我國西南地區(qū)一次暴雨過程特征及成因

井喜，屠妮妮，曾鵬，李明娟，葉成志，杜小玲，井宇，李棟梁

(1.中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081;2.榆林市氣象局，陜西榆林719000;3.中國氣象局成都高原氣象研究所，四川成都610071;4.廣西壯族自治區(qū)氣象臺(tái)，廣西南寧530022;5.陜西省氣象局，陜西西安710015;6.湖南省氣象局，湖南長沙410007;7.貴州省氣象局，貴州貴陽550002;8.南京信息工程大學(xué)，江蘇南京210044)

我國西南地區(qū)一次暴雨過程特征及成因

井喜1，2，屠妮妮3，曾鵬4，李明娟5，葉成志6，杜小玲7，井宇5，李棟梁8

(1.中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081;2.榆林市氣象局，陜西榆林719000;3.中國氣象局成都高原氣象研究所，四川成都610071;4.廣西壯族自治區(qū)氣象臺(tái)，廣西南寧530022;5.陜西省氣象局，陜西西安710015;6.湖南省氣象局，湖南長沙410007;7.貴州省氣象局，貴州貴陽550002;8.南京信息工程大學(xué)，江蘇南京210044)

利用衛(wèi)星云圖、多普勒天氣雷達(dá)資料和高空風(fēng)等各種天氣學(xué)資料，對2009年6月8—9日廣西、貴州、以及和湖南交界地帶的一次暴雨過程進(jìn)行了綜合分析。結(jié)果表明，暴雨是由中尺度對流復(fù)合體東移、β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展、以及二者合并造成的;地面α中尺度低壓帶配合α中尺度緯向切變線的生成，為中尺度對流復(fù)合體(mesoscale convective complex，MCC)的東移發(fā)展、β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)的發(fā)展、以及二者的合并創(chuàng)造了有利條件;地面能量比低值舌的活動(dòng)是MCC和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)生成和發(fā)展的觸發(fā)機(jī)制之一;在多普勒雷達(dá)徑向速度圖上，MCC的生成和發(fā)展，伴隨西南低空急流的建立和維持，大范圍的逆風(fēng)區(qū)的生成;MCC的消亡，伴隨西南低空急流的減弱和消失，對應(yīng)西北氣流建立和東擴(kuò)。MCC發(fā)展期和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展期、MCC消散期和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)消散期的渦度收支以及視熱源和視水汽匯有很大的不同。

中尺度對流復(fù)合體;β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán);暴雨;渦度收支

0 引言

我國學(xué)者對中尺度對流復(fù)合體(mesoscale convective complex，MCC)進(jìn)行了大量的研究。張晰瑩和王承偉(2007)對高緯地區(qū)罕見的MCC衛(wèi)星云圖特征進(jìn)行了分析。肖穩(wěn)安等(1994，1995)對MCC系統(tǒng)的衛(wèi)星云圖特征和結(jié)構(gòu)做了初步分析，并用積云對流方法計(jì)算了MCC的降水?？跌P琴和肖穩(wěn)安(2001)研究了我國南方MCC的渦度、水汽和熱量收支。侯建忠等(2005)對青藏高原東側(cè)一次MCC的環(huán)境流場及動(dòng)力做了分析。井喜等(2008，2009)對淮河流域一次MCC的環(huán)境流場及動(dòng)力做了分析，并對廣西和貴州由MCC引發(fā)的一次暴雨過程從環(huán)流背景、中尺度影響系統(tǒng)、MCC的活動(dòng)、MCC的多普勒雷達(dá)回波特征、MCC生成發(fā)展的條件等方面做了分析。

但縱觀上述研究，都是針對MCC本身做的研究。2009年6月8日08:00—9日08:00(圖1;北京時(shí)間，下同)，受MCC影響，廣西和貴州的交界地帶普降暴雨，榕江降大暴雨，24 h降水量達(dá)到117 mm;但相鄰的下游湖南西南部生成一β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)，受其影響通道地區(qū)24 h降水量達(dá)到182 mm(3 h降水量達(dá)到119.5 mm)，持續(xù)的強(qiáng)降水使公路損毀嚴(yán)重，同時(shí)給其他各方面也造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。本文對上述致洪暴雨過程做了綜合分析，同時(shí)對MCC影響區(qū)和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)影響區(qū)的渦度收支、視熱源與視水汽匯做了對比分析，以期對這類暴雨的預(yù)報(bào)和預(yù)警服務(wù)提供一些有益的依據(jù)。

1 MCC以及β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)的活動(dòng)

根據(jù)Maddox(1980，1983)概括出的MCC的定義和物理特征，使用MICAPS系統(tǒng)獲得的FY2C紅外衛(wèi)星云圖資料，對此次暴雨過程MCC、β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)的活動(dòng)、以及二者合并進(jìn)行了分析。

圖1 2009年6月8日08:00—9日08:00的降水量分布(陰影區(qū):通道;★:榕江;☆:荔波;單位:mm)Fig.1 The rainfall from 08:00 BST on 8 June to 08:00 BST on 9 June 2009(units:mm;%99%92;Shaded area denotes Tongdao;★indicates Rongjiang;☆indicates Libo)

由圖2可見，8日20:00，在廣西和貴州交界地帶生成一呈帶狀的中尺度對流云團(tuán);8日23:00，云團(tuán)獲得發(fā)展，TBB≤－32℃的冷云罩面積達(dá)到250 000 km2，TBB≤－53℃的冷云區(qū)面積達(dá)到160 000 km2，云團(tuán)呈橢圓狀，初顯MCC特征;同時(shí)注意到，MCC內(nèi)部生成TBB≤－72℃的β中尺度冷云核心區(qū)(圓圈內(nèi)的區(qū)域)，對應(yīng)榕江23:00和00:00分別出現(xiàn)1 h 58 mm和40 mm的降水量(表1);9日03:00，云團(tuán)進(jìn)一步獲得發(fā)展，TBB≤－32℃的冷云罩面積達(dá)到350 000 km2，TBB≤－53℃的冷云區(qū)面積達(dá)到200 000 km2，云團(tuán)偏心率大于0.7，MCC進(jìn)入鼎盛期;同時(shí)注意到，MCC內(nèi)部TBB≤－72℃的主冷云核心區(qū)東移發(fā)展，和β中尺度冷云核心區(qū)合并為一體，對應(yīng)荔波強(qiáng)降水開始，03:00和04:00分別出現(xiàn)1 h 34 mm和25 mm的降水量(表1);還可看到，在湖南西南部邊緣地帶，另有一β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)獲得發(fā)展(方框內(nèi)的云區(qū))，通道地區(qū)強(qiáng)降水開始，出現(xiàn)1 h 25.7 mm的強(qiáng)降水;從9日04:00開始，MCC西部TBB≤－53℃的冷云區(qū)開始減弱縮小，但通道地區(qū)β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)獲得發(fā)展并和MCC連為一體，并生成一γ尺度TBB≤－72℃的新冷云核心區(qū)，對應(yīng)通道地區(qū)出現(xiàn)1 h 62.3 mm的強(qiáng)降水(表1);一直至08:00，通道地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)強(qiáng)降水;但對應(yīng)MCC是一個(gè)逐漸減弱的過程，MCC云區(qū)內(nèi)的降水并不強(qiáng)(如榕江和荔波降水強(qiáng)度小于1 h 6 mm);至11:30，云團(tuán)不再具有MCC特征，但仍可看到，通道地區(qū)出現(xiàn)1 h 14.1 mm的降水量。

圖2 FY2C衛(wèi)星云圖(單位:℃)a.8日20:00;b.8日23:00;c.9日03:00;d.9日04:00;e.9日05:00;f.9日06:00;g.9日07:00;h.9日08:00;i.9日11:30Fig.2 Satellite image of FY2C on 8 and 9 June 2009(units:℃)a.at 20:00 BST on 8 June;b.at 23:00 BST on 8 June;c.at 03:00 BST on 9 June;d.at 04:00 BST on 9 June;e.at 05:00 BST on 9 June;f.at 06:00 BST on 9 June;g.at 07:00 BST on 9 June;h.at 08:00 BST on 9 June;i.at 11:30 BST on 9 June

以上衛(wèi)星觀測事實(shí)可以清楚地反映出，9日廣西和貴州交界地帶出現(xiàn)的區(qū)域性暴雨和局地大暴雨過程，是由MCC東移發(fā)展造成的。MCC云團(tuán)內(nèi)部TBB≤－72℃的β中尺度冷云核心區(qū)的生成，對應(yīng)暴雨區(qū)內(nèi)第1階段強(qiáng)降水;MCC云團(tuán)TBB≤－72℃的主體冷云核心區(qū)的東移和TBB≤－72℃的β中尺度冷云核心區(qū)的合并，對應(yīng)暴雨區(qū)內(nèi)第2階段強(qiáng)降水;更值得注意的是，MCC云團(tuán)外TBB≤－72℃的γ中尺度冷云核心區(qū)的生成，對應(yīng)新的暴雨區(qū)和雨強(qiáng)更大的降水時(shí)段。

表1 8日22:00—9日11:00榕江、荔波、通道地區(qū)1 h降水量Table 1 The rainfall amount in Libo，Rongjiang，Tongdao from 22:00 BST on 8 June to 11:00 BST on 9 Junemm

2 環(huán)流背景

150 hPa等壓面上，6月8日20:00(圖略)，南亞高壓中心位于云南和印度東北部，南亞高壓北部從喀什—哈密—河套北部—青島生成一急流區(qū);河套北部—青島急流區(qū)南側(cè)由于氣流分支輻散，從江蘇—河南—貴州生成一輻散帶，江蘇—河南生成一散度大于2.0×10－5s－1的輻散中心(MCC發(fā)生區(qū)散度為1.0×10－5s－1)。6月9日08:00(圖3a)，伴隨伊朗槽的加深，南亞高壓中心東移，貴州生成一新的南亞高壓中心;和新的南亞高壓中心配合生成一散度大于2.6×10－5s－1的強(qiáng)輻散中心，滿足了MCC和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)生成發(fā)展所需的高空強(qiáng)輻散條件。

500 hPa等壓面上，6月8日20:00(圖略)，30°N以南我國至孟加拉灣為東高西低型:孟加拉灣為一大槽區(qū)，槽前在MCC發(fā)生區(qū)生成一反氣旋環(huán)流區(qū)，為能量的積累創(chuàng)造了有利條件;6月9日08:00(圖3b)，伴隨孟加拉灣大槽的加深、槽前西南氣流向MCC發(fā)生區(qū)發(fā)展，孟加拉灣大槽槽前的西南氣流和副熱帶高壓西側(cè)的偏南氣流在MCC發(fā)生區(qū)和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展區(qū)生成一中尺度切變線和散度為－0.4×10－5s－1的弱輻合區(qū)。

圖3 2009年6月9日08:00 150 hPa(a)、500 hPa(b)和850 hPa(c)風(fēng)場和散度場(散度場單位:10－6s－1;▲:MCC中心區(qū))Fig.3 Divergence(10－6s－1)and wind field at(a)150 hPa，(b)500 hPa and(c)850 hPa at 08:00 BST on 9 June 2009(▲indicates the central area of MCC)

850 hPa等壓面上，6月8日20:00(圖略)，我國30°N以南為東高西低形勢，廣西東南部—湖南東部生成一支西南低空急流，廣西西北部生成一支分支南風(fēng)急流，分支南風(fēng)急流把暖濕氣流源源不斷地輸向暴雨區(qū)，滿足了MCC生成發(fā)展所需的水汽條件;同時(shí)暴雨區(qū)南側(cè)的西南氣流、分支南風(fēng)氣流和暴雨區(qū)北側(cè)的東北氣流在MCC發(fā)生區(qū)生成散度大于－0.4×10－5s－1的弱輻合區(qū);6月9日08:00(圖3c)，廣西中南部—湖南東南部生成一支西南急流，西南急流和暴雨區(qū)北側(cè)的偏東氣流在湖南西南部—廣西和貴州交界地帶生成一散度大于－0.4×10－5s－1的緯向弱輻合區(qū)?？梢?，西南低空急流的維持，西南低空急流和暴雨區(qū)北側(cè)偏東氣流形成的切變線穩(wěn)定，滿足了MCC和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)生成發(fā)展所需的水汽輸送條件和水汽輻合條件;同時(shí)看到，貴州中部偏北氣流發(fā)展、廣西西北部偏西氣流發(fā)展，也是促使MCC東移的重要因素之一。

3 中尺度影響系統(tǒng)

3.1 地面中尺度系統(tǒng)的活動(dòng)

由圖4可見，8日23:00，地面氣壓場上，從廣西和貴州交界地帶至湖南西南部為一α中尺度低壓帶，α中尺度低壓帶內(nèi)有中尺度低壓生成;對應(yīng)的地面風(fēng)場上，在貴州南部、廣西西北部和湖南西南部分別生成一中尺度橫切變;和地面風(fēng)場和氣壓場的配合相對應(yīng)，從云圖上看到(圖2b)，這時(shí)正是MCC的發(fā)展進(jìn)入初始時(shí)刻，湖南西南部有β中尺度對流云團(tuán)發(fā)展期。9日02:00，地面氣壓場上，湖南西南部—廣西和貴州交界地帶維持一α中尺度低壓帶;α中尺度低壓帶內(nèi)，貴州境內(nèi)偏北氣流已向南發(fā)展至貴州南部邊緣，從廣西和貴州交界地帶至湖南西南部生成一尺度在600 km左右的α中尺度切變線，為MCC東移發(fā)展、湖南西南部β中尺度對流云團(tuán)發(fā)展、以及二者的合并提供了有利條件。9日05:00，從廣西和貴州交界地帶至湖南西南部的低壓帶繼續(xù)維持;但從風(fēng)場上看到，原位于廣西和貴州交界地帶的緯向切變線的西段轉(zhuǎn)豎，廣西西北部有偏北風(fēng)發(fā)展，可見廣西西北部偏北風(fēng)發(fā)展是MCC西部TBB≤－53℃的冷云區(qū)面積開始消散的原因之一;但原位于廣西和貴州交界地帶東段至湖南西南部的切變線穩(wěn)定少動(dòng)，地面風(fēng)場和氣壓場的配合繼續(xù)為MCC的東移發(fā)展、β中尺度對流云團(tuán)的發(fā)展、以及二者的合并提供了有利條件。9日08:00，隨著湖南西部和貴州東部偏北風(fēng)發(fā)展，地面切變線東段也向南移入廣西北部;地面氣壓場上，MCC和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)影響區(qū)低壓帶變窄，氣壓升高;地面風(fēng)場和氣壓場的配合，對應(yīng)MCC TBB≤－53℃的冷云區(qū)大面積縮小，β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)也開始減弱。9日11:00(圖略)，廣西和貴州交界地帶東部至湖南西南部的低壓帶消失，雖然廣西北部仍然有切變線存在，但從對應(yīng)的云圖上看到，MCC云體和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)快速減弱消散，強(qiáng)降水停止。

3.2 多普勒天氣雷達(dá)觀測到的MCC影響區(qū)中尺度系統(tǒng)的活動(dòng)

用河池多普勒天氣雷達(dá)獲得的資料，對此次MCC影響區(qū)的致洪暴雨的形成做進(jìn)一步分析。由圖5和圖6看到，8日23:00，從反射率因子來看，雷達(dá)北方生成一颮線回波;和颮線回波相對應(yīng)，生成一液態(tài)累積含水量大于10 kg·m－2窄帶狀回波，窄帶狀回波同時(shí)存在液態(tài)累積含水量大于30 kg·m－2的γ中尺度回波(圖略);在對應(yīng)的速度圖上可以看到，有西南低空急流發(fā)展，西南低空急流左前方同時(shí)有逆風(fēng)區(qū)生成;從圖2和表1可見，這一過程對應(yīng)云團(tuán)的發(fā)展并進(jìn)入MCC初始期，對應(yīng)MCC體內(nèi)TBB≤－72℃的β中尺度冷云核心區(qū)的生成，以及受TBB≤－72℃的β中尺度冷云核心區(qū)影響的榕江強(qiáng)降水的開始。9日02:00，颮線東西兩端回波強(qiáng)度減弱，但在颮線中部發(fā)展起來強(qiáng)度大于30 dBZ的β中尺度塊狀回波，并生成范圍很大的逆風(fēng)區(qū)。9日05:00，西南低空急流減弱，并有西北氣流入侵;對應(yīng)反射率因子，強(qiáng)度大于30 dBZ的β中尺度塊狀回波減弱，但在雷達(dá)東部新生成一條東北西南向、回波強(qiáng)度大于45 dBZ窄帶狀回波;從表1可見，這一過程對應(yīng)MCC影響區(qū)(榕江、荔波)降水強(qiáng)度大幅度減弱，但激發(fā)影響通道地區(qū)的β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)再次獲得發(fā)展，此后出現(xiàn)第2階段強(qiáng)降水。9日08:00，西南低空急流進(jìn)一步減弱，西北氣流影響區(qū)范圍擴(kuò)大;對應(yīng)反射率因子圖，雷達(dá)東部生成一回波強(qiáng)度大于45 dBZ、東北西南向完整的颮線回波;從圖2和表1可見，對應(yīng)MCC快速減弱，此后受β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)影響通道地區(qū)降水強(qiáng)度也大大減弱。9日11:00，只存在弱的偏南氣流(圖略);反射率因子圖上(圖略)，雷達(dá)西南部回波消失;影響通道地區(qū)的β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)也再次出現(xiàn)減弱，強(qiáng)降水停止。

綜上所述，第1次颮線的生成(第1次冷空氣的活動(dòng))，使云團(tuán)獲得發(fā)展，進(jìn)入MCC初始時(shí)刻;第2次颮線的生成(第2次冷空氣的活動(dòng))，使MCC云體減弱，但激發(fā)MCC東部影響通道地區(qū)的β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)再次獲得發(fā)展，使通道出現(xiàn)第2階段強(qiáng)降水。

3.3 地面能量比低值舌對MCC演變的作用

馬鶴年(1978)曾針對青藏高原東北側(cè)，把“接近地面等壓面上”單位質(zhì)量空氣的相對濕靜力能量和位勢能之比稱之為“地面能量比”，并表示為

圖4 地面風(fēng)場(a，c，e，g)和氣壓場(b，d，f，h;hPa)中尺度系統(tǒng)的活動(dòng)(▲:MCC中心區(qū);△:β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)影響區(qū))a，b.8日23:00;c，d.9日02:00;e，f.9日05:00;g，h.9日08:00Fig.4 The mesoscale systems activity on surface wind(a，c，e，g)and pressure(b，d，f，h;hPa)field(▲indicates the central area of MCC;△indicates β mesoscale strong convection cloud cluster influence area)a，b.at 23:00 BST on 8 June;c，d.at 02:00 BST on 9 June;e，f.at 05:00 BST on 9 June;g，h.at 08:00 BST on 9 June

圖5 2009年6月8日23:00(a)、9日02:00(b)、9日05:00(c)和9日08:00(d)的反射率因子Fig.5 The reflectivity imagesa.at 23:00 BST on 8 June;b.at 02:00 BST on 9 June;c.at 05:00 BST on 9 June;d.at 08:00 BST on 9 June 2009

圖6 2009年6月8日23:00(a)、9日02:00(b)、9日05:00(c)和9日08:00(d)的徑向速度Fig.6 The radial velocity imagesa.at 23:00 BST on 8 June;b.at 02:00 on 9 June;c.at 05:00 BST on 9 June;d.at 08:00 BST on 9 June 2009

式中:tσG為地面相對總溫度(tσG(℃)=tG(℃)+2.5qG(g/kg)+10ZG(km));p0為海平面氣壓;tG、qG、ZG分別為地面氣象測站的氣溫、比濕、海拔高度;地面能量比KEG的單位為℃/hPa。由于近地面空氣濕度越大、溫度越高，則tσG越大，而(p0－950)越小，KEG迅速增大;相反，近地面空氣濕度越小、溫度越低，則tσG越小，而(p0－950)增大，KEG迅速減小?？梢?，該方法對不同屬性小股空氣的分布狀況反映靈敏。由于其大梯度區(qū)是不同屬性空氣的相互作用區(qū)，因此往往是配合有一定動(dòng)力抬升條件的位勢不穩(wěn)定區(qū)。在夏季地面冷空氣往往比較弱，常規(guī)天氣圖不易分析出來，該方法顯然是一個(gè)有效的分析工具。

由圖7和圖2對比分析可見，8日20:00，寬廣的能量比高值區(qū)內(nèi)有尺度大于5個(gè)經(jīng)距緯向窄帶狀強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展(由于降水的作用，在寬廣的能量比高值區(qū)內(nèi)產(chǎn)生一尺度小的能量比低值中心);9日02:00，由于貴州北方有能量比低值舌向南入侵，使緯向窄帶狀強(qiáng)對流云團(tuán)迅速發(fā)展成為MCC，并使云團(tuán)內(nèi)部TBB≤－72℃的冷云核心區(qū)東移，荔波強(qiáng)降水開始;9日02:00，由于湖南境內(nèi)也有能量比低值舌向西入侵，在能量比低值舌的前方激發(fā)了β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)的生成和發(fā)展和通道地區(qū)強(qiáng)降水的開始;9日05:00，隨著能量比低值舌向南侵入廣西境內(nèi)，MCC西部TBB≤－53℃的冷云區(qū)開始消散，MCC TBB≤－72℃的冷云核心區(qū)東移，但MCC影響區(qū)強(qiáng)降水停止，隨后時(shí)間降水強(qiáng)度僅有2～6 mm·h－1;9日05:00，隨著湖南北方低能區(qū)的活動(dòng)，位于窄能量比高值舌內(nèi)β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)再次獲得發(fā)展，05:00—08:00產(chǎn)生強(qiáng)度大于20 mm·h－1的持續(xù)強(qiáng)降水;9日08:00，隨著能量比低值舌變寬并向南進(jìn)入廣西中部，MCC再次減弱;9日08:00，隨著湖南境內(nèi)能量比低值舌再次南移，能量比高值舌也移入廣西境內(nèi)，位于湖南境內(nèi)的β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)也迅速減弱，08:00—11:00通道地區(qū)降水強(qiáng)度也僅有6～14 mm·h－1。

4 MCC影響區(qū)和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)影響區(qū)渦度收支對比分析

圖7 6月8日23:00(a)、9日02:00(b)、9日05:00(c)和9日08:00(d)地面能量比分布(單位:℃·hPa－1)Fig.7 Surface energy ratio distribution(units:℃·hPa－1)a.at 23:00 BST on 8 June;b.at 02:00 BST on 9 June;c.at 05:00 BST on 9 June;d.at 08:00 BST on 9 June 2009

渦度收支常用于對氣旋等系統(tǒng)的分析研究，張鳳和趙思維(2003)對長江中下游地區(qū)準(zhǔn)靜止鋒上氣旋研究，通過渦度收支分析氣旋發(fā)生、發(fā)展的原因。研究表明風(fēng)場對氣旋發(fā)展有重要影響，正渦度平流的水平輸送對地面氣旋發(fā)展起間接作用。喬楓雪等(2007)對一次引發(fā)較大范圍持續(xù)性暴雨的東北低渦的渦度收支分析表明，水平渦度平流項(xiàng)和水平輻散項(xiàng)對低渦的發(fā)展加強(qiáng)起最主要的作用。張藍(lán)藍(lán)和仲榮根(1992)計(jì)算了登陸熱帶氣旋渦度收支，結(jié)果表明散度項(xiàng)是相對渦度局地變化的主要貢獻(xiàn)項(xiàng)。

渦度收支方程如下:

其中:A、B、C和D分別是水平平流項(xiàng)、垂直平流項(xiàng)、水平輻合輻散項(xiàng)和扭轉(zhuǎn)項(xiàng)、E是摩擦耗散項(xiàng)，在文中忽略摩擦的影響。β=，f為柯氏參數(shù)。對A、B、C和D項(xiàng)取區(qū)域平均，計(jì)算選取的范圍為850 hPa切變線和低渦活動(dòng)的區(qū)域。MCC的活動(dòng)區(qū)為106～110°E、23～27°N，以下簡稱E區(qū);β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)活動(dòng)區(qū)為110～112°E、25～27°N，以下簡稱F區(qū)。

4.1 MCC發(fā)展期和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展期渦度收支對比分析

圖8 2009年6月9日02:00(a，b)和08:00(c，d)E區(qū)(a，c)和F區(qū)(b，d)的渦度收支及其各分量的垂直廓線(單位:10－9s－2)Fig.8 The budget of vorticity in E area(a，c)and F areas(b，d)and vertical profiles of the regional averages of various terms of the vorticity equation on 8—9 June 2009(units:10－9s－2)a，b.at 02:00 BST on 9 June;c，d.at 08:00 BST on 9 June

從圖8a可見，MCC發(fā)展期:從1 000～300 hPa形成深厚的正渦度收支;主要是水平輻合輻散項(xiàng)和水平平流項(xiàng)的貢獻(xiàn)，在850～800 hPa形成第1正渦度收支峰值，正渦度收支達(dá)到6×10－9s－2;主要是垂直輸送項(xiàng)、以及水平輻合輻散項(xiàng)和扭轉(zhuǎn)項(xiàng)的貢獻(xiàn)，在600～500 hPa形成第2正渦度收支峰值，正渦度收支達(dá)到4×10－9s－2;而在對流層高層150～100 hPa具有比較大的負(fù)渦度收支，這主要是水平輻合輻散項(xiàng)和扭轉(zhuǎn)項(xiàng)的作用;特別要指出，扭轉(zhuǎn)項(xiàng)的作用對650～400 hPa渦度收支形成正貢獻(xiàn)。

從圖8b可見，β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展期:1 000～750 hPa形成主要的渦度收支正值區(qū);主要由于水平平流項(xiàng)、以及水平輻合輻散項(xiàng)的作用，在950～800 hPa形成很大正渦度收支峰值，正渦度收支達(dá)到3.7×10－9s－2;主要是水平輻合輻散項(xiàng)作用，在700 hPa附近形成很薄的負(fù)渦度收支峰值區(qū);600 hPa附近又形成小于1×10－9s－2正渦度收支峰值區(qū)，450～350 hPa又形成渦度收支負(fù)值區(qū)，300～200 hPa又形成正渦度收支，而100 hPa由于水平平流項(xiàng)、以及水平輻合輻散項(xiàng)的作用，又形成比較大的渦度收支負(fù)值區(qū)。

綜上所述，MCC發(fā)展期和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展期渦度收支主要差異在于:MCC發(fā)展期，從1 000～300 hPa形成深厚且數(shù)值很大的渦度收支正值層;而β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展期，主要的正渦度收支表現(xiàn)在800 hPa以下的對流層低層。

4.2 MCC消散期和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)消散期渦度收支對比分析

從圖8c可見，MCC消散期:和MCC發(fā)展期相比最突出的特點(diǎn)，850～800 hPa形成的第1正渦度收支峰值大幅度減小，正渦度收支峰值小于2×10－9s－2;600～500 hPa形成的第2正渦度收支峰值也大幅度減小，正渦度收支峰值為1.5×10－9s－2;主要是水平平流項(xiàng)和垂直輸送項(xiàng)的作用，同時(shí)在650 hPa附近形成－0.8×10－9s－2的渦度收支負(fù)值區(qū);由于水平輻合輻散項(xiàng)的作用，同時(shí)在100 hPa形成正渦度收支。

從圖8d可見，β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)消散期:對流層低層正渦度收支層增厚，從900～500 hPa形成正渦度區(qū)，800 hPa附近形成6.7×10－9s－2正渦度收支峰值;但主要是扭轉(zhuǎn)項(xiàng)、以及水平平流項(xiàng)、水平輻合輻散項(xiàng)和垂直輸送項(xiàng)的的作用，在300～100 hPa形成渦度收支正值層，200 hPa附近形成2.0×10－9s－2正渦度收支峰值。

綜上所述，MCC消散期和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)消散期渦度收支主要差異在于:MCC消散期，300 hPa以下的正渦度收支銳減，同時(shí)650 hPa附近出現(xiàn)負(fù)渦度收支層;β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)消散期，雖然500 hPa以下正渦度收支層增厚、正渦度收支峰值增大，但300～100 hPa形成渦度收支正值層，200 hPa附近形成2.0×10－9s－2正渦度收支峰值。

5 MCC影響區(qū)和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)影響區(qū)視熱源與視水汽匯對比分析

視熱源Q1表示單位時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量空氣的增溫率，視水汽匯Q2表示單位時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量水汽凝結(jié)釋放熱量引起的增溫率，二者單位為J·kg－1·s－1。視熱源Q1與視水汽匯Q2被廣泛用于暴雨過程分析，促進(jìn)對暴雨的性質(zhì)了解(周賓和文繼芬，2006;廖勝石等，2007;王文等，2007;屠妮妮等，2008)，通過比較Q1和Q2的水平、垂直分布，可以定性地分析大氣熱源的結(jié)構(gòu)和基本的熱力、動(dòng)力學(xué)過程(陶詩言等，2004)。為使視熱源和視水汽匯直觀反映大氣溫度變化情況，以Q1/cp和Q2/cp代表分析降水過程所需的視熱源和視水汽匯，單位為K·(6 h)－1，計(jì)算范圍同渦度收支。

5.1 MCC發(fā)展期和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展期視熱源和視水汽匯對比分析

圖9a為MCC發(fā)展階段視熱源和視水汽匯分布。9日02:00，伴隨上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展和350 hPa上升運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)小于－9×10－3hPa·s－1的峰值，對流層中高層視熱源和視水汽匯急速增值，出現(xiàn)最大峰值，500～400 hPa之間Q2大于12 K·(6 h)－1;400～300 hPa之間Q1大于15 K·(6 h)－1，且Q1最大峰值高度高于Q2最大峰值高度;由于持續(xù)降水的作用使對流層中低層空氣溫度降低，使在450 hPa以下Q2大于Q1;而在450 hPa以上，Q1大于Q2，積云對流對熱量的垂直輸送明顯，凈加大最大值高于最大凝結(jié)高度?？梢?，在MCC發(fā)展階段，Q1峰值大幅度增值的同時(shí)，Q2和ω最大峰值由對流層低層抬升至對流層高層，且峰值大幅度增加;對流層中高層空氣的增暖，上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈發(fā)展，對MCC的發(fā)展起著重要作用。

圖9b為β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展期視熱源和視水汽匯分布。9日02:00，β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展區(qū)整層為上升運(yùn)動(dòng)，和800 hPa、200 hPa附近的上升運(yùn)動(dòng)中心配合，分別形成兩個(gè)視熱源和視水汽匯峰值區(qū);且對流層中高層有Q2小峰值高度低于Q1峰值高度;可見，對流層低層和對流層高層的潛熱釋放、以及對流層中高層潛熱的垂直輸送，對β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展起著重要作用。

圖9 2009年6月9日02:00(a，b)和08:00(c，d)E區(qū)(a，c)和F區(qū)(b，d)區(qū)域平均的視熱源(Q1;單位:K·(6 h)－1)、視水汽匯(Q2;單位:K·(6 h)－1)和垂直速度(ω;單位:10－3hPa·s－1)以及Q1和Q2之差的垂直分布Fig.9 The vertical profiles of every 6 h regionally averaged apparent heat source(Q1，units:K·(6 h)－1)，apparent moist sink(Q2，units:K·(6 h)－1)，vertical velocity(ω，units:10－3hPa·s－1)，and the difference between Q1and Q2in E area(a，c)and F area(b，d)from 8 to 9 June 2009a，b.at 02:00 BST on 9 June;c，d.at 08:00 BST on 9 June 2009

5.2 MCC消散期和β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)消散期視熱源和視水汽匯對比分析

圖9c為MCC消散階段視熱源和視水汽匯分布。9日08:00，MCC發(fā)生區(qū)700～600 hPa垂直運(yùn)動(dòng)、以及視熱源和視水汽匯正值急劇減小?？梢?，700～600 hPa垂直運(yùn)動(dòng)、以及視熱源和視水汽匯正值急劇減小，是MCC消散的主要因素。

圖9d為β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)消散期視熱源和視水汽匯分布，9日08:00，和900～350 hPa形成深厚的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)配合，形成視熱源和視水汽匯大值區(qū);但特別應(yīng)注意，與圖6b相比，400～200 hPa之間的上升運(yùn)動(dòng)、以及視熱源和視水汽匯出現(xiàn)大幅度減弱。可見，400～200 hPa之間上升運(yùn)動(dòng)、以及視熱源和視水汽匯出現(xiàn)大幅度減弱，是β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)消散的主要因素之一。

6 結(jié)論

1)150hPa南亞高壓中心的東移、強(qiáng)輻散區(qū)的形成，配合500 hPa弱輻合區(qū)的生成、以及850 hPa低空急流前方或左前方弱輻合區(qū)的穩(wěn)定，形成有利于MCC東移發(fā)展、以及MCC前方β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展的環(huán)流背景。

2)地面α中尺度低壓帶配合α中尺度緯向切變線的生成，為MCC的東移發(fā)展、β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)的發(fā)展、以及二者的合并創(chuàng)造了有利條件;地面切變線西段的東移轉(zhuǎn)向是促使MCC西部消散、向東部發(fā)展的重要因素。

3)多普勒雷達(dá)徑向速度觀測表明，MCC的生成和發(fā)展，伴隨西南低空急流的建立和維持，大范圍的逆風(fēng)區(qū)的生成;MCC的消亡，伴隨西南低空急流的減弱和消失，對應(yīng)西北氣流建立和東擴(kuò)。

4)地面中尺度能量比低值舌的活動(dòng)，是MCC及β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)生成發(fā)展的觸發(fā)機(jī)制之一。

5)渦度收支對比分析表明:MCC發(fā)展期，從1 000～300 hPa形成深厚且數(shù)值很大的渦度收支正值層;而β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展期，主要的正渦度收支表現(xiàn)在800 hPa以下的對流層低層;MCC消散期，300 hPa以下的正渦度收支銳減，同時(shí)650 hPa附近出現(xiàn)渦度收支負(fù)值層;β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)消散期，雖然500 hPa以下渦度收支正值層增厚、正渦度收支峰值增大，但300～100 hPa形成渦度收支正值層，200 hPa附近形成2.0×10－9s－2正渦度收支峰值。

6)視熱源和視水汽匯對比分析表明:MCC發(fā)展階段，和上升運(yùn)動(dòng)垂直分布單峰值曲線相對應(yīng)，500～300 hPa之間形成視熱源和視水汽匯的主峰值，峰值達(dá)到或超過15 K·(6 h)－1;β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)發(fā)展階段，和上升運(yùn)動(dòng)垂直分布雙峰值曲線相對應(yīng)，在800 hPa附近形成視熱源和視水汽匯的第一峰值，峰值為1.5～4.5 K·(6 h)－1;在400～200 hPa之間形成視熱源和視水汽匯的第2峰值，峰值為0.5～2.5 K·(6 h)－1。MCC消散期，由于300 hPa附近上升運(yùn)動(dòng)峰值銳減，500～300 hPa之間形成的視熱源和視水汽匯峰值銳減，峰值小于6 K·(6 h)－1;由于700 hPa附近上升運(yùn)動(dòng)值銳減，700hPa附近視熱源和視水汽匯小于1 K·(6 h)－1;β中尺度強(qiáng)對流云團(tuán)消散期，900～400 hPa視熱源和視水汽匯大值層增厚，但400～200 hPa之間視熱源和視水汽匯大幅度減小。

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Cause analysis and characteristics of a rainstorm in the southwest area of China

JING Xi1，2，TU Ni-ni3，ZENG Peng4，LI Ming-juan5，YE Cheng-zhi6，DU Xiao-lin7，JING Yu5，LI Dong-liang8
(1.State Key Laboratory of Severe Weather，China Academy of Meteorological Sciences，Beijing 100081，China;2.Yulin Meteorological Bureau，Yulin 719000，China;3.Chengdu Institute of Plateau Meteorology，China Meteorological Administration，Chengdu 610071，China;4.Guangxi Zhuang Autonomous Region Observatory，Nanning 530022，China;5.Shaanxi Meteorological Bureau，Xi'an 710015，China;6.Hunan Meteorological Bureau，Changsha 410007，China;7.Guizhou Meteorological Bureau，Guiyang 550002，China;8.Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China)

By using the synoptic data such as satellite image，Doppler radar and upper wind，a rainstorm occurring in Guangxi and Guizhou as well as the southwest area of Hunan province on June 8—9，2009 is analyzed.The results show that the storm was caused by the eastward moving MCC(mesoscale convective complex)and the development of β mesoscale strong convective cloud cluster and the mergence of them.The α mesoscale low pressure belt，together with the α mesoscale shear line on the ground surface，provided the conditions for MCC's movement to the east and β mesoscale strong convective cloud cluster's development and their mergence.The low tongue of the surface energy ratio was one of thetriggers of the generation and development of MCC and β mesoscale strong convective cloud cluster.In the Doppler Radar vertical velocity diagram，the generation and development of MCC was accompanied by the establishment and maintenance of the southeast low jet stream and the generation of wide range of dead wind area.The MCC's extinction together with the weakening and vanishing southeast low jet stream，were in accordance with the generation and eastward movement of the northwest air stream.Studies also show that the budget of vorticity and the equilibrium of heat and vapour were very different during the development and vanishing periods of MCC and β mesoscale strong convective.

MCC;meso-β scale strong covective cloud cluster;heavy rainfall;vorticity budget

P426.62

A

1674-7097(2011)06-0725-12

2011-03-02;改回日期:2011-04-22

中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目(2007LASW10)

井喜(1957—)，男，陜西米脂人，正研級高工，研究方向?yàn)橹袊腗CC，jingxiailihua@126.com.

井喜，屠妮妮，曾鵬，等.2011.我國西南地區(qū)一次暴雨過程特征及成因［J］.大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，34(6):725-736.

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(責(zé)任編輯:張福穎)