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user: 6. 暴风雪成因对比分析 6.1. 动力条件 6.1.1. 垂直速度 垂直运动使得水汽冷却凝结，是产生降水的重要条件。对比两次暴风雪天气塔城盆地4站以20时为初始场的垂直速度剖面图(图略)，两次暴风雪天气塔城盆地4站中高层均有明显的上升运动，旺盛的上升运动对降雪尤其是强降雪的产生非常有利。 “11.25”暴风雪天气发生期间，塔城、裕民、额敏、托里最大上升运动区均位于925~500 hPa高度上，中心最大垂直速度分别为−60 hPa∙s −1 、−64 hPa∙s −1 、−44 hPa∙s −1 、−44 hPa∙s −1 ，中心基本位于700 hPa高度上；500~250 hPa高度上均为下沉运动区，中心最大垂直速度分别为16 hPa∙s −1 、20 hPa∙s −1 、16 hPa∙s −1 、16 hPa∙s −1 ，基本位于300 hPa或400 hPa高度上；而“12.1”暴风雪天气下沉运动均位于1000~925 hPa高度上，850~200 hPa高度上均为上升运动，且上升运动分裂为具有完整形态的闭合中心，其中一个上升运动区位于700 hPa高度上，中心最大垂直速度介于−12 hPa∙s −1 至−33 hPa∙s −1 之间；另一个升运动区位于300 hPa高度上，中心最大垂直速度介于−21 hPa∙s −1 至−27 hPa∙s −1 之间。 比较而言，“11.25”暴风雪天气最大上升运动均位于对流层中低层925~500 hPa高度上，最大下沉运动基本位于300 hPa或400 hPa高度上；而“12.1”暴风雪天气上升运动主要位于850~200 hPa高度上，且分裂为两个中心，中心最大垂直速度分别位于700 hPa和300 hPa高度上，下沉运动均位于1000~925 hPa高度上，垂直速度场的分布更有利于降水天气的出现。 6.1.2. 散度 高空的辐散强迫对暴风雪天气的形成非常重要，强烈的高空辐散强迫，是地面气旋发展的主要原因，同时，也有利于加强低层强风带和气旋性涡度切变，高空急流在锋面次级环流的作用下提高了动量下传的效率，对地面强风的发生起了重要作用，此外，这种高层辐散，低层辐合的配置所造成的抽吸作用，使得上升运动得到发展加强，对降雪或强降雪的形成极为有利。对比两次暴风雪天气塔城盆地4站以20时为初始场的散度剖面图(图略)，从图中可以看出，两次暴风雪天气塔城盆地4站中高层均有明显的辐散中心，低层均有明显的辐合中心。 两次暴风雪天气辐合、辐散中心出现的高度不同。“11.25”暴风雪天气发生期间，盆地四站在低层850 hPa高度有均有一个量值为−8*10 −1 ∙s −1 或−12*10 −1 ∙s −1 或−20*10 −1 ∙s −1 的辐合中心，在高层500~200 hPa高度均有量值为20*10 −1 ∙s −1 或24*10 −1 ∙s −1 或40*10 −1 ∙s −1 的辐散中心；而“12.1”暴风雪天气发生期间，盆地四站在850~550 hPa有−8*10 −1 ∙s −1 或−12*10 −1 ∙s −1 或−20*10 −1 ∙s −1 的辐合中心，而在500~200 hPa高度均有量值为24*10 −1 ∙s −1 或28*10 −1 ∙s −1 或42*10 −1 ∙s −1 的辐散中心。 6.1.3. 涡度 涡度在一定程度上可以反映水平辐合辐散。暴风雪天气有在高空冷平流作用下，塔城盆地上游西部国境线外的低槽或低涡形成并发展加强，在低槽前产生较强的正涡度区，随着低槽或低涡加强，涡度平流加强，在涡度平流强迫下产生上升运动，造成地面减压，使得地面气旋强烈发展。槽前均为正涡度平流区，随着低槽东移出塔城盆地，转为负涡度平流区控制；高层辐散、低层辐合有利于垂直运动的发展，利于暴风雪天气的发生；低层涡度和高层涡度差均较大。 正负涡度中心最大值差异较大，正负涡度分布及移动路径差异较大。“11.25”暴风雪天气发生期间500 hPa、700 hPa涡度场上40˚N~70˚N，60˚E~80˚E为范围广阔的正涡度区，正涡度中心位于咸海–巴尔喀什湖地区，中心值分别为60*10 −5 ∙s −1 、65*10 −5 ∙s −1 ，而低层850 hPa巴尔喀什胡至塔城之间为负涡度控制，中心值为-32*10 −5 ∙s −1 ，且正负涡度均自西向东移动；而“12.1”暴风雪天气发生期间500 hPa、700 hPa涡度场上40N~70˚N，60˚E~90˚E为范围广阔的正涡度区，正涡度中心位于咸海–巴尔喀什湖地区，中心值分别为60*10 −5 ∙s −1 、52*10 −5 ∙s −1 ，而低层850 hPa巴尔喀什胡至塔城之间为负涡度控制，中心值为−10*10 −5 ∙s −1 ，且正负涡度均自西南向东北方向移动，这也是虽然“11.25”暴风雪天气正负涡度中心值均大于“12.1”暴风雪天气，但降水却弱于后者的原因之一；计算了两次暴风雪天气高层和低层涡度的差值，结果表明，“11.25”暴风雪天气发生期间塔城盆地高层和低层涡度差值达到了45~55*10 −5 ∙s −1 ，而“12.1”暴风雪天气发生期间塔城盆地高层和低层涡度差值达到了80~90*10 −5 ∙s −1 ，明显高于“11.25”暴风雪天气，低层和高层涡度差越大越有利于降雪系统的发展和维持。 6.1.4. 高低空急流的耦合作用 暴风雪天气发生时，强冷空气南下使得南北温度梯度加大，锋区加强，高空急流发展强盛，其作用有两个，一是通过动量下传为大风的形成提供了动力条件；另外，高空急流入口区右侧产生的高空强迫辐散(抽吸作用)，形成上升运动，对低槽或低涡等影响系统的形成和发展有积极作用，可为强降雪的发生提供有利条件。在两次暴风雪天气过程中，在塔城盆地高低空有高层500 hPa西南急流、中层700 hPa西南急流、低层850 hPa西北急流“三支急流”的汇合，中高层的偏南气流有利于大尺度垂直上升运动的发展和维持，低层的偏北气流有利于低层的辐合抬升。比较而言，“12.1”暴风雪天气三支急流的强度均弱于“11.25”暴风雪天气。 6.1.5. 高空动量下传及梯度风 文献 [ 2 ] 的研究表明，高空急流的存在及动量的下传作用，对中纬度地面大风的形成至关重要。从从高中低层风场分布来看，两次暴风雪天气过程大风出现时段高、中、低层均为较强的北风或西北风，且高层风速一般在40 m/s以上，有明显的动量下传作用，而“12.1”暴风雪天气动量下传明显强于“11.25”暴风雪天气。除了高低空急流的动量下传风以及层结因素外，两次暴风雪天气地面气旋强烈发展的梯度风也是造成塔城盆地地面大风的主要原因，在整个地面气旋的发生发展过程中，气旋前部的三小时变压中心值和气旋后部的三小时变压中心值之差一直保持在8 hPa到10 hPa之间，地面气压场上等压线十分密集，气旋的发展加大了地面气压梯度，使地面大风范围和风速不断加大，大风区域多出现在冷锋后的冷平流中。两次暴风雪天气正负变压成对出现，并呈西南–东北向分布，梯度较大，等压线密集，暴风雪天气出现在正三小时变压区和负三小时变压过渡带等值线密集区中，只是“12.1”暴风雪天气在正变压由巴尔喀什湖进入塔城盆地时等压线较后从“11.25”暴风雪天气更密集，变压中心值更大。 6.2. 水汽条件对比 6.2.1. 比湿 对比两次暴风雪天气塔城盆地4站以20时为初始场的700 hPa比湿分布(图略)，从图中可以看出，两次暴风雪天气来临前塔城盆地比湿明显增大，且均由西南向东北方向移动。 “11.25”暴风雪天气发生前24日08时在巴尔喀什湖西南–南疆西部地区有一个呈带状分布的比湿大值区，中心最大达4.7克/千克，并由西南向东北方向移动；20时大值中心分裂为2个，其中一个仍滞留在南疆西部地区，中心达3.6克/千克，另一个位于塔城盆地，中心达3.4克/千克，随着降水的结束，比湿迅速减小，25日08时、20时分别降为0.2克/千克、0.6克/千克。比湿大值与强降雪出现时间一致；“12.1”暴风雪天气发生前30日，08时在40˚N~70˚N，60˚E~80˚E区域有一个呈带状分布的比湿大值区，中心最大达5.5克/千克，并由西南向东北方向移动，20时大值中心分裂为2个，其中一个滞留于40˚N~50˚N，60˚E~70˚E范围内，另一个位于塔城盆地由西南快速往东北方向移动，中心达3.8克/千克，随着降水的结束，比湿迅速减小，25日08时降为1.5克/千克。比湿大值与强降雪出现时间一致。 6.2.2. 水汽通量 充沛的水汽来源及输送时形成较大降水的必要条件。通过对两次暴风雪天气700 hPa、850 hPa整层水汽通量对比分析发现，两次暴风雪天气水汽移动路径主要为西南路径，且水汽通量大值区主要集中在700 hPa高度。 两次暴风雪天气水汽源地不同，其中从24日20时(图a) 700 hPa的水汽通量分布可以看到“11.25”暴风雪天气降雪水汽可以分为南北两支，其中北支主要来自波罗的海附近的水域，水汽的南支主要来自红海、地中海附近的水域，南北两支水汽分别随着西南和西北两支急流在巴尔喀什湖西南侧汇合并加强，水汽通量中心强度达12 g∙cm −1 ∙hPa −1 ∙s −1 ；25日08时(图b)，随着槽后的西北急流迅速抵达，水汽通量迅速降低至2 g∙cm −1 ∙hPa −1 ∙s −1 ，并随着弱的偏西气流进入阿勒泰地区，塔城盆地降水结束；“12.1”暴风雪天气降雪的水汽主要来自咸海–巴尔喀什湖西南侧水域，在由西南往东北方向输送的过程中，分裂为三个中心，其中一个位于咸海–巴尔喀什湖西南侧水域，中心强度达10 g∙cm −1 ∙hPa −1 ∙s −1 ，另一个位于巴尔喀什湖–塔城盆地之间，中心强度为8 g∙cm −1 ∙hPa −1 ∙s −1 ，第三个中心强度为8 g∙cm −1 ∙hPa −1 ∙s −1 已移出塔城盆地，在巴尔喀什湖西南侧水域有水汽沿西南–东北路径接力输送；850 hPa水汽通量的分布及移动与700 hPa一致；从水汽的输送过程看，两次暴风雪天气水汽通量大值区的移动路径与降雪中心落区较一致。 6.3. 热力条件分析 6.3.1. 前期热量积累 两次暴风雪天气过程前期，塔城盆地均伴有明显的升温，最高气温均在4℃以上，对应850 hPa温度场在巴尔喀什湖以南地区有明显的温度脊发展，暖舌由西南往东北方向伸展，暖舌与地面不断南下的气旋共同作用导致各地气温持续升高，一方面积累能量，提供了较好的热力条件，另一方面也导致冷空气进入后降温幅度变的较大。差别在于“12.1”暴风雪天气裕民、托里最高气温升幅强于“11.25”暴风雪天气。 6.3.2. 温度平流 配合西西伯利亚低槽发展，两次暴风雪天气均形成了明显的冷、暖平流中心对偶，冷暖平流势力相当。暴风雪天气发生时从高到低各层冷平流都很强，在强冷平流区出现了大风天气，而在冷暖平流中心之间区域(冷、暖平流间梯度最大的区域)出现了暴风雪天气。从高中低层温度场变化来看，“11.25”暴风雪天气中24日20时高层−20℃等温线、中层−4℃等温线、低层4℃等温线进入塔城盆地，至25日08时−32℃等温线、−24℃等温线、−12℃等温线进入盆地；而“12.1”暴风雪天气中30日20时高层−26℃等温线、中层−8℃等温线、低层1℃等温线进入塔城盆地，至12日08时−40℃等温线、−24℃等温线、−16℃等温线进入盆地。高中低层温度平流变化表明“12.1”暴风雪天气冷平流均强于“11.25”暴风雪天气，且强冷平流主要集中于高低层。