天山北坡暴雪过程水汽特征分析_张林梅.pdf

第 45 卷 第 1 期2023 年 2 月Vol.45，No.1Feb.，2023冰川冻土JOURNAL OF GLACIOLOGY AND GEOCRYOLOGY天山北坡暴雪过程水汽特征分析张林梅1，苏亚乔1，庄晓翠2（1.新疆维吾尔自治区气象台，新疆 乌鲁木齐 830002；2.新疆阿勒泰地区气象局，新疆 阿勒泰 836500）摘要：利用20002020年（9月次年4月）天山北坡16个国家级气象观测站逐日降水量资料筛选出28次暴雪天气过程，再运用NCEP/NCAR再分析资料以及HYSPLIT模式模拟暴雪过程水汽的后向追踪运动轨迹，分析天山北坡暴雪过程环流背景及主要水汽来源、输送及其对暴雪的贡献。研究表明：天山北坡暴雪区位于300 hPa高空西南急流轴右侧、500 hPa西西伯利亚低槽前西南气流、700 hPa低空西南急流出口区前部辐合区、水汽通量散度辐合区及地面冷锋附近的重叠区域。影响天山北坡暴雪的水汽源地主要为地中海和黑海及其附近、西南亚、中亚、大西洋及其沿岸，850 hPa还有欧洲和北疆的水汽，对暴雪的贡献相对较大，来自北美洲等地的水汽对暴雪的贡献相对较小。各源地水汽随西风气流到达关键区后，在环流适合的条件下，主要沿偏西（西南）、西北路径输入暴雪区，但各层存在一些差异。基于上述特征，建立了天山北坡暴雪过程水汽来源及输送的高低空配置结构，揭示了各高度水汽输送的特征。关键词：天山北坡；暴雪；水汽特征；HYSPLIT模式中图分类号：P534.63；P343.6 文献标志码：A 文章编号：1000-0240（2023）01-0094-140 引言 新疆暴雪主要发生在北疆，每年冬季都会出现1。新疆大到暴雪多发于西部、北部及天山北坡一带，天山北坡是出现大到暴雪的频发区之一2。暴雪不仅造成城市交通受阻，也会造成房屋倒塌、牲畜受灾等情况。充沛的水汽输送是暴雪形成的必要条件，因此，研究天山北坡暴雪水汽的来源及输送特征，有助于进一步提高对暴雪机制的认识，也为该地区暴雪预报预警提供一定的参考依据。近年来，许多学者对北疆暴雪的水汽进行了研究。杨莲梅等3-4研究指出，北疆大到暴雪水汽由大气环流决定，北方冷空气、中纬度西风和较低纬度的西南风带来的水汽均可以影响新疆，水汽源地有高纬度北大西洋、巴伦支海，中纬度地中海、里海、咸海，低纬度红海。李如琦等5研究指出新疆北部暴雪的水汽以接力的方式输送，伊朗副热带高压的强度和位置的变化对水汽的输送起决定性作用。张俊兰等6通过对北疆典型暴雪天气的水汽特征研究指出，水汽源地主要分布在地中海附近、红海或波斯湾两个海域附近。上述有关北疆暴雪过程的水汽来源及输送的研究是基于欧拉方法，该方法是基于水汽通量来研究暴雪水汽及输送，着眼于空间的某些确定点，在固定点上观察流体的运动，存在无法定量确定水汽的源汇关系和各水汽来源对暴雪贡献，只能给出简单的水汽输送路径7-10。然而，基于拉格朗日框架下发展的轨迹分析方法为水汽输送提供了很好的技术途径，Makra等11-12指出在轨迹追踪研究中，利用拉格朗日方法的气流轨迹模式HYSPLIT较其他模式有更好的性能，该方法可通过计算气块的三维运动轨迹，定量统计出各水汽源地及输送对暴雪（雨）的贡献，从而弥补了欧拉方法的不足。目前，已有较多学者通过HYSPLIT模式研DOI：10.7522/j.issn.1000-0240.2023.0006ZHANG Linmei，SU Yaqiao，ZHUANG Xiaocui.Analysis of water vapor characteristics in snowstorm process on the northern slope of Tianshan Mountains J.Journal of Glaciology and Geocryology，2023，45（1）：94-107.张林梅，苏亚乔，庄晓翠.天山北坡暴雪过程水汽特征分析J.冰川冻土，2023，45（1）：94-107.收稿日期：2022-07-11；修订日期：2022-10-20基金项目：新疆维吾尔自治区自然科学基金项目（2021D01A01）资助作者简介：张林梅，高级工程师，主要从事灾害性天气机理研究.E-mail：通信作者：庄晓翠，正研级高级工程师，主要从事天气预报及灾害性天气机理研究.E-mail：1 期张林梅等：天山北坡暴雪过程水汽特征分析究国内暴雨（雪）的水汽来源及贡献率13-19，定量确定了各水汽来源的贡献，但天山北坡暴雪过程的水汽来源及输送的研究至今鲜见。那么作为北疆暴雪的频发地区天山北坡的水汽来源及输送如何？各路径水汽输送在暴雪中的贡献如何？这些都 是 亟 待 探 讨 的 问 题。因 此，本 文 主 要 基 于HYSPLIT模式方法围绕上述问题进行分析，拟对天山北坡暴雪的水汽开展深入研究，以期进一步提高对天山北坡暴雪的认识水平，为该地区暴雪预报预警提供科技支撑，也为天山北坡经济带的防灾减灾救灾和生态文明建设提供决策依据。1 研究区概况 天山北坡主要包括塔城地区南部，石河子市、昌吉回族自治州和乌鲁木齐市（图1），海拔高度均在1 500 m以下。天山北坡是国家丝绸之路经济带建设的核心区，位于天山山脊线以北，古尔班通古特沙漠（准噶尔盆地）南缘，属温带干旱半干旱气候。受海拔和水热梯度分布影响，呈现“山地-绿洲-荒漠”的生态系统格局20。2 资料和方法 2.1资料（1）暴雪过程资料。运用 20002020 年冷季（9月至次年4月）天山北坡16个国家级气象观测站（包括乌苏、沙湾、炮台、莫索湾、石河子、乌兰乌苏、玛纳斯、呼图壁、蔡家湖、昌吉、阜康、吉木萨尔、奇台、木垒、米泉、乌鲁木齐）逐日（20：00时至次日20：00，北京时，下同）降水量资料、天气现象进行分析，并参考积雪深度。（2）环流背景资料。NCEP/NCAR再分析资料，要素包括：位势高度、温度、纬向风、经向风、比湿等，水平分辨率为 2.52.5，垂直层次为 1 000100 hPa共21层。（3）欧拉方法资料。NCEP/FNL再分析资料，要素同（2），水平分辨率为 11，垂直层次为 1 000100 hPa共26层。（4）HYSPLIT 模式模拟资料。GDAS 逐 6 h 再分析资料，水平分辨率为 2.52.5，垂直分层：1 00010 hPa共17层上的位势高度、纬向风、经向风和1 000300 hPa各层的比湿等。2.2暴雪过程标准按照新疆暴雪标准（12.0 mm35 m s-1的高空西南急流轴右侧的分流辐散区，急流核45 m s-1图2（b）；700 hPa天山北坡位于西南急流出口区前部辐合区和水汽通量散度辐合区 图2（c）。天山北坡暴雪区位于高空西南急流轴右侧、西西伯利亚低槽前西南气流、低空西南急流出口区前部辐合区、水汽通量散度辐合区及地面冷锋附近的重叠区域。3.2欧拉方法的水汽输送和收支3.2.1水汽源地及输送图3是天山北坡28次暴雪过程从地面到300 hPa积分的平均水汽通量分布。输送至暴雪区的水汽主要有3条路径：第1条路径是大西洋地中海伊朗北部巴尔喀什湖，在环流合适的情况下，接力输送至暴雪区，该路径的水汽沿途得到红海和里海的水汽补充 图3（a）。第2条路径是南海孟加拉湾阿拉伯海波斯湾北部里海咸海巴尔喀什湖暴雪区，沿途得到地中海和高纬度南下水汽的补充 图3（b）。第3条路径是大西洋德国瑞典和芬兰南部欧洲，经里海咸海北部巴尔喀什湖暴雪区，沿途得到黑海及红海波斯湾水汽的补充 图3（c）。总体上，来自较低纬度的第1条水汽相对最多，对暴雪的贡献最大，第3条相对最961 期张林梅等：天山北坡暴雪过程水汽特征分析少，但都不能定量说明水汽源地及输送路径对暴雪的贡献。3.2.2水汽收支由表1可知，天山北坡暴雪过程西边界整层为输入，中层最多；北边界低层和中层为输入，高层为输出，低层输入最多；东边界整层为输出；南边界低层为输出，中高层为输入。其中，天山北坡暴雪过程以北边界水汽输入最多（2.34108 t），其次是西边界。主要是由于该区域位于准噶尔盆地南部，盆地北部至东部为阿尔泰山山脉呈西北东南向，南部为天山山脉北部，西部为阿拉套山、巴尔鲁克及乌尔克夏尔山等山系，聚集在巴尔喀什湖附近的水汽从阿勒泰地区西部进入北疆后，由于阿尔泰山山脉的阻挡，主要从北边界输入暴雪区，故北边界水汽输入最多；南边界受天山山脉大地形的阻挡，使得低层很难有水汽输入；虽然天山北坡位于西风带上，但由于西部阿拉套山等山系的影响，使得西边界水汽输入不是很多。由此可见，与上节相似，该结论无法区分水汽源地及其对暴雪的贡献。3.3HYSPLIT水汽轨迹分析在分析水汽轨迹前，参考世界地理分区的典型气候25，并结合新疆预报业务实际及描述方便等对天山北坡暴雪过程水汽源地进行划分，约定来自地中海、黑海及其附近的水汽为源地，来自西南亚（包括红海、波斯湾、阿拉伯海及其附近）的水汽为源地，来自中亚（包括中亚5国、乌拉尔山以南及里海和咸海）为源地，来自大西洋及其沿岸的水汽为源地，来自北美洲东北部的水汽简称北美注：淡蓝色为3 000 m地形；红色方框为研究区域。Note：Light gray shades for above 3 000 m terrain，the red box is the study area.图2天山北坡暴雪过程平均环流场：500 hPa高度场（实线，单位：dagpm）、风场（单位：m s-1）、温度场（虚线，单位：）（a）；300 hPa高度场（等值线，单位：dagpm）和高空急流（阴影，单位：m s-1）（b）；700 hPa高度场（实线，单位：dagpm）、风场（单位：m s-1）、温度场（虚线，单位：）、水汽通量散度场（阴影，单位：10-6 g cm-2 hPa-1 s-1）（c）Fig.2The average circulation field during the snowstorm process on the northern slope of the Tianshan Mountains：500 hPa height field（solid line，unit：dagpm），wind field（unit：m s-1），temperature field（dotted line，unit：C）（a）；300 hPa height field（contour，unit：dagpm）and upper-air jet（shaded，unit：m s-1）（b）；700 hPa height field（solid line，unit：dagpm），wind field（unit：m s-1），temperature field（dotted line，unit：C），water vapor flux divergence（shading，unit：10-6 g cm-2 hPa-1 s-1）（c）9745 卷冰川冻土洲，来自欧洲的水汽简称欧洲（图4），来自阿尔泰山及天山北坡自身蒸发的水汽简称北疆，来自新地岛及其附近海域和北冰洋的水汽简称新地岛。巴尔喀什湖附近为水汽关键区，简称关键区。3.3.1500 hPa水汽特征运用HYSPLIT模式模拟天山北坡28次暴雪过程，追踪每次过程暴雪中心500 hPa高度168 h后向轨迹，然后对各暴雪中心轨迹进行聚类分析共得到22条轨迹（图5）。分析图5可知，水汽轨迹随西风气流到达关键区：7条来自源地的水汽轨迹，其中6条从偏西、1条从西北路径输入暴雪区；4条来自源地的轨迹，其中3条从偏西、1条从西北路径输入暴雪区；5条来自北美洲的水汽轨迹，其中3条从偏西、2条从西北路径输入暴雪区；2条来自源地的水汽轨迹从偏西路径输入暴雪区；来自西欧及伊朗各1条（简称其他源地）的水汽轨迹也从偏西路径输入暴雪区；2条来自新地岛的水汽从西北路径输入暴雪区。图6是对应图5给出了相应各水汽轨迹比湿的时间变化，即图6中C1、C2、C3、C4、C5分别对应图5中1、2、3、4、5。统计分析图5中各水汽轨迹的空间分布和高度变化及图6中的比湿变化，可得到表2。由表2可知，水汽源地对天山北坡暴雪的贡献是 18%63%，平均 34%，从 2 4384 333 m（平均3 452 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为 1.522.77 g kg-1，平均 2.05 g kg-1，到达暴雪区时减少为 0.401.10 g kg-1，平均 0.73 g kg-1，沿途损失较多（64%）。水汽源地对暴雪的贡献是图3天山北坡暴雪过程地面至300 hPa积分的三条路径的平均水汽通量（矢量，填色，单位：kg m-1 s-1；红色方框为研究区域）Fig.3The three path of average water vapor integral flux from the ground to 300 hPa during the snowstorm process on the northern slope of the Tianshan Mountains（vector，color，unit：kg m-1 s-1，the red box is the study area）表1 20002020年冬季天山北坡28次暴雪过程平均水汽收支情况（单位：108 t）Table 1 Average water vapor budget during 28 snowstorms in the North Slope of Tianshan Mountains from 2000 to 2020（unit：108 t）层次平均西边界低0.5中0.91高0.39北边界低-2.32中-0.02高0.4东边界低1.19中1.07高0.49南边界低-1.72中0.23高0.47注：表中低、中、高分别表示低层、中层、高层。Note：Low，middle and high respectively represent low，middle and high levels.981 期张林梅等：天山北坡暴雪过程水汽特征分析图4天山北坡暴雪过程水汽主要水汽源地Fig.4The main water vapor sources during snowstorm on the northern slope of Tianshan Mountains图5天山北坡暴雪中心500 hPa水汽后向轨迹的空间分布和高度变化Fig.5Spatial distribution and height variation of the backward trajectory of 500 hPa water vapor in the snowstorm center on the northern slope of the Tianshan Mountains9945 卷冰川冻土36%38%，平均37%，从3 0464 177 m（平均3 612 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为1.832.48 g kg-1，平均2.16 g kg-1，到达暴雪区时减少为0.760.86 g kg-1，平均 0.81 g kg-1，沿途损失较多（63%）。水汽源地对暴雪的贡献是18%71%，平均39%，从2 4315 777 m（平均4 358 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为0.823.73 g kg-1，平 均 1.78 g kg-1，到 达 暴 雪 区 时 减 少 为 0.450.98 g kg-1，平均0.67 g kg-1，沿途损失较多（62%）。来自北美洲的水汽对暴雪的贡献是4%24%，平均15%，从2 9645 810 m（平均4 495 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为 0.742.25 g kg-1，平均 1.69 g kg-1，到达暴雪区时减少为 0.200.66 g kg-1，平均 0.46 g kg-1，沿途损失较多（73%）。来自新地岛的水汽对暴雪的贡献是14%16%，平均为15%，从4 8096 827 m（平均5 818 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为0.261.16 g kg-1，平均 0.71 g kg-1，到达暴雪区时减少为0.380.46 g kg-1，平均 0.42 g kg-1，沿途损失较多（41%）。其他源地的水汽对暴雪的贡献是 12%18%，平均为15%，从1 7735 386 m（平均3 580 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为 1.224.31 g kg-1，平均 2.77 g kg-1，到达暴雪区时减少为 0.381.51 g kg-1，平均0.95 g kg-1，沿途损失较多（66%）。500 hPa影响天山北坡暴雪的水汽源地主要为地中海和黑海附近、大西洋及其沿岸、中亚、北美表2 天山北坡暴雪过程500 hPa高度水汽源地及其对暴雪的贡献Table 2 Sources of water vapor at a height of 500 hPa during the snowstorm process on the northern slope of the Tianshan Mountains and its contribution to the snowstorm水汽源地源地源地源地北美洲新地岛其他轨迹数724522R/%范围18633638187142414161218平均343739151515h/m范围2 4384 3333 0464 1772 4315 7772 9645 8104 8096 8271 7735 386平均3 4523 6124 3584 4955 8183 580q1/（g kg-1）范围1.522.771.832.480.823.730.742.250.261.161.224.31平均2.052.161.781.690.712.77q2/（g kg-1）范围0.401.100.760.860.450.980.200.660.380.460.381.51平均0.730.810.670.460.420.95损失/%646362734166注：R、h、q1分别表示水汽源地对暴雪的贡献率、源地高度和比湿，q2表示暴雪区的比湿；损失为-q1-q2（即损失为q1平均q2平均）；下同。Note：R，h and q1 respectively represent the contribution rate of the water vapor source to the snowstorm，the height of the source and the specific humidity，and q2 represents the specific humidity of the snowstorm area；the loss is-q1-q2（the loss is the average of q1 minus the average of q2）；the same below.图6天山北坡暴雪中心500 hPa水汽后向轨迹比湿的时间变化Fig.6Time variation of specific humidity in the backward trajectory of 500 hPa water vapor in the snowstorm center on the northern slope of Tianshan Mountain1001 期张林梅等：天山北坡暴雪过程水汽特征分析洲，上述源地对暴雪的贡献较大，随西风气流到达关键区后，主要沿偏西路径输入暴雪区，占73%，从西北路径输入的占27%；贡献最大的是来自大西洋及其沿岸的水汽；来自北美洲的水汽对暴雪的贡献较小，由于路途遥远地形复杂，沿途损失最大。由图5可知，各源地水汽主要从3 000 m以上的高度向暴雪区输送。3.3.2700 hPa水汽特征运用HYSPLIT模式模拟天山北坡28次暴雪过程，追踪每次过程暴雪中心700 hPa高度168 h后向轨迹，然后对各暴雪中心轨迹进行聚类分析共得到32条轨迹（图7）。分析图7可知，水汽轨迹随西风气流到达关键区：5条来自源地的水汽轨迹，其中4条沿偏西、1条沿西北路径输入暴雪区；4条来自源地的轨迹从偏西路径输入暴雪区；8条来自源地的轨迹，其中7条沿偏西、1条沿西北路径输入暴雪区；8条来自源地的轨迹，其中4条沿偏西、4条沿西北路径输入暴雪区；5条来自北美洲的水汽轨迹均从西北路径输入暴雪区；来自北冰洋和西欧各1条的水汽轨迹称其他，从偏西路径输入暴雪区。图8是对应图7相应给出的各水汽轨迹比湿的时间变化，即图8中C1、C2、C3、C4、C5、C6分别对应图7中1、2、3、4、5、6。统计分析图7中各水汽轨迹的空间分布和高度变化及图 8 中的比湿变化，可得到表3。由表3可知，水汽源地对天山北坡暴雪的贡献是 14%50%，平均 31%，从 6953 366 m（平均2 543 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为 1.034.06 g kg-1，平均 2.32 g kg-1，到达暴雪区时减少为 1.312.39 g kg-1，平均 1.69 g kg-1，沿途损失了 27%。水汽源地对暴雪的贡献是 11%26%，平均20%，从1 2862 316 m（平均1 730 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为 2.924.79 g kg-1，平均3.95 g kg-1，到达暴雪区时减少为图7天山北坡暴雪中心700 hPa水汽后向轨迹的空间分布和高度变化Fig.7Spatial distribution and height variation of the backward trajectory of 700 hPa water vapor in the snowstorm center on the northern slope of the Tianshan Mountains10145 卷冰川冻土1.522.31 g kg-1，平 均 1.79g kg-1，沿 途 损 失 了55%。水汽源地对暴雪的贡献是4%36%，平均22%，从5704 241 m（平均1 884 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为1.804.01 g kg-1，平均3.01 g kg-1，到达暴雪区时减少为0.922.76 g kg-1，平均1.89 g kg-1，沿途损失了37%。水汽源地对暴雪的贡献是7%30%，平均为15%，从2 3894 197 m（平均3 286 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为 1.353.36 g kg-1，平均 2.04 g kg-1，到达暴雪区时减少为 0.731.66 g kg-1，平均1.25 g kg-1，沿途损失了39%。来自北美洲的水汽对暴雪的贡献是 1%21%，平均为 10%，从 3 0694 255 m（平均3 717 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为 0.102.53 g kg-1，平均 1.36 g kg-1，到达暴雪区时减少为 0.301.21 g kg-1，平均0.80 g kg-1，沿途损失了41%。来自其他的水汽对暴雪的贡献是5%11%，平均8%，从5 0246 932 m（平均5 978 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为 0.250.43 g kg-1，平均 0.34 g kg-1，到达暴雪区时增加到 0.350.83 g kg-1，平均 0.59 g kg-1，沿途增加了74%。700 hPa影响天山北坡暴雪的水汽源地主要为地中海、黑海及其附近、西南亚、中亚、大西洋及其沿岸地区。水汽自源地随西风气流到达关键区后，66%的水汽从偏西路径输入暴雪区，34%的水汽则从西北路径输入；对暴雪贡献最大的是来自源地地中海、黑海及其附近的水汽，损失也最小；损失最大的是源地西南亚的水汽。由图6可知，来自源地西南亚、中亚及地中海、黑海及其附近地区60%的水汽主要从3 000 m的高度向暴雪区输送。3.3.3850 hPa水汽特征运用HYSPLIT模式模拟天山北坡28次暴雪过图8天山北坡暴雪中心700 hPa水汽后向轨迹比湿的时间变化Fig.8Time variation of specific humidity in the backward trajectory of 700 hPa water vapor in the snowstorm center on the northern slope of Tianshan Mountain表3 天山北坡暴雪过程700 hPa高度水汽源地及其对暴雪的贡献Table 3 Sources of water vapor at a height of 700 hPa during the snowstorm process on the northern slope of the Tianshan Mountains and its contribution to the snowstorm水汽源地源地源地源地源地北美洲其他轨迹数548852R/%范围14501126436730121511平均31202215108h/m范围6953 3661 2862 3165704 2412 3894 1973 0694 2555 0246 932平均2 5431 7301 8843 2863 7175 978q1/（g kg-1）范围1.034.062.924.791.804.011.353.360.102.530.250.43平均2.323.953.012.041.360.34q2/（g kg-1）范围1.312.391.522.310.922.760.731.660.301.210.350.83平均1.691.791.891.250.80.59损失/%2755373941-741021 期张林梅等：天山北坡暴雪过程水汽特征分析程，追踪每次过程暴雪中心850 hPa高度168 h后向轨迹，然后对各暴雪中心轨迹进行聚类分析共得到25条轨迹（图9）。分析图9可知，水汽轨迹随西风气流到达关键区：4条来自源地的水汽轨迹，其中偏西2条、西北2条路径输入暴雪区；3条来自源地的轨迹，从偏西路径输入暴雪区；8条来自源地的轨迹，其中偏西5条、西北3条路径输入暴雪区；2条来自源地的轨迹，分别有1条从偏西、1条从西北路径输入暴雪区；来自北美洲、欧洲、北疆各2条的水汽轨迹均从西北路径输入暴雪区，来自新地岛和冰岛各1条的水汽轨迹称其他，从偏西北路径输入暴雪区。图 10是对应图 9相应给出的各水汽轨迹比湿的时间变化，即图10中C1、C2、C3、C4、C5、C6分别对应图9中1、2、3、4、5、6。统计分析图9中各水汽轨迹的空间分布和高度变化及图 10中的比湿变化，得到表4。由表4可知，水汽源地对天山北坡暴雪的贡献是7%29%，平均13%，从9422 011 m（平均1 470 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为1.653.51g kg-1，平均2.79 g kg-1，到达暴雪区时减少为1.903.01 g kg-1，平均 2.52 g kg-1，沿途损失了10%。水汽源地对暴雪的贡献是21%37%，平均27%，从9251 901 m（平均1 260 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为2.854.13 g kg-1，平均3.63 g kg-1，到达暴雪区时减少为 1.983.10 g kg-1，平均 2.58g kg-1，沿途损失了 29%。水汽源地对暴雪的贡献是 11%56%，平均 37%，从 2093 547 m（平均1 728 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为 0.954.25 g kg-1，平均 2.58 g kg-1，到达暴雪区时增加到 1.494.01 g kg-1，平均2.84 g kg-1，沿途增加了10%。水汽源地对暴雪的贡献是 7%21%，平均为 14%，从 2 4864 914 m（平均3 700 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的图9天山北坡暴雪中心850 hPa水汽后向轨迹的空间分布和高度变化Fig.9Spatial distribution and height variation of the backward trajectory of 850 hPa water vapor in the snowstorm center on the northern slope of the Tianshan Mountains10345 卷冰川冻土比湿为 0.381.21 g kg-1，平均 0.80g kg-1，到达暴雪区增加到 1.843.03 g kg-1，平均 2.44 g kg-1，沿途增加了205%。来自北美洲的水汽对暴雪的贡献是2%7%，平均为5%，从2 8874 667 m（平均3 777 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为0.201.08 g kg-1，平均0.64 g kg-1，到达暴雪区时增加到1.401.50 g kg-1，平均 1.45 g kg-1，沿途增加了127%。来自北疆的水汽对暴雪的贡献是 15%29%，平均为22%，从近地层14403 m（平均209 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为1.872.94 g kg-1，平均2.41 g kg-1，到达暴雪区时增加到3.004.51g kg-1，平 均 3.76 g kg-1，沿 途 增 加 了56%。来自欧洲的水汽对暴雪的贡献是18%63%，平均 41%，从 2 7063 696 m（平均 3 201 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为0.741.35 g kg-1，平均 1.05 g kg-1，到达暴雪区时增加到 1.792.64 g kg-1，平均 2.22 g kg-1，沿途增加了 111%。来自其他的水汽对暴雪的贡献是 3%8%，平均6%，从1 9062 763 m（平均2 335 m）的高度向暴雪区输送；水汽在源地的比湿为1.192.59 g kg-1，平均 1.89 g kg-1，到达暴雪区时为 1.672.01 g kg-1，平均1.84 g kg-1，沿途变化较小。850 hPa影响天山北坡暴雪的水汽源地主要为中亚、欧洲、西南亚、北疆，其次是地中海、黑海及其附近和大西洋及其沿岸地区；水汽自源地随西风气流到达关键区后，56%的水汽从偏西路径输入暴雪区，44%的水汽则从西北路径输入；对暴雪水汽贡献最大的是欧洲，其次是源地中亚，沿途得到水汽补充，到达暴雪区时均有所增加；损失最大的是源地中亚。由图8可知，各来自源地主要从3 000 m表4 天山北坡暴雪过程850 hPa高度水汽源地及其对暴雪的贡献Table 4 Sources of water vapor at a height of 850 hPa during the snowstorm process on the northern slope of the Tianshan Mountains and its contribution to the snowstorm水汽源地源地源地源地源地北美洲北疆欧洲其他轨迹数43822222R/%范围72921371156721271529186338平均13273714522416h/m范围9422 0119251 9012093 5472 4864 9142 8874 667144032 7063 6961 9062 763平均1 4701 2601 7283 7003 7772093 2012 335q1/（g kg-1）范围1.653.512.854.130.954.250.381.210.201.081.872.940.741.351.192.59平均2.793.632.580.800.642.411.051.89q2/（g kg-1）范围1.903.011.983.101.494.011.843.031.401.503.004.511.792.641.672.01平均2.522.582.842.441.453.762.221.84损失/%1029-10-205-127-56-1113图10天山北坡暴雪中心850 hPa水汽后向轨迹比湿的时间变化Fig.10Time variation of specific humidity in the backward trajectory of 850 hPa water vapor in the snowstorm center on the northern slope of Tianshan Mountain1041 期张林梅等：天山北坡暴雪过程水汽特征分析的高度向暴雪区输送。3.4天山北坡暴雪过程水汽贡献高低空配置结构通过上述分析，总结归纳出天山北坡暴雪过程水汽贡献高低空配置图（图 11）。由图 11 可知，500 hPa上，水汽主要来自地中海和黑海及其附近、中亚、大西洋及其沿岸地区，东移到达关键区后从偏西（西南）路径输入暴雪区的占73%，从西北路径输入的占27%；700 hPa水汽主要来自地中海和黑海及其附近、西南亚、中亚地区，自关键区从偏西（西南）路径输入暴雪区的仍占主导地位，占66%，从西北路径输入的占比明显提升；850 hPa上水汽主要来自源地西南亚、中亚地区及北疆和欧洲，到达关键区后从西北路径输入暴雪的比例明显提升，占44%，从偏西（西南）路径输入的占56%。可见，该配置反映了对流层各层各路径对暴雪的贡献，弥补了欧拉方法的不足。杨莲梅等4、张俊兰等6研究表明，影响北疆暴雪的水汽源地主要分布在地中海附近、红海或波斯湾两个海域附近，水汽输送有西方、西南和西北3条路径，以西南路径最多、西北路径较少，本文的结论与此结论明显不同。该研究结论反映了天山北坡特殊地形下，各层水汽来源及输送对暴雪的贡献差异。4 结论 本文首先对天山北坡暴雪的环流背景进行了分析，运用欧拉方法分析了天山北坡暴雪天气的水汽来源及收支，再运用 HYSPLIT 模式方法模拟计算，分析了该地区暴雪过程的水汽来源及输送特征。主要结论如下：（1）天山北坡暴雪区位于 300 hPa高空西南急流轴右侧、500 hPa 西西伯利亚低槽前西南气流、700 hPa低空西南急流出口区前部辐合区、水汽通量散度辐合区及地面冷锋附近的重叠区域。（2）欧拉方法分析表明，输送至暴雪区的水汽主要有3条路径：大西洋地中海伊朗北部巴尔喀什湖暴雪区；南海孟加拉湾阿拉伯海波斯湾北部里海咸海巴尔喀什湖暴雪区；大西洋德国瑞典和芬兰南部欧洲咸海北部巴尔喀什湖暴雪区。这3条路径输送途中均得到不同海域水汽的补充，来自较低纬度的第1条水汽相对最多，对暴雪的贡献最大，第3条相对最少。天山北坡暴雪过程以北边界水汽输入最多，其次是西边界。（3）HYSPLIT水汽轨迹分析表明，500 hPa天山北坡暴雪的水汽源地主要为地中海和黑海及其附近、中亚、大西洋及其沿岸、北美洲，其中来自大西洋及其沿岸的水汽贡献最大，来自北美洲的水汽损失最大，来自北美洲、新地岛等地的水汽贡献较小。700 hPa天山北坡暴雪的水汽源地主要为地中海和黑海及其附近、西南亚、中亚和大西洋及其沿岸，其中来自地中海和黑海及其附近的水汽贡献最大，来自西南亚的水汽损失最大，来自北美洲、北冰洋及西欧等地的水汽贡献较小。850 hPa天山北坡暴雪的水汽源地主要为中亚、欧洲、西南亚、北疆、地中海和黑海及其附近、大西洋及其沿岸，其中来自欧洲、中亚的水汽贡献较大，来自西南亚的水汽损失最大，来自北美洲的水汽贡献最小。（4）建立了天山北坡暴雪过程水汽贡献高低空配置结构，850500 hPa 各高度虽水汽源地各有不同，但水汽到达关键区后，主要沿西（西南）、偏北路径进入暴雪区，以偏西（西南）路径居多。在对流层的中低层，偏西（西南）路径的水汽贡献随高度增大，偏北路径的水汽贡献随高度减小。参考文献（References）：1Zhang Junlan，Shi Junjie，Li Wei，et al.Atmospheric circulation and meso-sc