南疆暴雨研究进展_金晨.pdf

2023 年第 46 卷第 1 期:82-96专 刊http:/dqkxxbcnjournalsorg引用格式:金晨，何清，黄乾，2023南疆暴雨研究进展 J 大气科学学报，46(1):82-96Jin C，He Q，Huang Q，2023A review on rainstorm research in southern XinjiangJTrans Atmos Sci，46(1):82-96doi:10.13878/jcnkidqkxxb20221114001(in Chinese)南疆暴雨研究进展金晨*，何清，黄乾 新疆大学 地理与遥感科学学院，新疆 乌鲁木齐 830002;中国气象局 乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆 乌鲁木齐 830002;锦州市气象局，辽宁 锦州 121000;南京信息工程大学 大气物理学院，江苏 南京 210044*联系人，E-mail:466350565 qqcom 联系人，E-mail:qinghe idmcn2022-11-14 收稿，2022-12-26 接受第三次新疆综合科学考察子课题(2021xjkk030501);国家自然科学基金资助项目(42030612);第二次青藏高原综合科学考察研究专项(2019QZKK010206)摘要南疆地区位于欧亚腹地，属于典型的温带大陆性干旱气候，受复杂地形地貌、天气系统路径以及特殊的大气环流与水汽条件等影响，暴雨突发性强且地域性特征显著。目前，全球数值预报模式及中尺度数值模式对南疆暴雨的预报能力十分有限，近年来，许多研究团队在塔里木盆地进行了大型外场观测试验，对揭示南疆暴雨的机制机理有了更多启示，对造成南疆暴雨的对流触发机制、高低空系统配置及演变特征、降雨云物理过程等都有了更为深入的认识。本文对南疆暴雨的气候特征、大尺度环流背景、中尺度系统发生发展、水汽输送、降水动力机制等方面进行了总结回顾，并提出了需要进一步研究的科学问题，以期为进一步开展南疆暴雨研究、提高暴雨预报准确率及防灾减灾能力提供参考。关键词南疆暴雨;水汽输送;动力机制;研究进展;防灾减灾位于欧亚腹地的南疆三面环山(南、西、北三面分别被昆仑山、帕米尔高原和天山环抱)，中央是塔里木盆地(图 1)，属典型的温带大陆性干旱气候，地形地貌十分复杂、受天气系统路径以及南疆特殊的大气环流与水汽条件等影响，南疆降水具有其独特性，虽然年平均降水量仅为 59.1 mm，但降水变率很大(杨莲梅等，2011)，暴雨时有发生。2014 年 6 月中下旬，塔里木盆地周边出现连续局地暴雨，和田地区于田县累计降水超过 120 mm;2019 年 6 月 2428 日，和田、巴州等地 54 站达到暴雨量级，国家站和田市日降水量 27.7 mm 居历史第一位;2021 年 5月 1314 日，南疆塔中站出现极端暴雨，国家站塔中 12 h 降水量 34.0 mm，日降水量超过历年的年降水量，打破该站年最大日降水量历史极值，同时打破春季和月最大日降水量极值。这些事件一旦发生，往往引发城市内涝、山体滑坡、泥石流等灾害，不仅影响当地工农业的生产，还可能危害生命和财产安全，给社会和经济带来严重的影响(吕新生等，2021;王秀琴和王旭，2021)。IPCC 第六次评估报告指出，全球范围内，极端降雨事件将变得更加频繁，导致降雨量显著增加(IPCC，2021)。南疆强降水虽然是小概率事件，但近年来南疆暴雨呈明显增加趋势(韩云环等，2014;王少平等，2014;曾佳等，2014)，局地暴雨频次增加趋势更是明显(杨莲梅，2003;戴新刚等，2007;王澄海等，2012;陈春艳等，2015;王江等，2015a)。南疆暴雨突发性强，加上受特殊地形环境影响，给南疆暴雨预报增大了难度，由于南疆地区处于亚欧腹地，对气候变化反应极为敏感，加之生态系统脆弱、植被覆盖率小，暴雨的发生极易引发泥石流等次生灾害，并金晨，等:南疆暴雨研究进展专 刊图 1南疆地形(填色表示地形高度，单位:m)Fig1Topographic map of southern Xinjiang(coloring in-dicates terrain height，unit:m)造成巨大人员伤亡和经济损失(李铭宇等，2020)。南疆气候变化及由此带来的暴雨直接影响“一带一路”建设，更关系到国家安全、社会稳定和经济发展(王会军等，2020)。南疆暴雨研究既是全球变化的重大科学问题，更是国家战略的迫切需求，越来越多的学者对其机理展开了研究，以求提高南疆暴雨预报的准确率。对南疆暴雨的深入研究，可以提高对极端事件提前响应的能力，进而减少灾害带来的损失，还可为新疆的经济发展提供气象保障。但目前研究中还存在一些短板，为了找出现存的问题，对南疆地区暴雨的研究现状进行梳理和总结十分关键，本文重点对南疆暴雨的气候特征、环流背景、水汽输送、暴雨发生机理等方面进行了概述，并对现阶段发现的问题进行了讨论。1南疆暴雨的气候特征1.1南疆暴雨时间分布特征由于受地形影响，南疆暴雨的时空分布特征差异显著，根据新疆暴雨年鉴统计的近 10 a 南疆暴雨个例(表 1)，可以看出暴雨在 49 月均有出现，但主要集中在 58 月。研究发现，南疆夏季小时暴雨量和暴雨频次在 6 月最多，暴雨强度在 8 月最强(杨霞等，2020b)。南疆暴雨多以持续时间较短的强降水过程出现，超过 70%站点的极端降水日都出现过短时强降水过程，短时强降水的高发月为 7 月，该月约 95%的暴雨日中都出现过短时强降水(杨霞等，2021)。同时南疆暴雨具有显著的日变化特征，为三峰型，峰值分别出现在傍晚 17:0018:00、午夜后 00:0001:00 和上午 10:00(陈春艳等，2017)。南疆极端降水量占夏季降水总量的比重很大，往往极端降水的多少决定了夏季降水的多寡，且降水的极端性极为突出(杨霞等，2020b)。虽然南疆暴雨是小概率事件，但研究表明近年来南疆极端降水的频次及强度都有显著增加的趋势(图 2)(曾佳等，2014;王秀琴和王旭，2021;魏艳英等，2021)。表 120122021 年南疆暴雨个例集Table 1ainstorm occurrences in southern Xinjiang from 20122021个例日期暴雨落区天气实况20120604天山南部巴州北部库尔勒、和静 3 h 降水量分别达 73.8 mm、75.8 mm，均突破日降水量历史极值(27.5 mm 和 38.3mm)，其中1 h 降水量分别达46.4 mm 和53.2 mm;库尔勒市3 h 降水量为年平均降水量(59.2 mm)的1.2倍，和静超过年平均降水量(73.2 mm)20120714南疆东部吐鲁番市北部山区持续降雨，吐鲁番七泉湖煤窑沟、塔尔朗和黑沟流域均发生较大洪水，塔尔朗、煤窑沟最大洪峰流量分别达到 180 m3/s、105 m3/s，其中塔尔郎洪水接近 10 a 一遇2013052620130528南疆西部暴雨落区主要在喀什南部的叶城县附近，叶城累计雨量 87.8 mm(超过历年平均降水量 66.7 mm)，叶城县降水断续持续 25 h，叶城县最大雨强 10.3 mm/h2013061520130618天山南部暴雨落区在阿克苏地区西部的乌什县、温宿县，两站累计雨量为 101.5 mm 和 83.9 mm，均突破历史极值，占年降水量的 103.8%、120.8%，为 26 a 来最强的极端暴雨过程2015060920150611天山南部乌什站日降雨量 44.4 mm，居 6 月最大日降水量历史第二位;过程最大降雨中心在乌什空台，累计雨量61.2 mm2015061420150619南疆东部哈密地区最大降雨出现在哈密德外里克乡 63.1 mm，其中伊吾 32.5 mm、哈密市 21.9 mm、淖毛湖 20.1mm，克苏普乡吉格代巴格 50.7 mm;吐善托盆地最大降雨吐鲁番苏仑沟 28.3 mm，连续降雨 17 h;达板城18.7 mm2016070520160709南疆西部和硕日降雨量为27.1 mm，居7 月历史同期第2 位;巴音布鲁克(34.2 mm)、库尔勒(20.2 mm)、温宿(16.2mm)日降雨量均居 7 月历史第 3 位;阿克苏新和五一水库小时雨强 32.9 mm2106072920160801天山南部阿克苏库车大龙池雨量 72.1 mm;巴州和静江巴口子雨量 70.2 mm，克州阿合奇哈拉奇乡 64.2 mm382023 年 1 月第 46 卷第 1 期续表 1个例日期暴雨落区天气实况2017043020170501天山南部温宿日降水量14.7 mm，突破4 月历史极值;阿合奇日降水量44.8 mm、墨玉日降水量9.9 mm、洛浦日降水量 8.5 mm，均位居历史同期第二位2017081620170821昆仑山北过程累计最大雨量和日最大雨量均出现在英吉沙托鲁克乡 1 村 57.8 mm，最大小时雨强 33.6 mm，其次是农十三师黄田农场巴格达什连队累计最大雨量 67.2 mm2018051520180522南疆西部最大降水中心和田地区皮山县日降水量 74.7 mm，国家站克州阿克陶县日降水量 54.5 mm，均突破历史日降水量极大值和 5 月月降水量极大值;最大小时雨强出现在和田地区皮山县(国家站)，小时雨强 53.8 mm(小时雨强突破历史极大值)2018061620180618昆仑山北最大降雨中心位于巴州且末县阿羌乡依山干河，累计降雨量 94.7 mm，克州阿图什市哈拉峻乡谢依特村 3h 降雨量 46.7 mm，其中 1 h 雨强 30.3 mm2018062920180703天山南部累计降雨量:阿克苏地区温宿县萨瓦甫其牧场(45.1 mm)、柯坪县苏巴什村哦坦阔里村(37.9 mm)、温宿县吐木秀克镇铁利米西洪沟(36.2 mm)，和田地区民丰县若克雅乡塔勒坎勒克(40.0 mm)2018072720180731昆仑山北哈密市、喀什地区、克州、和田地区、阿克苏地区、巴州北部部分地区降雨量2448 mm;哈密市伊州区、巴里坤县、伊吾县，和田地区策勒县、民丰县、于田县、和田市，喀什地区叶城县、英吉沙县，阿克苏地区温宿县、拜城县局地降雨量 4997 mm;哈密市伊州区、伊吾县，和田地区于田县局地降雨量 100127 mm2018072820180802南疆东部最大降水中心位于哈密市沁城乡小堡站(131.2 mm);哈密市山区伊州区小堡村 3 h 降雨量 76.3 mm，1 h降雨量达 29.2 mm，均突破有气象记录以来历史极值2019062220190624南疆东部吐鲁番市高昌区恰勒坎渠首站，降雨量 53.2 mm，为大暴雨2019062420190628昆仑山北最大降水中心出现在民丰县尼雅乡苏乎拉克降水量 84.0 mm，1 h 最大雨量出现在阿克苏地区温宿县吐木秀克镇站 33.8 mm;国家站和田市(27.7 mm)日降水量居历史第一位;区域站策勒县奴尔乡努尔河战斗渠渠首站(61.3 mm)、民丰县尼雅乡苏乎拉克站(60.0 mm)、墨玉县卡瓦克乡站(52.1 mm)、于田县吐格曼巴什村站(49.2 mm)日降水量居建站以来第一位2019090620190912南疆西部3 h 最大降雨量为阿克苏地区温宿县博孜墩牧场 45.1 mm，1 h 最大雨强为克州阿图什市松他克乡苗圃站42.2 mm20190910天山南部拜城(40.3 mm)、阿克苏(21.3 mm)日降水量居9 月历史同期第一位，突破历史极值;柯坪(20.4 mm)日降水量居 9 月历史同期第二位2020041720200424南疆西部最大降水中心英吉沙县克孜勒乡 5 村站过程累积雨量 169.5 mm，喀什市降雨量 4 月 20 日 27.1 mm、4 月23 日 28.3 mm，两度刷新当月日最大降雨量历史纪录2020050620200508昆仑山北最大降水中心为和田地区洛浦县生态农业科技示范园(56.2 mm)，和田地区策勒县出现短时强降雨