引言

暴雨、洪涝、雷暴和龙卷等经常由中尺度对流系统（简称MCS，Mesoscale Convective Systems）造成^[1-3]。Velasco等^[4]、Miller等^[5]、Laing等^[6]对南美洲，西太平洋和非洲的MCC（Mesoscale Convective Complexes，中尺度对流复合体）进行了普查，发现中纬度地区的MCC几乎全部发生于大陆地区，特别是大地形的下风方，而很少生成于临近大陆的温带洋面。方宗义^[7]、李玉兰等^[8]和项续康等^[9]普查了我国西南、华南等地的MCC；尹承美等使用常规观测资料、地面加密资料和FY-2产品对济南市"7.18"大暴雨的天气形势、云图演变特征及中尺度系统发生、发展和移动的情况进行了分析^[10]，郑媛媛等利用雷达、卫星、闪电定位仪及NCEP资料分析了2007年7月8日在安徽沿淮西部出现的特大暴雨过程的中尺度特征^[11]，易笑园等分析了华北飑线系统中地闪活动与雷达回波顶高的关系及预警指标^[12]，钱传海等利用多种观测资料和数值模拟, 对0604号强热带风暴碧利斯登陆后在湖南、广东等地引发强降水的中尺度对流系统活动特征进行了分析^[13]。马禹等^[14]统计普查了1993—1995年夏季中国及其邻域的MCS，共得到234个α中尺度(简称M_αCS)和585个β中尺度的(M_βCS)的对流系统，青藏高原下风方的中国西南部及其毗邻的越南北部、黄河中下游地区、渤海以及朝鲜半岛、日本都是MCS的多发区。郑永光等^[15-16]发现黄海及周边地区是一个MCS的多发区。费增坪等^[17-18]发现2003年淮河大水期间有相当比例的MCS出现在凌晨。

2007年夏季我国暴雨和强对流事件频发，淮河流域发生超过2003年仅次于1954年的大洪水，多个城市和地区（例如济南、重庆等）遭遇历史罕见暴雨袭击。我们曾利用逐时FY-2C（风云2号C星）TBB对2007年6—8月我国深对流活动的时空演变特征进行了分析^[19]，但并未进行MCS的识别与追踪分析研究，因此本文使用逐时FY-2C TBB资料进一步对2007年夏季川渝和淮河流域地区MCS进行识别与追踪，以分析MCS的移动路径、生命史长度、空间分布以及日变化特征，从而为该区域强对流和暴雨天气的临近预报提供一定参考。

1 资料、普查区域和方法

本文所用资料为国家卫星气象中心中国遥感数据网提供的2007年6月28日至7月26日FY-2C地球静止卫星TBB资料，资料时间分辨率为1小时，水平分辨率为0.1°×0.1°。

本文的普查区域为25~38°N、100~130°E，包括川渝地区、江淮流域、云贵地区及我国东部海域，其中本文所称的川渝地区为26~33°N、100~109°E地理范围，包含了四川省和重庆市；江淮流域的经纬度范围为30 ~35°N、110~122°E。普查的对象是在此期间发生、成熟和消亡过程中经过该区域、生命史≥3小时的MCS。

根据Augstine和Howard^[20]、Jirak等^[21]提出的使用－52℃ TBB来识别MCC标准，本文利用TBB＝－52℃的闭合等值线来识别MCS。如果－52℃ TBB闭合等值线内TBB≤－52℃的面积≥400km² 则识别为一个MCS，不区分形状与生命史，这样普查得到的MCS包含了M_αCS和较大尺度的M_βCS。本文中的MCS识别由计算机自动完成，MCS的追踪由人工完成。由于2007年6月28日至7月26日生命史＜3小时的MCS数量较多，因此本文仅对生命史≥3小时的MCS进行了普查分析，总共得到570个生命史≥3小时MCS。根据Maddox^[1]、Augstine和Howard^{[20, 22]}对MCC的判断标准，本文获得的570个MCS中有20个MCS符合MCC尺寸及生命史标准。

为了分析不同尺度MCS时空尺度分布特征，根据尺度分析的理论, 水平尺度大的MCS其时间尺度也比较长^[23]，因此我们按时间尺度将MCS分为三类：第一类MCS生命史为3~5小时；第二类MCS生命史为6~11小时；第三类MCS生命史≥12小时。Miller等^[5]分析西太平洋地区MCC的平均持续时间约为11小时，活动最频繁的MCC生命史为9小时，因此本文中生命史≥12小时第三类MCS代表的是水平尺度较大的M_αCS；其它两类MCS基本代表的是不同水平尺度的M_βCS，也包含少量时间尺度较短的M_αCS。

本文对MCS日变化特征的分析方法是分别分析MCS的形成、成熟及总体数目日变化特征。MCS形成日变化特征分析是把普查得到的MCS形成时刻按每个时次（00—23UTC共24个时次）分别统计MCS数目，得到MCS形成日变化曲线。MCS成熟日变化特征分析是把普查得到的MCS成熟时刻按每个时次分别统计MCS数目，得到MCS成熟日变化曲线。MCS总体数目日变化特征分析是把普查得到的MCS按每个时次分别统计MCS数目，得到MCS总体数目日变化曲线。

MCS形成日变化特征可以揭示MCS的形成高峰时次以及MCS的生成是具有单峰型还是多峰型特征；MCS成熟日变化特征可以揭示MCS的成熟高峰时次以及MCS成熟的日变化曲线特征；MCS总体数目日变化特征可以揭示MCS在哪些时段较为活跃、哪些时段较不活跃。

2 MCS的总体分布特征 2.1 MCS地理分布

2007年6月28日至7月26日25~38°N、100~130°E区域内570个生命史≥3小时的MCS移动路径见图 1a（见彩页）。图 1a（见彩页）中MCS的起始位置都是从其达到MCS普查的面积标准（TBB≤－52℃的连续冷云盖面积≥400km²）开始，路径中的实心圆点是MCS形成位置，箭头代表MCS移动方向，终止位置为MCS消亡位置。

从MCS的移动路径来看，形成于川渝地区的MCS大多在源地消亡，只有极少数移出该区域，并在长江上游地区消亡。形成于云贵高原东部和广西北部山区至洞庭湖的MCS大多沿对流层中低层引导气流向东北方向移动至江淮流域，极少数向南移动，在我国云贵高原南部消亡。形成于淮河流域的MCS大多沿对流层中低层引导气流东移，并在源地附近消亡，只有少数东移入海，这与文献[17~18]结果一致。

图 1a(见彩页)与图 1b(见彩页)都表明四川西部至云南西北部、四川东部与重庆、云贵高原东部和广西北部山区至洞庭湖、淮河流域四个区域是MCS活跃区，这与文献[19]结果一致。但需要指出的是，MCS的成熟位置分布表明淮河流域又呈现出三个MCS活跃中心，并呈波动状分布特征^[28]，这可能与该区域内的地势分布有关。对比2007年6月28日至7月26日期间500 hPa平均位势高度场（图 1b, 见彩页）可见MCS活跃区域都在平均586什位势米等值线外围，这表明副热带高压的稳定维持对MCS的发生发展提供了重要的天气尺度环境条件；但需要指出的是，湖北中西部虽然位于副高平均位置的外围但并不是MCS活跃区，这可能与该区域的地势分布及大尺度天气环流有关，不过这有待于进一步分析。

项续康等^[9]曾指出，强降水主要产生于MCC的成熟阶段。费增坪等^[17]也认为MCS成熟位置的主要降水时段位于淮河流域及其邻近地区是引发淮河大水的重要原因。2007年7月淮河的流域性大洪水，四川、重庆也遭受强暴雨袭击，因此，MCS的成熟位置集中在这两个区域是该区域大降水产生的直接原因。

2.2 MCS持续时间及最大冷云盖面积分布特征

Miller等^[5]分析了西太平洋地区MCC的持续时间及最大冷云盖面积分布特征。为了解2007年夏季本文普查区域内MCS的上述两类特征，我们也给出了普查区域内总体MCS及两个MCS活跃区域川渝地区和江淮流域的MCS持续时间和最大冷云盖面积分布特征，这可为该区域内MCS的临近和短时预报提供一定参考。

图 2a表明本文普查区域内总体MCS和川渝地区MCS有类似的持续时间分布特征，两者活动最频繁的MCS持续时间为3~7小时。但江淮流域活动最频繁的MCS生命史为4~9小时，这表明2007年夏季江淮流域大多数MCS持续时间相对偏长是导致该区域暴雨频繁发生的重要原因。

图 2b显示，本文普查区内总体MCS、川渝地区MCS及淮河地区MCS最大冷云盖面积分布具有相似的特征，活动最频繁的MCS的最大冷云盖面积主要在1×10⁵~5×10⁵km²范围内，最大冷云盖面积超过5×10⁵km²的MCS数目较少。

3 三类MCS地理分布

不同尺度的大气环流对不同尺度MCS发生发展具有不同的影响，本部分将分别讨论三类不同时间尺度MCS地理分布特征的异同，并结合500hPa平均位势高度场分布进行分析。

第一类MCS生命史为3~5小时，共发生318个，占MCS总数的56%，是发生最多的MCS。这符合对流系统尺度越小、发生频率越高的一般规律。图 3a表明2007年普查区域的第一类MCS具有几个活跃中心，分别为四川西部、重庆、云贵高原南部和广西北部交界山区及淮河流域。另外，浙江、福建以及黄海也有较多此类MCS发生，但东海海域MCS发生数目较少。此类MCS由于生命史短，大多在源地附近消亡，只有形成于黄海的此类MCS具有明显的东移特征。

第二类MCS生命史为6~11小时，共发生176个。由图 3b可见，此类MCS多集中在淮河流域下游，其次是四川盆地西部及贵州东、南部至洞庭湖。另外，江南丘陵及黄海也有一定数量第二类MCS发生。形成于淮河流域的此类MCS大多在源地附近消亡，部分东移入海；形成于四川盆地的此类MCS大多在源地附近消亡，少数向南传播并在云南消亡；形成于贵州东部和南部至洞庭湖及江南丘陵的此类MCS沿对流层中低层引导气流向东北方向移动。

第三类MCS尺度较大，生命史≥12小时，总共发生73个，是三类MCS中发生数目最少的一类。由图 3c可见，此类MCS大多集中在四盆地西部、重庆和淮河流域，其中发生在四川盆地和重庆的约占该类MCS的50%（36个）。其次，淮河流域是该类MCS的第二高发区，发生在该区域的MCS约占该类MCS的23%（17个）。另外，云贵高原东部向东北方向沿山脉（武陵山和雪峰山）走向至洞庭湖也有较多此类MCS发生，约占此类MCS的15%（11个）。形成于四川盆地西部和重庆的此类MCS移动路径较短、大多在源地附近消亡。形成于云贵高原东部—洞庭湖的MCS大多沿西太平洋副高西北侧的西南引导气流移动，移动过程中消亡于江淮流域。形成于淮河流域的此类MCS大多沿西太副高北侧的引导气流东移入海。

对比MCS移动路径与500hPa平均高度场可以看到，第一、二类MCS在西太平洋副高平均位置的内、外侧都有发生，它们的发生、发展及移动受中尺度因素影响明显，可能与地形、中尺度辐合线等有关。105°E以东的第三类MCS主要发生在西太平洋副热带高压平均位置的外围，与高空槽的平均位置关系密切，其移动方向受副高西北侧的西南引导气流引导；这说明第三类MCS的发生发展及移动路径主要受大尺度大气环流系统控制。

4 MCS日变化特征 4.1 普查区域MCS的总体日变化特征

MCS活动具有明显的日变化特征^[20-24]。图 4为2007年6月28日至7月26日普查区的MCS形成、成熟及总体数目的日变化特征曲线。图 4表明MCS大多数形成于午后（06—08UTC）。另外，在夜间有三个较小的MCS形成峰值，分别出现在14UTC、17UTC、21UTC。午后形成的MCS在形成后2~3小时成熟。MCS最活跃的时段在08—09UTC。另外，在凌晨也有一个MCS的活跃次峰值（21—22UTC）。

4.2 三类MCS的日变化特征

图 5为第一、二、三类MCS的日变化特征曲线图。

第一类MCS（生命史为3~5小时）的形成、成熟及总体数目具有显著的日变化特征。由图 5a可见，此类MCS多数在午后（06—08UTC）形成。午后形成的此类MCS在生成后2~3小时成熟，夜间形成的1~2小时成熟。第一类MCS在午后（08—09UTC）活动旺盛，尤其在09UTC该普查区内此类MCS最为活跃。另外，在夜间和凌晨此类MCS的形成、活动、成熟峰值比第二、三类MCS要小的多，可见此类MCS主要在午后发生发展，夜发性特征不显著。因此这类MCS可归类为热对流^[28]天气系统。

第二类MCS（生命史为6~11小时）形成、成熟及总体数目都具有显著的日变化特征。由图 5b可见，这类MCS的形成具有多峰特征，其中最显著的形成峰值出现在午后（7UTC）。另外，傍晚（12—14UTC）、午夜（17UTC）及凌晨（22UTC）也有较明显的小峰值，表明此类MCS的多发时段为午后，同时具有夜发性和凌晨形成的特点。午后形成的这类MCS在生成后3小时达到成熟，在夜间生成的MCS要5~8小时才能成熟，并且大多成熟于凌晨（21—22UTC）。第二类MCS在午后（08—09UTC）活动最旺盛，同时在凌晨也有一个较明显的MCS活动的小峰值。这表明该类MCS具有一定的夜间活跃特征。

第三类MCS（生命史≥12小时）形成和总体数目具有明显的日变化特征，而此类MCS的成熟日变化特征并不明显。由图 5c可见，这类MCS在午后（7UTC）形成最多，在日落后和夜间也有明显的MCS形成峰值，分别出现在12UTC、14UTC、18UTC，表明这类MCS主要形成在太阳辐射最强的午后，且有一定的夜发性。第三类MCS成熟时刻无显著的日变化特征。该类MCS的总体数目日变化表现出明显双峰特征，两个峰值分别出现在日落前（08—09UTC）和夜间（18UTC），其中18UTC该类MCS活动最活跃，说明该类MCS具有夜间比较活跃的特征。

4.3 川渝地区MCS日变化特征

下垫面不同，MCS的日变化特征也有所不同^[27-28]。2007年川渝地区和江淮流域暴雨洪涝灾害严重，但这两个地区具有不同的地理环境条件，因此本部分将分别讨论这两个地区的MCS的发生、成熟及总体数目的日变化特征，以便了解这两个区域MCS的日变化特征的异同。

图 6a是川渝地区MCS的形成、成熟及总体数目的日变化特征曲线。图 6a表明，川渝地区MCS在午后07—08UTC存在一个明显的多发时段，但在日落后（12UTC）还有一个更明显的形成高峰。另外，该区域在夜间也出现了多个MCS形成次峰，分别为15UTC、17UTC及21UTC，表明该区域MCS大多形成于午后和日落后，尤其是日落后是MCS的高发时段，上午MCS发生的频率最小，并具有一定的夜间和凌晨发生的特点。该地区午后形成的MCS，大多在形成后2小时达到成熟，而在日落后形成的MCS大多成熟于夜间、凌晨及清晨，上午达到成熟的最少。日落前后（09—10UTC）是该区域MCS活动最旺盛的时段，夜间和凌晨也有较明显的MCS活动，上午时段该区域MCS最不活跃，这与文献[28]的研究结果一致。

4.4 江淮流域MCS日变化特征

图 6b为江淮地区MCS日变化特征曲线图。淮河流域的MCS大多产生于午后到傍晚(05—09UTC)，而在下半夜(17UTC)、凌晨(20—21UTC)和上午（01UTC）也有明显的MCS形成峰值。这表明该区域MCS具有较明显的夜间、凌晨及上午发生特征。该区域上午形成的MCS在形成后约3小时成熟，午后形成的MCS大多在形成后约1~3小时成熟，而夜间形成在形成后约2~5小时成熟。淮河流域MCS活动在日落前（09UTC）最旺盛，另外在午夜（17UTC）和凌晨（21UTC）及上午（01UTC）都有明显活跃时段。

川渝地区和江淮流域的MCS的日变化特征表明两个区域MCS活跃时段都具有多峰型特征，这种MCS日变化特征与文献[28]分析结果类似。但两个区域MCS发生发展时段有所不同。川渝地区MCS的形成高峰时段在日落后，午后也有较明显的MCS形成峰值，上午MCS形成的频率最低，具有一定的夜间和凌晨形成的特征；日落前后（09—10UTC）是MCS最活跃的时段。淮河流域的MCS大多形成于午后到傍晚，上午也有较明显的形成峰值，夜间和凌晨形成特征比川渝地区更加显著；MCS在09UTC最活跃，另外在午夜和凌晨及上午时段都有较明显有活跃时段。需要指出的是，江淮流域和川渝地区MCS最活跃时段相差约1个小时（江淮流域为09UTC，川渝地区为09—10UTC），这与两地的地方时约有1个小时时差有一定关系。

5 三个典型MCS个例 5.1 2007年7月7—9日南京大暴雨个例

2007年7月7—9日，南京地区出现强降水过程，降水主要集中在江宁、南京和江浦。7日09—10 UTC江浦站的1小时降水达到70.6mm，为建站以来1小时降水量历史最高值。江宁、江浦和南京市区48小时的降水量就已经超过了梅雨量的常年平均值(南京地区梅雨平均值在250mm左右)。这次过程降水主要集中在7日08—14UTC及7日23UTC至8日05UTC两个时段，FY-2C红外云图表明这次强降水过程的两个阶段是由江淮梅雨锋上两次M_αCS引发，本文给出第一次M_αCS发展演变过程（图 7a，见彩页）。

2007年7月7日07UTC南京及其上游(安徽东部)分别形成1个M_βCS（图 7a，见彩页），7日08UTC安徽境内的MCS东移入南京上空，并与南京较强的MCS合并，之后在南京上空继续发展。7日10UTC南京的上游区域安徽中部再次形成一个M_βCS并向东移动。7日11UTC安徽M_βCS并入在南京上空不断发展旺盛的MCS并形成为M_αCS，其－52℃冷云盖面积由07UTC的10528km²增长至76879km²，云顶最低亮温也从－67.6℃降低至－77.3℃。7日12UTC该MCS云顶亮温达到最低，为－79.5℃；7日14UTC（图 7a，见彩页）－52℃冷云盖面积达到最大，为113301km²。7日19UTC该MCS东移入海，南京地区该次暴雨过程的第一阶段强降水结束。

5.2 2007年7月17—18日重庆大暴雨个例

2007年7月17—18日，重庆遭受暴雨袭击，铜梁、璧山、沙坪坝17日降水量分别达到179.5mm、258.0mm和262.8mm，为有气象记录以来日降雨量的最大值，其中沙坪坝为1892年以来的最大值。这次大暴雨过程降水主要集中在7月16日19UTC至17日09UTC及17日20UTC至18日07UTC两个时段，FY-2C红外云图表明此次过程是的两个阶段由两次M_αCS长时间在重庆上空维持引起的，本文给出第一次M_αCS发展演变过程（图 7b，见彩页）。

16日16UTC重庆西部形成1个M_βCS（图 7b，见彩页），其－52℃冷云盖面积为14858.1km²，云顶最低亮温为－69.4℃，此MCS不断发展增强并稍微向东南方向移动，3小时后（19UTC）重庆西部暴雨开始。16日23UTC该MCS的云顶亮温达最低，为－93.2℃，17日04UTC其－52℃冷云盖面积达到最大(图 7b，见彩页)，为137981km²，之后此MCS逐渐减弱，17日10UTC分裂减弱消亡，重庆第一阶段大暴雨结束。虽然该M_αCS生命史长达19小时，但由其移动路径来看其移动距离短、在重庆上空稳定维持以及较强的上升运动（TBB最低达－93.2℃）是导致重庆17日降水量创历史记录的直接原因。

5.3 一个长时间维持的MCS个例

2007年6月28—29日发生在川渝地区的一个MCS，其持续时间长达38小时，整个生命史期间两次改变移动方向，并伴随两次发展过程。图 7c与图 7d是该MCS的发展演变过程。

6月28日09UTC在四川盆地中南部形成5个M_βCS（图 7c，见彩页），并向东南偏东方向移动，28日11UTC四个MCS在四川盆地东南部合并为一个M_αCS，－52℃冷云盖面积达到54284km²，云顶最低亮温达－83.9℃，之后在缓慢东移的过程中迅速发展；至28日15UTC该MCS冷云盖形状近似圆形，其面积增大至116431km²，云顶最低亮温为－89.9℃；28日16UTC该云团的传播方向由自西向东转变为向东北方向移动并继续发展；28日19UTC此MCS位于重庆上空，其形状也从近似圆形变为东北—西南向的椭圆形，－52℃冷云盖面积达到226673km²，云顶最低亮温为－93.2℃；之后11小时（28日20UTC至29日06UTC）该MCS一直维持在重庆及贵州东北部，但－52℃冷云盖面积逐渐减小，对流活跃性减弱。29日06UTC(图 7d，见彩页)冷云盖形状由椭圆形变为带状，此带状MCS轴线与下垫面山脉走向一致，呈东北—西南向，冷云盖面积减小为65852km²，云顶最低亮温为－81.2℃。29日07UTC此MCS再一次改变移动方向，由向东北方向移动转变为向南移动，并且在向南移动的过程中再次发展，29日18UTC（图 7d，见彩页）此MCS南移至云南、贵州、广西及越南交界处，冷云盖面积达到最大，为244085km²，云顶最低亮温为－93.2℃，此后继续向南移动，5小时之后（6月30日00UTC）在越南北部分裂消亡。

如本文第三部分所述，长生命史MCS（≥12小时）的演变主要受大尺度环流背景控制，因此该长生命史MCS的演变过程表明MCS在大尺度环流背景控制下可以呈现为发展、减弱、再重新发展的生命史特征。

6 结论与讨论

本文利用2007年6月28日至7月26日川渝地区与江淮流域持续暴雨期间FY-2C TBB资料，对25~38°N、100~130°E内的MCS进行普查分析，得到如下几点结论。

(1) 普查区域内MCS存在多个呈波动状分布的活跃中心，主要位于四川西部至云南西北部、四川东部与重庆、云贵高原东部和广西北部山区至洞庭湖、淮河流域，这种波状分布特征可能与地势分布及大尺度天气环流背景有关。

(2) 按时间尺度将普查区内的MCS分成三类：第一类MCS生命史3~5小时，第二类MCS生命史6~11小时，第三类MCS生命史≥12小时。第一、二类MCS在西太平洋热带高压平均位置（500hPa平均位势高度场586dagpm等值线）的内、外侧都有发生。第三类MCS发生在西太平洋热带高压平均位置的外侧，沿副高西北侧的引导气流移动；该类MCS的发生、发展及移动路径主要受天气尺度环境场控制。

(3) MCS的形成、成熟及总体数目具有明显的日变化特征。三类MCS的形成高峰都出现在午后。第一类MCS的夜发性或凌晨发生特征相对较弱，第二、三类MCS有显著的夜发性或凌晨发生特征。第一、二类MCS在午后最活跃，第三类MCS活动最活跃时段在下半夜（18UTC）。

(4) 川渝地区与淮河流域MCS的形成、成熟及总体活动日变化特征有所不同。川渝地区MCS形成峰值出现在日落后（12UTC），上午MCS形成频率最低；川渝地区日落前后（09—10UTC）MCS最活跃，MCS的夜间活跃性比淮河流域显著。淮河流域的MCS大多形成于午后到傍晚，夜间和凌晨形成MCS的特征比川渝地区更加显著；淮河流域MCS活动在09UTC最活跃，在午夜和凌晨及上午时段也较活跃。这种日变化特征可为MCS的临近及短时预报提供一定参考。

(5) 2007年7月7—9日南京地区大暴雨和7月17—18日重庆大暴雨均由两次M_αCS活动引发。2007年6月28—29日发生在川渝地区持续时间较长的MCS，在其生命史期间两次改变移动方向并呈现为发展、减弱、再重新发展的特征。

致谢：感谢中国气象局国家卫星气象中心的中国遥感数据网(网址: http://satellite.cma.gov.cn/)提供FY-2C TBB资料。