芒苏尔·艾热提，张云惠

（新疆维吾尔自治区气象局乌鲁木齐区域中心气象台，新疆 乌鲁木齐 830002）

0 引言

短时强降水是强对流天气的一类，具有降水强度大、突发性强、持续时间短、局地性强等特点，极易导致城市内涝、山洪、泥石流等灾害。目前我国关于短时强降水的研究多集中于中东部，研究学者对短时强降水的机理、过程主要配置的关键环境参数开展了大量研究[1-4]。

新疆地域广阔，具有大陆性干旱、半干旱气候背景以及三山夹两盆的独特地形，不同的气候背景和独特的地形，决定了新疆短时强降水与我国中东部之间存在差异。气象学者对于新疆短时强降水过程做过一些研究[5-14]，对不同区域短时强降水天气的环境条件、中尺度系统和触发因子等进行分析，但非常规资料在强对流天气中的应用还处于起步阶段。沙湾县地处新疆天山北坡中部、准噶尔盆地南缘，其沿山地形利于强对流天气的发生，研究表明新疆短时强降水事件有山脉坡面多于谷地和沙漠的特点[15]，因此，有必要对沙湾县短时强降水个例进行分析，以期提高对此类天气的认识，为短临预报提供参考。

1 数据和方法

本文所用资料包括常规气象资料、石河子多普勒天气雷达资料、风云卫星资料、EC 细网格资料和NECP/NCAR再分析资料。

2 天气实况

2019年6月16日08时至17日08时（北京时，下同），北疆大部出现降水，伊犁州、塔城地区、克拉玛依市、乌鲁木齐市、昌吉州等地的部分区域大雨，塔城地区沙湾县、克拉玛依市，昌吉州、乌鲁木齐市等地局地暴雨（新疆暴雨标准24h 降雨量＞24mm，大暴雨＞48mm），塔城地区沙湾县境内共4站大暴雨。

最大降水中心出现在塔城地区沙湾县，16日21时至23 时累计降水量四道班站64.8mm、沙湾牛圈子60mm、沙湾宽沟46.3mm、沙湾家什窑41.6mm，且均为短时强降水（见表1）。图1 所示为沙湾牛圈子站和沙湾四道班站出现10分钟降水＞10mm的降水强度。

图1 2019年6月16日20时至23时10分钟降水实况Figure 1 Precipitation on June 16，2019 from 21:10 to 23:00

3 环流背景

3.1 200hPa阻塞高压形成及维持

据图2（a）所示，16—17 日，贝加尔湖东侧阻塞高压建立，东部型南亚高压维持，东欧高压脊维持，因此80°E 附近副热带锋区长波槽以及西西伯利亚低压加深，中亚至新疆的长波槽经向度加大，新疆地区处于中亚槽前受显著西南气流控制。

3.2 500hPa中亚低值系统

据图2（b）所示，16—17 日，欧亚范围中高纬呈两脊一槽的经向环流，欧洲高压脊发展，新疆东部至贝加尔湖为高压脊，西西伯利亚至中亚低槽为宽广深厚的低槽，其底部不断分裂短波槽侵入北疆。500hPa至100hPa，北疆均为西南气流影响。

图2 200hPa（a）、500hPa（b）的位势高度场、温度场及风场Figure 2 Potential height field，temperature field and wind field of 200hPa（a），500hPa（b）

表1 2019年6月16日沙湾县短时强降水实况Table 1 Actual situation of short-term heavy precipitation on June 16，2019 in Shawan County

3.3 高低空环流配置

16 日20 时强降水前，北疆200hPa 至500hPa 受中亚低槽前西南气流影响，并不断分裂短波槽影响中天山北坡短时强降水，700hPa沙湾县西部有一切变线，其北部为低空西北急流，有利于低层水汽输送、辐合及对流的发生发展，为短时强降水提供充足水汽补充。

图3 16日20时中尺度分析Figure 3 Mesoscale analysis at 20:00 on the 16th

850hPa 沙湾县北部为西北急流（见图3），其出口区直指沙湾县附近，其前部有一干线，850hPa 至700hPa 北疆比湿为5～6g·kg-1，沙湾县附近湿度梯度较大，有利于对流发生发展；沙湾县地面附近存在偏西风与偏东风的辐合，有利于触发对流。

4 成因分析

4.1 热力条件

4.1.1 假相当位温以及比湿的垂直分布

图4 以沙湾为剖面中心作假相当位温和比湿的经向、纬向剖面Figure 4 Longitude and latitude profiles with equivalent temperature and specific humidity assuming Shawan as the center of the profile

沙湾县强降水区位于85.5°E、44°N附近，从图4可知，假相当位温随高度增加而减小，层结不稳定状态，850hPa 以下比湿可达8g·kg-1，层结不稳定及高湿区有利于水汽的聚集及强对流的发生发展。

4.1.2 对流参数诊断

因强降水区内无探空站，所以利用EC 客观场对6 月16 日20 时沙湾县附近做模式探空曲线TLogP（图5a），可以看到，对流有效位能CAPE 为1773.1J·kg-1，对流抑制能量CIN 为44.6J·kg-1，K 指数达37.5℃，SI 指数达-1.77℃，整层比湿、相对湿度较大，存在真潜在不稳定。雷雨顺能量图显示（图5b），雷雨顺能量较强，能为大气层对流发生发展提供充足的能量。因此，较大的CAPE、K指数，较小的SI 指数，较厚的湿层，都为强对流发生发展提供有利条件。

另外，位温和水汽分析表明（图6），低层位温随高度减小，处于条件不稳定状态，低层水汽较为充足，也为强对流产生提供了有利条件。

4.2 动力条件

结合图1 和图7 可知，21:40、21:50 地面风辐合线与10分钟最强降水时段对应，地面风辐合线利于触发对流，形成扰动利于对流发生。

4.3 水汽条件

运用NECP 再分析资料，对沙湾县境内发生的强降水时段前后700hPa 水汽通量及其散度进行动态分析表明（图8），6 日20 时至17 日02 时，一支西南气流的水汽输送进入北疆西部，沙湾县附近水汽辐合强度增加，范围增大。

图5 16日20时EC客观场分析沙湾县T-LogP（a）、雷雨顺能量（b）Figure 5 Objective field analysis of mode T-LogP（a），thunderstorm energy（b）in Shawan at 20:00 on 16th

图6 16日20时沙湾县的位温分析（a）、水汽分析（b）Figure 6 Bit temperature analysis（a），water vapor analysis（b）in Shawan at 20:00 on 16th

图7 21:40和21:50的地面风场Figure 7 Ground wind fields at 21:40 and 21:50

图8 （a）为16日20时，（b）为17日02时700hPa水汽通量散度Figure 8 700hPa water vapor flux divergence from 20:00 on the 16th to 02:00 on the 17th

图9 6月16日22时—16日23时TBB演变特征Figure 9 Evolution characteristics of TBB from 22:00 to 23:00 16th June

图10 雷达反射率因子、垂直剖面Figure 10 Radar reflectivity factor，vertical profile

5 中尺度系统特征

5.1 TBB特征

从图9 可见，16日21时—22时沙湾县附近TBB值逐渐降低，TBB梯度在强降水时段增加较快，且强降水区TBB从-19.05℃降低至-42.27℃，演变特征很符合中尺度对流系统发生发展的过程。

5.2 雷达回波特征

从图10雷达组合反射率图上可以看到，影响强降水的为混合型降水回波；16 日21 时03 分—21 时31分有一个对流单体发展，与强降水区降水时段相对应，剖面图上强度大于25dBz 的回波高度达9km左右，大于35dBz 回波高度达4.5km 左右，大于45dBz 回波高度达3km 左右，强回波中心达55dBz，高度在2km左右。强降水期间，均受一个对流单体影响。

6 结论

（1）此次短时强降水发生在200hPa西南气流出口区左侧，500hPa短波槽前，700hPa低空急流前方，低层辐合、高层辐散、整层湿度较大水汽充足和地面风切变较大，是有利天气背景。

（2）沙湾县短时强降水时段，地面风场切变，形成扰动触发对流，释放不稳定能量，有中尺度对流系统发生发展，且强降水受同一个对流单体影响。

（3）降水最强时段TBB 降至最低，降水区位于TBB 梯度最大区，中尺度对流云团及对流单体是造成短时强降水的中小尺度系统。