華南一次強(qiáng)對(duì)流天氣過程中環(huán)境條件對(duì)MCS形態(tài)特征的影響

胡寧，汪會(huì)

(1.國(guó)家氣象中心，北京100081；2.中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081；3.中國(guó)氣象局云霧物理環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081；4.中國(guó)氣象局-河海大學(xué)水文氣象研究聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京100081)

1 引 言

在華南前汛期出現(xiàn)的中尺度對(duì)流系統(tǒng)(MCS)常常會(huì)引發(fā)暴雨[1-2]、大風(fēng)[3-4]等氣象災(zāi)害，廣受科學(xué)家和業(yè)務(wù)人員關(guān)注[5]。關(guān)于華南暖區(qū)MCS與天氣尺度系統(tǒng)(高空槽、急流、切變線等)的相互作用，對(duì)流觸發(fā)機(jī)制，MCS生消演變機(jī)理等已有很多經(jīng)典的工作。孫建華等[6]利用數(shù)值模式分析了華南一次特大暴雨過程中的MCS的熱力和動(dòng)力結(jié)構(gòu)特征，指出中層中性層結(jié)、高層輻散氣流以及潛熱釋放對(duì)MCS發(fā)生發(fā)展的作用，還強(qiáng)調(diào)了邊界層過程和華南喇叭口地形的作用。蒙偉光等[7]研究了華南西部沿海的一次暴雨過程中MCS的形成和發(fā)展過程，發(fā)現(xiàn)MCS的形成伴隨中層500 hPa流場(chǎng)的氣旋式擾動(dòng)，對(duì)流發(fā)展過程中的潛熱釋放又可通過地轉(zhuǎn)風(fēng)適應(yīng)的機(jī)制使得中層擾動(dòng)增強(qiáng)。觀測(cè)水平和計(jì)算機(jī)性能的提高有利于針對(duì)MCS發(fā)生發(fā)展的中小尺度過程開展更細(xì)致的研究。如Wang等[8]分析了華南季風(fēng)降水試驗(yàn)期間廣東陽江的一次大暴雨過程，指出對(duì)流不斷后向建立并向東北方向傳播，是造成MCS長(zhǎng)時(shí)間維持的主要原因，并強(qiáng)調(diào)了山區(qū)地形和海陸邊界在MCS觸發(fā)和組織過程中所起的作用。

如前所述，國(guó)內(nèi)對(duì)于MCS的觸發(fā)機(jī)制和生消演變機(jī)制以及與天氣尺度系統(tǒng)的相互作用研究已經(jīng)較全面深入，對(duì)于MCS組織形態(tài)演變的研究尚為數(shù)不多。通過大量統(tǒng)計(jì)，Parker等[9]將MCS分為層云拖曳(TS)型，層云先導(dǎo)(LS)型和層云平行(PS)型，并分析了各類型MCS發(fā)生發(fā)展的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)和熱力場(chǎng)特征。Schumacher等[10]又提出了產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水的兩種典型的MCS形態(tài)線狀對(duì)流/層云伴隨(TL/AS)型和后向建立(BB)型。梁巧倩等[11]將華南MCS分為中尺度對(duì)流復(fù)合體(MCC)、線狀或長(zhǎng)條狀MCS(PECS)、β尺度的MCC(MβCCS)和β尺度的PECS(MβECS)4種類型，并統(tǒng)計(jì)了各個(gè)形態(tài)MCS的發(fā)生頻率、日變化、移動(dòng)特征以及發(fā)生發(fā)展的天氣背景。

關(guān)于華南地區(qū)的MCS的組織形態(tài)演變的研究，最近幾年才開始出現(xiàn)。王曉芳等[12]詳細(xì)分析了一個(gè)TL/AS型的長(zhǎng)生命期準(zhǔn)靜止MCS的觀測(cè)特征和環(huán)境條件，強(qiáng)調(diào)了環(huán)境風(fēng)垂直切變與對(duì)流線的夾角對(duì)MCS組織形態(tài)和維持時(shí)間的影響?？嫡灼嫉萚13]研究了華南一次颮線過程線狀對(duì)流由平行(PS)型模態(tài)到拖尾(TS)型模態(tài)的變異機(jī)理，分析了氣壓梯度力和加速度分量與對(duì)流線的夾角在形態(tài)變異過程中的作用。

2014年5月22日凌晨到傍晚，一次強(qiáng)對(duì)流過程影響了兩廣地區(qū)，該過程中出現(xiàn)了兩個(gè)MCS，分別是呈現(xiàn)BB和TL/AS形態(tài)并造成廣西北部較強(qiáng)的短時(shí)強(qiáng)降水的MCS-A，以及呈現(xiàn)TS形態(tài)并在廣東產(chǎn)生雷暴大風(fēng)的MCS-B。同一次強(qiáng)對(duì)流過程中，為何出現(xiàn)了形態(tài)不同的MCS，進(jìn)而產(chǎn)生不同的對(duì)流天氣？本研究將利用多源觀測(cè)資料和高分辨率數(shù)值模式討論這兩個(gè)MCS形態(tài)演變的機(jī)制。

2 資料和方法

本研究用到了常規(guī)地面、探空資料和加密自動(dòng)站資料，雷達(dá)、衛(wèi)星和風(fēng)廓線雷達(dá)等非常規(guī)資料，以及NCEP FNL(Final Analysis Data from the National Centers for Environmental Prediction)再分析資料。

利用WRFv3.6.1(Weather Research and Forecasting model,version3.6.1)，開展單向三層區(qū)域嵌套模擬 (圖1)，各層水平格點(diǎn)數(shù)分別為200×160、401×401、1 351×651，水平分辨率依次為 25 km、5 km和1 km，垂直方向上有40層，模式頂為50 hPa。模式從2014年5月21日20時(shí) (北京時(shí)間，下同)開始積分，積分時(shí)長(zhǎng)24小時(shí)，以間隔6小時(shí)的FNL再分析資料作為初始和邊界條件。云微物理過程采用Thompson方案，該方案為雙參數(shù)化方案，邊界層采用Mellor-Yamada-Janjic方案，最外層25 km分辨率采用Tiedtke對(duì)流參數(shù)化方案。內(nèi)層未采用對(duì)流參數(shù)化方案。

3 實(shí)況天氣及對(duì)流天氣發(fā)展過程

2014年5月22日凌晨到下午，一次強(qiáng)對(duì)流過程影響了兩廣地區(qū)，出現(xiàn)了雷電、短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣。其中，廣西的強(qiáng)對(duì)流天氣表現(xiàn)為較強(qiáng)的短時(shí)強(qiáng)降水。由圖2可見，廣西出現(xiàn)了成片的短時(shí)強(qiáng)降水，尤其是在凌晨02—05時(shí)，多站小時(shí)雨強(qiáng)超過50 mm/h，04時(shí)廣西柳城古砦鄉(xiāng)的降水強(qiáng)度達(dá)到98 mm/h，05—08時(shí)對(duì)流系統(tǒng)下山后，降水強(qiáng)度減弱(圖2b)。廣東境內(nèi)的短時(shí)強(qiáng)降水基本在20～30 mm/h(圖2c)，強(qiáng)度較弱，但從14時(shí)瞬時(shí)大風(fēng)資料可見(圖略)，清遠(yuǎn)出現(xiàn)20 m/s的雷暴大風(fēng)。

這次強(qiáng)對(duì)流過程21日午后起源于鋒區(qū)附近的貴州山區(qū)，之后于22日凌晨至傍晚橫掃兩廣，整體上看，此次對(duì)流過程歷時(shí)較長(zhǎng)，對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展演變過程復(fù)雜。在廣西，中尺度對(duì)流系統(tǒng)MCS-A在西北部山區(qū)呈現(xiàn)BB形態(tài)(圖3a～3c)，進(jìn)入中東部低山平原地區(qū)后演變?yōu)門L/AS形態(tài)，隨后逐漸消亡(圖3e～3h)。殘余回波進(jìn)入廣東后，重新組織形成MCS-B，并在進(jìn)入珠江三角洲平原地區(qū)后迅速增強(qiáng)發(fā)展，演變?yōu)門S形態(tài)的颮線系統(tǒng)(圖3i～3l)。同一次暖區(qū)強(qiáng)對(duì)流過程中，為何MCS在不同地區(qū)呈現(xiàn)不同的形態(tài)，進(jìn)而產(chǎn)生了不同的強(qiáng)對(duì)流天氣？這些問題值得我們深入研究。

4 天氣背景

21日夜間—22日下午，500 hPa高度場(chǎng)無明顯槽脊，只有弱短波槽影響華南，誘導(dǎo)華南北部冷空氣從東路進(jìn)入貴州南部與暖濕氣流對(duì)峙形成鋒區(qū)，暖濕氣流則控制南嶺以南地區(qū)。西南風(fēng)低空急流在21日夜間—22日早上逐漸增強(qiáng)。22日02時(shí)，850 hPa上，廣西中南部出現(xiàn)20 m/s以上的低空急流(圖4)，925 hPa低空急流也達(dá)到16 m/s，在強(qiáng)暖濕氣流的輸送作用下，22日08時(shí)，低層大氣水汽含量增加，廣西南部整層可降水量逐漸增加到60 mm以上，位勢(shì)不穩(wěn)定也逐漸建立并增強(qiáng)，廣西和廣東南部的CAPE值均達(dá)到2 000 J/kg以上。22日凌晨到早晨的廣西偏北部地區(qū)以及22日午后的廣東均為200 hPa高空分流區(qū)，輻散較強(qiáng)，有利于對(duì)流的發(fā)展(圖5)。

5 局地對(duì)流環(huán)境分析

從廣西22日08時(shí)梧州探空(圖6a)來看，首先，其邊界層內(nèi)有逆溫層存在，自由對(duì)流高度較高，接近850 hPa高度，不利于對(duì)流的發(fā)展。其次，邊界層頂附近有一支顯著的急流，850 hPa附近風(fēng)速達(dá)到20 m/s，超過了底層925 hPa和中層700 hPa的風(fēng)速，南寧站(圖略)上空風(fēng)速隨高度的變化也有上述特征。根據(jù)RKW理論[14](Rotunno,Klemp以及Weisman提出的一種關(guān)于長(zhǎng)生命史颮線結(jié)構(gòu)的理論，2004)，冷池前沿的重力流會(huì)形成氣旋式切變，如果環(huán)境風(fēng)場(chǎng)隨高度的變化是反氣旋式切變，則有利于上升氣流的聳立，進(jìn)而有利于對(duì)流系統(tǒng)的傳播和發(fā)展；而廣西早晨風(fēng)速廓線的特征是850 hPa左右低層西南風(fēng)強(qiáng)，925 hPa以下底層風(fēng)速較小，形成的切變是氣旋式的，不利于對(duì)流在陣風(fēng)鋒前沿的傳播和發(fā)展，相反更有利于對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)在遠(yuǎn)離出流邊界的后方。

從河源探空(圖6b)來看，廣東夜間邊界層頂850 hPa附近的低空急流相對(duì)廣西要弱很多，這可能與廣西西側(cè)是海拔較高的云貴高原，低空急流在側(cè)邊界的限制作用下發(fā)生強(qiáng)化有關(guān)，另外廣西凌晨出現(xiàn)的弱逆溫層，也有利于低空急流的維持和發(fā)展。廣東的中層700 hPa的高空風(fēng)速較低空大，300 hPa以上高空風(fēng)速也顯著超過廣西，兩地不同的環(huán)境風(fēng)廓線特征可能是導(dǎo)致MCS-A和MCS-B形態(tài)迥異的一個(gè)重要原因，后面將進(jìn)一步詳細(xì)分析。

6 對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展、傳播機(jī)制分析

21日凌晨短波槽自川西高原下滑至云貴高原并逐漸東移發(fā)展，引導(dǎo)冷空氣東移南下在貴州形成鋒區(qū)，21日下午有零散的對(duì)流在貴州發(fā)生，脫離鋒區(qū)東移南下，并于21日夜間進(jìn)入暖濕氣流控制的廣西境內(nèi)，在廣西西北山區(qū)不斷發(fā)展，并出現(xiàn)后向建立的特征，22日凌晨02時(shí)左右，對(duì)流發(fā)展到最旺盛，形成成熟的MCS-A。22日05時(shí)后，對(duì)流云團(tuán)逐漸移出廣西西北部的山區(qū)，進(jìn)入低山丘陵和平原地帶，對(duì)流系統(tǒng)下山后，對(duì)流強(qiáng)度明顯減弱，云頂高度明顯降低，先是云頂亮溫低于-70℃的區(qū)域消失，其后低于-50℃的區(qū)域也逐漸變小(圖7a～7c)，MCS-A最終消亡，只有殘余回波移入廣東境內(nèi)。

22日中午前后，一個(gè)新的MCS-B逐漸在廣東山區(qū)形成，午后13時(shí)左右，對(duì)流系統(tǒng)逐漸移出廣東山區(qū)，開始進(jìn)入珠江三角洲，由雷達(dá)回波和衛(wèi)星云圖可見，對(duì)流系統(tǒng)下山后，不但組織性增強(qiáng)，形成長(zhǎng)約200 km的颮線系統(tǒng)(圖3k～3l)，對(duì)流強(qiáng)度也有爆發(fā)性的增強(qiáng)，云頂亮溫低于-70℃的區(qū)域迅速增大(圖7d)。

由自動(dòng)站逐小時(shí)變溫圖 (圖8)可見，06—07時(shí)，MCS-A剛下山時(shí)，冷池強(qiáng)度迅速增加，冷池經(jīng)過的站點(diǎn)1小時(shí)降溫幅度超過4℃，這和地形對(duì)冷池出流的加速作用，以及山前較長(zhǎng)時(shí)間的暖濕氣流堆積有關(guān)。廣西南部地面假相當(dāng)位溫在364 K(圖略)以上，位勢(shì)不穩(wěn)定能量較高，MCS-A進(jìn)入東南部平原和低地后，地面冷池前沿出現(xiàn)明顯的溫度、濕度鋒區(qū)(圖略)，然而MCS-A只是在剛剛下山時(shí)組織性略有增強(qiáng)，沒有形成TS型颮線的趨勢(shì)(圖 3c)，由 08—12 時(shí)(圖 3e～3h)回波演變可見，冷池并未在前方觸發(fā)新的強(qiáng)對(duì)流。與此同時(shí)，冷池后方的回波也始終維持在35 dBz以上，沒有減弱為層狀云回波，降水率始終維持在4 mm/h左右，超過了對(duì)流云降水的下限，回波整體呈現(xiàn)塊狀，且呈衰減趨勢(shì)。隨著回波的衰減，廣西的冷池強(qiáng)度也迅速減弱(圖8d)。同時(shí)與冷池相伴的地面風(fēng)速也較小，沒有出現(xiàn)地面瞬時(shí)大風(fēng)記錄。

之前在分析廣西早上探空特征時(shí)，我們猜測(cè)廣西此時(shí)的風(fēng)廓線特征無法和此處強(qiáng)的冷池出流達(dá)到平衡，冷池前方垂直運(yùn)動(dòng)不能有效發(fā)展，無法將氣塊抬升到自由對(duì)流高度以上，不利于對(duì)流的新生和傳播，那么高分辨率數(shù)值模式的結(jié)果是否支持這一結(jié)論呢？

如圖9所示，高分辨率數(shù)值模式較好抓住了MCS-A和MCS-B的強(qiáng)度和形態(tài)演變特征，只是模擬的回波移速較實(shí)況偏快、位置略有偏差。在廣西，模擬的雷達(dá)回波較實(shí)況略有偏東，但模式能夠較好地刻畫廣西凌晨MCS-A呈西北東南走向的后向建立特征(圖9a)，模式還較好地刻畫出了廣西上午MCS-A的TL/AS形態(tài)。模式模擬的對(duì)流未在出流邊界南側(cè)連續(xù)觸發(fā)，在東移過程中逐漸減弱，和實(shí)況一致(圖9b)。在廣東，模式成功模擬出其境內(nèi)形成的颮線系統(tǒng)MCS-B(圖9c)。

如前所述，22日早上的廣西，低空急流十分強(qiáng)盛，出口區(qū)直抵桂西北山區(qū)，為該地提供了更多的水汽，這是較強(qiáng)的短時(shí)強(qiáng)降水多集中在桂北的原因之一。另外，廣西對(duì)流主要出現(xiàn)在凌晨到上午時(shí)段，此時(shí)地面溫度較低，甚至有逆溫，導(dǎo)致廣西中東部出現(xiàn)如圖10c所示的對(duì)流能量廓線，具體表現(xiàn)為底層有對(duì)流抑制，且到1 km以上氣塊方才有較高能量。同時(shí)，由其相對(duì)風(fēng)暴移動(dòng)的風(fēng)速廓線可見(圖10a)，其風(fēng)速在1～2 km高度達(dá)到極大值且遠(yuǎn)大于1 km以下底層和700 hPa附近及以上高度的風(fēng)速。Peters等[15]在其總結(jié)的TL/AS類型的MCS的第二個(gè)發(fā)展階段中提到，這一風(fēng)切變特征和被抬高的高能量層配合，有利于對(duì)流在遠(yuǎn)離出流邊界的冷池后方發(fā)展。

模擬結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)，由圖11a可見，在廣西，對(duì)流下山前模擬的5 m/s以上氣柱最大垂直速度區(qū)呈西北東南向排列，與雷暴移動(dòng)方向相近，有利于形成列車效應(yīng)，這也可解釋為何桂西北有較強(qiáng)的短時(shí)強(qiáng)降水以及與其相伴的后向建立特征。對(duì)流下山后，實(shí)況和模擬的冷池均比下山前顯著增強(qiáng)，且在冷池邊界出現(xiàn)較強(qiáng)抬升，冷池前部線狀排列的5 m/s以上最大垂直速度區(qū)，這可解釋為何對(duì)流下山后組織性突然增強(qiáng)，MCS-A有發(fā)展成線狀的趨勢(shì)，但在如前所述的風(fēng)廓線和能量廓線條件約束下，在出流邊界后側(cè)很快有對(duì)流觸發(fā)發(fā)展，形成位于出流邊界后方且遠(yuǎn)離冷池前沿的垂直運(yùn)動(dòng)大值區(qū)(圖11b)，而冷池前沿的垂直運(yùn)動(dòng)則逐漸減弱消失，MCS-A最終演變成為類似TL/AS型第二階段的形態(tài)。冷池后側(cè)對(duì)流的發(fā)展，使得冷池得以維持和增強(qiáng)，由圖8c亦可見，對(duì)流下山后，08時(shí)小時(shí)降溫超過5℃的區(qū)域確實(shí)有所擴(kuò)大，增強(qiáng)的冷池需要更有利的垂直風(fēng)切變與之配合，然而如前所述，廣西的環(huán)境風(fēng)垂直切變不利于冷池前沿對(duì)流的觸發(fā)，隨著冷池逐漸南移并切斷MCS-A的底層水汽來源，MCS-A逐漸減弱消亡，冷池也相應(yīng)減弱，殘余回波進(jìn)入廣東。

來自廣西的殘余回波進(jìn)入廣東后，回波強(qiáng)度和組織性均顯著增強(qiáng)，一個(gè)新的中尺度對(duì)流系統(tǒng)MCS-B形成。從雷達(dá)回波以及衛(wèi)星云圖來看，MCS-B在下山后增強(qiáng)明顯形成颮線系統(tǒng)，并呈現(xiàn)出典型的TS類型的形態(tài)特征。模式較好地刻畫了這一過程(圖9c)。為何在廣東是TS型？由圖10d可見，在底層，其對(duì)流有效位能最大，對(duì)流抑制能最小，與廣西的能量分布廓線有顯著區(qū)別；另外從圖10b可見，廣東低層850 hPa左右沒有一個(gè)像廣西一樣的顯著的西南風(fēng)低空急流，其相對(duì)風(fēng)暴的速度在1 km以下的底層有極大值，達(dá)到急流強(qiáng)度，1 km以上相對(duì)風(fēng)暴速度則較小。另外，與廣西中南部對(duì)流較弱的強(qiáng)迫不同，廣東中高層有高空槽滑過，斜壓性強(qiáng)，高空風(fēng)速較大，引導(dǎo)氣流較強(qiáng)，風(fēng)暴移速較快(約向東移動(dòng)，14 m/s)，并形成較有利于維持冷池前方對(duì)流觸發(fā)發(fā)展的環(huán)境切變條件。根據(jù)RKW理論，這樣的環(huán)境風(fēng)切變和能量條件，有利于在冷池前沿產(chǎn)生新的上升運(yùn)動(dòng)速度區(qū)。由圖11c可見，模擬的午后廣東颮線，垂直速度大值區(qū)集中在冷池前沿，且排列成線性，而在冷池后部基本沒有上升運(yùn)動(dòng)。這表明颮線冷池和環(huán)境風(fēng)切變配合較好，有利于產(chǎn)生對(duì)流尺度的上升運(yùn)動(dòng)。

13 BST以后，MCS-B開始進(jìn)入珠三角 (珠江三角洲)平原地區(qū)，強(qiáng)度增強(qiáng)并于13:36出現(xiàn)中氣旋，正負(fù)速度對(duì)速度差達(dá)到44 m/s(圖略)，14時(shí)左右清遠(yuǎn)出現(xiàn)20 m/s以上的大風(fēng)。與MCS-A不同，其冷池下山后沒有減弱，而是維持5～6℃的1小時(shí)降溫幅度長(zhǎng)達(dá)5小時(shí)以上(圖略)。

MCS-B下山前正值午后，熱力條件相對(duì)廣西較好，珠三角地面溫度接近或達(dá)到30℃，偏南風(fēng)持續(xù)將水汽從南海輸送到內(nèi)陸，沿海地區(qū)露點(diǎn)達(dá)到30℃(圖略)。如圖12b所示，在13時(shí)，MCS-B尚未下山前，珠三角北部地面假相當(dāng)位溫達(dá)到368 K以上。從14時(shí)假相當(dāng)位溫分析圖可見，當(dāng)MCS-B下山后，較干冷的空氣從山區(qū)沖下，與平原上高溫高濕的空氣形成的溫度和濕度梯度比12時(shí)左右MCS-B尚在山區(qū)時(shí)所造成的溫濕度梯度更大，較強(qiáng)的溫濕度鋒區(qū)有利于斜壓有效位能的釋放，有利于MCS-B內(nèi)部對(duì)流單體的發(fā)展和新生，進(jìn)而導(dǎo)致MCS-B的整體增強(qiáng)，颮線內(nèi)首次識(shí)別出中氣旋也是在13—14時(shí)雷暴下山之時(shí)。

13—14時(shí)雷暴下山影響珠三角，由該時(shí)段珠三角北部清遠(yuǎn)附近廣州市從化區(qū)的風(fēng)廓線資料(圖13a)顯示，在雷暴下山前珠三角上空中高層風(fēng)速較強(qiáng)，0～3 km有東南風(fēng)到西南風(fēng)的強(qiáng)烈順轉(zhuǎn)，形成強(qiáng)烈的風(fēng)速和風(fēng)向的垂直切變渦度，低層垂直切變渦度通過強(qiáng)的風(fēng)暴入流輸送入MCS-B內(nèi)部 (模式模擬的相對(duì)風(fēng)暴螺旋度局地超過300 m2/s2，圖略)，有利于MCS-B的維持和增強(qiáng)。

由15—16時(shí)從化的風(fēng)廓線資料 (圖13b)可見，15:15強(qiáng)西風(fēng)集中在500 m以下，隨著時(shí)間向后推移，強(qiáng)西北風(fēng)出現(xiàn)的高度逐漸上移到2 700 m左右，清遠(yuǎn)14時(shí)左右記錄到的雷暴大風(fēng)，可能和颮線系統(tǒng)的中高空后側(cè)入流增濕降溫后下沉到地面有關(guān)。

由WRF模擬的14時(shí)雷達(dá)反射率因子、風(fēng)暴相對(duì)速度以及假相當(dāng)位溫?cái)_動(dòng)剖面圖 (圖14b，剖面沿圖9c中A-B連線)上可見，颮線呈現(xiàn)典型的TS形態(tài)，颮線前方低層有假相當(dāng)位溫的正異常區(qū)，與前述珠三角北部自動(dòng)站顯示的高溫高濕區(qū)相對(duì)應(yīng)。模式模擬的颮線前部低層還出現(xiàn)了氣壓的負(fù)異常區(qū)(圖略)，Hoxit等[16]指出對(duì)流系統(tǒng)前方常會(huì)誘導(dǎo)出颮前低壓。颮前低壓對(duì)其前方氣流有抽吸作用，有利于暖濕氣流進(jìn)一步將熱量和水汽輸送到珠三角北部的山前，形成山前顯著的高溫高濕區(qū)，產(chǎn)生假相當(dāng)位溫的正異常區(qū)。颮線系統(tǒng)低層強(qiáng)回波區(qū)內(nèi)有假相當(dāng)位溫的負(fù)異常，對(duì)應(yīng)颮線的冷池。另外，還可見冷池前方有強(qiáng)烈的上升氣流，斜升進(jìn)入風(fēng)暴的氣流速度達(dá)到20 m/s左右。上升運(yùn)動(dòng)區(qū)主要集中在颮線系統(tǒng)的前部。由05時(shí)在廣西接近南北向的剖面圖(圖14a，圖9a中A-B連線)可見，廣西北部的MCS-A內(nèi)部，對(duì)流排列成南北向，低層偏南風(fēng)一直深入廣西北部，并在山區(qū)輻合，對(duì)流運(yùn)動(dòng)在遠(yuǎn)離對(duì)流前沿的冷池后部山區(qū)內(nèi)發(fā)展旺盛，與前述MCS-A后向建立的特征吻合，這些特征與廣東TS形態(tài)的颮線形成了鮮明的對(duì)比。

由圖14b還可看出，14時(shí)模擬的后側(cè)入流從4 km左右高度進(jìn)入颮線內(nèi)部，且風(fēng)速較大，這與風(fēng)廓線觀測(cè)到的強(qiáng)風(fēng)速帶向下傳播以及相應(yīng)時(shí)刻雷達(dá)徑向速度圖的強(qiáng)負(fù)速度區(qū)(圖略)吻合較好。颮線后側(cè)入流伴隨下沉運(yùn)動(dòng)中的蒸發(fā)冷卻，導(dǎo)致冷池強(qiáng)度的迅速增強(qiáng)。在自動(dòng)站逐小時(shí)降溫圖上可見，14時(shí)的降溫幅度遠(yuǎn)超過上一時(shí)次 (圖略)。其后，颮線橫掃珠三角地區(qū)，能量迅速消耗，待進(jìn)入粵東海上回流產(chǎn)生的冷墊區(qū)后，減弱消散。

綜上所述，在有利的風(fēng)切變條件下，廣東颮線前部垂直運(yùn)動(dòng)發(fā)展旺盛且組織性強(qiáng)，產(chǎn)生的后側(cè)入流結(jié)合較快的颮線系統(tǒng)移速，導(dǎo)致地面大風(fēng)出現(xiàn)。由于颮線移動(dòng)速度較快，且颮線后方無對(duì)流發(fā)展，沒有后向建立的特征，所以小時(shí)累積降水極值比廣西北部山區(qū)的站點(diǎn)小。

7 總結(jié)和討論

利用常規(guī)和非常規(guī)觀測(cè)資料以及再分析資料，結(jié)合高分辨率數(shù)值模式，對(duì)比分析了2014年5月22日兩個(gè)MCS系統(tǒng)分別在廣西和廣東的形態(tài)演變過程，得到如下結(jié)論。

(1)此過程發(fā)生在高能高濕的環(huán)境集中，500 hPa有較弱短波槽影響，200 hPa有分流區(qū)。在有利的天氣背景下，出現(xiàn)了兩個(gè)形態(tài)演變迥異的MCS-A和MCS-B。MCS-A在廣西西北部山區(qū)呈現(xiàn)西北東南走向的后向建立形態(tài)(BB)，下山進(jìn)入廣西東南部后逐漸演變?yōu)門L/AS形態(tài)而后逐漸減弱消散，出現(xiàn)的強(qiáng)對(duì)流天氣以短時(shí)強(qiáng)降水為主，地面風(fēng)力較小。新生的MCS-B在廣東下山后爆發(fā)性增強(qiáng)，對(duì)流發(fā)展旺盛，形成了典型的TS形態(tài)的颮線結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了雷暴大風(fēng)天氣，短時(shí)強(qiáng)降水較弱。

(2)雖然廣西22日凌晨至早晨低空急流強(qiáng)盛，且有較好的位勢(shì)不穩(wěn)定條件，但與其典型的夜間低空急流相伴隨的能量廓線和風(fēng)垂直切變特征不利于MCS-A的向前傳播，對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)在冷池后方發(fā)展旺盛，結(jié)合廣西西北高東南低的地形特征，造成了MCS-A呈現(xiàn)BB和TL/AS形態(tài)。

(3)午后的廣東邊界層解耦，熱力條件變好，在有利的環(huán)境風(fēng)切變和能量條件下，冷池附近上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展旺盛，對(duì)流組織性強(qiáng)，形成了TS形態(tài)的颮線系統(tǒng)，后側(cè)有干冷空氣入流并下沉，高空動(dòng)量下傳，形成地面大風(fēng)。颮線系統(tǒng)誘生颮前低壓，起到抽吸作用，利于熱量、水汽在山前堆積，給MCS下山后的爆發(fā)性增強(qiáng)提供了能量。

He等[17]指出，云貴高原的熱力和動(dòng)力作用有利于其東側(cè)急流的增強(qiáng)。Luo等[18]對(duì)2011—2015年中國(guó)極端小時(shí)降水的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，廣西北部正是與鋒面相聯(lián)系的極端降水發(fā)生頻次的高值區(qū)。850 hPa高度附近，廣西夜間到凌晨發(fā)展的低空急流，是此次過程中廣西北部短時(shí)強(qiáng)降水較強(qiáng)的重要原因。有必要進(jìn)一步開展氣候意義上的研究，確定廣西北部出現(xiàn)的極端降水以及相應(yīng)的MCS形態(tài)與低空急流的關(guān)系。

在一定外強(qiáng)迫不強(qiáng)，滿足一定風(fēng)切變條件的情況下，就會(huì)出現(xiàn)這種類似BB和TL/AS形態(tài)的MCS，我們的研究表明這種對(duì)流在后向發(fā)展的過程用高分辨率模式模擬效果較好。把握華南MCS的形態(tài)演變，除分析常規(guī)的能量、動(dòng)力條件外，還需要注意環(huán)境風(fēng)切變條件、對(duì)流能量廓線對(duì)于對(duì)流形態(tài)的影響。漆梁波[19]指出高分辨率模式可很好地給出風(fēng)切變和CAPE的精細(xì)化特征，因此有必要加強(qiáng)高分辨率模式在強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)警中的應(yīng)用以更好預(yù)測(cè)MCS形態(tài)的演變，進(jìn)而更好地預(yù)報(bào)強(qiáng)對(duì)流天氣。