劉瑞芳, 李萍云, 陳小婷, 侯建忠

(陜西省氣象臺(tái),陜西西安710015)

0 引言

暴雨是中國主要的災(zāi)害性天氣,中小尺度系統(tǒng)是暴雨天氣的直接制造者,根據(jù)Orlanski(1975)對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)尺度的劃分方法,通常分為天氣尺度(＞2000公里)、中尺度(2～2000公里)、小尺度(＜2公里),中尺度又分為 α中尺度、β中尺度和γ中尺度,其中 α中尺度和β中尺度的劃分一般以200～250公里為界,預(yù)報(bào)和防御難度極大。近年來,針對(duì)陜西地區(qū)的暴雨,氣象工作者做了大量的研究工作[1-7],但專門針對(duì)中尺度對(duì)流復(fù)合體(Mesoscale Convection Complex,MCC)引發(fā)的致洪暴雨研究較少。事實(shí)證明,MCC在青藏高原東側(cè)頻繁出現(xiàn),常常造成這些地區(qū)暴雨以及嚴(yán)重的暴洪事件,給國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失。因此,加強(qiáng)對(duì)高原東側(cè)MCC發(fā)生、發(fā)展和移動(dòng)規(guī)律的研究,對(duì)這些地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)具有重要的意義。

1 天氣概況

2011年7月4日20時(shí)～6日20時(shí),陜西南部遭遇了入汛以來強(qiáng)度最大、影響范圍廣的強(qiáng)降水天氣。截止6日20時(shí),漢中的南鄭、西鄉(xiāng)、鎮(zhèn)巴3個(gè)縣(區(qū))的9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)累計(jì)降水量超過200毫米,漢中、安康市有9個(gè)縣(區(qū))的29個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量為150～200毫米,18個(gè)縣(區(qū))的107個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量100～150毫米。其中,南鄭縣新集、忍水雨量分別達(dá)286.8、274.8毫米。據(jù)民政廳災(zāi)情統(tǒng)計(jì),暴雨致使?jié)h中、安康、商洛等31個(gè)市縣受災(zāi),受災(zāi)人口346820人,緊急轉(zhuǎn)移安置22522人,農(nóng)作物受災(zāi)面積16243.75公頃,成災(zāi)面積11068.24公頃,絕收面積1986.89公頃,倒塌房屋6275間,因?yàn)?zāi)造成直接經(jīng)濟(jì)損失49265.82萬元。圖1為此次強(qiáng)降水過程的總降雨量,由圖中看出這次強(qiáng)降水的分布特點(diǎn):一是強(qiáng)降雨區(qū)域集中,降水主要出現(xiàn)在陜西南部秦巴山區(qū);二是降水強(qiáng)度大,降水時(shí)段長;三是造成的災(zāi)害和損失重。本次暴雨過程主要有兩個(gè)強(qiáng)降水時(shí)段,分別為5日05:00～10:00(以下簡稱“MCC暴雨1”),6日 09:00～18:00(以下簡稱“MCC暴雨 2”)。經(jīng)分析云圖發(fā)現(xiàn),連續(xù)兩天受MCC影響造成強(qiáng)降水,這在陜西歷史上極為少見,很值得研究。利用常規(guī)觀測資料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析資料、FY-2C衛(wèi)星TBB以及自動(dòng)雨量站資料對(duì)暴雨發(fā)生發(fā)展的環(huán)境場、副高外圍水汽及濕焓、大氣層結(jié)的穩(wěn)定性及動(dòng)力條件等進(jìn)行分析,探討此類暴雨的成因和機(jī)理,為此類強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)提供一些參考。

2 環(huán)流背景和中尺度影響系統(tǒng)

2011年7月4日20:00(圖略),200hPa等壓面上亞洲中緯度為兩槽一脊型:新疆、東北北部為槽區(qū),蒙古為脊區(qū);亞洲從20°N～40°N受帶狀副熱帶高壓控制;四川中部同時(shí)生成一小槽(下稱四川小槽)和蒙古高壓脊成反位相迭加。隨著新疆大槽東移發(fā)展,5日08:00(圖2a),四川小槽加深發(fā)展,四川小槽前生成一反氣旋旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)輻散氣流,川陜交界地帶生成尺度約500km、散度＞2×10-5s-1的強(qiáng)輻散中心,MCC和散度＞2×10-5s-1強(qiáng)輻散中心形成很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。5日20:00(圖略),四川小槽減弱,四川小槽前氣流的反氣旋輻散減弱,范圍變小,MCC減弱消失。6日08:00(圖2b),伴隨新疆槽的再度發(fā)展,四川小槽也再度獲得發(fā)展,并生成反氣旋旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)輻散氣流,川陜交界地帶生成尺度達(dá)8個(gè)經(jīng)距、散度＞3.9×10-5s-1的強(qiáng)輻散中心。四川小槽前強(qiáng)輻散的形成,促使MCC的再度生成和發(fā)展。

500hPa等壓面上,2011年7月4日20:00(圖略),歐亞中高緯度為兩槽一脊,槽線分別位于新疆和東北地區(qū),中國中南大部地區(qū)為584帶狀高壓控制,陜西南部地區(qū)位于588線北界西南暖濕氣流區(qū),青海、甘肅交界至四川地區(qū)為一南北向切變線。伴隨新疆低槽的東移發(fā)展,5日08:00(圖略),新疆低槽東移至貝加爾湖附近,副高略微東退,切邊線東移至甘南-四川中部一線,陜西南部地區(qū)處于風(fēng)速的輻合區(qū),切變線與副高之間正是MCC發(fā)生、發(fā)展區(qū)。5日14:00,隨著貝湖低槽的加深發(fā)展,新疆-甘肅地區(qū)建立起一支西北氣流發(fā)展,MCC減弱消失。6日08:00(圖2a),貝湖冷渦加深南壓,冷渦底部的西北風(fēng)和來自副高外圍的西南風(fēng)在四川中部匯合形成一低槽,低槽前再度觸發(fā)了MCC的生成和發(fā)展。伴隨低槽的東移,MCC再度減弱直至消失。

700hPa等壓面上,4日20:00(圖略),云南、四川至陜西南部地區(qū)生成一支天氣尺度的西南氣流,風(fēng)速可達(dá)10～12m/s,甘肅南部-四川地區(qū)生成一東北-西南向冷式橫切變,5日08時(shí),切邊線東移至漢中-四川一線,切變線后部的甘肅東南部有-3℃變溫,中低空冷空氣(Ω系統(tǒng)之西北氣流)通過切變線源源不斷地向東輸送,增強(qiáng)了切變區(qū)暖濕氣流的輻合上升,是造成5日陜西南部強(qiáng)降水天氣的直接影響系統(tǒng)。切變線后部的偏北氣流和冷平流、副高外圍西南急流和暖平流,在暴雨區(qū)附近產(chǎn)生鋒生,西南急流左側(cè)的切變配合鋒生,觸發(fā)了第一次MCC的生成和發(fā)展。5日20:00,副高的略微東退,850hPa低層急流東南壓,MCC減弱消失。6日08:00(圖略)850hPa高度場上,印度季風(fēng)爆發(fā)后,從中南半島-云南-重慶-陜西安康地區(qū)生成一支天氣尺度的西南急流,西南急流左側(cè)的云南、重慶交界地帶生成一低渦,低渦后部偏北風(fēng)產(chǎn)生的冷平流與西南急流產(chǎn)生的暖平流,在四川、重慶交界地帶產(chǎn)生鋒生。西南急流左側(cè)低渦切變配合鋒生,觸發(fā)了第二次MCC的生成和發(fā)展。

圖1 2011年7月4日20時(shí)～6日20時(shí)總降水量

圖2 2011年7月200hPa風(fēng)場和散度場(單位:10-6s-1,黑雙實(shí)線為切變線)

3 MCC的活動(dòng)及云團(tuán)特征

MCC是造成重大氣象災(zāi)害的主要天氣系統(tǒng)之一,已受到越來越多的關(guān)注和研究[3-9],但目前針對(duì)中國西部的MCC研究還較少。利用每小時(shí)一次的FY-2C衛(wèi)星云圖資料,對(duì)影響2011年7月5～6日陜西南部大暴雨的MCC進(jìn)行了初步分析。取 TBB≤-32℃云團(tuán)為MCS,滿足-32℃以下云罩面積在10×104km2以上,且-53℃以上,維持時(shí)間6小時(shí)以上的暴雨云團(tuán)為MCC[3-4]。

3.1 7月5日暴雨過程MCC活動(dòng)

5日00:00～01:00紅外云圖上,高原上有一準(zhǔn)東西向?qū)α髟茙?副熱帶高壓外圍的四川東部、陜西安康地區(qū)有對(duì)流云單體發(fā)展,由小的亮點(diǎn)發(fā)展成較大的邊界光滑整齊的3個(gè)對(duì)流云團(tuán)(圖3a),尺度較小,分別為云團(tuán)A、B、C。02:00云團(tuán)A、B增大合并為云團(tuán)D,云團(tuán)C減弱。03:00(圖3b)云團(tuán)D迅速發(fā)展,冷云面積大幅度增加,云頂亮溫＜-53℃的云罩面積約為4×104km2,云頂亮溫＜-32℃的云罩面積約為5×104km2,這是MCC形成的初期。隨著中低層切變線、850hPa低渦緩慢東移,副熱帶高壓外圍的偏南氣流向850hPa低渦的東北側(cè)暴雨區(qū)輸送了大量的水汽和不穩(wěn)定能量,06:00強(qiáng)盛發(fā)展的云團(tuán)D將減弱的云團(tuán)C并入,發(fā)展為MCC,對(duì)流發(fā)展旺盛。07:00(圖3c)并入的云團(tuán)C加強(qiáng)發(fā)展,冷云面積擴(kuò)展到最大,MCC進(jìn)入鼎盛期,云頂亮溫＜-53℃的云罩面積約為18×104km2,云頂亮溫＜-32℃的云罩面積約為22×104km2,橢圓率＞0.7,幾乎占據(jù)四川東北部及陜南漢中部分地區(qū),此時(shí)對(duì)流發(fā)展最為強(qiáng)盛。強(qiáng)降水出現(xiàn)在云頂亮溫TBB等值線北邊界的密集區(qū)中,造成漢中市漢濱區(qū)1h降水44.9mm、南鄭縣1h降水50.6mm。從08:00開始,MCC云團(tuán)開始減弱,云團(tuán) TBB＜-53℃的冷云區(qū)面積大幅減小,11:00(圖3d)減弱的MCC南邊界引發(fā)了一條外流邊界,表現(xiàn)為弧狀積云線,云團(tuán)開始消散,邊緣出現(xiàn)零散云區(qū),不再具有MCC特征。

以上可以清楚地反映出5日陜西南部出現(xiàn)的區(qū)域性暴雨和局地大暴雨過程,降水系統(tǒng)具有明顯的MCC特征,是一次典型的MCC過程,MCC的生命史長達(dá)9h。

圖3 2011年7月5日 TBB圖(單位:℃)

3.2 7月6日暴雨過程MCC活動(dòng)

5日22:00 (圖4a)在積云線處有兩個(gè)對(duì)流云團(tuán)迅速發(fā)展合并為云團(tuán)A,同時(shí)陜西漢中地區(qū)有零散的對(duì)流云團(tuán)發(fā)展,00:00(圖4b)陜南對(duì)流云團(tuán)B發(fā)展,03:00(圖4c)云團(tuán)A向東北方向發(fā)展,與云團(tuán)B合并,生成一東北-西南向的對(duì)流云帶,與700hPa中低層切變線的位置相對(duì)應(yīng),之后云帶東北方的云團(tuán)發(fā)展至陜西安康境內(nèi),西南方的云團(tuán)開始減弱,07:00減弱的安康云團(tuán)與四川東北部云團(tuán)內(nèi)有新對(duì)流云團(tuán)生成,并迅速發(fā)展合并,這就是MCC形成的初期。13:00(圖4d)云團(tuán)迅速發(fā)展,冷云面積擴(kuò)展到最大,MCC發(fā)展到最強(qiáng),云頂亮溫＜-53℃的云罩面積約為16×104km2,云頂亮溫＜-32℃的云罩面積約為20×104km2,橢圓率＞0.7,幾乎占據(jù)四川東北部及陜西南部地區(qū),此時(shí)對(duì)流發(fā)展最為強(qiáng)盛。強(qiáng)降水發(fā)生在 TBB低值中心與北部梯度大值之間。14:00云團(tuán)開始減弱,向東北方向發(fā)展,強(qiáng)降水范圍擴(kuò)展至陜西的關(guān)中地區(qū)。

由衛(wèi)星觀測可以看出6日的區(qū)域性暴雨和局地大暴雨過程,降水系統(tǒng)也具有明顯的MCC特征,是一次MCC過程,MCC的生命史長達(dá)8h。

把云頂紅外亮溫TBB最大值和強(qiáng)降水中心進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)TBB最大值與降水強(qiáng)度間關(guān)系不大,而與云團(tuán)北邊界TBB梯度有明顯關(guān)系,“MCC暴雨1”中TBB北邊界梯度大,降水強(qiáng)度也大,“MCC暴雨2”中降水對(duì)應(yīng)MCC的TBB北邊界梯度較小,降水強(qiáng)度也較小。

圖4 2011年7月6日 TBB圖(單位:℃)

4 MCC生成發(fā)展的環(huán)境條件

4.1 低空急流和水汽條件分析

充沛的水汽是產(chǎn)生暴雨的必要條件。水汽通量反映大氣的水汽輸送狀況,而水汽通量散度則表示大氣中水汽的輻合和輻散。2011年7月4日20時(shí)～6日20時(shí),850hPa從副熱帶高壓外圍至陜南上空一直有偏南氣流維持,風(fēng)速為8～14m/s。分析850hPa逐時(shí)次的水汽通量和水汽通量散度可以看出,“MCC暴雨1”和“MCC暴雨2”過程中水汽的輸送路徑有明顯的差異:時(shí)段1中水汽路徑主要來自副熱帶高壓外圍的東海和南海,水汽輸送帶在高壓西側(cè)轉(zhuǎn)向,并建立一條自云南至湖北的西南風(fēng)急流帶,時(shí)段2中的水汽路徑主要來自熱帶印度洋的西南急流,暴雨區(qū)位于低空急流左前方。從圖5(a)可以看出,5日02:00強(qiáng)降水區(qū)處在水汽通量散度的輻合中心附近,MCC發(fā)生區(qū)南側(cè)副熱帶高壓外圍有西南低空急流生成,湖南-貴州地區(qū)有一個(gè)水汽通量高值中心,中心值大于24g/(cm·hPa·s),水汽通量高值區(qū)隨偏南氣流向北伸展,在四川中北部-陜南地區(qū)水汽通量均達(dá)6g/(cm·hPa·s)以上,充足的水汽輸送滿足了MCC發(fā)生、發(fā)展必需的水汽條件。5日20:00(圖略),暴雨區(qū)附近位于水汽通量散度的輻散中心,中心強(qiáng)度超過3×10-7g·s-1·hPa-1·cm-2,表明強(qiáng)降水區(qū)已由水汽的匯變?yōu)樗脑?降水停止。6日08:00(圖略)隨著印度季風(fēng)的爆發(fā),從印度半島-云南-貴州-湖北有低空急流發(fā)展,MCC發(fā)生在850hPa西南急流左前方的水汽通量輻合區(qū)內(nèi)。隨著貝湖冷渦的進(jìn)一步南壓,強(qiáng)降水區(qū)逐漸為西北氣流控制,陜南的降水天氣結(jié)束。由此可見,低層的偏南暖濕氣流,與中緯度低值系統(tǒng)相互作用,建立起一支通向陜西的偏南氣流通道,將大量的水汽源源不斷地向暴雨區(qū)輸送,在急流前部的水汽通量高值區(qū)產(chǎn)生輻合,形成暴雨。

濕焓即溫濕能,單位質(zhì)量空氣的濕焓[10]為Eh=CpT+Lq,Cp=1.005J/(g·K),L=2500.6J/g,T為溫度,q為比濕。溫濕能通量表示為(V·Eh)/g。濕焓只與水汽和熱量有關(guān)。濕焓能較好地反映空氣熱能的累積狀態(tài),高濕焓區(qū)與高溫、高濕、強(qiáng)的能量聚集區(qū)相對(duì)應(yīng),強(qiáng)降水常發(fā)生在高溫濕能的等值線密集區(qū)。由850hPa濕焓場的變化看出,7月4日14:00(圖略)高濕焓中心位于四川中部,中心值340K,陜南地區(qū)為332K,等溫濕能處于甘肅中南部、四川一線,此時(shí)陜南強(qiáng)降水還沒開始。4日20:00(圖略)陜西溫濕能值增大到336K,陜南的溫濕能線更加密集,強(qiáng)降水分布靠近高溫濕能線密集處。5日02:00～14:00有濕焓舌從沿海向東北方向伸展至湖北境內(nèi),陜南濕焓一直維持332K,配合形勢場分析,發(fā)現(xiàn)高濕焓區(qū)、高濕焓舌與低空西南氣流相對(duì)應(yīng),它們代表了暖濕氣流的堆積和通道,強(qiáng)降水與濕焓密集區(qū)偏高值一側(cè)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。6日08:00～20:00貝湖冷渦加深發(fā)展,高原低槽東移,四川中部340K的高濕焓中心隨之向東移動(dòng),陜南暴雨區(qū)位于328K濕焓等值線密集區(qū)。

從850hPa的溫濕能通量看,4日20:00～6日20:00湖南附近有一個(gè)溫濕能通量的大值中心,中心值為55J/(cm·hPa·s),副高外圍至陜西南部有一溫濕能通道。強(qiáng)降水期間5日02時(shí)到6日20時(shí)(圖5b),陜南溫濕能值為15J/(cm·hPa·s),沿副高外圍經(jīng)湖南、重慶到陜西形成了溫濕能通量的大值區(qū),建立起從副高外圍到陜西的溫濕能通量的能量輸送通道,源源不斷地向陜西輸送。

圖5 水汽通量和水汽通量散度及平均溫濕能通量

4.2 濕位渦和穩(wěn)定性分析

通過濕位渦、絕對(duì)渦度討論大氣層結(jié)的對(duì)流不穩(wěn)定和條件性對(duì)稱不穩(wěn)定[11]。由濕位渦正壓項(xiàng)的垂直剖面圖看出:4日20:00暴雨發(fā)生前(圖6a),33°N 300hPa附近位渦值為 0.2PVU,800hPa為-0.2PVU(1PVU=10-6m2·s-1·kg-1·K),600hPa以下均負(fù)值區(qū),即MPV1＜0,由濕位渦的公式可知 ?θse/?p＞0,也就是600hPa以下大氣為對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié),700hPa副高外圍從云南-貴州-重慶-陜南有一支西南氣流,這支氣流為陜南暴雨區(qū)輸送大量的不穩(wěn)定能量,使大氣層結(jié)不穩(wěn)定。5日02:00(圖6a)強(qiáng)降水開始,濕位渦正壓值0.2PVU下降到400hPa附近,濕位渦正壓項(xiàng)負(fù)值的高度開始下降,0線下降到800hPa,說明800hPa以下仍是對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié),分析此時(shí)刻850hPa風(fēng)場發(fā)現(xiàn),東海、南海的偏南暖濕氣流沿副高外圍源源不斷地向陜西輸送水汽和能量。5日13:00,陜南西部漢中的風(fēng)向已轉(zhuǎn)為西北風(fēng),陜南漢中地區(qū)的暴雨結(jié)束,5日20:00暴雨區(qū)附近0.1PVU下降到900hPa,整層已被濕正壓項(xiàng)的正值控制,說明大氣不穩(wěn)定能量已釋放完,大氣層結(jié)轉(zhuǎn)為穩(wěn)定。由傾斜位渦發(fā)展理論[12],當(dāng)具有高濕位渦的冷空氣沿等熵面下滑時(shí),將經(jīng)過穩(wěn)定性逐漸減弱的環(huán)境大氣,導(dǎo)致其絕對(duì)渦度增大,此時(shí)垂直渦度將顯著增長,導(dǎo)致上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)和水汽的向上輸送,有利于降水加強(qiáng)。因此高層濕位渦侵入下伸暴雨區(qū),對(duì)暴雨起到增幅的作用。

6日08:00 ,印度季風(fēng)爆發(fā)后,從中南半島-云南-重慶-陜西安康地區(qū)生成一支天氣尺度的西南急流,不斷向陜南南部地區(qū)輸送水汽和能量。此時(shí)33°N濕位渦正壓值0.1PVU上升至800hPa附近,說明800hPa以下大氣的不穩(wěn)定層結(jié)加大,500hPa以上為濕位渦正壓項(xiàng)的大值區(qū)。6日14:00(圖6b),貝湖冷渦后部的偏北氣流與偏南急流相互作用,使急流左側(cè)的低值系統(tǒng)在陜西、四川東北部加強(qiáng),33°N濕位渦正壓值的0線上升到800hPa附近,說明大氣不穩(wěn)定層結(jié)進(jìn)一步加大,通過分析濕位渦項(xiàng)發(fā)現(xiàn)33°N附近,濕位渦在400～700hPa小于0,根據(jù)陸漢城等[10]提出的條件性對(duì)稱不穩(wěn)定需滿足下列條件:濕位渦小于零,且大氣是慣性穩(wěn)定(ζa＞0)和對(duì)流穩(wěn)定(?θse/?p＞0)。濕位渦在 400～700hPa小于0,絕對(duì)渦度大于0,大氣是慣性穩(wěn)定的,?θse/?p＜0,即大氣是對(duì)流穩(wěn)定的,在暴雨區(qū)(33°N)附近400～700hPa大氣是條件性對(duì)稱不穩(wěn)定。程紅艷等[13]提出對(duì)流對(duì)稱不穩(wěn)定層結(jié)的形成與不穩(wěn)定層的配置有關(guān),當(dāng)?shù)蛯訛闂l件不穩(wěn)定而中高層疊加深厚的條件對(duì)稱不穩(wěn)定時(shí),對(duì)流對(duì)稱不穩(wěn)定環(huán)流低層出現(xiàn)垂直上升氣流,中層出現(xiàn)傾斜上升氣流,不穩(wěn)定能量釋放產(chǎn)生中尺度云帶,之后在33°N附近不斷有中尺度云團(tuán)生成、發(fā)展。6日20:00,33°N附近高層大值正壓位渦向下伸展到低層,傾斜渦度發(fā)展,整層為濕位渦的正壓項(xiàng)控制,此區(qū)域強(qiáng)降水結(jié)束。

圖6 MPVI剖面圖

4.3 動(dòng)力條件

由4日20:00圖(圖略)可以看出,MCC發(fā)生區(qū)(106°E)從對(duì)流層低層到中層形成深厚的弱輻合、深厚的正渦度區(qū)和較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū),MCC發(fā)生區(qū)從100°E～106°E已經(jīng)形成有利于產(chǎn)生強(qiáng)降水的動(dòng)力場,相應(yīng)的云圖上有中β尺度(約100km)對(duì)流云團(tuán)生成。7月5日02:00(圖7a)暴雨區(qū)上空垂直螺旋度的分布呈明顯的下正上負(fù),對(duì)流層中低層700hPa附近有12×10-5Pa/s2的正中心,對(duì)流層高層400hPa附近為-10×10-5Pa/s2的負(fù)中心,700hPa等壓圖上在甘肅東南部-陜南西部可以看到一中尺度切變線,陜南西部有強(qiáng)烈的輻合上升氣流,風(fēng)場上存在明顯的氣旋性切變,由上升運(yùn)動(dòng)看出,無輻散層位于500hPa附近,而上升氣流可達(dá)200hPa,MCC發(fā)生區(qū)對(duì)流層高層300hPa形成強(qiáng)輻散中心(散度＞4×10-5s-1),中低層輻合上升運(yùn)動(dòng)、高層的輻散,中低層強(qiáng)烈的氣旋性渦度及高層的反氣旋性渦度,形成了暴雨區(qū)下正上負(fù)的螺旋度垂直配置,而這種垂直配置增強(qiáng)了系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)性,使系統(tǒng)發(fā)展更為劇烈,促使了MCC的第1次生成、發(fā)展和維持。6日08:00,MCC發(fā)生區(qū)(108°E)區(qū)再次生成利于產(chǎn)生強(qiáng)降水的動(dòng)力場,相應(yīng)的紅外云圖上有中β尺度強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)發(fā)展。6日14:00,MCC發(fā)生區(qū)對(duì)流層中低層形成輻合,對(duì)流層高層300～150hPa形成散度＞3×10-5s-1強(qiáng)輻散中心;MCC發(fā)生區(qū)在對(duì)流層低層形成正渦度區(qū)及2×10-5s-1正渦度中心,對(duì)流層中層到高層形成深厚的負(fù)渦度區(qū),200～150hPa形成-5×10-5s-1負(fù)渦度中心;渦度場和散度場的耦合,在MCC發(fā)生區(qū)形成一致的上升運(yùn)動(dòng),對(duì)流層高層400～250hPa生成-5×10-3hPa·s-1強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心,為MCC的第2次生成、發(fā)展和維持提供了有利的動(dòng)力條件。

通過分析700hPa垂直螺旋度的水平分布發(fā)現(xiàn),暴雨落區(qū)隨著700hPa垂直螺旋度的移動(dòng)而移動(dòng),5日02:00(圖7b),在四川東北部-陜南西部為螺旋度的正值區(qū),中心值為12×10-5Pa/s2,暴雨區(qū)位于大值螺旋度中心的等值線密集區(qū),大暴雨(＞100mm)的落區(qū)位于垂直螺旋度正值中心及東側(cè),正值中心正好對(duì)應(yīng)700hPa切變線,表明切變線有著強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)上升運(yùn)動(dòng),切邊線與垂直螺旋度之間有著較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。5日08:00,700hPa螺旋度正值中心移至陜西南部漢中、安康交界處,正值區(qū)域近似為圓形,暴雨區(qū)也隨之東移,大暴雨區(qū)仍位于螺旋度正值中心及東側(cè)區(qū)域。6日14:00,螺旋度正值區(qū)仍與700hPa四川東北部-陜南南部的切變線相對(duì)應(yīng),大暴雨區(qū)位于螺旋度大值中心的東側(cè)。分析看出垂直螺旋度正值中心與700hPa等壓面上切變線的位置相對(duì)應(yīng),切變線暖濕氣流一側(cè)有著強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)上升運(yùn)動(dòng),是強(qiáng)降水發(fā)生發(fā)展的主要?jiǎng)恿C(jī)制。垂直螺旋度與暴雨區(qū)的移動(dòng)是一致的。對(duì)流層低層較大的垂直螺旋度中心東側(cè)預(yù)示著可能產(chǎn)生大暴雨。對(duì)暴雨發(fā)生發(fā)展具有一定的指示意義。

圖7 5日02時(shí)螺旋度(單位:10-5Pa/s2)

5 結(jié)論

(1)200hPa四川小槽加深、槽前反氣旋輻散氣流發(fā)展、α-中尺度強(qiáng)輻散中心的形成,配合低空急流左側(cè)的低渦或切變、對(duì)流層中層的淺槽或切變線,形成有利MCC發(fā)生發(fā)展的環(huán)流背景。

(2)MCC是在深厚的中低層切變線、850hPa低渦東側(cè)強(qiáng)輻合區(qū)生成、發(fā)展,MCC是造成陜西南部暴雨大暴雨天氣的直接原因,強(qiáng)降水發(fā)生在MCC的TBB北邊界的等值線密集區(qū),最強(qiáng)降水均出現(xiàn)在MCC成熟期。

(3)850hPa水汽表明:兩次MCC暴雨過程中水汽輸送通道不同;自副高外圍至陜西建立起偏南風(fēng)水汽通道,把大量的水汽從沿海向暴雨區(qū)輸送,在偏南急流前部產(chǎn)生輻合抬升,在水汽通量的大值區(qū)產(chǎn)生輻合,造成暴雨。溫濕能分析看出,850hPa自副高外圍建立直通陜西的溫濕能通量的能量輸送通道,將溫濕能源源不斷地向陜西輸送,暴雨區(qū)位于850hPa溫濕能等值線密集處。

(4)第1次MCC暴雨開始時(shí)大氣的中低層為對(duì)流不穩(wěn)定,第2次MCC暴雨階段大氣低層為對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié),中低層則是條件性對(duì)稱不穩(wěn)定,條件性對(duì)稱不穩(wěn)定與對(duì)流不穩(wěn)定是暴雨發(fā)展與維持的重要機(jī)制,對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)垂直上升氣流,條件性對(duì)稱不穩(wěn)定區(qū)域則出現(xiàn)傾斜式上升氣流,觸發(fā)了不穩(wěn)定能量釋放造成暴雨,當(dāng)高層濕位渦正壓項(xiàng)高值區(qū)向下伸展,中低層氣旋性渦度增加,上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),對(duì)暴雨起到增幅的作用。

(5)中低層強(qiáng)的氣旋性渦度和高層的反氣旋性渦度,形成暴雨區(qū)下正上負(fù)的螺旋度垂直結(jié)構(gòu),而這種垂直結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)性,使系統(tǒng)發(fā)展更為劇烈,是暴雨發(fā)生發(fā)展的主要?jiǎng)恿C(jī)制。700hPa等壓面上垂直螺旋度的正值中心位置、強(qiáng)度與降水落區(qū)、降水趨勢變化有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,對(duì)流層低層較大的垂直螺旋度東側(cè)可能預(yù)示著大暴雨的發(fā)生,對(duì)暴雨落區(qū)具有一定的指示意義。

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