MCC對貴州西部暴雨的影響

王興菊，羅喜平，吳哲紅，王明歡，周文鈺

(1.貴州省安順市氣象局，貴州 安順 561000；2.貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002；3.華中區(qū)域數(shù)值預(yù)報中心，湖北 武漢 430074)

MCC對貴州西部暴雨的影響

王興菊1，羅喜平2，吳哲紅1，王明歡3，周文鈺1

(1.貴州省安順市氣象局，貴州 安順 561000；2.貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002；3.華中區(qū)域數(shù)值預(yù)報中心，湖北 武漢 430074)

利用自動站觀測資料、探空資料及NCEP 再分析資料，對2010年6月、2012年5月、2014年6月3次貴州西部的暴雨天氣過程進行對比分析。結(jié)果表明，貴州西部地區(qū)出現(xiàn)的MCC，主要發(fā)生在副高外圍的槽前西南氣流中。副高比較強盛，在500～850 hPa有明顯的高壓體存在，降水發(fā)生后次日沒有顯著負變溫，屬于局地鋒生。MCC對流云團產(chǎn)生的降雨強度與云團的偏心率和冷云頂面積有很好的對應(yīng)關(guān)系，強降雨時段發(fā)生在對流云團發(fā)展旺盛的階段。與周圍環(huán)境明顯的海拔高度差和溫度差造成的熱力差異，造成了貴州西部地區(qū)的中尺度風(fēng)場輻合線。使得影響貴州的MCC總是在這里觸發(fā)并發(fā)展增強，并帶來強降水。3次暴雨過程中貴州中西部的θse等值線都非常密集，上升氣流非常明顯，中層θse分布呈漏斗狀分布，有利于對流性天氣發(fā)生。3次暴雨過程中，貴州中西部地區(qū)都有水汽通量輻合中心存在，充足的水汽輸送為MCC 發(fā)生、發(fā)展提供了良好的水汽條件。

特大暴雨；高空槽；MCC；TBB；假相當(dāng)位溫

1 引言

自1980年Maddox[1]發(fā)現(xiàn)中尺度對流復(fù)合體(MCC)以來，MCC的研究得到了氣象工作者的極大關(guān)注。Maddox發(fā)現(xiàn)美國中西部許多地區(qū)暖季中的大量降水，是由這種長生命史的對流系統(tǒng)產(chǎn)生的，Maddox 提出[2]，MCC常在弱的地面鋒附近有明顯的南風(fēng)低空急流輸送暖濕空氣的區(qū)域生成，往往與對流層中層向東移動的短波槽相聯(lián)系，這個短波槽東南方相當(dāng)大的區(qū)域中大氣呈條件不穩(wěn)定狀態(tài)，主要的強迫因子是對流層低層的暖濕平流，高層則位于西風(fēng)急流的反氣旋一側(cè)。我國氣象研究人員也對中國大陸上的MCC進行了大量研究，在MCC的起源地研究上，李玉蘭等[4]利用每隔6 h 1張的增強顯示云圖，普查了1983—1986年4—9 月我國西南、華南地區(qū)的MCC活動，發(fā)現(xiàn)生成地區(qū)基本集中在105°～109°E、23°～28°N這一地區(qū)；項續(xù)康等[5]也發(fā)現(xiàn)103°～108°E、25°～31°N區(qū)域是我國南方地區(qū)MCC的主要生成地，其原因可能與特殊的地形有關(guān)；段旭[6]利用20多年的紅外云圖資料分析了MCC的統(tǒng)計特征，發(fā)現(xiàn)MCC多發(fā)生在低緯高原東部的滇黔和中越之間。在MCC成因研究上，主要集中在長江中下游和華南地區(qū)較多[7-12]，而在MCC多發(fā)地的云貴高原卻研究得較少，段旭等[13]認(rèn)為，低緯高原處于副熱帶高壓的西側(cè)及云貴高原地形的作用，MCC發(fā)生的環(huán)境條件與其他地區(qū)有明顯的差異；許美玲等[14]對發(fā)生在滇桂交界地區(qū)的一次MCC發(fā)生發(fā)展機制進行了分析，表明低層的增暖增濕，高層的干冷空氣入侵，形成了強的對流不穩(wěn)定區(qū)，中尺度擾動及低空偏南氣流在地面靜止鋒上被迫抬升，是MCC生成的主要機制[15]。

本文統(tǒng)計分析了2008—2014年夏季在貴州西部共發(fā)生的13次MCC暴雨天氣過程，發(fā)現(xiàn)500 hPa基本上都為高空槽前西南氣流影響，700～850 hPa在貴州中北部或中西部有明顯的切變，并有明顯的西南急流。副高比較強盛，在500～850 hPa有明顯的高壓體存在。地面受熱低壓影響，中心一般位于云南，在降水過程中熱低壓發(fā)展增強，一般在02時發(fā)展增強，冷空氣不明顯，降水發(fā)生后次日沒有顯著負變溫，屬于局地鋒生。

本文使用自動站觀測資料、NCEP再分析資料、TBB資料，選取了2010年6月28日，2012年5月22日和2014年6月20日貴州西部3次特大暴雨過程進行對比分析，初步探討MCC對貴州西部暴雨的影響。

2 個例簡介

2010年6月27日20時—28日20時(簡稱“10·6”過程)、2012年5月21日20時—22日20時(簡稱“12·5”過程)、2014年6月19日20時—20日20時(簡稱“14·6”過程)貴州西部都產(chǎn)生了特大暴雨過程，都造成了比較嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，3次過程降雨和災(zāi)情概況見表1和圖1。

3 500hPa環(huán)流形勢分析

“10·6”過程(見圖2a)：6月27日08時，500 hPa環(huán)流為“兩脊一槽”型，副高位置偏南偏西，烏拉爾山地區(qū)為阻塞高壓控制，巴湖到貝湖為寬廣的低壓槽區(qū)，貝湖東面為另一個高壓區(qū)，在四川盆地到貴州西部有一小槽。貴州受槽前西南氣流影響。副高強盛，西伸脊點達到107°E附近，南支槽深度接近10個緯距。

表1 3次過程降雨和災(zāi)情概況

圖1 3次過程降水量(單位：mm)

“12·5”過程(見圖2b)：500 hPa歐亞中高緯為“兩槽一脊”環(huán)流形勢，兩長波槽分別位于我國巴爾克什湖以南和我國中東部地區(qū)，高壓脊位于我國的內(nèi)蒙古一帶，貴州主要受南支孟加拉灣槽前西南氣流影響。中低緯地區(qū)高壓環(huán)流明顯，從貴州南部到中國海南一帶都為高壓環(huán)流控制，南支槽深度接近5個緯距。

“14·6”過程(見圖2c)：500 hPa歐亞中高緯為“兩槽一脊”環(huán)流形勢，兩長波槽分別位于蒙古和我國東部地區(qū)，高空槽位于河套東部到四川南部，貴州受槽前偏西氣流影響。中低緯地區(qū)高壓環(huán)流明顯，整個貴州到中國海南一帶都為高壓環(huán)流控制，南支槽深度接近10個緯距。

4 對流的生成區(qū)

按照參考文獻[16-17]對MCC的定義，取衛(wèi)星云圖上云頂亮溫TBB≤-32℃云團為MCS(中尺度對流系統(tǒng))，滿足-32℃以下云罩面積在10萬km2，且-53℃以下云罩面積在5萬km2以上，維持6h以上的暴雨云團為MCC(中尺度對流復(fù)合體)。MβCS定義TBB≤-32℃的連續(xù)冷云蓋的直徑≥20 km的對流系統(tǒng)。

3次暴雨過程發(fā)生前，都在貴州省畢節(jié)赫章附近生成橢圓形云團(見圖3)，其中“10·6”過程中對流云團生成于27日19時，中心值TBB≤-32℃，連續(xù)冷云蓋的直徑為30 km?！?2·5”過程中21日16時云圖TBB中心值達到68℃，冷云蓋的直徑為115 km，面積9 147 km2?！?4·6”過程中19日14時云圖TBB中心值達到89℃，冷云蓋的直徑為215 km的，面積6 618 km2。3次暴雨個例的觸發(fā)區(qū)都在畢節(jié)威寧附近，對流云團生成時都達到MβCS的標(biāo)準(zhǔn)。對流的觸發(fā)時間一般在14—19時之間。

圖2 500 hPa高度場(等值線，單位：gpm)和風(fēng)場(風(fēng)羽，單位：m·s-1)

圖3 TBB實況圖(陰影，單位：℃)

5 對流的發(fā)展

表2給出這3個MCC發(fā)生的日期、生命史、最強盛時刻及其對應(yīng)的-32℃冷云頂面積、偏心率。通過對表2的分析看出，這3次MCC共同點：生命史在7～8 h之間，發(fā)展最強盛的時間在03—04時，發(fā)展最強盛時刻-32℃冷云頂面積都超過了20萬km2，-52℃冷云頂面積都超過了15萬km2。

表2 3次暴雨過程中的MCC概況

不同點(見圖4)：“10·6”過程中是由2個中尺度對流云團發(fā)展加強并合并為一個雙核的對流云團，所以偏心率較小，為0.63，發(fā)展最強盛時刻-32℃冷云頂面積為232 031 km2，最強冷云核中心溫度達到-80℃?！?2·5”過程中是一個比較完整的單核的MCC，偏心率達到0.83，發(fā)展最強盛時刻-32℃冷云頂面積為230 229 km2，最強冷云核中心溫度達到-80℃?！?4.6”過程中是由多個對流云團引發(fā)列車效應(yīng)，最后合并為MCC，偏心率達到0.97，發(fā)展最強盛時刻-32℃冷云頂面積為333 838 km2，最強冷云核中心溫度為-70℃。

6 MCC的發(fā)展與雨強的關(guān)系

圖5給出這3次降雨過程20時—次日07時中的小時最大降雨量、>50 mm的站數(shù)、>25 mm的站數(shù)。3次過程中最強降雨時段基本上都在當(dāng)日22時—次日04時，最大小時雨量在78.8～117.6 mm，也就是MCC基本形成到發(fā)展最旺盛的時候?！?0·6”過程中最大小時雨量為78.8 mm，小時雨量>50mm最多為22日01時2站；“12·5”過程中最大小時雨量為86.3 mm，小時雨量>50 mm最多為21日23時和次日01時7站；“14·6”過程中最大小時雨量為117.6 mm，小時雨量>50 mm最多為20日01時23站。從3次暴雨過程雨強分析來看，“14·6”過程的雨強最大，“12·5”過程次之，“10·6”過程中最小。在前面分析的3次MCC云團各項指標(biāo)來看，“14·6”過程中的發(fā)展最強盛時刻-32℃和-52℃冷云頂面積最大，偏心率也是最大的，“12·5”過程次之，“10·6”過程中最小。從前面的對比分析可以看出，MCC對流云團產(chǎn)生的降雨強度與云團的偏心率和冷云頂面積有很好的對應(yīng)關(guān)系，強降雨時段均發(fā)生在對流云團發(fā)展旺盛的階段。

圖4 TBB時序圖(陰影，單位：℃)

圖5 雨量時序圖，6月27日 “10·6”個例統(tǒng)計(a)；5月21日“12·5”個例統(tǒng)計(b)；6月19日“14·6”個例統(tǒng)計(c)

7 對流云團的移動路徑貴州西部的特殊地形分析

對流云團在地處烏蒙山左側(cè)的赫章生成后，沿著貴州西部邊緣地區(qū)，經(jīng)過水城、晴隆等地，到達關(guān)嶺、望謨一帶，并在貴州西部發(fā)展加強，逐步向東北方向擴展影響貴州西部地區(qū)。貴州西部的水城、晴隆、關(guān)嶺、貞豐、望謨、冊亨地處烏江上游和北盤江上游的交會地帶。從貴州地形圖來看(見圖6)，這些地區(qū)地形低矮，與周圍海拔差達到1 000 m以上。

由于貴州西部地處烏蒙山地區(qū)的威寧、水城等地與右側(cè)的納雍、六枝等地存在明顯的海拔差，也造成了這些地區(qū)明顯的溫差。從1981—2010年夏季平均氣溫(圖7)來看，貴州西部存在威寧與赫章溫差3.6℃，水城與納雍、六枝、盤縣溫差接近2℃，關(guān)嶺也比周圍的站點高1～2℃。從貴州西部兩要素站點的氣溫來看(圖略)，畢節(jié)、安順、六盤水、黔西南等地區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)存在10℃的溫差，例如關(guān)嶺縣崗烏鎮(zhèn)滑坡現(xiàn)場的海拔為755 m，夏季午后的最高溫度接近于40℃，而關(guān)嶺其它地區(qū)的海拔基本上都在1 000 m以上，最高溫度一般都在33℃[18]。

李博[19]的局地低矮地形對華南暴雨影響的數(shù)值試驗表明，局地地形可造成局地特大暴雨，而局地特大暴雨又具有顯著的中尺度特征。與周圍環(huán)境明顯的海拔高度差和溫度差造成的熱力差異，造成了貴州西部地區(qū)的中尺度風(fēng)場輻合線，使得影響貴州的MCC總是在這里觸發(fā)生成并發(fā)展增強，帶來強降水[18]。

8 鋒區(qū)不穩(wěn)定層結(jié)與垂直運動

從圖8a中可看到，2010年6月27日20時沿26°N的垂直剖面上，103°～108°E之間貴州中西部的θse等值線非常密集，中心值為385 K，700 hPa以下中低層有對流不穩(wěn)定層結(jié)，中層700～500 hPa的θse分布呈漏斗狀分布，有利于對流性天氣發(fā)生。鋒前103°～108°E區(qū)域附近700 hPa以下有中心值為-18×10-2m·s-1的上升中心，在貴州中西部地區(qū)從低層到高層都為一致的上升氣流，有很強的上升運動發(fā)展。700～500 hPa附近有明顯的切變，中低層為一致的偏南氣流，對應(yīng)該區(qū)域內(nèi)中尺度暴雨云團迅速發(fā)展。

圖6 貴州省河流分布圖(a)、海拔高度圖(b)

圖7 貴州省夏季平均氣溫圖(1981—2010年)(單位：℃)

從圖8b中可看到，2012年5月21日20時沿26°N的垂直剖面上，103°～108°E之間貴州中西部的θse等值線更加密集，梯度非常明顯，貴州西部處于θse梯度最大的區(qū)域，中心值為375 K。700 hPa以下中低層有對流不穩(wěn)定層結(jié)，650～400 hPa貴州西部的θse分布呈漏斗狀，有利于對流性天氣發(fā)生。鋒前103°～110°E區(qū)域貴州范圍內(nèi)為一致的上升氣流，在850～500 hPa上有中心值為-20×10-2m·s-1的上升中心，有很強的上升運動發(fā)展。上升運動區(qū)域范圍比“10·6”大，呈橢圓形，上升運動中心高，與此次暴雨過程中的MCC對流云團形狀相似，對應(yīng)很好。700～500 hPa附近有明顯的切變，中低層為一致的偏南氣流，對應(yīng)該區(qū)域內(nèi)中尺度暴雨云團迅速發(fā)展。

圖8 假相當(dāng)位溫(θse)(等值線，單位：K)、垂直速度(陰影，單位：×10-2m·s-1)、風(fēng)場(風(fēng)羽，單位：m·s-1)沿26°N的緯向剖面圖

從圖8c中可看到，2014年6月19日20時沿26°N的垂直剖面上，103°～108°E之間貴州中西部也處于θse等值線的密集區(qū)，梯度比較明顯，貴州西部處于θse梯度最大的區(qū)域，中心值為385 K。800 hPa以下中低層有對流不穩(wěn)定層結(jié)，800～700 hPa貴州中部的θse分布呈漏斗狀，有利于對流性天氣發(fā)生。鋒前103°～110°E區(qū)域貴州范圍內(nèi)為一致的上升氣流，在850～500 hPa上有中心值為-21×10-2m·s-1的上升中心，有很強的上升運動發(fā)展。在103～118°E范圍內(nèi)有2個明顯的上升區(qū)，自西向東呈帶狀分布，該時段云圖上的貴州中部以南地區(qū)也存在有2個冷云核的對流云團。在700 hPa以下貴州范圍內(nèi)也為一致的西南暖濕氣流，為后期暴雨的產(chǎn)生提供充足的水汽。

通過對3次暴雨過程的鋒區(qū)不穩(wěn)定層結(jié)與垂直運動分析來看：3次暴雨過程中貴州中西部的θse等值線都非常密集，中低層有對流不穩(wěn)定層結(jié)，中層θse分布呈漏斗狀分布，有利于對流性天氣發(fā)生。3次過程中的上升氣流都非常明顯，中心值在-18×10-2m·s-1以上。

9 水汽條件分析

圖9 水汽通量散度沿26°N的緯度—經(jīng)向剖面圖(單位：g·cm-2·hPa-1·s-1)(陰影表示負值)

從圖9中可看到，沿26°N水汽通量散度的垂直剖面上看：2010年6月27日14時，500 hPa以下水汽都是輻合區(qū)，沒有明顯的輻散區(qū)，貴州西部103°～106°E之間為輻合中心，中心值為-7×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1。2012年5月21日14時800 hPa以下水汽都是輻合的，貴州西部103°～106°E之間為輻合中心，中心值為-5×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，800～500 hPa為輻散區(qū)，中心值為1×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1。2014年6月19日14時貴州西部地區(qū)600 hPa以下都為水汽輻合區(qū)，102°～106°E之間也為輻合中心，中心值為-3.5×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，600 hPa以上有輻散區(qū)，中心值為0.5×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1。

通過以上分析可以看出，3次暴雨過程中，貴州中西部地區(qū)都有水汽通量輻合中心存在，其中“12·5”和“14·6”暴雨過程中水汽通量散度呈上正下負的分布。充足的水汽輸送為MCC發(fā)生、發(fā)展提供了良好的水汽條件。

10 結(jié)論

① 貴州西部地區(qū)出現(xiàn)的MCC，主要發(fā)生在副高外圍的槽前西南氣流中。副高比較強盛，在500～850 hPa有明顯的高壓體存在，降水發(fā)生后次日沒有顯著負變溫，屬于局地鋒生。

② 貴州西部MCC對流云團產(chǎn)生的降雨強度與云團的偏心率和冷云頂面積有很好的對應(yīng)關(guān)系，強降雨時段發(fā)生在對流云團發(fā)展旺盛的階段。

③ 與周圍環(huán)境明顯的海拔高度差和溫度差造成的熱力差異，造成了貴州西部地區(qū)的中尺度風(fēng)場輻合線，使得影響貴州的MCC總是在這里觸發(fā)并發(fā)展增強，并帶來強降水。

④ 3次暴雨過程中貴州中西部的θse等值線都非常密集，上升氣流都非常明顯，中層θse分布呈漏斗狀分布，有利于對流性天氣發(fā)生。

⑤ 3次暴雨過程中，貴州中西部地區(qū)中低層都有水汽通量輻合中心存在，充足的水汽輸送為MCC發(fā)生、發(fā)展提供了良好的水汽條件。

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MCC’s Influence on Torrential Rain in Western Guizhou

WANG Xingju1，LUO Xiping2，WU Zhehong1，WANG Minghuan3，ZHOU Wenyu1

(1.Guizhou Anshun Meteorological Bureau，Anshun 561000；2.Guizhou Meteorological Observatory，Guiyang 550002；3.Central China region Numerical Weather Prediction Center，Wuhan，430074)

‘10·6’，‘12·5’and‘14·6’torrential rain in western Guizhou are analyzed through contrast by using the automatic station observation data，sounding data and NCEP reanalysis data.It demonstrate that MCC in western Guizhou mainly occurs in the southwest flow outside strong subtropical high.All these torrential rain processes have obvious high pressure from 850 hPa to 500hPa，unobvious negative temperature and local frontogenesis.The intensity of rainfall produced by MCC is close connected with the cloud cluster eccentricity and cloud top area，with the strongest intensity occurring when MCC develops greatly.The generation and development of MCC always appear in western Guizhou because of mesoscale convergence line caused by surrounding different altitude and thermal difference.These three torrential rain processes both have dense pseudo-equivalent temperature isoline，visible updraft and the convergence center of moisture flux divergence in central and western Guizhou.The funnel shape of θse in middle-level is conducive to the happening of convective weather.The sufficient water vapor transportation offers the favorable vapor condition for the generation and development of MCC.

Extraordinary rainstorm；Upper trough；MCC；TBB；Pseudo-equivalent temperature

2015-05-07

黔氣科合[2014]05號“貴州省山洪外場試驗中尺度分析場建立與評估”；安市科合[2015]08：“安順中尺度對流復(fù)合體(MCC)的研究”；國家自然基金項目(41065003)：“西南山地夏季中尺度對流復(fù)合體研究”共同資助。

王興菊(1980—)，女，工程師，主要從事短期天氣預(yù)報研究工作。

1003-6598(2015)05-0001-07

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