而气温下 [4] 的冷平 泰和伊犁地区 −6−1 0 × 10 k·s明显的看出，阿勒泰的冷平流比伊 ，深厚的冷平流为此次寒潮 的能量。高空深厚且较强的冷平流有利于动量下传、 加大地面风速，同时使地面温度下降。这次寒潮天气 阿勒泰地区 48 h日平均气温下降16.5℃~26.5℃、伊 犁地区下降 12℃~15. 4℃。 2) 天气现象的影响。天空的状况、有无降水产生 和风的大小对气温变化均有一定的影响。1月15 日夜 18 间，阿勒 站有降水，并 伴有 4~5 级的偏西风。18日 象不是很利于快速降温。因此，在 18 日白 受强冷平流影响，并且各站晴，风力不大，降温特别 的明显。20 日凌晨，出现了的最低气温。 3) 下垫面性质的影响。下垫面性质不同 热容量 也不同。自进入冬季后，地表有积雪覆盖，特别是 1 月6~7日阿勒泰地区出现了近 50 年有气象记录以来 罕见的大暴雪天气，全区自西向东普降大到暴雪 东部特大 期极值，较厚的积雪深度也是导致阿勒泰地区此次降 温幅度大的一个主要原因。 5.2. 充沛的水汽和低层强烈的动力辐合分析 Copyright © 2013 Hanspub 105  阿勒泰和伊犁地区一次寒潮、大到暴雪天气过程分析 Figure 5. 08:00, January 18, temperature advection profiles 图5. 1月18日08 时温度平流剖面图 犁河谷普降了大雪，部分站暴雪。 伊犁河谷的比湿开始增加，到17 日08 00 hPa高空图上可以看到一条湿舌从孟加拉湾一直 间垂直剖面图。 北风时，降 水结 。 ， 从1月16 日08 时 时(图6)，在 7 伸到北疆阿勒泰地区，到 17 日20 时伊犁河谷700 hPa、 850 hPa、925 hPa 的比湿均小于等于2 g·kg−1，水 汽通 量散度的分布，反映了水汽的较大尺度的辐合积累情 况，从 1月17 日08 时整层(地面至300 hPa)的水汽都 处于辐合积累中。 图7(a)是2010年1月16日20 时~20 日20 时阿 勒泰单站(88.05˚E, 47.44˚N)和图 7(b)伊宁市(81.33˚E, 43.95˚N)风场和温度时 图7(a)、7(b)中，看出具有后倾槽的结构，特别 是伊宁站，表现很清楚，降水前 500 hPa及以上是西 北风，降水时是西风或西南风，当转为西 束高空 200 hPa急流也存在从偏西到西北急流 的转变。高空急流逐渐增强，均在 200 hPa上风速达 最大值，分别为56 m·s−1和44 m·s−1，有较强的风垂 直切变和高空西风急流，850 hPa上主要为偏东风或 东南风，低层有来自南支上的暖湿气流，提供降水所 需的水汽，随着北方冷空气的侵入，从 100~400 hPa 上看出高冷平流已经进入，降雪、降温天气也就随之 产生。从水汽通量图8(a)和水汽通量散度图8(b)中可 以看出，在降雪明显时段 17 日20 时 对应水汽由 500~700 hPa上的一支持续强盛的西南暖湿急流所携 带至阿勒泰和伊犁的上空，700~850 hPa上存在水汽 Figure 6. 08:00, January 17, 2010, specific humidity 图6. 2010年1月17 日08时比湿 通量值大于 5 g·cm−1·s−1·hPa−1，对应的水汽通量辐合 区850~300 hPa，水汽通量辐合区由低层向高层向西 倾斜，17日20时700 hPa水汽通量散度中心值在伊 犁上空达−14 × 10−8 g·cm−2·s−1·hPa−1。实况伊犁的部分 地方已 。 地区降水过程的假相当位温分 布情况。阿勒泰地区：T639 初始场 16 日20 时700 hPa 假相 在开始天气的增强出现降雪 ，并且在逐渐 5.3. 动力条件分析 大降水的产生不仅需要有充沛的水汽输送，而且 必须具备一定的能量和不稳定条件。θse 就是表示大 气的一个很好温湿特征量，暖区相当于高能区，等值 线密集区相当于能量锋，通过分析暴雪天气过程的 θse 场。我们分析了 2 当位温图上，可以看出 17日02 时(图9)，高能 区 在巴而喀什湖一带，阿勒泰是14℃，而伊宁是 28℃， 高能区一直在伊宁一带，锋区斜压性大，有利于垂直 Copyright © 2013 Hanspub 106  阿勒泰和伊犁地区一次寒潮、大到暴雪天气过程分析 Figure 7. (a) Wind and temperature vertical profile of Altay; (b) Wind and temperature vertical profile of Yining, 图7. (a) 阿勒泰风场和温度时间垂直剖面图；(b) 伊宁市风场和温度时间垂直剖面图 Figure 8. (a) 20:00, January 17, water vapor flux profile; (b) 20:00, January 17, water vapor flux divergence profile 图8. (a) 1月17日20时水汽通量剖面图；(b) 1月17日20时水汽通量散度剖面图 Figure 9. 02:00, January 17, 2010, potential pseudo-equivalent temperature 图9. 2010年1月17 日02时的假相当位温 环流的发展与能量转换，从而诱发不稳定能量释放。 当大规模的水汽集中 上升运动，抬升水汽造成强降水。图 10(a)阿勒泰 20 时 从图 10 中看出 2站从 850~300 hPa均是上升运 动，说明上升运动区较深厚，且上升运动 近于垂直， 乎重合。大降水区位于该 范围内，大降水中心位于上升运动中心的右前方，上 勒泰地区，这也是伊犁降水比阿勒泰地区明显的一个 辐合时，必须有大范围深厚 尤其是强的上升运动中心几 的 17 日08 时的垂直速度剖面图，图8(b)伊犁河谷 17 日 的垂直速度剖面图。 升运动中心最大分别为达−50 × 10−2 hPa/s 和−55 × 10−2 hPa/s，可以看出伊犁河谷地区的上升运动强于阿 区 Copyright © 2013 Hanspub 107  阿勒泰和伊犁地区一次寒潮、大到暴雪天气过程分析 Figure 10. (a) 08:00, January 17, the vertical velocity profile over Altay; (b) 20:00, January 17, vertical velocity profile over Ili 图10. (a) 1月17日08时阿勒泰上空垂直速度剖面图；(b) 1月17日20时伊犁上空垂直速度剖面图 主要原因，进一步说明强烈的垂直上升运动为降水提 供了有利的动力条件。 6. 总结与讨论 1) 此次寒潮天气过程是由于北欧脊发展东移，脊 积。随着北欧高压向东南衰 发展东南压，导致中高纬度强 举东南下，造成了两个地区强寒潮天气； 大地 空风时间剖面图进一步揭示出暴雪过 程中高低空急流的变化和暖湿气流的输送；降水前 500 hPa及以上是西北风，降水时是西风或西南风， 当转为西北风时，降水结束。高空 200 hPa急流也存 似； 5) 大降水的产生不仅需要有充沛的水汽输送，而 参考文献 9.9.18-降水、大 风天气过程诊断分析[J]. 青海气象, 2009, 4: 27-30. [3] 朱乾根等. 天气学原理和方法[M]. 北京: 气象出版社, 1981. 9”寒潮天气形成过程分析[J]. 前东北风带建立并加强，诱导新地岛冷空气沿脊前东 北气流西南下在横槽中堆 退，迫使横槽转向强烈 冷空气大 2) 较大的气压梯度和冷高压如此之强，又是这次 强寒潮天气主要特征之一，但是阿勒泰地区又明显强 与伊犁地区； 3) 深厚的冷平流为此次寒潮爆发积蓄了大量的 能量。高空深厚且较强的冷平流有利于动量下传、加 面风速，同时使地面温度下降，阿勒泰的冷平流 明显强于伊犁地区； 4) 单站高 在从偏西到西北急流的转变，2地区在这里比较相 且必须具备一定的能量和不稳定条件，当大规模的水 汽集中辐合时，必须有大范围深厚的上升运动，可以 看出伊犁的动力条件明显好于阿勒泰。 (References) [1] 李海花, 刘大锋, 庄晓翠等. 阿勒泰地区2008-4-17 寒潮天气 过程分析[J]. 陕西气象, 2009, 5: 12-14. [2] 李海花, 李广军, 张林梅等. 阿勒泰地区 200 [4] 樊明, 冯军, 尚学军. “2001.4. 气象, 2002, 29(9): 18-22. Copyright © 2013 Hanspub 108 |