1. 引言
新疆地区为干旱、半干旱气候，有三山夹两盆的特殊地理形势，夏季降水分布不均，局地也会出现暴雨、甚至大暴雨。有研究表明[1] [2]：新疆气候在向变暖增湿方向发展，年降水呈增加趋势，尤其是20世纪80年代初期以来最为明显；乌鲁木齐年降水量也呈增加趋势，强降水呈频发趋势。同时，天气系统受系统影响显著，一场暴雨过程甚至能改变其气候值，加之生态环境的脆弱，暴雨引发的洪水、泥石流等对农牧业生产、居民生活、道路交通、水利设施等造成的严重损失，是夏季政府和公众最关心的灾害性天气之一，也是天气预报的重点和难点[3]。乌鲁木齐地处天山山脉北侧的中段，其北侧为准噶尔盆地，属于温带大陆干旱气候。暴雨常常发生在山地的迎风坡、气流汇合的山谷、喇叭口地形等地方[4]，而乌鲁木齐的位置恰好具有上述特点，因此也属于强降水频发的地区。张超等[5]对2012~2016年乌鲁木齐暖季的22场短时强降水进行研究，将500 hPa影响系统进行分为西西伯利亚低槽、中亚低涡和西北气流3类概念模型，归纳出了乌鲁木齐市短时强降水的空间分布、月变化特征。曾勇等[6]对三次典型暴雨过程的中尺度特征进行分析研究，发现强对流型暴雨的低层水汽条件更好、大气层结更加不稳定，对短时强降水的出现更为有利。地基微波辐射计在探测大气水汽方面还有很大潜力，它能够连续无人值守地对水汽和液态水含量进行遥感探测，是监测大气水汽场的最佳选择手段之一[7]。暴雨天气会造成跑道湿滑，飞机可能会有冲出跑道的风险，同时会降低起飞效率。成片的降水云系覆盖机场及航路关键区域时，会造成大面积的航班绕飞、盘旋等待，也会造成安全隐患。因此，对机场强降水的成因、发展机理进行分析很有意义。
2024年5月26~27日，新疆地区自西向东先后出现了大范围的雷暴、短时强降水、大风、沙尘等复杂天气过程，局地山区有降雪，部分站点24小时降水量最大达44 mm。乌鲁木齐机场也出现了大风及强降雨天气，为航班运行造成一定影响。对此次天气进行成因诊断分析，逐步积累经验，提高对此类天气的预报和服务水平。
2. 天气实况及其对飞行的影响
受高空槽、低层风场辐合、地面冷锋的共同影响，2024年5月26~27日，新疆大部地区出现了大范围的大风、沙暴、雷暴、强降雨等天气过程。阿克苏、克拉玛依、吐鲁番、喀纳斯、富蕴、阿拉尔、哈密、喀什、若羌机场阵风均大于20米/秒，其中阿拉尔机场最大阵风达到33米/秒；若羌机场出现能见度为700米的沙暴；阿克苏、阿拉尔、喀什、于田机场出现雷雨，甚至强雷雨；北疆西部、天山山区局地出现了暴雨。
乌鲁木齐机场26日21:30~21:40出现能见度为3000米的扬沙天气，21:40~23:00出现偏西或西北风，平均风速最大达到11米/秒，阵风风速最大达到18米/秒；26日21:30~27日07:30出现了10个小时的降雨天气，其中26日21:49~22:30中阵雨，27日00:10~02:30中雨，27日02:23大雨，过程降水量22.2毫米，按新疆12小时降水等级达到大雨到暴雨量级。受此次天气直接或间接影响，本场航班延误21架次，备降10架次。
3. 环流形势演变特征
由500 hPa高空形式场分析可知，5月24日，欧亚地区为两槽两脊形势，欧洲地区为高压控制，乌拉尔山以东至里海区域有一个径向度较大的高空槽，槽底南伸至40˚N附近；25~26日08时，高空槽逐渐分成南北两支，北支位于西西伯利亚地区，移速较快，南支在中亚地区形成低涡，配合有−24℃的冷中心，移速较慢，新疆地区处于低涡前偏西气流控制；26~27日(如图1(a))，随着低涡进一步东移并填塞，南支槽自西向东影响新疆地区，带来降水、大风、对流天气。
700 hPa和500 hPa形势一致，高空槽逐渐分为南北两支，新疆地区受南支槽影响，北疆和东疆配合有大范围 > 70%的相对湿度，水汽条件良好；26日20时，克拉玛依附近有一短波槽，并伴有冷平流，塔城和博乐之间有风向风速的辐合，为上游地区提供动力条件；27日02时北疆北部–盆地–天山北侧西北气流加强与天山北侧垂直，使得乌鲁木齐附近有较弱的地形抬升运动，相对湿度饱和区也集中在本场附近的天山中段，此时乌鲁木齐附近产生强降水。
(a) (b)
Figure 1. High altitude situation at 500 hPa (a) and Ground situation (b) at 20:00 on May 26, 2024
图1. 2024年5月26日20时500 hPa高空形势(a)及地面形势(b)
850 hPa上，26日20时北疆北部–盆地–天山北侧形成西北急流与天山北侧相交，使得乌鲁木齐附近地形抬升运动显著加强，并伴有冷平流，相对湿度饱和区也集中在伊犁河谷和本场附近的天山中段，为上述地区的大风降水提供良好的动力作用和水汽条件。27日02时西北急流范围更大，风速更强，造成降水也更强。
从地面形势分析可知，24~26日(如图1(b))，地面高压中心沿西北路径东移南下，高压中心最大达到1025 hPa，有地面冷锋与之配合，高压前沿有较强的偏北气流与天山北侧垂直，结合850 hPa和700 hPa的风场来共同分析表明，地面至低层的地形抬升作用明显，动力条件十足。
综上分析，此次天气高层环流径向度较大，新疆受中亚低槽前西南气流影响，低层北疆西北气流携带冷空气遇到天山地形强迫抬升，与中层西南气流叠加，有利于垂直上升运动，造成天山局部强降雨，同时冷空气分别从南疆西部、中天山翻山进入南疆盆地，造成大风和强降雨天气。
4. 物理量场分析
4.1. 动力条件
由乌鲁木齐机场垂直速度–时间剖面图分析可以看到(如图2(a))，降水前到降水中期，200 hPAa以下整层均为上升运动区，较强上升区在900~700 hPa层次，最强达到−12 × 10−2米/秒；大雨结束后，地面向上至600 hPa开始转为较弱的下沉运动区，600 hPa以上依然存在上升运动，最强达到−8 × 10−2米/秒。
由乌鲁木齐散度–时间剖面图分析可以看到(如图2(b))，降水前到降水初期，800 hPa以下及600~400 hPa为辐合区，最强辐合区在900 hPa上下，最强达到−4 × 10−5/s；降水中后期，700 hPa以下开始转为辐散，最强达到4 × 10−5/s。700~500 hPa为辐合，最强达到−6 × 10−5/s。
(a) (b)
Figure 2. The vertical velocity time vertical profile diagram(a) (unit: Pa∙s−1) and divergence time vertical profile (b) (unit: 10−5 s−1) of Urumqi Airport
图2. 乌鲁木齐机场垂直速度–时间垂直剖面图(a) (单位：Pa∙s−1)和乌鲁木齐机场散度–时间垂直剖面图(b) (单位：10−5 s−1)
4.2. 水汽条件
北支槽和低涡系统的水汽接力输送为此次天气提供良好的水汽条件。由700 hPa (图略)和850 hPa (图3(a))的水汽路径分析可知，低层水汽主要由里海、咸海地区偏西气流输送到中亚地区，再由槽底偏西气流输送至新疆，与700 hPa和850 hPa风场相吻合。以乌鲁木齐机场经纬度做相对湿度–时间的垂直剖面进行分析(图3(b))，降水前后乌鲁木齐机场整层相对湿度均较大，中雨和大雨期间800~300 hPa相对湿度在90%~100%，基本趋于饱和。以乌鲁木齐机场经纬度做水汽通量散度–时间的垂直剖面进行分析(图略)，降水前期到降水初期，800 hPa以下及700~400 hPa为水汽的辐合区，造成水汽的集中；中雨开始时，700 hPa以下开始转为水汽的辐散，700~500 hPa依然有水汽的辐合。
(a) (b)
Figure 3. The water vapor flux in the Eurasian region of 850 hPa at 02:00 on May 27, 2024 (a) and the humidity time vertical profile of Urumqi Airport relativity (b)
图3. 2024年5月27日02时850 hPa欧亚地区水汽通量(a)和乌鲁木齐机场相对湿度–时间垂直剖面图(b)
5. 微波辐射计分析
从微波辐射计的相对湿度廓线上来看(图4(a))，降雨前3小时本场上空3000~6000米高度的相对湿度明显增加至80%~90%，至21时降水开始时，4000~5000米高度相对湿度出现波动，增加至90%以上，随后4000米以下湿度均在90%以上，湿层深厚，很好地反映了降水的出现，但是中雨和大雨出现时，没有表现出特殊变化。
由液态水廓线可知(图4(b))，临近降雨开始时，本场6000米以下开始出现液态水，降雨开始后液态水廓线陡升至8000~9000米，液态水含量高值区集中在4000~7500米高度，本场出现中阵雨；22时30分前后液态水廓线波动下降后再度陡升，本场由阵性降水转为连续性降水；后27日00时持续维持高值，本场再度出现中雨；27日02时30分前后，液态水廓线陡降至5000~6000米高度，本场中雨转为小雨；27日05时至06时30分前后再度维持8000米以上，后波动下降，但本场依然维持小雨；07时30分后直线下降，本场降水结束。液态水廓线高值持续维持时段与本场中雨时段有较好对应。
Figure 4. Microwave radiometer relative humidity (a) and liquid water profile (b) from 14:00 on May 26 to 14:00 on May 27, 2024
图4. 2024年5月26日14时~27日14时的微波辐射计相对湿度(a)和液态水廓线(b)
6. 结论
2024年5月26~27日发生在乌鲁木齐国际机场的强降雨天气过程，对航班运行造成了较大的影响，利用再分析资料、微波辐射计等对其特征及成因进行初步分析，得到以下结论：
(1) 此次强降雨天气是发生在两槽两脊的环流背景下，中层为槽前西南气流，低层有西北急流与天山近乎垂直，有强烈的垂直上升运动和地形强迫抬升作用，动力条件十足。
(2) 物理量场分析出本场有垂直上升运动和辐合抬升运动，为降雨提供动力条件；水汽来源为偏西路径，且降雨期间本场相对湿度整层均趋于饱和，提供良好的水汽条件。
(3) 微波辐射计资料中的相对湿度和液态水含量的反应很好，相对湿度能反映降水的发生，但对雨强没有更好地体现；液态水含量的出现和消失不仅能反应降水的开始和结束，其高值维持时段与雨强变化也有很好的对应，在今后的降水预报中是一个重要的参考指标。