2016年一次由后向傳播型MCS導(dǎo)致的大暴雨成因分析

張 寧,張萍萍,王 玨,岳巖裕

(1.湖北省氣象局，湖北 武漢 430074；2.湖北省武漢中心氣象臺(tái)，湖北 武漢 430074)

2016年一次由后向傳播型MCS導(dǎo)致的大暴雨成因分析

張 寧1,張萍萍2,王 玨2,岳巖裕2

(1.湖北省氣象局，湖北 武漢 430074；2.湖北省武漢中心氣象臺(tái)，湖北 武漢 430074)

利用NCEP再分析資料和常規(guī)實(shí)況觀測資料，對2016年湖北省梅雨期一次由后向傳播型中尺度對流系統(tǒng)所導(dǎo)致的大暴雨天氣成因進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論：①本次過程中，在冷空氣較弱、水汽充沛、能量條件好的情況下，受到西南急流和地面冷池的相互作用，導(dǎo)致出現(xiàn)后向傳播型MCS，使得降水帶從鄂東北地區(qū)向西向南擴(kuò)展，導(dǎo)致大暴雨天氣的發(fā)生；②從中尺度系統(tǒng)的演變特征看，在大暴雨發(fā)生前期，鄂東北對流云圖呈現(xiàn)明顯的指狀特征，這是即將出現(xiàn)后向傳播型的MCS的一個(gè)指示特征，預(yù)示著雨區(qū)將向西向南擴(kuò)展，在以后的預(yù)報(bào)中特別值得關(guān)注。

梅雨期；后向傳播MCS；大暴雨

Abstract：Based on NCEP/NCAR reanalysis data and other conventional observation data, the causes of a heavy rain resulted from back propagation MCS in 2016 were analyzed. The results show that : ①under the weak cold air, rich vapour and high amount , the interaction of southwest jet and ground cold pool caused back propagation MCS; ② Evolution characteristics of mesoscale show that there will be a backward propagation, which should be concerned in the forecast.

Keywords：Meiyu rainy period；back propagation MCS；heavy rain

1 引言

暴雨預(yù)報(bào)一直受到政府和氣象部門的高度重視，許多氣象工作者們進(jìn)行了相關(guān)研究[1-3]，針對湖北省梅雨期暴雨，近年來也有許多氣象學(xué)者們進(jìn)行了諸多研究[4-8]，而對于梅雨期后向傳播型中尺度對流系統(tǒng)(MCS)所導(dǎo)致的大暴雨的研究卻不多見。本文針對2016年湖北省梅雨期首場大暴雨天氣過程，從天氣尺度系統(tǒng)、中尺度系統(tǒng)級(jí)物理量場因子等方面進(jìn)行分析，試圖揭示引起這次大暴雨的天氣成因以及出現(xiàn)后向傳播型MCS原因，并提出相關(guān)預(yù)報(bào)思路。

2 天氣實(shí)況及災(zāi)情

2016年18—20日，湖北省遭遇入梅以來的首場大暴雨，局部特大暴雨天氣過程(圖1)。主要強(qiáng)降水時(shí)段為18日晚至19日，最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)100～120 mm。 據(jù)6月18日08時(shí)—6月21日08時(shí)累計(jì)雨量統(tǒng)計(jì)顯示，全省有2縣市250～500 mm、18縣市100～250 mm、26縣市50～100 mm。截至6月21日15時(shí)統(tǒng)計(jì)，入梅以來這次大暴雨過程已造成湖北省武漢、黃石等15市(州、省直管市)52縣(市、區(qū))359.08萬人受災(zāi)，11人死亡12人失蹤，緊急轉(zhuǎn)移安置6.08萬人，需緊急生活救助7.09萬人；因?yàn)?zāi)倒塌房屋2 453間，不同程度損壞7 127間；農(nóng)作物受災(zāi)面積225.36千hm2，其中絕收16.84千hm2；直接經(jīng)濟(jì)損失24.97億元。

圖1 2016年6月18日08時(shí)-6月21日08時(shí)全省累計(jì)降水量分布Fig.1 The observed accumulated precipitation(unit：mm) from 08 BT 18 June 2016 to 08 BT 21 June 2016

3 大尺度環(huán)流形勢及天氣系統(tǒng)

從大尺度環(huán)流背景看(圖2a)， 2016年6月18日20時(shí)500 hPa中高緯是兩槽一脊的形勢，新疆北側(cè)和東北地區(qū)的冷渦穩(wěn)定維持，高壓脊位于貝湖上空，低緯度副高加深北抬，588線穩(wěn)定維持在江西北部，副高外圍的西南暖濕氣流也隨之北抬到湖北省。副高外圍的暖濕空氣和北方東北冷渦后部的弱冷空氣在長江中下游一帶交匯，為湖北省出現(xiàn)大暴雨天氣準(zhǔn)備了有利的條件。

從天氣系統(tǒng)的相互配置看(圖2b)，隨著副高北抬和西南暖濕氣流加強(qiáng)，在連續(xù)幾天南風(fēng)的作用下，湖北省溫度上升很快，18日省內(nèi)北部地區(qū)的高溫達(dá)到33～35 ℃，有利于降水前期能量的積累。到19日08時(shí)，西南急流繼續(xù)發(fā)展，向湖北東部和北部源源不斷輸送水汽，19日冷暖空氣在省東部、南部交匯，700 hPa暖式切變線增強(qiáng)，850 hPa暖式切變線在湖北省東部、南部形成，強(qiáng)降水帶也隨之?dāng)U展到鄂西南、江漢平原地區(qū)。20日高空槽東移到重慶，700 hPa暖式切變線北抬至鄂東北西部地區(qū)，同時(shí)850 hPa在重慶地區(qū)形成了低渦，中低層西南急流依然很強(qiáng)盛，鄂西南和鄂東北西部出現(xiàn)了較強(qiáng)降水。

圖2 2016年18日20時(shí)500 hPa高度場(a)和天氣系統(tǒng)配置圖(b)Fig.2 (a)500 hPa height field on 20 BT 18 June 2016 , (b)Weather situation configuration on 20 BT 18 June 2016

4 中尺度系統(tǒng)演變特征分析

4.1 衛(wèi)星云圖分析

從衛(wèi)星云圖演變特征看(圖3)，19日凌晨起在鄂東北有對流云團(tuán)發(fā)展，逐漸發(fā)展成強(qiáng)盛的MCS，在MCS云團(tuán)西側(cè)不斷有小對流云團(tuán)新生與其合并，04時(shí)在MCS云團(tuán)左側(cè)形成指狀云團(tuán)，這是MCS后向傳播的典型特征之一。到08時(shí)云團(tuán)向西南方發(fā)展明顯，同時(shí)在鄂西南的低渦云系開始發(fā)展加強(qiáng)，到11時(shí)后鄂東北的MCS云團(tuán)開始減弱。

圖3 2016年 6月19日02—11時(shí)衛(wèi)星紅外云圖演變過程Fig.3 Infrared cloud picture evolution from 02 BT 19 June 2016 to 11 BT 19 June 2016

4.2 雷達(dá)回波分析

從多普勒雷達(dá)演變特征看(圖4)，19日凌晨，鄂東有對流回波發(fā)展向東北方向移動(dòng)，逐漸在大別山南麓形成西北東南向的對流回波帶，中心強(qiáng)度在50～55 dBz，在回波帶西南方向不斷有新生單體并入，為線狀MCS系統(tǒng)中的后向傳播類，該類回波因列車效應(yīng)在對流帶上形成強(qiáng)降水。強(qiáng)回波帶一直穩(wěn)定維持到19日08時(shí)左右，從剖面圖可以看到新生對流單體高度在15 km左右，并入回波帶后對流發(fā)展更旺盛，高度達(dá)18 km，50 dBz回波及地，回波傾斜度小，以強(qiáng)降水為主。09時(shí)后回波帶西南側(cè)對流單體發(fā)展加強(qiáng)，逐漸連成片，整個(gè)強(qiáng)回波中心東移。強(qiáng)降水的東風(fēng)出流與發(fā)展中南風(fēng)形成輻合，降水逐漸向西推進(jìn)。下午東部系統(tǒng)分散減弱，鄂西南在低渦東部暖切變上形成穩(wěn)定雨帶，強(qiáng)度45～50 dBz，但降水效率高，回波連成近似東西向的降水帶。

5 大暴雨成因診斷分析

5.1 熱力條件

2016年6月18日白天，湖北省大部受地面暖倒槽控制，溫度普遍較高，東部最高氣溫達(dá)到32～34 ℃，西部最高氣溫達(dá)到35～38 ℃，為后期的降水儲(chǔ)備了能量。從19日08時(shí)850 hPa的假相當(dāng)位溫也可以看出，850 hPa θse在湖北省大部均達(dá)到了345 K(圖5a)，表明低層高溫高濕，同時(shí)省東部和南部的K指數(shù)>36 ℃，局部>40 ℃(圖5b)，為大暴雨天氣的發(fā)生儲(chǔ)備充足的能量，也為鄂東北的MCS出現(xiàn)后向傳播特征準(zhǔn)備了很好的不穩(wěn)定環(huán)境場特征，使得MCS向西向南進(jìn)行后向傳播時(shí)不致于減弱消散。

5.2 水汽條件

2016年6月18日20時(shí)，隨著副高的北抬，副高外圍的西南暖濕氣流發(fā)展，急流將暖濕空氣向湖北東部和南部輸送，急流軸最大風(fēng)速為16 m/s，高濕舌(850 hPa Td≥17 ℃)自西南向鄂東北伸展。19日08時(shí)，西南急流繼續(xù)加強(qiáng)發(fā)展，急流軸最大風(fēng)速達(dá)到了22 m/s，同時(shí)850 hPa最大露點(diǎn)達(dá)到了18 ℃(圖6a)，925 hPa露點(diǎn)達(dá)到了24 ℃，表明低空急流和超低空急流為大暴雨落區(qū)源源不斷的輸送水汽，湖北省東部和南部的大氣可降水量達(dá)到了60 mm以上(圖6b)，降水量出現(xiàn)快速增加過程。925 hPa的比濕也快速增加，達(dá)到16 g/kg。這些條件的具備為鄂東北的MCS出現(xiàn)后向傳播特征準(zhǔn)備了很好的高濕環(huán)境場特征，使得MCS向西向南進(jìn)行后向傳播時(shí)有充足的水汽供應(yīng)。

圖4 2016年 6月19日04—15時(shí)雷達(dá)回波演變圖Fig.4 Radar echo evolution from 04 BT 19 June 2016 to 15 BT 19 June 2016

圖5 6月19日08時(shí)850 hPa假相當(dāng)位溫(a)和K指數(shù)(b)Fig.5 (a)850 hPa false equivalent temperature on 08 BT 19 June 2016 , (b)k指數(shù) on 08 BT 19 June 2016

5.3 動(dòng)力條件

19日08時(shí)，鄂東北處于暖式切變線的頂端(圖7a)，同時(shí)處于急流的出口區(qū)，風(fēng)速和風(fēng)向的輻合在該地區(qū)造成較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，南壓高壓脊線位于25°N左右，鄂東北剛好處于南壓高壓北部的分流區(qū)中，對應(yīng)高層明顯的輻散中心(圖7b)，中低層暖式切變線北抬至鄂東北一線，特別是925 hPa和500 hPa的上升速度中心均位于鄂東北，也表明鄂東北整層均有很強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，這種強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)可以觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，導(dǎo)致初始MCS的生成和發(fā)展，造成大暴雨天氣的最主要的原因之一。

圖6 6月19日08時(shí)(a)850 hPa露點(diǎn)溫度 (b)大氣可降水量Fig.6 (a)850 hPa dew point temperature on 08 BT 19 June 2016 , (b)PW on 08 BT 19 June 2016

圖7 6月19日08時(shí) 850 hPa風(fēng)場、散度(a)和200 hPa風(fēng)場和散度(b)Fig.7 (a)850 hPa wind and divergence on 08 BT 19 June 2016 , (b)200 hPa wind and divergence on 08 BT 19 June 2016

5.4 后向傳播特征及原因分析

大暴雨的產(chǎn)生一方面與有利的大尺度環(huán)境條件有關(guān)，同時(shí)也與有組織的中尺度系統(tǒng)的演變有關(guān)系[9-12]。本次過程中19日凌晨鄂東地面上以東南風(fēng)氣流為主，持續(xù)不斷的東南暖濕氣流吹向鄂東北的大別山區(qū)，在大別山南麓由于地形的阻擋作用形成地面輻合線(圖8a)，觸發(fā)了西北—東南向的初始對流，對流帶產(chǎn)生之后對流單體沿著300～850 hPa平均風(fēng)的方向向東北方向移動(dòng)，由于對流發(fā)展旺盛造成了強(qiáng)降水產(chǎn)生，降水產(chǎn)生之后造成溫度下降， 產(chǎn)生地面冷池(圖8b)，冷池前方產(chǎn)生了陣風(fēng)鋒，西南暖濕氣流沿著陣風(fēng)鋒面滑升，由于鋒面抬升從而觸發(fā)新的對流，新的對流產(chǎn)生之后繼續(xù)沿著平均風(fēng)向東北方向移動(dòng)，并入老的對流系統(tǒng)，而隨著陣風(fēng)鋒的逐漸南移，新的對流不斷在鋒面南側(cè)觸發(fā)新的對流并入老對流系統(tǒng)，從而產(chǎn)生了后向傳播現(xiàn)象。

6 結(jié)論與討論

本文通過對2016年梅雨期首場大暴雨過程天氣成因進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

①鄂東北大別山南麓是出現(xiàn)初始MCS的主要區(qū)域，主要原因是西南急流和地面冷池以及地形的相互作用，導(dǎo)致出現(xiàn)后向傳播型MCS，使降水帶持續(xù)時(shí)間較長，這也是本次降水中的預(yù)報(bào)難點(diǎn)所在。

②本次大暴雨過程中冷空氣較弱，中東部和南部水汽充沛、能量條件好，為MCS向西向南進(jìn)行后向傳播準(zhǔn)備了充足的水汽和不穩(wěn)定條件，使得MCS不致于減弱消散。

圖8 (a)6月19日02時(shí)地面加密風(fēng)場疊加地形圖，(b)6月19日11時(shí)地面露點(diǎn)疊加11時(shí)15分紅外云圖(點(diǎn)劃線為地面露點(diǎn)鋒位置)Fig.8 (a)850 hPa ground encryption wind and terrain maps on 02 BT 19 June 2016 , (b)surface dew point temperature and Infrared cloud picture on 11 BT 19 June 2016

③在此類過程中，要特別注意實(shí)況云圖或者雷達(dá)資料的分析，關(guān)注中尺度對流系統(tǒng)的演變特征。19日凌晨，在湖北省上空出現(xiàn)兩個(gè)發(fā)展強(qiáng)盛的中尺度對流云團(tuán)，對于鄂東北的對流云團(tuán)呈現(xiàn)明顯的指狀特征，這是即將出現(xiàn)后向傳播型的MCS的一個(gè)指示特征，預(yù)示著雨區(qū)將向西向南擴(kuò)展，這也是鄂東北MCS演變特征的一個(gè)典型類型，在以后的預(yù)報(bào)中特別值得關(guān)注。

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TheCausesofaheavyrainresultedfrombackpropagationMCSin2016

ZHANG Ning1, ZHANG Pingping2,WANG Jue2, YUE Yanyu2

(1.The Meteorological Bureau of Hubei Province，Wuhan 430074， China；2. Wuhan Central Meteorological Observatory, Wuhan 430074， China)

P458.1+21.1

B

1003-6598(2017)04-0039-06

2017-03-10

張寧(1981-)，男，工程師，主要從事短期天氣預(yù)報(bào)及管理工作，E-mail: zpp7117@126.com。

湖北省梅雨期極端降水異常氣象因子分析及概念模型研究(2017Z02)。