1. 引言

暴雪是北疆冬季的主要灾害性天气之一，对设施农业、畜牧业、公共交通及公众生活等会造成严重的影响。杨莲梅等 [1] 通过统计和诊断分析，揭示了新疆牧区大到暴雪过程的时、空分布特征和年际变化，初步分析了1961~2002年冬季特大雪灾的成因，并选取典型个例分析了新疆暴雪的水汽来源和特征。张俊兰 [2] [3] 通过对极端暴雪天气过程的环流演变及暴雪产生和维持的机制分析，指出散度辐合中心最强时段及上升运动均与降雪时段对应，水汽通量散度辐合中心的出现时间对大暴雪的最强降水时段有很好的指示意义。北疆地区中低层水汽输送、辐合强度、范围及持续时间与暴雪强度具有较好的正相关关系。刘晶等 [4] 指出在地形强迫和锋面抬升下垂直上升运动是暴雪发生的有利动力抬升条件。李如琦等 [5] 通过分析2010年新疆北部地区暴雪，指出北疆冷区暴雪发生在强冷锋锋区内；暖区暴雪由冷锋前暖锋引发，新疆北部暴雪的水汽都是以接力的方式输送。王健 [6] 通过实验找出暴雪天气前后大气中的水汽密度与液态水含量变化值，从中找出降雪过程中的变化关系阈值，来为精细化天气预报和短时临近预报提供技术支持。王清平等 [7] 研究发现连续长时间降雪常常使机场能见度变差。刘倩等 [8] 研究指出EC数值产品可提前24小时对降雪时段做出预报。王楠 [9]、陈阳权等 [10] 的研究指出冬季因天气原因引起的延误最为严重，主要是低云低能见度，其次是降雪。冬季影响乌鲁木齐机场的重要天气有低云、大雾、浓烟、中或大的降雪等。强降雪一直是冬季机场运行部门关注的重点，因此研究连续型降雪天气特征，以及降雪间歇期的预报，提升降雪预报预警能力，对航空安全运行和效率有重要意义。

本文通过常规观测资料、NCEP 1˚ × 1˚再分析资料以及卫星、微波辐射计资料，对2019年12月22~24日乌鲁木齐机场间歇型降雪的环流形势及物理量特征进行分析，探讨此次极端暴雪的成因及演变特征，分析气象服务保障情况和对航班运行的影响，为提高乌鲁木齐机场降雪预报准确率和气象服务保障能力提供参考。

2. 天气实况与概况

2019年12月22日至24日，北疆大部地区普遍出现小到中雪，其中，伊犁河谷、塔城地区、天山山区，北疆沿天山一带局地出现大到暴雪。

乌鲁木齐地窝堡国际机场连续迎来两场强降雪。22日17:17至23日09:00小雪，降雪持续17小时，降水量4.6 mm，新增积雪深度6 cm；间隔仅仅10小时，23日19:30~21:30出现小米雪(-SG)，23日22:00~24日20:00小雪，第二场降雪持续近24小时，降水量4.8 mm，新增积雪深度6 cm。两次降雪过程按12小时降水量划分，均达大到暴雪量级，总降水量过程总计9.4 mm，新增积雪深度共计12 cm。

这两场强降雪天气，对乌鲁木齐机场的航班运行造成严重的影响，因降雪天气，22日15:00~23日02:00乌鲁木齐发布MDRS黄色预警，通行能力下降30%。24日07:00~09:24乌鲁木齐发布MDRS黄色预警，通行能力下降30%；24日09:24~11:00发布MDRS橙色预警，通行能力下降70%；24日11:00~16:00发布MDRS橙色预警，通行能力下降50%；24日16:00~20:00发布MDRS黄色预警，通行能力下降30%。22日受降雪天气影响，取消79架次，航班正常率67.33%，出港航班延误20班，延误超两小时航班1班，备降30班，返航1班。24日受降雪天气影响，取消16架次，航班正常率50.0%，出港航班共延误102班，延误超两小时21班，两场降雪导致上万名旅客出行受到影响。

3. 环流形势分析

500 hPa环流场上(图1(a))，降雪开始前，位于巴尔喀什湖以北的低涡系统(中心在55˚N，70˚E附近)稳定少动，欧亚范围表现为两脊一槽的环流形势，即欧洲和新疆地区为高压脊。随着欧洲脊区的缓慢东移，脊前西北气流引导巴伦支海低值系统不断加深发展，12月22日该低值系统位于西西伯利亚地区，东移过程中与前期巴湖附近的的低涡系统合并加强，配合有−36℃的冷中心，低槽后伴有大于40 m/s的西北风，引导高纬度冷平流南下，配合短波活动，自西向东影响新疆地区。

12月23日500 hPa (图1(b))西西伯利亚北部新的低槽发展，随着冷平流的快速补充，低槽加深发展东移，与前期巴湖附近低值系统南北叠加，低槽南段南伸至35˚N附近，配合有−40℃的冷中心，高空槽后有大于40 m/s的急流区，随着低槽东移进入北疆，造成北疆大范围强降水天气过程。25日随着上游黑海地区低槽发展，脊区东移，影响新疆区域的高空槽减弱东移出新疆，过程基本结束。

200 hPa (图1(c))上，中亚地区为宽广的槽区，北疆地区受西风急流控制，随着欧洲脊区的发展东移，槽区东移过程中，切断形成低涡，咸海到伊犁河谷一带为西南急流，急流核位于伊犁河谷一带，随着低槽东移，北疆地区风速明显增大，高空急流在高层起到了抽吸作用，强烈的高层辐散作用加强了中低层系统的发展，有利于强降雪产生。

地面图上(图1(d))，冷高压东移至里咸海，巴尔喀什湖至伊犁河谷一带气压梯度较大，并伴有3小时正变压，冷锋进入北疆地区受地形作用先影响塔城到伊犁河谷一线，然后沿着河谷进入北疆沿天山一带，自西向东移动。

4. 水汽和物理量分析

4.1. 水汽输送条件分析

水汽输送是降雪的重要条件，本文利用NCEP 1˚ × 1˚再分析资料计算1000~100 hPa共21层水汽通量反映此次降雪水平方向水汽输送情况。

第一场降雪过程(图2(a))，20日08:00~23日08:00中低层水汽在西北–偏西–西南风的接力下输送达北疆，水汽输送层主要出现在850~500 hPa，这条路径的水汽输送来源于欧洲沿岸，20日随着低槽东移经过里海、咸海和巴湖进入北疆区域，这条水汽输送带东移过程中，由西北路径逆转为偏西、西南路径，并逐渐向高层伸展。最大水汽输送7 g∙(cm∙hPa∙s)⁻¹出现在850~600 hPa巴尔喀什湖附近。

第二场降雪过程(图2(b))，水汽输送层主要在850~600 hPa，随着脊区的东移，中低层水汽从地中海输送至巴伦支海，在西北风的接力下输送达巴尔喀什湖附近，然后继续向东南输送至北疆区域，这条水汽输送带东移过程中，由西南路径顺转为偏西、西北路径，最大水汽输送6 g∙(cm∙hPa∙s)⁻¹出现在850 hPa巴尔喀什湖附近。

4.2. 物理量场分析

从图3(a) 21日08:00~25日18:00在乌鲁木齐机场附近水平散度的高度–时间剖面图分析表明，第一场降雪发生期间，乌鲁木齐上空低层存在较强的辐合区，500 hPa以下存在辐合场，600 hPa附近出现强辐合中心，500 hPa以上存在辐散场，400 hPa附近出现强辐散中心。22日20:00垂直方向上，低层辐合和高层辐散出现最强区叠加，强中心配置与降雪开始时段相对应。23日02:00之后，500 hPa以上转为辐合场，降水减弱并逐渐结束。

第二场降雪期间，乌鲁木齐上空低层存在辐合区，600 hPa以下存在辐合场，700 hPa附近出现强辐合中心，600 hPa以上存在辐散场，500 hPa附近出现强辐散中心，低层辐合区和高层辐散区叠加的配置与降雪时段相对应。24日14:00之后，600 hPa以上转为辐合场，降水减弱并逐渐结束。

从垂直速度分析(图3(b))，在第一场降雪发生期间，乌鲁木齐机场上空存在上升运动，22日20:00~23日08:00，400 hPa以下为上升运动区，强烈的上升运动有利于水汽的凝结，与降雪时段对应。第二场降雪发生期间，24日02:00~24日14:00在乌鲁木齐机场上空500 hPa以下存在上升运动区，第二场降雪时段包含上述上升运动时段，上升运动与降雪时段对应。同时地形作用对此次强降雪的垂直运动有利，分析发现降雪开始时段低层西北气流于天山北坡遇山后在低空强迫抬升，形成较强的垂直上升运动，且在降雪最强时段一直伸展到300 hPa左右。这种垂直运动有利于乌鲁木齐暴雪的维持及增强，为此次暴雪提供持续的动力支持。

22日水汽通量散度(图3(c))和垂直速度(图3(b))在43.9N，87.5E时间剖面结合分析可知，22日02:00至23日08:00 925~600 hPa出现水汽辐合，垂直上升运动大值中心对应降雪的开始时间，垂直上升运动出现对预报降雪开始时间有一定提前量。

23日08:00至20:00，水汽通量辐合区较弱，且没有垂直上升运动配合，可以判断为降雪的间歇期。23日22:00开始，925~600 hPa水汽辐合配合主要的垂直上升运动区，对应第二场降雪开始，24日20:00水汽辐合区和垂直上升运动区均明显减弱，降雪趋于结束。

5. 卫星云图分析

红外云图上，2019年12月21日08:00 (图4(a))有明显的斜压叶状云系东移并发展，至新疆区域西国境线附近，云系后边界较为光滑整齐，呈向东凸起的盾状云型。云系由伊犁河谷，北疆北部地区逐渐发展东移入疆，云系较为密实，以中高云为主，(2019年12月22日18:00图4(b))云系主要东移至南疆西部及南北疆沿天山一带，乌鲁木齐上空的云系较均匀，机场开始出现小雪天气，云系位于500 hPa槽前，冷锋沿着叶状云的暖侧压在乌鲁木齐机场附近；(图4(c))随着低槽东移减弱，影响北疆区域的云系东移消散，乌鲁木齐机场降雪停止；西西伯利亚北部新的低槽发展，配合冷平流的快速补充，新的低槽加深发展东移(图4(d))，云系东移影响新疆中西部地区，乌鲁木齐上空云系以中云为主，23日19:30机场出现降雪至24日20:00结束。

6. 微波辐射计资料分析

对微波辐射计资料综合分析可知(图5)，22日17:00开始，从近地面到3000米高度相对湿度随时间逐渐增大，大湿区集中在22日23:00~23日10:00。23日10:00~18:00相对湿度明显减弱，同时乌鲁木齐机场降雪实况停止，降雪间歇期是23日09:00~19:30，23日19:30~21:30出现小米雪，与实况吻合。24日20:00相对湿度明显降低，机场降雪停止。绝对湿度廓线大值区主要位于近地面，绝对湿度明显增大和减小的时间与降雪时段吻合较好。

7. 数值预报产品检验

乌鲁木齐机场单点降雪预报情况来看(表1)，MM5模式12月21日00UTC初始场，降雪开始时间较实况偏早3小时，结束时间偏早1小时；12月21日12UTC初始场，降雪开始时间偏晚不到1小时，结束时间一致；降水量预计达6~7 mm (表2)，实况降水量4.6 mm。从MM5模式12月22日12UTC初始场来看(表3)，预报降雪开始时间比实际偏早30分钟，结束时间偏早1小时，降水量预计达到2~3 mm，实际机场降水量4.8 mm (第二场降雪量级有偏差)。

从WRF12月21日12UTC初始场预报来看(表1)，降雪开始时间准确，预报结束时间偏早3小时，预报降水量预计达到7~8 mm (表2)，机场实际降水量4.6 mm。从WRF12月22日12UTC初始场预报来看(表3)，预报第二场降雪开始时间比实际偏晚4小时，预报结束时间偏早2小时，预报降水量预计达到3~4 mm，机场实际降水量4.8 mm。

此次降雪起止时间MM5比WRF预报的更准确；降水量级方面，MM5对第一场降雪预报量级较准，WRF对第二场降雪预报较准。

8. 结论

此次降雪天气是由两次大到暴雪过程组成，降雪持续时间长，期间有10小时的降雪间歇期，对机场正常运行影响较大。从上述分析可知：

1) 此次降雪过程，西西伯利亚低槽引导高纬度冷平流南下，自西向东影响新疆地区。地面冷空气为偏西路径。

2) 两次降雪过程，水汽输送来源于欧洲不同地区，但经过巴尔喀什湖后，850~600 hPa水汽输送量都有明显增大，巴尔喀什湖为降雪的主要水汽输送源。

3) 水汽通量散度辐合区和垂直速度垂直上升区配合较好的时段对降雪开始时间有一定的提前量。水汽通量散度辐合区较弱，且没有垂直上述运动配合，可以判断为降雪的间歇期。

4) 微波辐射计相对湿度和绝对湿度廓线大值区主要位于3000米以下，湿度明显增大和减小的时间与降雪时段吻合较好。

5) 模式对比，降雪起止时间MM5比WRF预报的更准确；降水量预报方面均存在偏差，MM5对第一场降雪预报量级较准，WRF对第二场降雪预报较准。多模式产品释用对乌鲁木齐降雪的时间和强度可提供较准确的预报。

参考文献