2018, Vol. 37 
2. 四川省中江县气象局, 中江 618100
2. Zhongjiang Meteorological station of Sichuan Province, Zhongjiang 618000
伊犁河谷位于北疆最西部，属温带大陆性气候，三面环山，东高西低，为向西开口的喇叭口地形，东西长达250 km，伊犁河由东而西横贯其中。河谷南部山区海拔4 000 m左右，北部山区海拔2 000 m以上，东部山区海拔均在1 000 m以上，河谷中西部海拔在600~700 m。因此，伊犁河谷降水时空分布极不均匀，年均降水量235~526 mm，其中山区600~800 mm，夏半年降水占全年降水的60%左右[1-2]。多年来，气象工作者在新疆地区降水及其灾害的气候特征统计分析方面做了大量工作。杨霞等[3]统计分析1971—2006年新疆降水量及雨日变化特征指出，北疆大部地区降水量增加主要由降水强度增加造成，且夏季降水量呈显著增加趋势。张云惠等[4]统计2000—2011年新疆暴雨灾害空间分布表明，伊犁河谷东南部山区暴雨灾害频次居全疆之首(年均1次)。赵勇等[5]分析北疆极端降水事件的区域性和持续性特征发现，伊犁河谷是发生持续性极端降水事件的高频中心之一，其极端降水频次呈显著上升趋势。也有人对新疆暴雨做了较多研究，但其主要集中在不同区域暴雨的环流背景、水汽与动力条件、中小尺度特征等方面[6-13]，而针对伊犁河谷极端暴雨过程对比研究尚不多见。
2016年6月17日和8月1日伊犁河谷普降暴雨(新疆暴雨、大暴雨和特大暴雨标准分别为日降水量大于24 mm、48 mm和96 mm，下同)，部分区域多站出现大暴雨，其中尼勒克站上述两日降水量分别为68.4 mm和74.6 mm，连续突破该站有气象记录以来日雨量记录；暴雨引发山洪、泥石流、滑坡等次生灾害，造成重大经济损失和人员伤亡。为此，本文以2016年6月17日和8月1日伊犁河谷两次极端暴雨过程(以下将这两次过程分别简称“0617”过程和“0801”过程)为例，在对比分析其发生的环流背景的基础上，重点分析这两次过程的动力机制、水汽输送及其收支的异同点，以期为提高当地此类极端暴雨的业务预报能力提供参考依据。
1 资料选取本文所用资料主要包括中国气象局常规观测资料、自动气象站逐时雨量资料以及欧洲中期天气预报中心(ECMWF，简称EC) 0.25°×0.25°再分析资料(垂直方向从1 000 hPa到200 hPa共17层)。为了验证EC再分析资料在新疆的可靠性，选取2016年6月16日08时(北京时，下同)和7月31日20时伊宁、乌鲁木齐、哈密3个探空站的850 hPa、700 hPa、500 hPa高度场、风场、温度场与EC再分析资料作对比检验。经检验证明，EC再分析资料各层温度、风向及风速分析结果与实况相吻合，可用于新疆暴雨事件的相关研究。如伊宁站，不同时次各高度观测要素与其相应的EC再分析资料基本一致，其结果见表 1。
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表 1 2016年6月16日08时和7月31日20时伊宁站不同高度观测要素与EC (0.25°×0.25°)再分析资料的比较 Table 1 Comparison between observations and ECMWF reanalysis data (0.25°×0.25°) at different altitude over Yining station at 08:00 BT 16 June and 20:00 BT 31 July 2016. |
上述两次过程既有相同点，也有区别。具体表现在: (1)两次过程暴雨落区集中，均发生在伊犁河谷(图 1a、b)，尤其是“0801”过程，面雨量较大，该地区10个国家自动气象站日平均降水量为46.8 mm，突破当地历年面雨量极值。(2)日降水量大，“0617”过程，有7站(均为区域站)日雨量超过96 mm，达到特大暴雨量级，其中果子沟龙口站日雨量最大为126.4 mm，国家站尼勒克为68.4 mm，突破该站历年日降水极值；“0801”过程，仅1站(巩留库尔德宁区域站)日雨量超过96 mm，为100.1 mm，国家站尼勒克为74.6 mm，家站尼勒克、新源、昭苏、特克斯4站日雨量均突破其历史极值。(3“) 0617”过程，雨强较大，有8个区域站的雨强超过了20 mm·h-1，其中伊宁麻扎乡博尔博松站雨强高达44.3 mm·h-1，而强降雨时段较为分散，如尼勒克站降水主要集中在17日00:00—14:00 (图 1c)；“0801”过程，雨强较“0617”过程的弱，仅有1站(昭苏站)雨强超过了20.0 mm·h-1，为20.5 mm·h-1，但其强降水持续时间较长，如尼勒克站，降水主要集中在7月31日20:00—8月1日16:00 (图 1d)，其降水时间长达20 h。
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图 1 2016年6月16日20时—17日20时(a, c)、7月31日20时—8月1日20时(b, d)伊犁河谷24 h累积降水量(单位: mm)分布(a, b)与各自动气象站逐时降水量(单位: mm)变化(c, d) Fig. 1 (a, b) The 24-hour accumulated precipitation (unit: mm) and (c, d) the hourly precipitation (unit: mm) at different AWSs in Ili River valley from (a, c) 20:00 BT 16 to 20:00 BT 17 June, and (c, d) 20:00 BT 31 July to 20:00 BT 1 August 2016. |
另外，上述两次暴雨过程均引发了山洪、泥石流、滑坡等地质灾害，给当地陆路交通、基础设施、农牧业生产等带来严重影响。其中，“0617”过程共造成伊犁地区76 483人受灾，因灾死亡4人，直接经济损失近6亿元；“0801”过程造成伊犁地区5 387人受灾，直接经济损失2 000多万元。
3 环流背景与影响系统对比分析 3.1 环流形势“0617”过程开始前12 h即16日08时，100 hPa南亚高压呈带状东部脊偏强型，高压主体位于青藏高原，长波槽位于中亚地区40°N附近，200 hPa西南急流轴位于新疆西部国境线外。500 hPa欧亚地区维持两脊一槽环流型，里海-咸海高压脊向北发展，其经向度加大，中亚低槽位于咸海与巴尔喀什湖南部地区，其北部西西伯利亚为低压活动区，新疆中东部为浅高压脊(图 2a)。17日08时，中亚低槽主体随冷空气南下而东移，伊犁河谷受槽前偏南气流控制，850 hPa有一支12~16 m·s-1的偏西急流携带湿冷空气先进入河谷，700 hPa在4 h后由弱西南风也增强并转为偏西急流，正是低层偏西急流与中高层西南气流的共同作用，以及伊犁河谷特殊地形的抬升作用，造成了伊犁河谷地区暴雨。17日20时，随上述低槽东移至新疆中东部，该地区暴雨结束。
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图 2 2016年6月16日20时(a)与7月31日20时(b) 500 hPa位势高度场(等值线，单位: dagpm)与风场(风向杆，阴影区风速大于等于20 m·s-1)叠加图(黑三角所示为尼勒克站) Fig. 2 Superposition of geopotential height field (contours, unit: dagpm) and wind field (barb, unit: m·s-1) at 500 hPa at (a) 20:00 BT 16 June and (b) 20:00 BT 31 July 2016. Black triangle marks Nilka, and shaded areas are areas with wind speed above 20 m·s-1. |
“0801”暴雨过程中，7月31日20时，100 hPa南亚高压呈带状东部脊偏强型，高压主体位于河西走廊与蒙古国交界处，较历年同期异常偏强偏北[8-10]，长波槽位于中亚地区40°N附近，200 hPa西南急流轴位于新疆西部。500 hPa欧亚中高纬也维持两脊一槽环流型(图 2b)，环流经向度较大，东欧和贝加尔湖地区为高压脊，同时中低纬伊朗高压与西太平洋副热带高压(以下简称副高)向北发展，并有与中高纬高压脊叠加的趋势，因此西伯利亚-中亚-青藏高原高中低纬地区均有低槽活动，受下游蒙古国至贝加尔湖强高压脊阻挡，中亚低槽翻越帕米尔高原进入南疆西部，槽前偏南气流北伸至伊犁河谷且移动缓慢，持续影响伊犁河谷。8月1日08时降水发生时，850 hPa伊犁河谷也有12~ 16 m·s-1偏西急流建立并维持，而700 hPa为4~8 m·s-1偏北气流；与“0617”过程明显不同的是，该过程700— 850 hPa副高西侧，自南海-青藏高原东侧有一支偏南气流北上至河西走廊，转为偏东急流进入南疆盆地。另外，受中亚低槽分裂的3个短波影响，7月28—30日傍晚到夜间伊犁河谷均出现降水、局部中到大雨，断续降雨降温使雨强较“0617”过程明显偏弱。8月1日20时，随中亚低槽减弱东移北上，该过程降水结束。
3.2 高低空系统配置对比上述两次暴雨过程开始时不同高度主要影响系统的空配置可知(图 3a、b)，200 hPa中亚低槽前西南急流均位于新疆西部国境线附近，急流轴风速均达42 m·s-1，但“0801”过程西南急流南风分量较“0617”过程明显偏大，强西南急流的维持为暴雨产生提供了明显的高空辐散流场。
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图 3 2016年6月16日20时(a, c)、7月31日20时(b, d)高低空主要天气系统配置与850 hPa风场(风向杆，单位：m·s-1；填色区风速大于等于12 m·s-1；红色圆点所示为尼勒克站) Fig. 3 (a, b) Superposition of the major weather influencing systems in the upper- and low-level and (c, d) the wind field at 850 hPa at (a, c) 20:00 BT 16 June and (b, d) 20:00 BT 31 July 2016. Red solid dots mark Nilka. |
500 hPa两次过程中亚低槽均翻山进入南疆西部，因下游新疆脊强弱不同和伊犁河谷地形影响，低槽在河谷移动缓慢。区别在于“: 0617”过程低槽前分两支气流影响伊犁河谷，一支为偏西气流，另一支为南疆西部翻山西南气流，其进入伊犁河谷的最大风速为16 m·s-1；“0801”过程600 hPa低槽前偏南急流进入伊犁河谷，急流轴风速达18 m·s-1。600 hPa，“0617”过程在伊犁河谷南部至东部维持西风与西南风的辐合，而“0801”过程为西风与南风的辐合。
700 hPa两次过程在北疆均为西北气流，850 hPa伊犁河谷均维持偏西急流(图 3c、d)，河谷东部有明显风切变，地面冷空气均为偏西路径，冷锋位于伊犁河谷到南疆西部国境线附近。不同的是“: 0617”过程700 hPa偏西急流较850 hPa滞后4 h进入伊犁河谷(图 3c)，850 hPa巴尔喀什湖南部至伊犁河谷的湿度较大，比湿为12~15 g·kg-1，而新疆中东部为高温晴热区，热力条件好；“0801”过程700 hPa伊犁河谷维持偏北气流，河谷东南部有风切变，700—850 hPa副高西侧自南海—青藏高原东侧有一支偏南气流北上至河西走廊后转为偏东急流进入南疆盆地(图 3d)，且700 hPa南海—青藏高原东侧的偏南风速比850 hPa的大，两个比湿大于8 g·kg-1的高湿区分别位于伊犁河谷至南疆西部、青藏高原东侧至河西走廊，850 hPa比湿高达10~15 g· kg-1，且中低层温度脊较“0617”过程明显偏东偏强。
分析两次过程前后极端暴雨中心尼勒克站地面温度、气压、露点的时间变化可知，暴雨发生前一天，“0617”过程伊犁河谷平原最高气温为30~33 ℃，浅山区尼勒克高温为27 ℃左右，其升温降压明显(图 4a)；“0801”过程，受不断分裂的短波影响，伊犁河谷平原最高气温为25~27 ℃，尼勒克温度在23 ℃左右(图 4b)。从沿43.5°N经伊犁河谷暴雨中心所作的温度平流和风场叠加纬向剖面图上也看到(图略)，“0617”过程暴雨前低层为2×10-5℃·s-1的弱暖平流，暴雨发生时700 hPa以下随着偏西急流增强，冷平流中心(-12× 10-5℃·s-1)位于近地层，随着降水持续，整层转为冷平流，其中心值为-10×10-5℃·s-1。“0801”过程，暴雨前低层有弱冷空气先进入伊犁河谷，700 hPa以下为-8× 10-5℃·s-1的冷平流，700—500 hPa伊犁河谷东侧存在暖平流，其中心值为12×10-5℃·s-1，随着降水持续，低层转为弱的暖平流，而中高层冷平流增强为-14× 10-5 ℃·s-1。可见，“0617”过程的热力条件较好，且冷空气弱于“0801”过程，有利于局地对流产生短时强降水[14-15]；而“0801”过程环流形势稳定，且中、低层热力条件相对较好，有利于降水持续。
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图 4 2016年6月15日20时—18日20时(a)与7月30日20时—8月2日20时(b)尼勒克站地面气象要素的时间变化 Fig. 4 Temporal variations of the surface meteorological elements at Nilka station from (a) 20:00 BT 15 to 20:00 BT 18 June, and (b) 20:00 BT 30 July to 20:00 BT 2 August 2016. |
综上分析表明，200 hPa中亚槽前西南急流及500 hPa偏南气流的位置与强弱、600 hPa伊犁河谷南部至东部辐合与切变线、700 hPa风向风速变化及风切变、850 hPa偏西急流的建立与维持、地形影响下的风切变与强迫抬升等，均是伊犁河谷产生暴雨的重要环境因素，中低层风切变及辐合与强降水落区相对应，同时特殊地形的辐合与抬升促使上升运动增强，加剧冷暖空气交汇，使水汽在伊犁河谷汇聚，从而促使暴雨增幅。“0617”过程冷空气弱于“0801”过程，后一过程的环流形势更为稳定，且中低层偏东暖湿气流形成的水汽接力输送与动力阻挡作用对暴雨的贡献较为少见。
4 动力触发机制对比分析 4.1 散度和垂直速度分析上述两次过程伊犁河谷暴雨时段各层散度和风速分布可知(图略)，暴雨区均处于200 hPa中亚低槽前西南急流出口区右侧，“0617”过程，200 hPa存在量值为20×10-5 s-1的辐散中心，对应700 hPa有-30× 10-5 s-1的强辐合中心；“0801”过程，200 hPa存在35× 10-5 s-1的辐散中心，对应700 hPa有-50×10-5 s-1的辐合中心；且高层辐散中心与低层辐合中心的位置几乎重合，形成高层辐散、低层辐合的结构配置，与强降水时段和落区相对应，但“0801”过程辐散、辐合明显偏强。
图 5a、c分别给出2016年6月17日02时经“0617”过程暴雨中心沿43.75°N、7月31日20时经“0801”过程暴雨中心沿43.5°N的垂直速度和流场的纬向剖面图。图 5a显示，低空偏西气流遇伊犁河谷东部地形强迫抬升，与中高层西南气流汇合，在82°—83°E范围产生强的垂直上升运动，其上升高度伸展到400 hPa附近，与强降水落区、时段相对应。图 5c显示，暴雨开始时沿伊犁河谷81.5°—83.5°E之间400 hPa以下维持强的上升运动，其范围、强度均较“0617”过程偏大、偏强。
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图 5 2016年6月17日02时沿43.75°N (a)和82°E (b)及7月31日20时沿43.5°N (c)和82°E (d)的垂直速度(填色区，单位: 10-2 m·s-1)和流场(流线)的纬向或经向剖面图(灰色阴影覆盖区为地形) Fig. 5 Zonal (or meridional) cross section of vertical velocity (color-filled areas, unit: 10-2 m·s-1) and atmosphere flow field (streamline) along (a) 43.75°N and (b) 82°E at 02:00 BT 17 June 2016, and along (c) 43.5°N and (d) 82°E at 20:00 BT 31 July 2016. Dull gray shaded denotes terrain. |
从6月17日02时和7月31日20时分别经两次过程暴雨中心沿伊犁河谷西部80.75°E(图略)、中部81.5°E(图略)、东部82°E(图 5b、d)的垂直速度与流场的经向剖面图上看到，两次过程均在河谷中部43.5°N附近700—600 hPa有一中尺度垂直环流，其与河谷南部中高层偏南气流汇合，使伊犁河谷维持较强的上升运动，且“0801”过程(图 5b)上升运动较“0617”过程(图 5d)明显偏强，“0801”过程较大范围强上升运动的维持是暴雨中心各站日雨量刷新记录的原因之一。
4.3 低空急流 4.3.1 偏西急流由于中亚的地形、海拔高度与新疆的差异，中亚低槽进入北疆后均表现为“后倾槽”结构[1-2]，即地面至低层的冷空气先进入。上述两次过程暴雨前地面均先增压，低层风场“0617”过程伊犁河谷700 hPa偏西急流比850 hPa (图 3c)滞后4 h建立并不断增强，“0801”过程850 hPa偏西急流先进入伊犁河谷并增强(图 3d)，而700 hPa为西北气流，700 hPa风向风速的差异也是造成两次过程暴雨落区和强降水中心不同的原因之一。
分析表明，低空偏西急流对伊犁河谷上述两次过程的动力作用主要表现在两个方面: (1)携带充沛的湿冷空气进入河谷并堆积，起到冷垫作用，与中高层相对干暖的西南气流叠加，有利于冷暖空气交汇和垂直上升运动发展；(2)偏西急流与河谷东部山区地形近乎垂直，形成强的风速辐合和地形强迫抬升，这也是伊犁河谷东部山区各站日雨量突破历史极值的原因之一。
4.3.2 偏东急流“0801”暴雨过程中，700—850 hPa副高西侧，自南海—青藏高原东侧有一支偏南气流北上至河西走廊转为偏东急流进入南疆盆地(图 3d)，这支偏东急流在以往伊犁河谷暴雨过程中很少见到。分析表明，这支偏东急流在上述过程中主要有三个作用: (1)将低纬度暖湿气流远距离接力输送至南疆上空，其在天山南侧山地爬坡抬升后与中高层西南气流叠加，促使垂直上升运动发展；(2)与伊犁河谷低层偏西急流形成较强的风切变，使低层冷暖空气强烈交汇，有利于局地对流发展；(3)由于强盛副高及蒙古高压的稳定少动，偏东急流维持，致使中亚槽前偏南急流滞留于伊犁河谷，有利于产生强度大的极端暴雨。
5 水汽输送及其收支特征对比分析 5.1 水汽源地与输送路径为了分析上述两次过程对流层中低层及整层水汽源地与水汽输送情况，计算获得各层及地面至300 hPa垂直积分水汽通量，其结果见图 6。从中可见，“0617”过程(图 6a)，水汽源地主要是咸海与巴尔喀什湖南部40°N附近的中亚地区，水汽随500 hPa中亚低槽前西南气流和低层偏西急流被输送至伊犁河谷。而“0801”过程的水汽源地有2个(图 6b)，一是巴尔喀什湖南部40°N附近的中亚地区，水汽随500 hPa中亚低槽前偏南气流和低层偏西急流被输送至伊犁河谷，二是来自南海的异常水汽远距离接力输送，即通过青藏高原东侧沿副高西侧偏南气流向北输送，在河西走廊转为偏东急流进入南疆盆地东伸至西天山南侧，与中亚低槽前偏南气流汇合，将水汽输送至伊犁河谷，这支异常的偏东急流水汽输送在以往伊犁河谷暴雨中是罕见的。
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图 6 2016年6月17日08时(a)与8月1日08时(b)地面至300 hPa整层水汽通量(单位: g·cm-1·s-1)分布(红色矩形区表示伊犁河谷，阴影区整层水汽通量大于30 g·cm-1·s-1) Fig. 6 The total layer water vapor flux (unit: g·cm-1·s-1) integrated between ground and 300 hPa at (a) 08:00 BT 17 June and (b) 08:00 BT 1 August 2016. Rectangle formed by red solid lines denotes Ili River valley, and shaded areas are areas with the total layer water vapor flux wind above 30 g·cm-1·s-1. |
从上述两次过程伊犁河谷暴雨区区域平均(43°— 44°N、80°—83°E)水汽通量矢量和水汽通量散度的时间-高度垂直剖面图上看到(图 7)，两次过程强降水期间，700—600 hPa之间一直维持强的水汽辐合区，“0617”过程最大水汽辐合中心(-36×10-7 g·cm-2·hPa-1· s-1)在750 hPa附近(图 7a)；而“0801”过程，较强的水汽辐合上升至500 hPa，其最大中心(-45×10-7 g·cm-2· hPa-1·s-1)位于600 hPa附近(图 7b)，且强降水随水汽辐合上升而持续，这与上文分析的低层偏西气流进入伊犁河谷加强与中层西南气流叠加造成垂直上升运动增强有利于水汽辐合相一致，说明中低层水汽对暴雨的贡献较大，尤其是“0801”过程，伊犁河谷上空西风与东风辐合为暴雨提供了有利的动力和水汽条件。
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图 7 2016年6月16日08时—18日08时(a)、7月31日02时—8月2日02时(b)伊犁河谷(43°—44°N、80°—83°E)平均水汽通量(矢量，单位: g·cm-1·hPa-1·s-1)和水汽通量散度(填色区，单位: 10-7g·cm-2·hPa-1·s-1)时间-高度剖面图 Fig. 7 Height-time cross section of average water vapor flux (arrow, unit: g·cm-1· hPa-1·s-1) and water vapor flux divergence (color-filled areas, unit: 10-7g·cm-2·hPa-1·s-1) between 43°N and 44°N, 80°E and 83°E in Ili River valley from (a) 08:00 BT 16 to 08:00 BT 18 June, and (b) 02:00 BT 31 July to 02:00 BT 2 August 2016. |
应用EC一日4次再分析资料(0.25°×0.25°)，取地面至700 hPa (对流层低层)、700—500 hPa (对流层中层)、500—300 hPa (对流层高层)以及整层(地面至300 hPa)，计算伊犁河谷地区(42°—45°N、80°—85°E)水汽输入、输出和收支量(正值为流入，负值为流出)以及大气的水汽输送量Q (单位: g·m-1·hPa-1·s-1)。在讨论伊犁河谷不同边界、不同层次水汽收支时，先由EC资料得到各层各格点水汽通量，再进行边长和垂直方向积分，得到各边界不同层次水汽输送量，最后将其单位换算为t·s-1。
结合伊犁河谷上空水汽通量矢量和水汽通量散度变化(图 7)，分析“0617”过程和“0801”过程暴雨区水汽收支特征。结果表明，两次过程暴雨时段西边界整层均为水汽净输入(图 8a)，北边界低层(图 8b)和南边界中、高层(图 8d)均为水汽净输入，且南边界中、高层水汽输入随降水增强明显增大；南边界低层、北边界中、高层和东边界高层均为水汽净输出，各边界水汽收支随时间变化与伊犁河谷上空风矢量时空变化相一致。两次过程水汽收支不同在于:东边界中、低层水汽收支(图 8c)是，“0617”过程暴雨发生时低层有弱的水汽输入，中、高层为水汽净输出；而“0801”过程暴雨发生前整层为水汽输出，暴雨时段中、低层为水汽净输入，且中层水汽输入随降水增强明显增大，较低层水汽输入多2.3倍，由此也说明“0801”过程中低层偏东急流的水汽输送的贡献不可忽视。
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图 8 2016年6月14日20时—18日08时(a1—d1)和7月29日20时—8月2日02时(a2—d2)伊犁河谷极端暴雨过程对流层高、中、低层逐6 h西边界(a1, a2)、北边界(b1, b2)、东边界(c1, c2)和南边界(d1, d2)水汽收支(单位: 108 t·s-1)演变 Fig. 8 The evolution of 6-hour water vapor budget (unit: 108t·s-1) from (a1, a2) west, (b1, b2) north, (c1, c2) east and (d1, d2) south directions in the high, middle and lower troposphere in the two extreme rainstorm events occurred in Ili River valley from (a1-d1) 20:00 BT 14 to 08:00 BT 18 June, and (a2-d2) 20:00 BT 29 July to 02:00 BT 2 August 2016. |
另外，从计算得到的上述两次过程暴雨时段即6月16日20时—17日20时和7月31日20时—8月1日20时整层水汽收支可知(图略)，“0617”过程，西、北、南三个边界的水汽输入量分别为71×108、15×108、2.7× 108 t·s-1，东边界水汽输出量为23×108 t·s-1，其中，西边界水汽输入的贡献最大(占80%)；“0801”过程，西、东、南三个边界的水汽输入量分别为42×108、31×108、122×108 t·s-1，北边界水汽输出量为174×108 t·s-1，其中，南边界水汽输入的贡献最大(占63%)，西、东边界的水汽输入相当。可见，两次过程的水汽收支量差别较大，在西、南、东边界水汽输入贡献率存在明显的差异，且“0801”过程水汽整层总流入比“0617”过程多60×108 t·s-1。这也佐证了异常充沛的水汽输送是“0801”过程面雨量突破极值的原因之一。
5.3 水汽后向轨迹追踪使用HYSPLIT水汽后向轨迹模式，选取追踪点初始高度即平均海平面以上高度(AMSL) 1 000 m、1 500 m、3 000 m三层，向前倒推出伊犁河谷72 h的水汽质点轨迹，其结果见图 9。
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图 9 伊犁站2016年6月17日08时(a)和8月1日08时(b)、库车站8月1日08时(c)、河西走廊(100°E、41°N)7月31日08时(d)向后72 h水汽轨迹“(★”为追踪点平均海平面以上高度(AMSL)，红线、蓝线、绿线分别表示AMSL为1 000、1 500、3 000 m) Fig. 9 The 72 h-backward water vapor track at Ili station at (a) 08:00 BT 17 June and (b) 08:00 BT 1 August, (c) Kuqa station at 08:00 BT 1 August, and (d) Hexi Corridor (100°E, 41°N) at 08:00 BT 31 July 2016. Symbol"★"represents the height above mean sea level (AMSL) of the track point, and red, blue and green lines represent AMSL that is equal to 1 000, 1 500, 3 000 m, respectively. |
“0617”过程，水汽主要来自西、西南两路输送，并由中亚地区中层向伊犁河谷低层输送(图 9a)。“0801”过程，分别以伊犁河谷的伊宁站、西天山南侧的库车和河西走廊中部的格点(100°E、41°N)为例，向前倒推出伊犁河谷72 h的质点轨迹，从而看到有三支水汽输送路径:一支是以偏西路径为主的水汽输送(图 9b)，其随高度波浪式向伊犁河谷低层输送；一支为西天山南侧500 hPa附近西南及偏南路径向伊犁河谷低层的水汽输送；还有一支为沿河西走廊中部(85°E、41°N) 500 hPa附近向塔里木盆地低层的偏东路径水汽输送(图 9c)。继续追踪河西走廊中部的水汽轨迹表明(图 9d)，新疆偏东路径的水汽来自青藏高原东侧中低层偏南路径向河西走廊输送，并以水汽接力方式向西天山南侧输送。可见，两次过程的水汽后向轨迹追踪结果与水汽输送路径、暴雨区边界水汽收支的分析结果一致。
6 结论本文从环流背景、动力机制、水汽输送及其收支等方面，对发生在新疆伊犁河谷地区的“0617”过程和“0801”极端暴雨过程进行了对比分析。主要结论如下：
(1) 两次过程均发生在500 hPa两脊一槽有利的环流背景下，中亚低槽南伸并翻越帕米尔高原进入南疆西部，槽前西南(偏南)气流北上至伊犁河谷，600 hPa伊犁河谷南部至东部明显的辐合与切变线，850 hPa偏西急流建立与维持，地形影响下的风切变、风速辐合与强迫抬升等是主要的天气尺度影响系统。区别在于“: 0617”过程热力条件好，造成的局地对流强、强降水时间短、小时雨量大、暴雨区分散、灾害重；“0801”过程500 hPa蒙古高压脊强盛维持，中亚低槽前偏南气流、600 hPa风切变与辐合明显偏强，而中低层青藏高原东侧-河西走廊-南疆盆地-西天山南侧异常偏东急流的维持是罕见的。
(2) 低空偏西急流将湿冷空气输送至伊犁河谷，并与中高层西南气流叠加，使伊犁河谷迎风坡维持强的垂直上升运动，是两次过程伊犁河谷产生暴雨的动力机制。而“0801”过程南疆盆地至西天山南侧异常偏东急流到达伊犁河谷，增强了动力辐合作用，是该过程面雨量破极值的原因之一。
(3) 两次过程的水汽源地主要为来自咸海至巴尔喀什湖南部40°N附近的中亚地区，水汽由中高层西南气流和低层偏西急流输送至伊犁河谷，而“0801”过程还有一支来自南海的异常水汽随副高西侧偏南气流沿青藏高原东侧北上，在河西走廊转为偏东急流进入南疆盆地通过接力输送到暴雨区。
(4) 两次过程暴雨期间，西边界整层、南边界中高层和北边界低层均为水汽净流入。水汽输入量存在明显差异“: 0617”过程水汽输入主要来自西边界(占80%)，其次是北面；“0801”过程水汽输送主要来自南边界(占61%)，其次是西、东边界，水汽输入相当，且降水随中层水汽输入增强而明显增大，尤其是东边界中层水汽输入较低层偏多2倍多。而整层水汽总流入，“0801”过程较“0617”过程偏多60×108 t·s-1，异常的水汽输送与辐合是该过程面雨量突破历史极值的主要原因。
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