2008, Vol. 34 2. 陕西省榆林市气象局；
3. 陕西省延安市气象局；
4. 中国象局成都高原气象研究所；
5. 陕西省气象科学研究所
2. Yulin Meteorological Office of Shaanxi Province;
3. Yanan Meteorological Office of Shaanxi Province;
4. Chengdu Plateau Meteorological Institute of China Meteorological Administration;
5. Shaanxi Provincial Institute of Meteorology
对于青藏高原东侧暴雨的研究，我国气象工作者做了大量研究工作[1-5]，但对MCC的研究比较少[6]。中尺度对流复合体(MCC)在我国中东部(103°E以东)地区频繁出现，常造成许多地区暴雨和区域性降雹以及毁灭性的暴洪事件。因此，加强对MCC发生发展和移动规律的研究，对青藏高原东部防灾减灾具有重要意义。
2006年7月2日08—20时(北京时，下同)，陕北南部、山西中南部普降暴雨，局地降大暴雨和特大暴雨，其中陕西甘泉县12小时降水量达到145mm。暴雨造成山洪爆发，城市内涝积水严重，经济损失巨大，仅甘泉一县造成经济损失达5860万元。依据MCC的定义和卫星红外云图资料分析[7]，表明这次区域性暴雨、局地大暴雨和特大暴雨是由一个典型的MCC直接影响造成的。本文就其生成、发展过程进行综合分析和研究，以此对黄河中游由MCC引发致洪暴雨的预报提供依据。
1 MCC云图演变特征在FY-2C卫星云图上，2日08时，陕北南部(位于定边、甘泉、黄龙至运城)生成呈西北东南向窄带状中-β尺度强对流云团，强对流中心在甘泉至黄龙之间，云顶红外亮温TBB≤-66℃(图 1a，见彩页)。2日12时，随着MCC云团主体向东北方向移动和发展，云体强度增强，云顶红外亮温TBB≤-72℃；云体变宽，TBB≤-32℃冷云盖面积达到120000km2，TBB≤-53℃冷云区面积达到60000km2，云团初显椭圆状，MCC进入初始时刻(图 1b，见彩页)。受MCC生成和发展的影响，2日08—14时，陕北南部出现暴雨中心，甘泉县6小时降水量达到80mm(图 2a)。2日17时，云团在东移过程中在山西南部和河南交界地带再次发展，TBB≤-32℃冷云盖面积达到210000km2，TBB≤-53℃冷云区面积达到160000km2，椭圆率接近1.0，亮温TBB≤-72℃，MCC进入鼎盛期(图 1c，见彩页)。2日18时，MCC和西部、东南部新生云体连在一起，但TBB≤-53℃冷云区的椭圆特征仍清晰可见(图略)。2日19时，云团结构变得松散，云体不再具有椭圆特征，MCC进入消亡阶段(图 1d，见彩页)。受MCC的影响，从2日14—20时，陕北南部再次出现暴雨中心，6小时降水量达到84mm；山西南部也出现暴雨中心，6小时降水量达到49mm(图 2b)。
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图 1 2006年7月2日FY2C卫星云图 (a) 2日08时，(b) 2日12时，(c) 2日17时，(d) 2日19时 |
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图 2 2006年7月2日08—14时(a)14—20时(b)降水量(单位：mm) |
以上卫星观测事实可以清楚地反映出，这次陕北南部、山西中南部区域性暴雨、部分地区大暴雨和局地特大暴雨过程，降水系统具有明显的MCC特征，是一次典型的MCC过程，MCC的生命史长达11小时以上。
2 MCC生成发展的环境条件 2.1 环流背景、中尺度影响系统200hPa等压面上，2006年7月2日08时，青藏高压北侧从南疆南缘、内蒙古西部、河套北部至华北中部形成一支呈反气旋旋转的急流，急流出口区(呈分支发散气流区)在河南、安徽和山东交界地带生成一散度≥20×10-5s-1尺度大于300km强辐散区(见图 3a)；2日20时，急流出口处分支发散气流区出现不连续后退，和分支发散气流耦合的强辐散中心也出现不连续后退，在MCC发生区生成散度≥16×10-5s-1的强辐散中心(见图 3b)。
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图 3a 2006年7月2日08时200hPa风场和散度场（单位：10-5s-1） |
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图 3b 2006年7月2日08时200hPa风场和散度场(单位：10-5S-1) |
500hPa等压面上，7月2日20时，在河套MCC发生区生成一“人”字型切变线(图 3c)。
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图 3c 2006年7月2日20时500hPa风场和高度场 |
850hPa等压面上，7月2日20时，河南南阳生成14m·s-1南风急流，郑州、西安分别生成6m·s-1、8m·s-1南风，南风气流的北端从河南和山西的交界地带至关中生成一暖式横切变(图 3d)；同时从图 3d看到，华北冷空气的南下倒灌已伸入暖湿切变辐合区。
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图 3d 2006年7月2日20时850hPa风场和温度场 |
从上述分析可见，对流层中低层深厚暖湿切变辐合的形成，配合对流层高层急流分支出口处生成中-α尺度强辐散、对流层低层华北冷空气南下倒灌锋生产生的动力抬升作用，形成有利于MCC生成发展的环流背景。显然，由于地域的不同，MCC生成发展的环流形势和Madd ox[8-11]总结的环流形势有很大差异。
2.2 西南低空急流、分支南风气流与水汽输送低空急流常是动量、热量和水汽的高度集中带，将为发生暴雨提供动力和热力条件，对不稳定能量的积累、输送和释放起关键作用[11]。2日08时，700hPa等压面上，伴随平凉16m·s-1西南低空急流的生成，在低空急流的前方生成一向北伸展的水汽通量高值舌，伸入MCC发生区(以下简称GR区)(图 4a)；850hPa等压面上，在西南低空急流左侧生成4~6m·s-1的南风分支气流，和南风分支气流耦合生成一水汽通量高值舌伸入GR区(图 4c)；在700hPa西南低空急流和850hPa南风分支气流的共同作用下，GR区从850~400hPa生成T-Td≤3.4℃深厚饱和区，提供了适合于MCC生成发展的理想的深厚的潮湿大气[13]。2日20时，700hPa等压面上，伴随西南低空急流的东移南压，和西南低空急流耦合的水汽通量高值区伸入MCC成熟区(以下简称MR区)(图 4b)；850hPa等压面上，随着南风分支气流的增强，和南风分支气流耦合的水汽通量高值舌也伸入MR区(4d)，MR区从850~400hPa生成T-Td≤1.2 ℃深厚湿区，提供了适合于MCC发展的理想的深厚的潮湿大气[12]。
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图 4a 2006年7月2日08时700hPa水汽通量和风矢量(水汽通量单位：g·hPa-1·cm-1·S-1) |
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图 4b 2006年7月2日20时700 hPa水汽通量和风矢量(水汽通量单位：g·hPa-1·cm-1·S-1) |
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图 4c 2006年7月2日08时850hPa水汽通量和风场(水汽通量单位：g·hPa-1·cm-1·S-1) |
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图 4d 2006年7月2日850 hPa水汽通量和风场(水汽通量单位：g·hPa-1·cm-1·S-1) |
分析能够综合反映温湿(能量)条件的θse场(图略)，2日08时，从925~700 hPa GR区受向北伸展的高能舌控制。GR区内，θse850-θse500=6℃，θse850-θse700=4℃，属于弱对流不稳定。2日20时，MR区内， θse850-θse700=4℃，也属于弱对流不稳定。从图 5可见，2日08时，G R区东部对流层中层来自北方的低能区和边界层高能区形成叠置，使GR区(107~111°E，下同)形成对流不稳定；但GR区对流层低层的下沉运动(见图 6e)使对流受到抑制，为对流不稳定能量的积累创造了有利条件。2日20时，和图 3d华北冷空气南下相对应，同时在边界层M CC发生区形成纬向能量锋生(图略)。可见，华北冷空气的南下倒灌在边界层产生的能量锋生也是MCC的生成和发展的触发机制之一。
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图 5 2006年7月2日08时过GR区剖面图 实线：θse，单位：K |
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图 6e 2006年7月2日08时 |
由于此次MCC在延安附近生成并获得发展，可利用2日08时延安高空测风资料对MCC垂直风场演变进行分析。以850hPa以下层次作为云底以下低层，以700hPa作为云体下部，以200hPa作为云体上部。MCC发生时，云底以下低层为4m·s-1偏南风；从云底以下低层到云体下部风向随高度逆转接近60°；从云体下部到云体上部风速垂直切变平均达到3m·s-1，风速和风向垂直切变以及云底以下低层风速，有利于多单体风暴的生成发展和较长时间的维持[13]。
2.4.2 动力系统的空间结构及其演变从图 6a可见，7月2日08时，GR区对流层中低层正涡度开始发展，上游生成3×10-5s-1的正涡度中心；GR区对流层高层负涡度开始发展，上游生成-7×10-5s-1的负涡度中心。从图 6b可见，MR区(109~113°E，下同)下游(115°附近)对流层中低层生成-8×10-5s-1的辐合中心，对流层高层生成16×10 -5s-1的辐散中心；GR区对流层低层为弱辐合，对流层高层为弱辐散；涡度场和散度场的配置，使GR区对流层上升运动开始发展(图 6e)，对应GR区中-β尺度对流云团开始发展。7月2日20时，GR区涡度的空间配置向东移入MR区(图 6c)，MR区下游散度的空间配置不连续后退移至MR区(图 6d)，MR区涡度场和散度场形成耦合，形成强烈的上升运动(图 6f)，对应GR区中-β尺度对流云团东移发展成为MCC。
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图 6a 02006年7月2日08时涡度剖面图(单位：10-5S-1) |
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图 6b 2006年7月2日08时散度剖面图 |
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图 6c 2006年7月2日20时涡度剖面图 |
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图 6d 2006年7月2日20时散度剖面图 |
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图 6f 2006年7月2日20时 |
以延安多普勒雷达获得的资料，对此次MCC暴雨过程做进一步分析。
2日08：00，延安对流层低层已有强东南风生成，延安对流层低层同时有西南低空急流生成，西南低空急左侧同时生成比较强的气旋性辐合，对流层中高层有径向辐散开始发展(图 7a，见彩页)；在对应的反射率因子图上，有大于30dBz呈西北东南向中-β尺度云团生成(图 8a，见彩页)。2日12：01，有东南风低空急流生成，西南低空急流同时发展，西南低空急流左侧气旋性辐合维持，对流层中高层径向辐散获得很大发展(距雷达100~150km处，下同)(图 7b，见彩页)；在对应的反射率因子图上，大于30dBz云区获得发展，这时MCC进入初始时刻(图 8b，见彩页)。2日14：01，东南低空急流、西南低空急流、以及西南低空急流左侧气旋性辐合维持，对流层中高层的径向辐散进一步获得发展(图 7c，见彩页)；在对应的反射率因子图上，大于30dBz云区范围有所减小，但大于30dBz云团中心区变得密实(图 8c，见彩页)。2日18：20，东南低空急流再度发展，生成V≥15m·s-1急流中心；对流层中低层的气旋性辐合维持，对流层低层的西南入流急流维持，对流层中高层同时形成呈弓状的径向强辐散带(图 7d，见彩页)；在对应的反射率因子图上，大于30dBz的云区再度获得发展，这时MCC进入鼎盛期(图 8d，见彩页)。20：06，除了东南低空急流维持外，对流层低层的西南入流气流大幅度减弱，对流层中高层径向辐散大幅度减弱(图 7e，见彩页)；在对应的反射率因子图上，云团减弱，变成零散的云块，不再具有MCC特征(图 8e，见彩页)。
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图 7 2006年7月2日2.4°仰角多普勒雷达径向速度 (a) 08:00; (b) 12:01; (c) 14:01; (d) 18:20; (e) 20:06 |
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图 8 2006年7月2日2.4°仰角多普勒雷达反射率因子 (a) 08:00; (b) 12:01; (c) 14:01; (d) 18:20; (e) 20:06 |
从上述分析可见，东南低空急流的生成、配合西南低空急流生成和稳定，西南低空急流左侧有气旋性辐合维持、配合对流层中高层径向强辐散，构成MCC致洪暴雨的三维流场结构。
4 结语通过上述分析，可得出如下结论。
(1) 对流层中低层深厚暖湿切变辐合的形成，配合对流层高层急流分支出口处生成中-α尺度强辐散、对流层低层华北冷空气南下倒灌锋生产生的动力抬升作用，形成有利于MC C生成发展的环流背景。
(2) MCC发生在高能、弱对流不稳定区。700hPa西南低空急流、850hPa分支南风气流为MCC的生成和发展提供了充足的水汽输送和能量输送。
(3) MCC发生区对流层中低层正涡度区和对流层高层负涡度区配置的东移，MCC成熟区下游对流层中低层辐合区和对流层高层强辐散区配置的不连续后退，使MCC成熟区涡度场和散度场形成耦合、出现强烈的上升运动，成为MCC发生发展和维持的动力机制。
(4) 多普勒雷达径向速度场揭示了MCC致洪暴雨的三维流场结构，即：东南低空急流的生成、配合西南低空急流生成和稳定，西南低空急流左侧有气旋性辐合维持、配合对流层中高层径向强辐散，构成MCC致洪暴雨的三维流场结构。
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