高原气象

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2020 , Vol. 39 >Issue 5: 1023 - 1032

DOI: https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00105

论文

玛依塔斯风区东风型风吹雪的天气学分型研究

  • 张俊兰 , 1 ,
  • 杨霞 1 ,
  • 魏娟娟 1 ,
  • 马超 1 ,
  • 曾春蕾 2
展开
  • 1. 新疆维吾尔自治区气象台，新疆 乌鲁木齐 830002
  • 2. 新疆塔城地区气象局，新疆 塔城市 834700

张俊兰（1967 -）， 女， 河南许昌人， 正高， 主要从事天气预报研究. E-mail:

收稿日期: 2019-08-30

  修回日期: 2019-11-28

  网络出版日期: 2020-10-28

基金资助

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(M2020007)

收起

Weather Classification and Circulation Configuration of Easterly Wind-Blown Snow in the Mayitas Wind Area

  • Junlan ZHANG , 1 ,
  • Xia YANG 1 ,
  • Juanjuan WEI 1 ,
  • Chao MA 1 ,
  • Chunlei ZENG 2
Expand
  • 1. Xinjiang Meteorological Observatory，Urumqi 830002，Xinjiang，China
  • 2. Xinjiang Tacheng Regional Meteorological Observatory，Tacheng 834700，Xinjiang，China

Received date: 2019-08-30

  Revised date: 2019-11-28

  Online published: 2020-10-28

Fold

本文亮点

选取新疆塔城地区玛依塔斯交通站、 老风口站2015 -2018年气温、 降水、 极大风速及风向、 最小能见度等逐10 min观测资料和常规地面及高空观测资料， 分析了玛依塔斯风区15个东风型风吹雪天气个例， 得出冷锋东风型风吹雪居多， 东风型风吹雪大多出现在降雪结束后1天左右。东风型风吹雪天气环流形势可分为两型（回流型和锋前减压型）、 三类（横槽转竖类、 低槽东移类和中纬度波动类）， 其中回流型东风吹雪比例最高。回流型和锋前减压型东风吹雪天气系统的三维空间配置均呈后倾结构， 高空新疆以北的附近上空均为高压脊， 但回流型位置偏西并发展强盛、 锋前减压型略偏东且强度较弱； 地面气压场虽二者均为“东高西低”态势， 但回流型风吹雪天气的蒙古高压强度增强快， 有明显正变压； 锋前减压型的蒙古高压强度变化不大， 但中亚热低压发展， 玛依塔斯风区处于锋前显著减压区。

本文引用格式

张俊兰 , 杨霞 , 魏娟娟 , 马超 , 曾春蕾 . 玛依塔斯风区东风型风吹雪的天气学分型研究[J]. 高原气象, 2020 , 39(5) : 1023 -1032 . DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00105

Highlights

The 10-minutes observation data and conventional ground and upper-air observation data for the temperature and precipitation， maximum wind speed and wind direction， minimum visibility， etc.of the Mayitas traffic station and Laofengkou station in Tacheng area of Xinjiang during 2015 -2018 were selected.The 15 easterly wind-blown snow weather cases in the Mayitas wind area were analyzed.It was found that the cold front easterly wind-blown snow mostly occurred， and the easterly wind-blown snow mostly appeared about 1 day after the snowfall ended.The easterly wind-blown weather circulation situation is divided into 2 types （reflow type and front decompression type） and 3 types （Horizontal trough to vertical， low trough east shift and mid-latitude fluctuations）， of which the reflux type of easterly wind-blown snow is the highest proportion.The three-dimensional spatial configuration of the reflow type and front decompression type of easterly wind-blown snow is a backward-inclined structure.The high-altitude is surrounded by high-pressure ridges near the north of Xinjiang， but the reflow type is westward and develops strong， and the front decompression type is slightly biased.The strength of the east is weaker； Although the ground pressure field is “east high and low west”， the Mongolian high pressure of the reflow type wind-blown snow weather is strengthened， and there is obvious positive pressure change； Mongolian high pressure intensity in the front decompression type does not change much.However， the thermal and low pressure in Central Asia is developing， the Maitas wind zone is in the significant decompression zone in front of the front.

1 引言

玛依塔斯风区是新疆著名的风区， 也是世界知名的风雪灾害区之一， 位于新疆塔城盆地额敏县东部， 玛依塔斯风区之所以闻名， 一是因为玛依塔斯路段是进入塔城地区的必经之路， 是塔城盆地实现东西交流及与外界相通的“咽喉要道”， 也是新疆联络内地与中亚及欧洲的重要通道； 二是因为其大风和风吹雪， 受东风或西风影响， 在“狭管效应”及“滑坡作用”影响下， 冬季有风有雪， 风吹雪发生频率较高。玛依塔斯风区每年均会出现风吹雪， 影响大且灾害重， 风吹雪致使公路积雪量明显增多， 能见度极低， 造成交通中断、 过往人员和车辆受困现象时有发生， 有时还造成人员伤亡。2000年11月至2001年3月， 玛依塔斯风区出现了历史上罕见的风吹雪天气， 导致交通多次中断， 人民群众的生命和财产受到严重威胁， 抗灾保畅通资金1500余万元， 养护部门共出动机械百余台， 抢险人员500余人， 营救被困车辆万余辆， 旅客和司乘人员10万余人； 2009年11月至2010年3月玛依塔斯风区遭受强降雪和大风天气， 塔城境内累计降雪厚度达122 cm， 降雪时间之长、 降雪量之大堪称60年之最， 强降雪及随后的风吹雪使玛依塔斯路段省道201线封闭共计20余次； 2015 -2016年克拉玛依至塔城高速公路因风吹雪灾害被迫封闭交通合计超过30天， 局部路段清雪刚不到1 h又形成雪梁子， 部分路段雪阻最高2 m左右、 最长处约1 km。玛依塔斯公路风吹雪灾害是当地道路运营中最突出、 最频繁的雪害形式， 风吹雪成为当地公路交通的一大危害。
针对风吹雪研究， 国际上气象研究涉及了地面气象要素变化， 揭示了强迫机制与天气系统有密切关系。在气象要素方面， 主要估算了风速阈值和临界风速、 能见度与风速关系， 分析了风吹雪过程中地面气象要素变化， David et al（2005）计算了加拿大北极和草原地区风吹雪天气中不同温度下5%、 50%和95%阈值的临界风速； Huang et al（2008）通过分析加拿大西北地区富兰克林湾北极吹雪事件， 得出地面降雪个别事件的能见度与风速之间存在良好的相关关系， 相关系数为0.9（即风速越大、 能见度越低）； Tsuchiyam et al（2002）证实了积雪系数与近地面水平平均加速度之间呈负相关关系， 定性地预测积雪形状和积雪峰值的位置。在吹雪与水文领域， 相关研究（Chung et al， 2011； Bowling et al， 2004； Jamie et al， 2014； Shelley et al， 2010）主要体现在计算吹雪导致升华的雪水当量、 用于水文模型升华通量的求解、 吹雪和降水对积雪深度变化的原因等方面。在天气学方面， Stephen et al（2001）通过分析1996年11月18日发生在加拿大麦肯齐河流域北部及邻近博福特海的地面暴风雪事件， 发现其强迫机制是快速发展的反气旋系统， 揭示了地面天气系统的爆发以及低空急流对于暴风雪事件的影响。
国内风吹雪研究主要侧重于工程措施保障领域， 如归纳了风吹雪对公路路基边坡稳定性的影响及处治对策（李万鹏等， 2011）， 结合克拉玛依至塔城高速公路的勘察设计， 阐述了风吹雪地区高速公路设计原则及风吹雪病害的处治措施（杨正荣等， 2012）， 分析了新疆阿勒泰地区风吹雪易发生区吉木乃县的风速、 风向历史状况， 得出西北偏北风（WNW）和东风（E）是造成吉木乃县风雪灾害的主要风向（包岩峰等， 2012）。气象领域风吹雪研究主要涉及雪灾分布及地面要素（降雪、 气温、 风、 湿度等）分析， 塔城地区为季节重风吹雪区（王中隆等， 1999）， 分析了公路风吹雪的影响因素并提出最佳治理方案， 不同风向风速、 雪源状况、 移雪强度等条件下风吹雪强度的变化情况（郭丹奇等， 2003）。风吹雪的发生受到气温、 风速以及积雪状态等多种因素的影响， 具有较为明显的季节性特征（李弘毅等， 2012）， 基于积雪等气象信息及相关辅助信息， 建立公路风吹雪雪害的定性与定量预测分析（刘衡麟等， 2014）， 利用BP神经网络系统， 建立了基于降雪量、 大气温度、 风速和湿度4类气象要素公路风吹雪积雪深度的预测模型（夏才初等， 2017）。就北疆北部区域性偏东风， 新疆气象部门得出了阿勒泰地区吉木乃县“闹海风”天气发生的环流形势和基本天气条件（潘冬梅等， 2011； 李春芳等， 2005）， 而玛依塔斯风区东风和风吹雪天气分析及预报研究并未涉及。国内风吹雪天气预报研究正处于起步和发展阶段， 对于风吹雪天气学模型及天气系统空间结构、 形成机理及预报指标等方面的研究很少或不够深入。新疆作为“丝绸之路经济带”的重点区域， “一带一路”战略发展对新疆防灾减灾能力提出了新需求， 增强风吹雪灾害的天气预报能力和服务水平是天气预报员的重要职责。玛依塔斯风区常年受到偏东和偏西两个方向大风的影响， 西北风和偏东风是造成玛依塔斯风吹雪的主要风向， 由于东风造成风吹雪频次较高， 危害较重， 天气预报的难度也更大， 因此本文重点分析东风造成的风吹雪天气。选取玛依塔斯风区2015 -2018年15个东风型风吹雪天气个例， 通过天气学分型， 重点研究冷锋或暖区降雪后东风型风吹雪天气的高低空环流形势特征， 依据地面气压场和高空500 hPa环流形势， 给出天气尺度系统（高空低槽、 地面冷锋、 高空西北急流）、 中尺度天气系统（中尺度低压、 暖式切变）等多种尺度天气系统的三维配置空间结构， 阐明东风型风吹雪的天气概念模型， 对于提升新疆风吹雪天气预报水平和增强防灾减灾气象保障能力具有重要意义。

2 研究区概况

玛依塔斯风区长约100 km， 宽10~30 km， 地形呈狭长谷地， 西面是塔城盆地， 东部与准噶尔盆地之间有南北分布的吾尔喀什尔山和加依尔山， 中间衔接部为一狭长的东北西南向鞍状地形， 地势低洼， 是塔城和准噶尔两盆地之间气流通道， 也是玛依塔斯-老风口一带的风雪灾害区， 俗称“穆库尔台走廊”。由于玛依塔斯和老风口地区均有风吹雪灾害， 玛依塔斯地处托里县老风口北部， 与老风口站相比， 玛依塔斯的风吹雪灾害更重、 频次更高、 破坏力更强， 玛依塔斯-老风口风雪灾害区的“穆库尔台走廊”就是著名的“玛依塔斯风区”， 风区朝西方向有两个地形开口， 当出现东风或西风时， 地形的狭管效应和滑坡效应十分显著， 风速显著增大， 为监测到精细的气象要素变化， 两个地形开口处分别建立了玛依塔斯交通气象站和老风口自动气象站（图1）。文中涉及的地图底图来自中国气象信息综合分析处理系统（Micaps 4）。本文均采用北京时。
图1 玛依塔斯风区范围（红线区域）及东风（风羽， 单位： m·s-1）示意图

Fig.1 The layout of the Maitas wind zone (red line area) and east wind （barb, unit： m·s-1）

3 资料来源与方法介绍

3.1　资料来源

玛依塔斯交通站于2011年6月建成， 位于克拉玛依至塔城省道高速公路S201线、 K37 km处， 托里老风口自动站于2015年建成， 位于托里至塔城省道高速公路S221线、 K20 km处， 对气温、 风向、 风速、 湿度、 能见度等6要素进行观测。选取玛依塔斯交通站和托里老风口区域自动站的气温、 湿度、 水汽压、 降水、 极大风速及风向、 气压、 能见度、 积雪深度等逐10 min加密观测资料， 并参照塔城地区7个国家地面观测站和121个多要素自动站地面资料， 风吹雪数据取自塔城地区公路局提供的“2015年冬季至2018年冬季防风雪保交通干线公路风雪路段交通管制情况”， 500 hPa高度、 温度、 相对湿度和地面气压的平均环流合成图依据克拉玛依市“新疆智慧气象业务系统”制作完成。

3.2　方法介绍

本文研究的东风型风吹雪是指刮东风之前玛依塔斯风区已经出现了降雪， 地面存在一定的积雪， 刮东风后， 东风卷起地面积雪、 致使水平能见度明显下降的东风吹雪天气。文中东风型风吹雪天气个例的选取标准依据塔城地区公路局提供的S201线K23-K76玛依塔斯路段交通管制资料， 结合风向风速、 降雪量、 能见度和积雪深度等气象数据判定， 当前期出现降雪造成积雪深度增加， 一定风速的东风出现后致使能见度降至3 km以下， 对交通出行造成明显影响并出现灾情， 即判定为一场东风型风吹雪天气过程。依据上述标准确定了玛依塔斯风区15场东风型风吹雪天气过程个例（表1）， 其中， S201线代表省道K23-K76的玛依塔斯路段， G3015线代表国道K231-K306铁厂沟收费站至额敏收费站路段。
表1 2015 -2018年冬季玛依塔斯风区东风型风吹雪个例及天气学分型

Table 1 Cases of the easterly wind-blown snow in the Mayetas wind zone in the winter of 2015 -2018 and the weather classification

序号 风吹雪 日期 救助 车辆 /辆 救助 人员 /人 影响公路 路段 前期 降雪 量/mm 风吹雪 时积雪 深度/cm 降雪与东风吹雪 间隔/h 天气学分型
地面形势分型、 地面高压路径 高空环流类型
1 2015年12月1 -2日 37 132 G3015线 1.9 无数据 23 回流型、 西方 低槽东移类
2 2016年1月11日 28 81 G3015线 4.8 25 45 回流型、 西方 低槽东移类
3 2016年2月12 -13日 123 502 S201、 G3015线 3.5 32 48 回流型、 西方 低槽东移类
4 2016年12月25日 62 267 S201线 6.4 28 26 回流型、 西方 低槽东移类
5 2016年1月16日 101 417 S201线 0.3 23 20 回流型、 西方 横槽转竖类
6 2016年1月22日 49 155 S201、 G3015线 2.2 26 48 回流型、 北方 横槽转竖类
7 2018年12月28日 25 89 S201线 9.7 21 120 回流型、 西北 横槽转竖类
8 2016年2月6日 12 41 G3015线 0.6 30 6 回流型、 西方 中纬度波动类
9 2016年3月16日 13 43 G3015线 9.7 2 7 回流型、 西北 中纬度波动类
10 2016年12月12日 32 193 G3015线 4.3 24 25 锋前减压型、 西南 中纬度波动类
11 2016年12月14日 37 122 S201线 0.8 20 14 锋前减压型、 西南 中纬度波动类
12 2016年12月16日 27 85 S201线 0.8 21 60 锋前减压型、 西南 中纬度波动类
13 2016年12月23日 34 166 S201线 6.4 18 20 锋前减压型、 西方 低槽东移类
14 2018年1月15日 10 37 S201线 2.2 18 7 锋前减压型、 西北 低槽东移类
15 2016年11月13 -14日 145 542 S201线 29.3 22 24 暖区降雪+回流型、 西北 西北强锋区南压

前期降雪量和风吹雪时积雪深度为距玛依塔斯风区最近的额敏县国家气象站资料

4 天气学分型

依据地面气压场和高空500 hPa环流形势， 对玛依塔斯风区东风型风吹雪个例进行天气学分型。将地面气压场形势分为回流型和锋前减压型两种， 对应的高空形势为横槽转竖类、 低槽东移类和中纬度波动类三类， 地面高压移动路径有西方、 西北、 西南和北方4条路径。玛依塔斯风区的降雪类型分为冷锋降雪和暖区降雪， 由表1可见， 本文确定的15场东风型风吹雪天气个例中仅2016年11月13 -14日为暖区降雪后东风型风吹雪， 其余14场均为冷锋降雪后风吹雪天气。14场冷锋降雪后风吹雪天气中， 回流型风吹雪有9例， 占比最高（60.0%）， 其中， 低槽东移类4例（44.4%）、 横槽转竖类3例（33.3%）、 中纬度波动类2例（22.2%）； 锋前减压型有5例（占比33.0%）， 其中， 中纬度波动类3例（60.0%）、 低槽东移类2例（40.0%）。而暖区降雪后风吹雪天气只出现了1场， 仅占7.0%左右。
由于玛依塔斯风区交通站无降雪量和积雪深度观测， 因此除应用玛依塔斯10 min数据外， 还结合选用了距离玛依塔斯最近国家站-额敏县气象站小时降雪量和积雪深度资料。表1中显示， 玛依塔斯东风型风吹雪之前， 额敏县前期降雪量多数为中到大雪， 风吹雪时平均积雪深度22 cm， 从降雪与东风吹雪的时间间隔可判定， 东风型风吹雪天气的开始时间比降雪的结束时间平均滞后约32 h， 最长可达120 h， 最短6 h， 即玛依塔斯风区东风型风吹雪天气大多出现在降雪结束后的1天左右。

4.1　回流型

回流型东风吹雪在500 hPa上的环流形势为， 乌拉尔山高压脊东移加强， 脊前偏北气流引导北方冷空气南下， 蒙古横槽转竖或乌拉尔山低槽或西西伯利亚低槽东移， 蒙古地面高压西北部有地面小高压东移或南下， 北疆先出现冷锋降雪。当500 hPa 低槽或横槽移至北疆东部， 玛依塔斯风区位于槽后脊前， 较强冷平流在蒙古高原堆积， 有明显温度槽配合， 北疆东部低层湿度较大［图2（a）］（9场回流型东风型风吹雪时500 hPa平均合成环流）。地面上， 由西方、 西北或北方三条路径的小高压并入蒙古高压（12月至次年2月蒙古地面冷高压建立且稳定）， 贝加尔湖至蒙古或蒙古附近高压加强为一强大的地面冷高压， 玛依塔斯风区处于此高压后部， 地面气压场呈“东高西低”态势［图2（b）］（9场回流型东风吹雪时地面平均合成气压场）， 地面高压中心气流向外辐散， 冷空气回流形成东风型风吹雪天气。
图2 2015 -2018年玛依塔斯9场回流型东风吹雪时500 hPa平均合成位势高度场（a, 黑色等值线, 单位: dagpm）和地面平均合成气压场（b, 等值线和彩色区, 单位: hPa）

（a）红虚线为500 hPa温度场（单位: ℃）, 绿色阴影为850 hPa相对湿度场（单位: %）, 棕色短实线为槽线, “D”表示位势高度“低中心”; （b）“D”和 “G”表示“低压中心”和“高压中心”; 深蓝色实线为海域边界, 红色“·”为玛依塔斯交通气象站位置

Fig.2 The 500 hPa average synthetic geopotential height field (a, black contour, unit: dagpm) and the ground average synthetic pressure field (b, contour and color area, unit: hPa ) when the 9 recirculation easterly winds blow snow in Mayitas from 2015 to 2018.The red dotted line is the 500 hPa temperature field (unit: ℃), the green shade is the 850 hPa relative humidity field (Unit: %), the brown short solid line is the trough line, "D" represents the "low center" of the geopotential height in Fig.2 (a)."D" and "G" indicate "low pressure center" and "high pressure center" in Fig.2(b).The dark blue solid line is the sea area boundary, and the red "·" is the location of the Mayitas Traffic Weather Station

4.1.1　横槽转竖类

此类东风吹雪之前， 500 hPa欧亚范围环流经向度逐渐增大， 乌拉尔山附近为高压脊控制， 西伯利亚有一东西向横槽， 乌拉尔山脊西南衰退与里海脊汇合， 咸海和巴湖至西西伯利亚附近形成东北一西南向高压脊， 随高压脊向北发展， 横槽东移至贝加尔湖地区， 贝加尔湖有强偏北风建立， 偏北气流引导极地冷空气南下， 地面上， 西西伯利亚及南部附近的小高压东移南下， 造成北疆地区冷锋降雪。500 hPa西伯利亚横槽南压逐渐逆转， 80°E -100°E有偏北气流强锋区， 极地冷空气沿脊前偏北气流南下， 越过萨彦岭停留在蒙古境内， 贝加尔湖横槽南压至蒙古至天山一线后， 北疆为一东北西南向的横槽控制， 玛依塔斯风区处于横槽后部偏北气流中［图3（a）］， 对应地面图上， 西西伯利亚及南部附近的小高压东移并入蒙古高压， 北疆至蒙古一带的地面气压场呈“东高西低”的形势， 玛依塔斯风区出现偏东风， 爆发风吹雪天气。贝加尔湖至蒙古一带建立偏北风， 偏北风加强、 其南侧横槽生成发展并南压转竖是此型的典型特点。
图3 玛依塔斯“回流型”东风吹雪时横槽转竖类（a）、 低槽东移类（b）和中纬度波动类（c）的500 hPa位势高度场（黑色等值线, 单位: dagpm）

红虚线为等温线（单位: ℃）, 风羽代表风场（单位: m·s-1）, 棕色短实线为槽线, “D”和 “G”表示位势高度“低中心”和“高中心”, 深蓝色实线为海域边界, 红“·”为玛依塔斯交通站位置

Fig.3 The geopotential height field (black contour) of the 500 hPa horizontal trough turning to vertical (a), the low trough shifting eastward (b), and the mid-latitude fluctuation (c) when the Mayitas "reflux type" east wind blows snow.Unit: dagpm.The red dotted line is the isotherm (unit: ℃), the wind plume represents the wind field (unit: m·s-1), and the brown short solid line is the groove line, "D" and "G" indicates respectively the geopotential height "low center" and "high center", the dark blue solid line is the sea area boundary, and the red dot is the location of the Maitas traffic station

4.1.2　低槽东移类

此类东风吹雪天气的500 hPa环流形势主要表现为， 欧洲脊衰退东南移， 与里海脊相通， 经向低槽东移， 低槽冷锋扫越北疆后， 地面上出现东高西低气压场分布形势， 形成东风型风吹雪。过程前期欧亚范围内环流呈两槽两脊， 里海至欧洲地区和新疆至蒙古以北均有高压脊发展， 贝加尔湖以东有低值系统， 乌拉尔山至咸海或西伯利亚至乌拉尔山南端为低槽区， 随槽脊系统东移， 脊前部分正变高南落， 推动乌拉尔山或西西伯利亚经向低槽东移南下至巴尔喀什湖附近， 地面上， 里咸海附近的地面高压随高空低槽东移自西方或西北路径移至巴尔喀什湖西侧， 此时北疆出现冷锋降雪。经向低槽移过北疆地区， 玛依塔斯位于偏西北风带上或西北风带后的脊区内［图3（b）］， 对应地面图上， 巴尔喀什湖附近高压进入北疆后移出北疆地区， 或并入蒙古高压， 3 h变压出现负值， 北疆至蒙古一带形成东高西低的气压形势场， 玛依塔斯风区处在蒙古高压后部， 出现东风型风吹雪。

4.1.3　中纬度波动类

中纬度波动类东风吹雪天气中， 500 hPa东欧至乌拉尔山低槽东移或西西伯利亚低槽底部分裂小槽， 咸海附近浅脊发展， 45°N附近黑海至巴尔喀什湖一带为平直西风气流， 中亚至新疆北部高压脊减弱东移， 当纬向槽沿中纬度移至咸海至巴湖附近， 地面上， 位于东欧或乌拉尔山附近高压前沿分裂小高压东南下至巴尔喀什湖附近， 北疆出现冷锋降雪。随着巴尔喀什湖附近纬向槽东移至蒙新边界至蒙古高原一带， 北疆在西北气流控制下［图3（c）］， 此时地面上， 北疆位于蒙古高压后部， 巴尔喀什湖附近小高压东移并入蒙古高压或东疆地区， 地面上形成东高西低气压形势， 东风型风吹雪出现。此类高空形势产生偏东风强度略轻、 持续时间略短， 造成风吹雪灾情也略轻。

4.2　锋前减压型

锋前减压型东风吹雪在500 hPa上的环流形势表现为， 乌拉尔山经向低槽东移或底部分裂短波， 巴尔喀什湖北部地面小高压东移， 首先造成北疆降雪。当500 hPa短波东移至北疆东部或并入新疆至蒙古脊前的西北气流中， 北疆大部低层湿度较大［图4（a）］， 对应地面气压场， 中亚地区热低压发展， 蒙古和里海以东各有一个冷高压， 形成“两高夹一低”形势， 里海以东高压沿西方、 西北或北南三条路径东移， 里海高压前沿冷锋和中亚地面倒槽使玛依塔斯风区出现冷锋前减压［图4（b）］， 蒙古高压维持或得到西北部冷空气补充发展， 玛依塔斯风区以西减压和以东加压， 加剧了东西气压差， “东高西低”地面气压形势增强， 出现偏东风和东风型风吹雪。
图4 2015 -2018年玛依塔斯5场“锋前减压型”东风吹雪时500 hPa平均合成位势高度场（黑色等值线, 单位: dagpm）、 温度场（红虚线, 单位: ℃）和850 hPa相对湿度场（彩色区, 单位: %）（a）与地面平均合成气压场（b, 等值线和彩色区， 单位: hPa）

（a）中棕色短实线为槽线, “D”表示位势高度“低中心”; （b）中蓝色三角实线为冷锋, “D”和 “G”表示“低压中心”和“高压中心”; 深蓝色实线为海域边界, 红色“·”为玛依塔斯交通站位置

Fig.4 The average composite geopotential height field (black contour, unit: dagpm), temperature field (red dotted line, unit: ℃) at 500 hPa, and the relative humidity field at 850 hPa (color area, unit: %) (a), and the ground average composite pressure field (b, contour and color area, unit: hPa) during the five "forward decompression" east winds blowing snow at Mayitas from 2015 to 2018.The brown short solid line is the trough line, and "D" represents the geopotential height "low center" in Fig.4 (a).The solid blue triangle line is the cold front, "D" and "G" mean "low pressure center" and "high pressure center" in Fig.4 (b).The dark blue solid line is the boundary of the sea area, and the red dot is the location of the Maitas traffic station

4.2.1　低槽东移类

此类东风吹雪天气中， 500 hPa中高纬环流经向度较大， 欧洲脊衰退东南移， 新疆至蒙古为高压脊控制， 贝加尔湖在脊前西北气流中， 东北地区附近有低槽或冷涡。西西伯利亚至乌拉尔山经向低槽东移， 地面上， 黑海热低压生成， 乌拉尔山东部小高压随低槽东南下与蒙古高压打通， 北疆出现冷锋降雪。当500 hPa欧洲脊衰退， 西西伯利亚至乌拉尔山经向低槽东移南下西西伯利亚至中亚地区［图5（a）］， 地面上， 里海高压发展、 冷锋生成， 里咸海热低压移至中亚附近演变为中亚热低压， 其北部地面倒槽向北伸展至巴尔喀什湖附近， 西部国境附近暖空气活跃， 西部国境至玛依塔斯附近出现大面积负变压区（即冷锋前减压）， 形成“两高夹一低”形势［图5（b）］， 玛依塔斯风区位于两个高压之间低压倒槽前部的冷锋前减压区内， 与蒙古高压的东西压差增大， 出现偏东风和东风型风吹雪。
图5 2016年12月23日08:00锋前减压型“低槽东移类”东风吹雪时500 hPa位势高度场（黑色等值线, 单位: dagpm）、 温度场（红虚线, 单位: ℃）和风场（风羽, 单位: m·s-1）（a）以及地面气压场（黑色等值线, 单位: hPa）和3 h负变压场（彩色区, 单位: hPa）（b）

（a）中棕色短实线为槽线, “D”表示位势高度“低中心”; （b）中蓝色三角实线为冷锋, 红色“-”为负变压中心, “D”和 “G”表示“低压中心”和“高压中心”; 图中深蓝色实线为海域边界, 红色“·”为玛依塔斯交通站位置

Fig.5 The geopotential height field (black contour, unit: dagpm), temperature field (red dotted line, unit: ℃) and wind field (unit: m·s-1) at 500 hPa (a), and the ground average composite pressure field (black contour, unit: hPa) with the 3-hours negative pressure field (color area, unit: hPa) (b) when the front decompression type "low trough moving eastward" east wind blows snow at 08:00 on 23 December 2016.The brown short solid line is the trough line, and "D" represents the geopotential height "low center" in Fig.5 (a).The solid blue triangle line is the cold front, red "-" is the center of negative pressure, "D" and "G" mean "low pressure center" and "high pressure center" in Fig.5 (b).The dark blue solid line is the boundary of the sea area, and the red dot is the location of the Maitas traffic station

4.2.2　中纬度波动类

中纬度波动类东风吹雪天气中， 500 hPa中纬度环流经向度不大， 新疆至蒙古为浅脊或西风气流控制， 乌拉尔山低槽外围底部分裂短波， 地面上， 黑海高压发展， 乌拉尔山至里咸海低压发展、 底部冷锋生成， 蒙古高压得到冷空气补充加强西扩， 造成北疆冷锋降雪。当500 hPa短波移至北疆东部， 玛依塔斯处于槽后西北气流中［图6（a）］； 地面气压场上， 蒙古和黑海各有一个高压， 乌拉尔山和里咸海低压维持， 中纬度形成“两高夹一低”形势， 乌拉尔山低压底部冷锋东移， 中亚地区热低压加强， 玛依塔斯风区位于两个高压之间的低压前部， 并有明显冷锋前减压［图6（b）］， 蒙古高压强度变化不大， “东高西低”气压场和东西压差加大， 玛依塔斯出现偏东风和东风型风吹雪。
图6 2016年12月14日08:00锋前减压型“中纬度波动类”东风吹雪时500 hPa位势高度场（黑色等值线, 单位: dagpm）、 温度场（红虚线, 单位: ℃）和风场（风羽, 单位: m·s-1）（a）以及地面气压场（黑色等值线, 单位: hPa）和3 h负变压场（彩色区, 单位: hPa）（b）

（a）中棕色短实线为槽线, “D”表示位势高度“低中心”; （b）中蓝色三角实线为冷锋, 红色“-”为负变压中心, “D”和 “G”表示“低压中心”和“高压中心”; 图中深蓝色实线为海域边界, 红色“·”为玛依塔斯交通站位置

Fig.6 The geopotential height field (black contour, unit: dagpm), temperature field (red dotted line, unit: ℃) and wind field (unit: m·s-1) at 500 hPa (a), and the ground average composite pressure field (black contour, unit: hPa) with the 3-hours negative pressure field (color area, unit: hPa) (b) when the front decompression type "mid-latitude fluctuation type" east wind blows snow at 08:00 on 14 December 2016.The brown short solid line is the trough line, and "D" represents the geopotential height "low center" in Fig.6 (a).The solid blue triangle line is the cold front, red "-" is the center of negative pressure, "D" and "G" mean "low pressure center" and "high pressure center" in Fig.6 (b).The dark blue solid line is the boundary of the sea area, and the red dot is the location of the Maitas traffic station

5 天气系统三维配置及模型

5.1　回流型

回流型东风吹雪的天气系统三维空间配置呈后倾槽结构， 低层槽脊系统移速快于高层， 系统较深厚， 风吹雪之前降雪多数情况为高空低槽东移、 地面高压东南下， 此类风吹雪天气的降雪多由冷锋造成。东风吹雪时， 850~300 hPa中亚至新疆以北区域为高压脊， 脊前有深厚的低槽系统， 500 hPa贝加尔湖至蒙古一带的低槽后部偏北气流加强， 玛依塔斯风区上空500~300 hPa为偏北风、 700 hPa至地面为偏东风（850 hPa最强盛）， 中亚附近850~300 hPa自低向高有后倾暖区。地面气压场上冷锋移至东北至华北一带， 蒙古高压建立或加强， 正3 h变压明显， 地面气压场呈“东高西低”分布， 玛依塔斯风区东西压差加大， 蒙古高压中心出现向外辐散的冷气流， 形成回流型东风吹雪（图7）。
图7 玛依塔斯“回流型”东风吹雪时的高低空天气系统配置及三维空间模型

棕色实线为高空槽线, 风羽示意风向及风速, 黑色带箭头实线为500 hPa等位势高度线, 棕色带箭头双实线为风速大值区, 棕色双虚线为低层切变线, “暖”和“冷”代表“暖中心”和“冷中心”, “G”代表地面高压中心, 蓝色实线为地面冷锋

Fig.7 High and low altitude weather system configuration and three-dimensional space model of Mayitas "return type" east wi-nd blowing snow.The brown solid line is the high-altitude trou-gh line, the wind plume indicates the wind direction and wind speed, the black solid line with an arrow is the 500 hPa equipotential height line, the brown doubled solid line with arrow is the area of large wind speed, and the brown double dashed line is the low-level shear line."Warm" and "cold" represent "warm center" and "cold center", "G" represents the ground high-voltage center, and the solid blue line is the ground cold front

5.2　锋前减压型

锋前减压型东风吹雪的天气系统三维配置也呈后倾结构， 系统较深厚， 风吹雪之前多为冷锋降雪。东风吹雪时， 850~300 hPa新疆至蒙古以北区域为高压脊， 500~300 hPa西西伯利亚至中亚低槽前沿为西南风或偏西风， 玛依塔斯风区上空500~300 hPa为强劲的西北急流、 低层700 hPa至地面为偏东风（850 hPa较强盛）， 中亚地区地面至500 hPa自低向高有后倾暖区。地面气压场上， 蒙古高压、 里海高压和中亚热低压形成了“两高夹一低”形势， 冷锋前部中亚至北疆西部暖空气活跃， 为负3 h变压， 由于蒙古高压稳定， 北疆西北部减压明显， 玛依塔斯东西压差加大， “东高西低”地面形势加强， 出现锋前减压型东风吹雪（图8）。
图8 玛依塔斯“锋前减压型”东风吹雪时的高低空天气系统配置和三维空间模型

棕色实线为高空槽线, 风羽示意风向及风速, 黑色带箭头实线为500 hPa等高线, 棕色带箭头双实线为风速大值区, 棕色双虚线为低层切变线, “暖”和“冷”代表“暖中心”和“冷中心”, “G”和“D”代表地面“高压中心”和“低压中心”, 蓝色实线为地面冷锋

Fig.8 The high and low altitude weather system configuration and three-dimensional space model of Mayitas "forward decompression type" when the east wind blows snow.The brown solid line is the high-altitude trough line, the wind plume indicates the wind direction and wind speed, the black solid line with an arrow is the 500 hPa equipotential height line, the brown doubled solid line with arrow is the area of large wind speed, and the brown double dashed line is the low-level shear line."Warm" and "cold" represent "warm center" and "cold center", "G" represents the ground high-voltage center, and the solid blue line is the ground cold front

对比回流型和锋前减压型东风型风吹雪天气异同点， 发现两者相同之处为： 三维空间结构均呈后倾结构， 风吹雪之前的降雪多由冷锋造成； 东风型风吹雪出现时， 玛依塔斯风区上空500 hPa以上均为偏北风、 700 hPa以下均为偏东风且850 hPa东风较强。二者不同之处主要为： 东风型风吹雪出现时， 回流型地面蒙古高压加强， 地面气压场呈“东高西低”分布， 锋前减压型中亚热低压发展， 北疆西部锋前减压， 地面气压场呈“两高夹一低”形势； 中亚附近低层至高层虽均为后倾暖区结构， 但回流型暖区高度高于锋前减压型； 850~300 hPa新疆以北上空虽均为高压脊， 但回流型高压脊位置偏西并发展强盛、 锋前减压型略偏东且强度较弱。

6 结论与讨论

玛依塔斯风区风吹雪研究是新疆天气预报领域亟待解决的难题， 本文对15个东风型风吹雪天气个例进行了天气学分型， 给出了环流形势和天气系统的三维配置， 得出以下结论：
（1） 玛依塔斯风区降雪主要为冷锋降雪， 东风型风吹雪天气大多出现在降雪结束后1天左右。东风型风吹雪的环流形势分为2型（回流型和锋前减压型）、 3类（横槽转竖类、 低槽东移类和中纬度波动类）， 其中回流型东风风吹雪占比最高（60%）， 锋前减压型次之， 暖区降雪回流型风吹雪天气最少， 仅有1例。
（2） 回流型东风吹雪天气中， 地面蒙古高压强烈发展为此型的典型特征。500 hPa 低槽或横槽移至蒙新边界附近， 玛依塔斯风区位于槽后脊前， 贝加尔湖至蒙古一带为强大的地面冷高压， 玛依塔斯风区处于此高压后部， 地面气压场呈“东高西低”态势。
（3） 锋前减压型东风吹雪天气中， 地面气压场呈“两高夹一低”形势， 500 hPa短波东移至北疆东部， 地面中亚热低压发展， 蒙古和里咸海各有一个冷高压， 玛依塔斯风区处于冷锋前减压区， 东西气压差增大， “东高西低”地面气压形势增强。
（4） 回流型和锋前减压型东风吹雪的高低空天气系统三维配置均呈后倾结构， 造成回流型东风吹雪天气的低槽位于蒙古高原附近， 中亚至西西伯利亚地区的高压脊强烈发展； 锋前减压型东风吹雪天气中西西伯利亚到中亚地区及蒙新边界各有一低槽， 新疆及其北部的高压脊相对较弱， 位置较回流型偏东。
（5） 回流型和锋前减压型东风吹雪天气中， 地面气压场虽均为“东高西低”态势， 但回流型表现为蒙古高压加强， 有明显正变压， 冷锋移至东北和华北一带； 而锋前减压型的蒙古高压强度变化不大， 冷锋位于里咸海附近， 中亚热低压发展， 玛依塔斯风区处于锋前显著减压区。
本文对玛依塔斯风区15场东风型风吹雪个例进行了天气学分析， 给出了环流形势和高低空天气系统三维配置的初步结论， 对造成玛依塔斯风区风吹雪天气的多尺度天气系统相互作用、 中尺度系统的精细化结构特征等还未全面系统地研究， 需利用风云气象卫星、 多普勒天气雷达、 风廓线雷达等高时空分辨率资料， 结合玛依塔斯风区复杂的地形地貌开展区域数值模式模拟， 提高对玛依塔斯风区东风吹雪天气机理的新认识， 提升风吹雪天气预报的精细化水平， 增强防灾减灾气象保障和服务能力。

感谢新疆气象局魏荣庆老师对此文的悉心指导！

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