廣西區(qū)域夏季中尺度對(duì)流系統(tǒng)時(shí)空分布特征

何立，黃小燕，趙金彪，羅永明

（1.廣西區(qū)氣象減災(zāi)研究所，廣西 南寧 530022；2.國(guó)家衛(wèi)星氣象中心遙感應(yīng)用實(shí)驗(yàn)基地，廣西 南寧 530022；3.廣西區(qū)氣象臺(tái)，廣西 南寧 530022）

廣西區(qū)域夏季中尺度對(duì)流系統(tǒng)時(shí)空分布特征

何立1，2，黃小燕1，2，趙金彪3，羅永明1，2

（1.廣西區(qū)氣象減災(zāi)研究所，廣西 南寧 530022；2.國(guó)家衛(wèi)星氣象中心遙感應(yīng)用實(shí)驗(yàn)基地，廣西 南寧 530022；3.廣西區(qū)氣象臺(tái)，廣西 南寧 530022）

利用2010～2014年6～8月FY2E高分辨率逐時(shí)紅外亮溫（TBB）數(shù)據(jù)對(duì)廣西區(qū)域夏季的中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明：該區(qū)域MCS分布總體呈東西向帶狀分布特征，與廣西地形走勢(shì)相關(guān)。北部MCS活躍度較低，南部西南暖濕氣流受到十萬(wàn)大山的阻擋，MCS非?；钴S，形成了廣西最重要的一個(gè)暴雨中心。在年際變化上，2013年廣西區(qū)域MCS活動(dòng)頻率較低，2010年較高，其他年份持平。月變化上，6月MCS最為活躍，7月和8月MCS活躍度降低，與廣西各月平均暴雨站次分布曲線相吻合。由于廣西區(qū)域海陸交界處呈顯著的海陸風(fēng)環(huán)流特性，因此，MCS日變化特點(diǎn)是白天向陸地傳播、夜間向海洋傳播，傍晚陸地MCS活躍度達(dá)到峰值。上述特性說(shuō)明了地形和海陸熱力差異導(dǎo)致了廣西區(qū)域MCS獨(dú)特的氣候分布特征。

中尺度對(duì)流系統(tǒng)；紅外亮溫；時(shí)空分布特征

1 引言

廣西地處低緯度地區(qū)，夏季強(qiáng)對(duì)流天氣頻發(fā)，造成較為嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。中尺度對(duì)流系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱MCS）［1-13］是產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣的主要天氣系統(tǒng)，由于MCS空間和時(shí)間尺度跨度大，其生命史從數(shù)小時(shí)至幾十小時(shí)，水平尺度從20km至2000km，因此具有較高時(shí)空分辨率的地球靜止衛(wèi)星紅外云圖是監(jiān)測(cè)中尺度對(duì)流系統(tǒng)的重要工具之一。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用靜止衛(wèi)星紅外云圖對(duì)中尺度對(duì)流系統(tǒng)進(jìn)行普查，取得了較多的研究成果。Velasco和Fritsch［14-15］等對(duì)影響美國(guó)、非洲、南美洲等地區(qū)的MCC進(jìn)行了普查，對(duì)了解全球范圍的MCS分布有著重要的意義。Hodges和Thorncroft［16］利用8a的歐洲航天局氣象衛(wèi)星圖像對(duì)非洲區(qū)域7、8、9月份的MCS進(jìn)行識(shí)別統(tǒng)計(jì)分析，并研究了MCS分布、季節(jié)性變化以及與地形的關(guān)系等。Jirak和Cotton［17］等人利用雷達(dá)和衛(wèi)星資料對(duì)MCS進(jìn)行研究，分析四類MCS的氣候特征，發(fā)現(xiàn)線性對(duì)流PECS與強(qiáng)降雨關(guān)系密切。段旭和張秀年［18］等對(duì)云南及周邊地區(qū)中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)低緯度高原地區(qū)MCS與其他地區(qū)有明顯的不同，具有明顯的地域特點(diǎn)。鄭永光和陳炯［19］等利用10aTBB資料對(duì)夏季中國(guó)及中國(guó)周邊地區(qū)的MCS活動(dòng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)夏季MCS總體分布特點(diǎn)是呈現(xiàn)東西方向帶狀分布，且不同下墊面MCS分布變化也有差異。卓鴻和趙平［20］等人利用逐小時(shí)衛(wèi)星資料和NCEP再分析資料研究位于黃河下游地區(qū)的中尺度對(duì)流系統(tǒng)的氣候特征，發(fā)現(xiàn)MCS具有明顯的年際變化特點(diǎn)，且該區(qū)域夏季降水主要與MCC和PECS有關(guān)。

為了進(jìn)一步了解廣西區(qū)域的強(qiáng)對(duì)流活動(dòng)情況，本文利用FY2E逐時(shí)紅外亮溫（TBB）數(shù)據(jù)對(duì)廣西區(qū)域的中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以獲取該區(qū)域MCS的時(shí)空變化特征。

2 資料與處理

本文所使用的資料主要取自國(guó)家衛(wèi)星氣象中心提供的中國(guó)FY-2E（風(fēng)云二號(hào)E星）地球靜止氣象衛(wèi)星的逐時(shí)紅外亮溫（TBB）資料。該資料的時(shí)間分辨率是1h，水平分辨率為0.05°×0.05°。資料起止時(shí)間為2010年6月至2014年8月，共計(jì)5a的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，選取每年的夏季6～8月進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。需要說(shuō)明的是，在分析處理前首先對(duì)異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，異常情況主要包括數(shù)據(jù)缺失，掉線等。統(tǒng)計(jì)表明，資料缺失率小于1%，不影響MCS的氣候統(tǒng)計(jì)分析。文中討論的廣西區(qū)域是指東經(jīng)104°～112°E、北緯20°～27°N的區(qū)域范圍。

國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者，如Maddox和Jirak，Augustine，鄭永光，祁香秀，卓鴻等人，提出使用-52℃TBB來(lái)識(shí)別MCS，進(jìn)而用來(lái)研究導(dǎo)致強(qiáng)降水的重要天氣系統(tǒng)，因此本文以每個(gè)格點(diǎn)數(shù)據(jù)的TBB來(lái)識(shí)別MCS，從而比較全面了解廣西區(qū)域MCS的時(shí)空變化特征。

文中所使用的統(tǒng)計(jì)MCS的方法主要參考鄭永光，陳炯［19］等提出的方法，即首先將統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)各個(gè)格點(diǎn)TBB≤-52℃出現(xiàn)的時(shí)次分別進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后除以每個(gè)格點(diǎn)所有資料的總時(shí)次得到百分比，在統(tǒng)計(jì)中異常資料將被剔除，該百分比表征了廣西區(qū)域內(nèi)MCS的活動(dòng)頻率，從而獲取該區(qū)域的日、月、年變化以及空間地理分布特征，同時(shí)還定義了MCS活動(dòng)頻率大于5%的區(qū)域?yàn)榛钴S區(qū)。

3 MCS時(shí)空分布特征

3.1 MCS總體分布特征

圖1（見(jiàn)彩頁(yè)）給出了廣西區(qū)域5a夏季MCS總體分布特征以及廣西地形地貌圖。分析表明，該區(qū)域的MCS呈明顯的緯向帶狀分布（圖1a），MCS活躍區(qū)主要集中在沿海一帶以及北部灣海面。研究發(fā)現(xiàn)，由于該區(qū)域?qū)儆跂|亞季風(fēng)氣候區(qū)，副高和中緯度擾動(dòng)是影響廣西夏季降水的重要因素，副高西北側(cè)的西南氣流把海面上水汽向內(nèi)陸輸送，受到十萬(wàn)大山的阻擋抬升，在其南側(cè)形成了強(qiáng)降水區(qū)，因此該區(qū)域的MCS非常活躍。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，廣西內(nèi)陸由北向南還存在四條明顯的MCS分布帶（圖1a），第一條分布帶位于25°N附近的天平山-南嶺山脈一帶，分布帶北部的MCS活躍度較低，均小于3%。第二條位于23.5°N附近，靠近北回歸線，橫穿廣西中部盆地和平原，包括武鳴盆地、來(lái)賓平原和潯江平原。第三條分布帶沿著十萬(wàn)大山向東延伸到六萬(wàn)大山、云開(kāi)大山一帶的以南地區(qū)，是廣西MCS主要的活躍區(qū)。第四條分布帶則位于十萬(wàn)大山南側(cè)的東興一帶，MCS最為活躍，年降水量達(dá)2100～2760mm，是廣西最大的暴雨中心。南部的北部灣海域?qū)儆诤Ｑ笮詺夂颍募綧CS也非?；钴S。進(jìn)一步與廣西地形地貌圖（1b）相比較發(fā)現(xiàn)，廣西山脈分級(jí)走勢(shì)與MCS分布帶有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，尤其在南部地區(qū)，這說(shuō)明地形對(duì)強(qiáng)對(duì)流發(fā)生、發(fā)展有重要的影響。

3.2 MCS年際變化特征

2010～2014年廣西區(qū)域MCS的年際變化較為明顯。MCS活躍程度呈明顯的間隔性變化特征，即2010，2012，2014年較為活躍；而2011和2013年活躍度有所降低，這種現(xiàn)象在桂北-桂西一帶表現(xiàn)尤為明顯，然而在大容山—六萬(wàn)大山—十萬(wàn)大山山脈以南區(qū)域（黑線以南區(qū)域），整個(gè)夏季MCS都處于比較活躍的狀態(tài)，尤其是十萬(wàn)大山南側(cè)區(qū)域。分析表明廣西地處季風(fēng)氣候區(qū)，南海夏季風(fēng)將水汽充沛的暖濕氣流不斷地往內(nèi)陸輸送，同時(shí)受到南下的弱冷空氣以及大容山—六萬(wàn)大山—十萬(wàn)大山山脈的共同影響，山脈南側(cè)的對(duì)流活躍，降水量豐富；越往北，水汽輸送能力逐漸減弱，對(duì)流活躍度降低，降水減少。由于南海季風(fēng)的爆發(fā)日期和過(guò)程存在明顯的年際變化［21］，受其影響廣西區(qū)域MCS分布也隨之存在年際變化現(xiàn)象，因而出現(xiàn)了MCS活躍度間隔性變化的特征。

3.3 MCS月變化特征

圖2（見(jiàn)彩頁(yè)）為5a夏季廣西區(qū)域MCS分布的月變化特征，分析發(fā)現(xiàn)，6月份的MCS活躍程度最高，除桂東北區(qū)域外，其他區(qū)域MCS活躍區(qū)，MCS高活躍區(qū)（MCS活動(dòng)頻率大于9%）移動(dòng)到大容山—六萬(wàn)大山—十萬(wàn)大山山系以北區(qū)域，而十萬(wàn)大山南側(cè)6月份變成MCS活動(dòng)頻率高值中心，形成廣西夏季暴雨中心。7月份MCS活躍區(qū)迅速南退，移動(dòng)到云開(kāi)大山—六萬(wàn)大山—十萬(wàn)大山以南區(qū)域，整個(gè)廣西的MCS活躍度減弱，MCS活動(dòng)頻率高值中心隨之轉(zhuǎn)移到北部灣海面。8月份MCS活躍區(qū)繼續(xù)南退，除了十萬(wàn)大山南側(cè)的小部分區(qū)域，大部分的MCS活躍區(qū)已移至北部灣海面，此時(shí)海面MCS高值中心較7月份更為活躍。覃衛(wèi)堅(jiān)等人［22］對(duì)廣西各月平均暴雨站次分布研究指出，暴雨站次6月份達(dá)到峰值，7和8月份逐月下降，這與廣西區(qū)域MCS的月變化特征相吻合?？傮w而言，受西南季風(fēng)影響，6月份廣西區(qū)域MCS活躍，降水較頻繁，主要集中在廣西南部區(qū)域，7-8月份MCS活躍有所減弱，陸地區(qū)域降水趨于減弱，與廣西降水氣候特征分布相吻合。

3.4 MCS日變化特征

從2010～2014年北京時(shí)0～23時(shí)MCS活動(dòng)頻率情況（圖略）分析發(fā)現(xiàn)，00時(shí)廣西區(qū)域MCS活動(dòng)頻率較低，隨后北部灣海面上云系不斷發(fā)展，MCS的活躍度逐漸增強(qiáng)，同時(shí)桂西北區(qū)域MCS活動(dòng)范圍不斷向桂中延伸。到了早上時(shí)段（07時(shí)），在北部灣海面上形成了一個(gè)MCS活動(dòng)頻率大于13%的高值中心，范圍達(dá)到最大，對(duì)廣西沿海區(qū)域影響較大。此后高值中心范圍逐漸縮小，而MCS的活躍區(qū)范圍則不斷由海上向陸地延伸，以此同時(shí)桂西北區(qū)域的MCS活躍度在不斷減弱。中午12時(shí)海面上發(fā)展的MCS已經(jīng)北抬到云開(kāi)大山—六萬(wàn)大山—十萬(wàn)大山一帶。至下午14時(shí)在雷州半島逐步形成了一個(gè)MCS高值區(qū)并有向北延伸發(fā)展的趨勢(shì)，隨后活躍區(qū)繼續(xù)北抬至桂中一帶。傍晚18時(shí)，MCS發(fā)展達(dá)到峰值，隨后迅速減弱南退。綜上所述，廣西區(qū)域的MCS具有白天向陸地傳播、夜間則向海洋傳播的特性，且傍晚廣西內(nèi)陸MCS活躍度達(dá)到峰值。

4 結(jié)論

（1）廣西區(qū)域MCS分布呈明顯的東西向帶狀分布，與廣西的地形走勢(shì)相對(duì)應(yīng)，特別是位于十萬(wàn)大山南側(cè)的東興一帶（第四條分布帶），由于夏季西南暖濕氣流受到十萬(wàn)大山的阻擋，MCS最活躍，形成廣西最大的一個(gè)暴雨中心。

（2）廣西區(qū)域MCS的年際變化較為明顯，MCS活躍程度呈間隔性變化特征。月際變化特征表現(xiàn)為6月份MCS活躍度最高，7月和8月逐漸減弱，與廣西各月平均暴雨站次統(tǒng)計(jì)結(jié)果相一致。MCS高值中心6月份位于十萬(wàn)大山南側(cè)，之后逐漸南退，8月份則位于北部灣海域。受到廣西區(qū)域海陸交界處的海陸風(fēng)氣候影響，MCS日際變化呈現(xiàn)單峰型特點(diǎn)，具體表現(xiàn)為，白天向陸地傳播、夜間向海洋傳播。傍晚陸地的MCS活躍度達(dá)到峰值。

綜上所述，MCS氣候分布特征與廣西的地形和海陸熱力差異有較大的關(guān)系。

［1］Maddox R A.Mesoscale convective complexes［J］.Bull Amer Mete or Soc，1980，61（11）：1374-1387.

［2］李曉娟，劉作挺，林山和.1997年粵中"5.8"特大暴雨分析［J］.廣東氣象，1998（2）：24-26.

［3］陶祖鈺，王洪慶，王旭等.1995年中國(guó)的中-尺度對(duì)流系統(tǒng)［J］.氣象學(xué)報(bào)，1998，56（2）：166-177.

［4］趙金彪，劉萬(wàn)杰，何振偉.2004年7月18～21日暴雨過(guò)程的中尺度對(duì)流云團(tuán)特征［J］.廣西氣象，2005，26（z2）：10-13.

［5］農(nóng)孟松，董良淼，曾小團(tuán)等.“070613”廣西柳州極端暴雨中尺度環(huán)境場(chǎng)特征和預(yù)報(bào)技術(shù)分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2008，29（S2）：5-7.

［6］王遠(yuǎn)超，陳明璐，林寶亭.一次中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MβCS）觸發(fā)特大暴雨機(jī)理研究［J］.氣象研究與應(yīng)用，2009，30（2）：7-10.

［7］王紅軍，白愛(ài)娟.2008年6月廣東陽(yáng)江特大暴雨過(guò)程觸發(fā)機(jī)制分析［J］.廣東氣象，2009，31（4）：16-19.

［8］周武，黃忠，張錄青等.2008年6月5～7日陽(yáng)江特大暴雨的中尺度特征［J］.廣東氣象，2010，32（2）：14-17.

［9］黃開(kāi)剛.2011年5月11—12日廣西區(qū)域性暴雨診斷分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2011，32（S2）：26-28.

［10］胡勇林，洪展，陳利東.一次中尺度強(qiáng)降水天氣過(guò)程分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2012，32（1）：21-23.

［11］黃翠銀，陳劍飛.2011年10月一次廣西區(qū)域性暴雨特征分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2012，33（4）：22-26.

［12］陳偉，唐明暉，張勁強(qiáng)等.湘東北一次大暴雨“列車效應(yīng)”特征分析和預(yù)警服務(wù)［J］.廣東氣象，2014，36（4）：38-43.

［13］葉朗明，鄭偉杰，徐碧裕.2014年“5.8”廣東大暴雨中尺度特征分析［J］.廣東氣象，2014，36（6）：11-15.

［14］Velasco L，F(xiàn)ritsch J M.Mesoscale convective complexes in Americas［J］.J Geophys Res，1987，192：9591–9613

［15］Miller D，F(xiàn)ritsch J M.Mesoscale convective complexes in the western in the Pacific region［J］.Mon Wea Rev，1991，119：2978–2992

［16］K.I.Hodges and C.D.Thorncroft.Distribution and Statistics of African Mesoscale Convective Weather Systems Based on the ISCCP Meteosat Imagery［J］. Mon.Wea.Rev，1997，125：2821–2837.

［17］Israel L.Jirak，William R.Cotton，and Ray L. McAnelly.Satellite and Radar Survey of Mesoscale Convective System Development［J］.Mon.Wea.Rev. 2003，131：2428–2449.

［18］段旭，張秀年，許美玲.云南及其周邊地區(qū)中尺度對(duì)流系統(tǒng)時(shí)空分布特征［J］.氣象學(xué)報(bào).2004，62（2）：243–250.

［19］鄭永光，陳炯，朱佩君.中國(guó)及周邊地區(qū)夏季中尺度對(duì)流系統(tǒng)分布及其日變化特征［J］.科學(xué)通報(bào)，2008，53（4）：471–481.

［20］卓鴻，趙平，李春虎，等.夏季黃河下游地區(qū)中尺度對(duì)流系統(tǒng)的氣候特征分布［J］.大氣科學(xué)，2012，36（6）：1112-1122.

［21］黃榮輝，顧雷，徐予紅，等.東亞夏季風(fēng)爆發(fā)和北進(jìn)的年際變化特征及其與熱帶西太平洋熱狀態(tài)的關(guān)系［J］.大氣科學(xué)，2005，29（1）：20-36.

［22］覃衛(wèi)堅(jiān)，壽紹文等.廣西暴雨分布變化特征及成因分析［C］.全國(guó)優(yōu)秀青年氣象科技工作者學(xué)術(shù)研討會(huì)，2010.

Spatial and Temporal Distribution Characteristics of Mesoscale Convective Systems in Guangxi during summer

He Li1，2Huang Xiao-yan1，2Zhao Jin-biao3Luo Yong-ming1，2
（1.Guangxi Institute of Meteorological and Disaster-Mitigation Research，Nanning，Guangxi，530022；2. Remote Sensing Application and Experiment Station of National Satellite Meteorological Centre，Nanning，Guangxi，530022；3.Guangxi Meteorological observatory，Nanning，Guangxi，530022）

Based on FY2E hourly infrared TBB dataset during the summer（June-August）from2010 to 2014 of Guangxi，the statistical analysis of mesoscale convective systems（MCS）were carried out.The results showed that MCS in this region presented the East-to-West distribution feature，which related to the terrain of Guangxi.Because the south-west warm and moist air was resisted by Shiwan Mountains，the MCS in southern was more active than that in northern，which formed an important rainstorm center. Concerning the interannual MCS activity frequency variation，besides the MCS activity frequency held still in the rest of the years，it was lower in 2013 and higher in 2010.By contrast，referring to the monthly MCS activity frequency variation which was consistent with that of monthly average rainfall distribution curve of Guangxi，the MCS activity frequency reach the highest in June and decreased in July and August.Due to the significant characteristics of sea-land breeze circulation at the junction of theland and sea of Guangxi，the characteristics of diurnal variation of MCS is spread to the land in the day while reverse at night and the activity of MCS reached the peak at nightfall.All these characteristics explain that the topography and thermal difference between the land and sea lead to the unique climate distribution of MCS in Guangxi.

Mesoscale convective systems；TBB；characteristics of spatial and temporal distribution

P46

A

1673-8411（2016）01-0006-04

2015-10-28

廣西自然科學(xué)基金（2012GXNSFBA053133），廣西自然科學(xué)基金（2012GXNSFBA053134），廣西自然科學(xué)基金（2013GXNSFBA019225），廣西區(qū)氣象局氣象科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目（桂氣科201304）

何立（1977-），男，廣西博白人，高級(jí)工程師，主要從事衛(wèi)星遙感應(yīng)用研究工作