丁治英，王小龍，高松，郭宏杰，史永強(qiáng)

(1.氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京信息工程大學(xué))，江蘇南京210044;2.南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇南京210044;3.重慶市氣象科學(xué)研究所，重慶401147;4.中國(guó)人民解放軍94188部隊(duì)，陜西 西安710077)

0 引言

夏季是強(qiáng)對(duì)流天氣(如冰雹、雷雨大風(fēng)等)頻發(fā)的季節(jié)，中緯度常見的中尺度對(duì)流系統(tǒng)(MCSs)，按其組織形式可分為孤立對(duì)流系統(tǒng)、帶狀對(duì)流系統(tǒng)以及中尺度對(duì)流復(fù)合體(MCC)等不同類型(壽紹文等，2003)。夏季青藏高原作為一個(gè)典型的對(duì)流活躍區(qū)，已被研究界所公認(rèn)，高原上的對(duì)流云主要位于高原中、東部地區(qū)，其次是西藏東南地區(qū)和位于印度東北部的迪布魯加爾、高哈蒂一帶，且對(duì)流活動(dòng)規(guī)模與熱帶海洋相似(葉篤正和高有禧，1979)，高原中部地面強(qiáng)熱源或由復(fù)雜地形造成的下墊面熱力非均勻性，高原地區(qū)側(cè)邊界低層暖濕平流或干冷平流交匯影響顯著，形成高原低層強(qiáng)烈不穩(wěn)定狀態(tài)，為高原中小尺度對(duì)流發(fā)展創(chuàng)造有利條件。深厚的Ekman“抽吸泵”的動(dòng)力機(jī)制，熱對(duì)流泡及深厚熱對(duì)流混合層綜合效應(yīng)使高原地區(qū)存在促使對(duì)流云發(fā)展的獨(dú)特邊界層動(dòng)力、熱力機(jī)制(徐祥德等，2001)。造成高原下游區(qū)域暴雨的某些渦旋系統(tǒng)，其胚胎也可以追蹤到高原上空(江吉喜，1995;師春香等，2000)。利用高時(shí)空分辨率的TBB(black body temperature)資料對(duì)高原MCSs的研究已取得不少成果，如MCC首先要滿足TBB小于等于－32℃，面積大于等于1×105m2，或者TBB小于等于－52℃，面積大于等于5×104m2(Maddox，1980)。夏季高原上對(duì)流主要發(fā)生在一日的后半段，11時(shí)(世界時(shí)，下同)達(dá)頂峰，0100至0500 UTC最弱，其中03時(shí)達(dá)到最低值(江吉喜和范梅珠，2002)。而對(duì)流云頂在季風(fēng)爆發(fā)后，無論東西部，均在05時(shí)最低，15時(shí)最高(陳隆勛等，1999)。低于－52℃的TBB統(tǒng)計(jì)特征可以較好地展現(xiàn)中國(guó)及其周邊地區(qū)夏季MCSs時(shí)空分布的基本特征，單峰型MCSs多發(fā)生在高原與山地(鄭永光等，2008)。MCSs的生成源地與地形密切相關(guān)，青藏高原東側(cè)的坡地、黃土高原東南側(cè)背風(fēng)坡等都可以成為MCSs發(fā)生的源地，大部分較強(qiáng)降水發(fā)生在TBB小于等于52℃的核區(qū)內(nèi)(高潔，2009)。

以上研究對(duì)高原MCC或MCSs的時(shí)空分布及日變化、動(dòng)力熱力機(jī)制等研究較多，但對(duì)高原上這種具有明顯長(zhǎng)軸的帶狀MCSs(Banded MCSs，簡(jiǎn)寫為BM)及其生成發(fā)展機(jī)制則少有專門的研究。本文以多個(gè)個(gè)例為樣本，對(duì)高原帶狀MCSs進(jìn)行定義，同時(shí)由于高原帶狀MCSs往往表現(xiàn)出不同的形狀特征，具有不同的形成原因，因此需要按形狀對(duì)帶狀MCSs進(jìn)行歸類，并逐類探討各類帶狀MCSs的生成發(fā)展機(jī)制。

1 資料和方法

利用FY-2D每小時(shí)一次的衛(wèi)星TBB資料(0.1°×0.1°)，參照 Maddox(1980)的定義，以 TBB≤－32℃為閾值表征中尺度對(duì)流系統(tǒng)，若在高原的主體部分(海拔4 000 m以上)有多個(gè)這樣的對(duì)流系統(tǒng)側(cè)向排列后(或者一個(gè)系統(tǒng))，有明顯的長(zhǎng)軸，寬度不小于兩個(gè)緯距，長(zhǎng)寬之比不小于3∶1，則定義為高原上的一個(gè)帶狀MCSs。由于高原對(duì)流有明顯的日變化，且通常在11時(shí)左右達(dá)到最強(qiáng)(江吉喜和范梅珠，2002;祁秀香和鄭永光，2009;陳國(guó)春等，2011)，因此主要以12時(shí)的TBB閾值表征較強(qiáng)時(shí)刻的帶狀MCSs進(jìn)行研究。綜合分析2007—2011年夏季(6、7、8月，下同)的高原帶狀 MCSs，在高原主體部分選取樣本個(gè)例，在此基礎(chǔ)上對(duì)高原帶狀MCSs進(jìn)行分類。

其次結(jié)合2007—2011年夏季每6 h一次的NCEP分析資料(1°×1°)利用合成分析法探討各類型帶狀MCSs的大尺度背景場(chǎng)、上升運(yùn)動(dòng)條件、對(duì)流不穩(wěn)定條件以及水汽輸送條件。由于同一類型的帶狀MCSs個(gè)例在位置上相對(duì)穩(wěn)定，因此本文所用的合成分析即是對(duì)同類帶狀MCSs個(gè)例在累計(jì)發(fā)生時(shí)段上的平均。

最后利用同時(shí)段NCEP GDAS資料(1°×1°)結(jié)合后向軌跡模型進(jìn)一步確認(rèn)各類帶狀MCSs的主要水汽源地。

2 樣本個(gè)例選取與分類

為研究高原帶狀MCSs相對(duì)穩(wěn)定的特征，采用以下方法選取樣本個(gè)例:若在高原主體的相同區(qū)域，連續(xù)3 d(含，下同)以上，在12時(shí)都有形狀大致相同的帶狀MCSs出現(xiàn)，則認(rèn)為是特征比較穩(wěn)定的一次過程，列為一個(gè)樣本個(gè)例。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，在2007—2011年夏季中共選出了38個(gè)樣本個(gè)例，其中只有一例分布在高原的西北部，屬于非常少見的情況，其余37例按其在每日12時(shí)所表現(xiàn)出來的具體形狀可大致分為三類:北凸型(north convex type，簡(jiǎn)寫為NCT)、南界型(south boundary type，簡(jiǎn)寫為 SBT)和緯向型(zonal type，簡(jiǎn)寫為ZT)。

這三類帶狀MCSs都表現(xiàn)出明顯的單峰型特征，08時(shí)左右開始出現(xiàn)，12時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，次日02時(shí)消失。所不同的是，北凸型通常穩(wěn)定在高原的東北部地區(qū)(圖1a)，從高原中部延伸至東北部后轉(zhuǎn)向，再沿川西高原向四川南部延伸，向東北(或正北)方向有明顯的凸起;南界型穩(wěn)定在高原西南部邊界附近(圖1b)，表現(xiàn)出凹向南方的弧狀;緯向型帶狀MCSs一般發(fā)生在高原中東部地區(qū)30～35°N(圖1c)，其位置不如上述二型穩(wěn)定，有時(shí)會(huì)有一個(gè)緯距左右的南北向波動(dòng)，表現(xiàn)為東北西南向和東西向之間的過渡。

北凸型和南界型帶狀MCSs各有13例，發(fā)生的累計(jì)天數(shù)分別為53 d和46 d，緯向型有11例，累計(jì)天數(shù)為38 d。其中2010年帶狀MCSs發(fā)生得最多，總共有9例累計(jì)38 d，2011年為最少的6例21 d。帶狀MCSs的年平均天數(shù)為27.4 d，約占整個(gè)夏季時(shí)段的30%(表1、表2)。

表1 帶狀MCSs個(gè)例數(shù)的逐年分布Table 1 Annual numbers of BM cases 例

表2 帶狀MCSs發(fā)生時(shí)間的逐年分布Table 2 Annual numbers of days of BM occurrence d

逐月分布統(tǒng)計(jì)(表3、表4)顯示，6月帶狀MCSs發(fā)生得最少，總共只有6例，累計(jì)23 d，7月最多，共19例累計(jì)71 d。北凸型和南界型帶狀MCSs發(fā)生最少的月份分別為8月和6月，緯向型只發(fā)生在7、8月。

表3 帶狀MCSs個(gè)例數(shù)的逐月分布Table 3 Monthly numbers of BM cases 例

表4 帶狀MCSs發(fā)生時(shí)間的逐月分布Table 4 Monthly numbers of days of BM occurrence d

圖1 高原上不同類型的帶狀MCSs(單位:℃) a.北凸型;b.南界型;c.緯向型Fig.1 Different types of BM(units:℃) a.NCT;b.SBT;c.ZT

這些帶狀MCSs個(gè)例通常都是相對(duì)獨(dú)立的，即一個(gè)個(gè)例結(jié)束后需要間隔一定的時(shí)間(范圍較大，沒有規(guī)律可循)才會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)例，但在2007和2009的7月各出現(xiàn)一次連續(xù)10 d(含)以上都有帶狀MCSs發(fā)生的情況，并表現(xiàn)出類型轉(zhuǎn)換的特征。

以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明帶狀MCSs是夏季高原上一種比較常見的對(duì)流形式，北凸型和南界型的位置比較穩(wěn)定，緯向型雖有南北向波動(dòng)，但其振幅較小，對(duì)整個(gè)高原地區(qū)而言其位置也是相對(duì)穩(wěn)定的，因此可以通過合成分析的方法對(duì)其進(jìn)行分類討論。

3 形成帶狀MCSs的大尺度影響因子分

青藏高原平均海拔為4 000～5 000 m，整個(gè)高原地區(qū)500 hPa以下為熱低壓控制，400 hPa相當(dāng)于無輻散層，其上轉(zhuǎn)變?yōu)榕邏海?00 hPa高空急流的影響明顯，在100～150 hPa高層輻散強(qiáng)盛，高壓環(huán)流達(dá)到最強(qiáng)。根據(jù)上節(jié)對(duì)帶狀MCSs的分類，結(jié)合NCEP再分析資料，分別對(duì)帶狀MCSs做12時(shí)平均合成圖，討論其 500、400、200、100 hPa上的系統(tǒng)特征以及對(duì)帶狀MCSs的影響。

圖2 帶狀MCSs(陰影區(qū);單位:℃)100 hPa對(duì)應(yīng)流場(chǎng)(細(xì)流線)、高度場(chǎng)(粗實(shí)線;單位:gpm)、等風(fēng)速線(粗長(zhǎng)虛線;單位:m/s)以及緯向風(fēng)風(fēng)速零線(點(diǎn)線)的合成平均 a.北凸型;b.緯向型;c.南界型Fig.2 Synthesis average flow field(thin streamline)，height field(thick solid line;units:gpm)，isotach(thick long dashed line;units:m/s)and zero line of u wind(unit:℃;dotted line)of BM(shadow region)at 100 hPa a.NCT;b.SBT;c.ZT

3.1 100 hPa影響因子

100 hPa最顯著的系統(tǒng)為南亞高壓，作為北半球夏季最強(qiáng)大、最穩(wěn)定的控制性環(huán)流系統(tǒng)，南亞高壓的形態(tài)與高原帶狀MCSs的類型有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

北凸型帶狀MCSs發(fā)生時(shí)，南亞高壓表現(xiàn)出明顯的帶狀型(羅四維等，1982)特征，在40～140°E有兩個(gè)明顯的南亞高壓中心，使得高壓外形呈狹長(zhǎng)的帶狀，西部中心位于55°E左右，東部中心位于100°E附近的藏川交界處，16 800 gpm線圍繞這兩個(gè)高壓中心也成帶狀分布(圖2a)，強(qiáng)度較其他兩類明顯偏弱，帶狀MCSs主要分布在南亞高壓中心的北側(cè)及東側(cè)。

緯向型帶狀MCSs主要與西部型高壓(羅四維等，1982)相對(duì)應(yīng)，在40～140°E有一個(gè)較為強(qiáng)大的反氣旋環(huán)流，中心位于90°E的青藏高原中部地區(qū)，帶狀MCSs呈東北西南走向穿過高壓中心(圖2b)，該中心強(qiáng)度大于16 830 gpm，較北凸型強(qiáng)一些。

南界型帶狀MCSs雖然仍對(duì)應(yīng)西部型南亞高壓，但高壓中心的位置較緯向型明顯偏西，位于80°E附近，中心強(qiáng)度超過16 860 gpm，比上述兩類都強(qiáng)，但16 800 gpm線的范圍較緯向型小(圖2c)。帶狀MCSs位于高壓中心的東南部、平均高壓脊線以南(楊云蕓等，2010)，與東北氣流相對(duì)應(yīng)，且在其南側(cè)有較強(qiáng)的東風(fēng)急流與之配合。

進(jìn)一步對(duì)比分析可見南亞高壓中心及脊線附近有利于帶狀MCSs的發(fā)生發(fā)展，這種高層輻散系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定存在于高原上空，是維持上升運(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要條件，只是不同類型帶狀MCSs與南亞高壓形態(tài)及其中心的相對(duì)位置不同，北凸型環(huán)繞在高壓中心附近偏北一側(cè)，與帶狀型南亞高壓對(duì)應(yīng);另外兩類都對(duì)應(yīng)西部型高壓，其中南界型位于高壓中心的東南部，緯向型則呈東北西南向穿過高壓中心。

此外，若定義平均風(fēng)速大于等于30 m/s為高空急流，則發(fā)現(xiàn)三類帶狀MCSs都對(duì)應(yīng)有高空東風(fēng)急流帶，存在于南亞高壓主體以南，急流中心位于印度半島及其兩側(cè)區(qū)域。受東風(fēng)急流次級(jí)環(huán)流的影響，青藏高原既是強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，同時(shí)又是對(duì)流活躍區(qū)和強(qiáng)降水區(qū)(陳樺等，2007)，因而對(duì)高原帶狀MCSs發(fā)展和維持起積極作用。本文中，南界型的東風(fēng)急流表現(xiàn)十分明顯，而在其他二型中，東風(fēng)急流偏弱，且距離帶狀MCSs的發(fā)生區(qū)域較遠(yuǎn)，所以影響也偏小。

3.2 200 hPa影響因子

200 hPa各類型帶狀MCSs與南亞高壓中心的相對(duì)位置同100 hPa類似，只是南界型在該層處于高壓中心東部。從南亞高壓的脊線位置來看，從200 hPa到100 hPa，脊線向北移動(dòng)，顯示出200 hPa到100 hPa由對(duì)流層轉(zhuǎn)平流層的特征，這使得北凸型帶狀MCSs位于高壓脊線以北，緯向型和南界型則壓在脊線上(圖略)。

該層的最主要特征是:在12 500 gpm線所界定的南亞高壓北部有大于等于30 m/s的偏西風(fēng)急流帶，急流中心一般位于40°N附近。對(duì)比分析的結(jié)果顯示北凸型和緯向型帶狀MCSs處于西風(fēng)急流入口區(qū)的右后側(cè)(圖略)、次級(jí)環(huán)流上升支所在的區(qū)域，分別對(duì)應(yīng)西南急流和準(zhǔn)西風(fēng)急流，從而說明該層西風(fēng)急流的穩(wěn)定存在對(duì)這兩類帶狀MCSs的發(fā)生有一定的促進(jìn)作用;南界型所對(duì)應(yīng)的西風(fēng)急流帶較上述兩類偏西，使得高原處于西風(fēng)急流出口區(qū)的右側(cè)，受西北氣流控制，入口區(qū)次級(jí)環(huán)流的上升支對(duì)其影響不是很明顯，但帶狀MCSs正好處在南亞高壓西北風(fēng)轉(zhuǎn)東北風(fēng)的脊線上，這種形勢(shì)也有利于高層輻散場(chǎng)的形成。

3.3 400 hPa影響因子

在這一層，高原上、下游的低值系統(tǒng)通過與橫穿高原的副熱帶高壓帶(以下簡(jiǎn)稱副高帶)的相互作用，對(duì)應(yīng)著高原上不同類型的帶狀MCSs。高原上游的低值系統(tǒng)主要為高原大地形對(duì)西風(fēng)帶的繞流作用所形成的地形槽以及孟灣氣旋或者倒槽(何金海等，2002;韋晉和何金海，2004);下游低值系統(tǒng)則表現(xiàn)為西風(fēng)氣流從北部繞過高原后在下游形成的槽(Wu，1984;丁一匯，2004)及南海倒槽。

北凸型(圖略)帶狀MCSs的西部位于槽前西南氣流中，東部處在脊區(qū)的西北氣流中，該處正位于高原下坡地區(qū)，地形的影響可能是MCSs形成的主要原因;緯向型帶狀MCSs在大陸高壓中心及東部脊線附近，高原西部地形槽較弱，孟灣氣旋被東風(fēng)氣流阻隔在洋面上，對(duì)高原影響較也較小;南界型帶狀MCSs發(fā)生時(shí)副高帶表現(xiàn)為兩個(gè)較強(qiáng)的高壓主體，西部為大陸高壓，中心位于60°E以西，其東側(cè)的西北氣流控制著幾乎整個(gè)高原地區(qū)，受該氣流的引導(dǎo)，南界型帶狀MCSs相切分布于該西北氣流的前方。

該層的對(duì)比分析顯示，帶狀MCSs的位置和形狀與400 hPa高度上高原地區(qū)的主體氣流方向相關(guān)，北凸型對(duì)應(yīng)西南氣流，南界型對(duì)應(yīng)西北氣流;緯向型對(duì)應(yīng)高壓北部較為平直的偏西氣流，整個(gè)高原上以緯向氣流為主。

3.4 500 hPa影響因子

該層最主要的特征是高原地區(qū)在大多數(shù)情況下都有一條切變線，該切變線由南、北兩支寬廣的氣流帶在高原上交匯而成。該切變線是夏季平均流場(chǎng)上明顯存在的唯一低值系統(tǒng)，且不是單純的熱低壓，可能是在夏季高原地面加熱使高原北側(cè)西風(fēng)加大，高原主體風(fēng)速減小的基礎(chǔ)上，由地形繞流等動(dòng)力作用形成的(徐國(guó)昌，1984)。

北凸型對(duì)應(yīng)的流場(chǎng)(圖3a)顯示，西風(fēng)帶遇高原后主要分為兩支，一支從北部繞過高原，受地形動(dòng)力影響沿高原北邊界產(chǎn)生反氣旋性切變后轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)吹向高原腹地;另一支遇高原之后在高原西部形成地形槽與西伸的西太平洋副高相遇，使得高原東部、南部由西南氣流控制。這樣，偏北氣流與偏西南氣流在藏青交界處匯合后形成輻合區(qū)，帶狀MCSs的西部處在該輻合區(qū)的南側(cè)，東部對(duì)流區(qū)沒有明顯的輻合氣流相配合，可能與該區(qū)橫斷山脈的地形陡降有關(guān)。

圖3 帶狀MCSs(陰影區(qū))500 hPa流場(chǎng)(單位:℃;細(xì)流線)的合成平均(粗實(shí)線代表地形高度大于4 000 m的區(qū)域) a.北凸型;b.緯向型;c.南界型Fig.3 Synthesis average flow field(units:℃;thin streamline)of BM shadow region at 500 hPa(the thick solid line represents the area with terrain height of more than 4 000 m) a.NCT;b.SBT;c.ZT

緯向型流場(chǎng)(圖3b)中，切變線上的北支氣流的形成與北凸型基本相同，南支氣流則有明顯的特點(diǎn):在印度半島西部、孟加拉灣以及中國(guó)海南島附近各有一個(gè)氣旋，中心幾乎在同一條直線上，構(gòu)成一狹長(zhǎng)的低壓帶，低壓帶的北部與高原南側(cè)這一帶狀區(qū)域受東風(fēng)帶控制，高原東部30°N以南為大陸高壓帶，脊線一直延伸至高原腹地，其西北側(cè)的西南氣流與繞流的北支氣流在33°N附近交匯形成一準(zhǔn)東西向的切變線，帶狀MCSs平行地分布于切變線的南側(cè)。

南界型時(shí)高原東側(cè)為大槽控制(圖3c)，高原處在槽后較強(qiáng)的西北氣流中，繞流后北支氣流較其他兩型強(qiáng)，并壓至高原的南部，高原南側(cè)，印度半島、孟加拉灣、南海為氣旋控制，在孟加拉灣氣旋的北側(cè)一支東風(fēng)氣流越過高原與上述北支氣流匯合形成切變線，加之高原南部大山脈的阻擋作用，使得切變線較緯向型偏南，南界型帶狀MCSs平行地分布于切變線南側(cè)、大山脈北側(cè)。

以上結(jié)果做進(jìn)一步的對(duì)比后表明，高原切變線是產(chǎn)生帶狀MCSs的主要系統(tǒng)，高原帶狀MCSs均發(fā)生在切變線的南側(cè)，在切變線的北側(cè)均受氣流爬坡影響形成的弱的脊前偏北氣流控制。不同類型的帶狀MCSs的形成與高原東部的大槽、太平洋副高以及高原南部的系統(tǒng)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在高原南北兩側(cè)平直的東、西風(fēng)氣流下，易發(fā)生緯向型帶狀MCSs;若高原北側(cè)為平直的西風(fēng)氣流，孟加拉灣為較強(qiáng)的槽，太平洋副熱帶高壓西伸至孟加拉灣，西南氣流影響高原東、南部，則易發(fā)生北凸型MCSs;若高原為西北氣流控制，南側(cè)有較強(qiáng)的孟灣氣旋時(shí)易發(fā)生南界型MCSs。

4 上升運(yùn)動(dòng)條件以及穩(wěn)定度和水汽條件

產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流需要有產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)的條件，要有充分的水汽以及對(duì)流不穩(wěn)定等條件。以下對(duì)各類帶狀MCSs作合成平均渦度、散度、相當(dāng)位溫、相對(duì)濕度等物理量的垂直剖面，分析各類帶狀MCSs產(chǎn)生條件及垂直結(jié)構(gòu)。

北凸型帶狀MCSs在96°E處(圖4a)，低層400 hPa以下對(duì)應(yīng)輻合與正渦度，中、高層300～150 hPa表現(xiàn)為輻散與負(fù)渦度。經(jīng)向風(fēng)風(fēng)速的垂直分布顯示，低層較強(qiáng)的南風(fēng)從低緯向北延伸一直爬升至高原地區(qū)的34°N附近，北風(fēng)從高緯向南延伸爬上高原后與南風(fēng)交匯，最強(qiáng)輻合區(qū)在南風(fēng)一側(cè)與帶狀MCSs位置(以下簡(jiǎn)稱對(duì)流區(qū))一致。101°E處對(duì)流區(qū)的強(qiáng)輻合與正渦度集中在500 hPa以下(圖4b)，500 hPa以上的中、高層為輻散和負(fù)渦度，最強(qiáng)值出現(xiàn)在200 hPa附近。低層較強(qiáng)的南風(fēng)沿著更緩的坡度爬上高原，南、北風(fēng)的交匯點(diǎn)偏北至38°N附近，帶狀MCSs正處在弱南風(fēng)區(qū)以南與低層輻合區(qū)對(duì)應(yīng)。200 hPa高原北側(cè)有一大于10 m/s的南風(fēng)中心，南側(cè)為弱北風(fēng)控制。

南界型帶狀MCSs也對(duì)應(yīng)低層輻合(正渦度)高層輻散(負(fù)渦度)的動(dòng)力結(jié)構(gòu)，處在南、北風(fēng)交匯點(diǎn)的南側(cè)(圖4c)，輻合層次較北凸型高，強(qiáng)輻合與正渦度集中在350 hPa以下，低層南、北風(fēng)交匯點(diǎn)在31°N北側(cè)，且北風(fēng)比南風(fēng)要強(qiáng)很多。200 hPa高原北側(cè)有大于6 m/s的偏北風(fēng)中心，南側(cè)也為偏北風(fēng)控制。

緯向型帶狀MCSs渦度、散度的高、低空配置與上述二型基本相同，仍處于南北風(fēng)交匯點(diǎn)的南側(cè)(圖4d)。低層勢(shì)力相當(dāng)?shù)哪?、北風(fēng)在33°N附近交匯。200 hPa高原北側(cè)有大于2 m/s的南風(fēng)中心，南側(cè)也為偏北風(fēng)控制，但大于北側(cè)。

綜上可見，雨帶偏切變線南側(cè)的原因主要是與南風(fēng)引起的輻合較強(qiáng)有關(guān)，高層高原切變線以南均為北風(fēng)控制，高原切變線以北，北凸型為較強(qiáng)的偏南風(fēng)控制，南界型均為較強(qiáng)的偏北風(fēng)控制，緯向型為弱的偏南風(fēng)控制。且滿足帶狀MCSs的動(dòng)力條件，均有低層輻合與高層輻散、低層正渦度高層負(fù)渦度的配置，高原這種配置常見，圖中顯示出很多地區(qū)這種配置大于強(qiáng)對(duì)流區(qū)，但沒有MCSs產(chǎn)生，其原因可能與穩(wěn)定度分布以及水汽等條件有關(guān)。

對(duì)流不穩(wěn)定的分析顯示，北凸型96°E處(圖5a)高層表現(xiàn)為對(duì)流穩(wěn)定，低層對(duì)流不穩(wěn)定層從低緯一直延伸至高原地區(qū)，對(duì)流區(qū)對(duì)應(yīng)強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，同時(shí)有對(duì)流不穩(wěn)定層集中在350 hPa以下，并在高原近地面有上凸的高值位溫帶配合。對(duì)流區(qū)北側(cè)，鋒區(qū)在34°N附近，400 hPa以下相對(duì)濕度大于70%的暖濕空氣(以下簡(jiǎn)稱暖濕層)從低緯爬升至高原后在對(duì)流區(qū)的500 hPa附近形成一濕氣層。101°E(圖5b)處的情況與96°E類似，由于高原南坡的坡度較小，使得對(duì)流區(qū)濕氣層的范圍和強(qiáng)度明顯擴(kuò)大。

南界型對(duì)流區(qū)也有從南部爬上高原的對(duì)流不穩(wěn)定層集中在400 hPa以下(圖5c)，暖濕層位于500～400 hPa，配合著高原南部的上升運(yùn)動(dòng)極值區(qū)，350 hPa以上基本為對(duì)流穩(wěn)定。高原鋒區(qū)位于32°N以北，34°N的上升運(yùn)動(dòng)極值區(qū)，對(duì)流不穩(wěn)定和高濕層均較對(duì)流區(qū)弱，且沒有上凸的相當(dāng)位溫高值區(qū)配合，可能是未形成MCSs的主要原因。

緯向型對(duì)流區(qū)也有類似的對(duì)流不穩(wěn)定層和暖濕氣層與之對(duì)應(yīng)，對(duì)流不穩(wěn)定層集中在350 hPa以下(圖5d)，暖濕層在350～450 hPa，對(duì)應(yīng)極值區(qū)南側(cè)相對(duì)較弱的上升運(yùn)動(dòng)，高原北部鋒區(qū)附近，雖有最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)配合相對(duì)濕度大于80%的高濕層，但沒有上凸的相當(dāng)位溫的高值區(qū)配合，未能形成MCSs。

熱帶形成旺盛的對(duì)流活動(dòng)不能只依靠單純的條件性不穩(wěn)定層結(jié)，還必須有產(chǎn)生輻合上升運(yùn)動(dòng)的大尺度流場(chǎng)的配合(壽紹文等，2009)。所以上述分析表明，高原帶狀MCSs的生成機(jī)制與熱帶旺盛對(duì)流類似，都是相對(duì)濕度較大的條件性不穩(wěn)定氣層在上升運(yùn)動(dòng)的配合下產(chǎn)生的，這種濕的對(duì)流不穩(wěn)定氣層是在南風(fēng)的引導(dǎo)下從高原以南的平地爬上高原后進(jìn)入對(duì)流區(qū)的，若低層沒有強(qiáng)的高溫高濕區(qū)配合(上凸的相當(dāng)位溫高值區(qū))，即使有強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)和對(duì)流不穩(wěn)定，也不能產(chǎn)生MCSs，說明低層的高溫高濕是高原帶狀MCSs生成和發(fā)展的充分條件。產(chǎn)生高溫高濕與高原下墊面的作用有關(guān)，強(qiáng)對(duì)流一般發(fā)生在暖區(qū)(南風(fēng)輻合帶中)，因此一步討論高原低層高濕的形成原因。

5 水汽輸送條件

上述分析表明，高溫高濕區(qū)主要發(fā)生在500 hPa層，而對(duì)流區(qū)的水汽與高原南部的水汽輸送密切聯(lián)系，以下將從500 hPa水汽通量、水汽通量散度及相當(dāng)高度的后向軌跡來分析各類帶狀MCSs的水汽輸送條件。

5.1 水汽通量及水汽通量散度

三類帶狀MCSs所對(duì)應(yīng)水汽通量散度的分布形態(tài)基本相同(圖6):強(qiáng)輻散區(qū)主要圍繞高原分布，從高原以北的95°E附近開始順時(shí)針環(huán)繞至以南的92°E附近，92°E以東有較強(qiáng)的輻散區(qū)分布在高原的東南部;強(qiáng)輻合區(qū)主要分布在輻散區(qū)所圈定的區(qū)域內(nèi)。結(jié)合上述TBB的合成分析，發(fā)現(xiàn)三類帶狀MCSs對(duì)流區(qū)都對(duì)應(yīng)較強(qiáng)的水汽通量輻合。

高原本地以外的水汽輻散源地主要有3個(gè)(圖6a中數(shù)字標(biāo)號(hào)):1號(hào)源地位于高原以北，在新疆南部和新疆與青海的交界處各有一個(gè)輻散中心;2號(hào)位于高原以西77°E附近;3號(hào)位于高原西南側(cè)。本地的4號(hào)源地位于高原東南部93°E附近。水汽通過這4個(gè)源地進(jìn)入輻合區(qū)。

北凸型(圖6a)對(duì)流區(qū)的水汽主要是在西南氣流的輸送下，通過3、4號(hào)輻散源地進(jìn)入對(duì)流區(qū)，通過1號(hào)源地的水汽主要輸送至高原北部;南界型(圖6b)的水汽主要是在控制高原大部分地區(qū)的偏北風(fēng)和高原南部偏南風(fēng)的輸送下，分別通過1號(hào)和3號(hào)源地向?qū)α鲄^(qū)匯合，通過4號(hào)源地則沒有明顯的水汽輸送;緯向型(圖6c)的水汽主要受偏南風(fēng)的輸送，通過3、4號(hào)源地進(jìn)入對(duì)流區(qū)，與北凸型不同的是指向?qū)α鲄^(qū)的水汽通量要弱得多。此外三類對(duì)流區(qū)都有弱的偏西風(fēng)向其輸送水汽。

圖6 帶狀MCSs所對(duì)應(yīng)的500 hPa合成平均水汽通量(矢量箭頭;單位:kg·s－1·m－1)及水汽通量散度(陰影區(qū);單位:10 －6kg·m －2·s－1) a.北凸型;b.南界型;c.緯向型Fig.6 Synthetic average water vapor flux(vector arrow;units:kg·s－1·m －1)and water vapor flux divergence(shadow region;units:10 －6kg·m －2·s－1)of BM at 500 hPa a.NCT;b.SBT;c.ZT

上述分析表明通過高原南側(cè)輻散源地的水汽輸送對(duì)帶狀MCSs的發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要。北凸型帶狀MCSs對(duì)應(yīng)很強(qiáng)的、通過高原本地輻散源地的西南向水汽輸送，緯向型的西南向水汽輸送要比北凸型弱很多，高原南北兩側(cè)水汽輸送相當(dāng)，南界型的水汽輸送主要源自高原南側(cè)，其對(duì)流區(qū)北側(cè)雖有區(qū)域?qū)拸V的北向水汽通量，但在高原中部很弱，西南向水汽輸送不明顯。偏西向的水汽輸送在三類帶狀MCSs中都表現(xiàn)得比較弱。

5.2 后向軌跡

本節(jié)主要利用HYSPLIT后向軌跡模型(Draxler and Hess，1997)驗(yàn)證高原上不同類型帶狀MCSs的主要水汽來源。500 hPa在高原地區(qū)距離近地面約1 000 m，因此取距離地面1 000 m的高度，在帶狀MCSs對(duì)流區(qū)選取終點(diǎn)做其后向軌跡的聚類分析。由于所選樣本個(gè)例都是3 d以上的過程，平均時(shí)間尺度大約為4 d，故聚類分析的時(shí)長(zhǎng)定為96 h，其結(jié)果即為對(duì)應(yīng)軌跡終點(diǎn)的96 h平均后向軌跡(以下簡(jiǎn)稱平均軌跡)。

北凸型帶狀MCSs西部軌跡終點(diǎn)的平均軌跡總共有7種(圖7a)，來自高原以南地區(qū)的4種(a、b、c、g類)占總數(shù)的84.7%，其中水汽通過b類軌跡到達(dá)高原西部終點(diǎn)的次數(shù)占各類軌跡總次數(shù)的比例最大，為41.8%，說明從長(zhǎng)期來看，平均軌跡b是進(jìn)入高原西部的一支最為常見的水汽通道。從北部抵達(dá)終點(diǎn)的共3種(d、e、f類)只占總數(shù)的15.3%。東部終點(diǎn)的平均軌跡只有3種(圖7b)，來自高原以南的2種(a、c類)占總數(shù)的79.6%，其中a類所占比例最大，為75%，即平均軌跡a是進(jìn)入高原東部的一支最為常見的水汽通道;b類來自正東方向，占總數(shù)的20.4%。這表明北凸型對(duì)流區(qū)東部的空氣質(zhì)點(diǎn)絕大部分來自孟加拉灣以北的陸地上，這一區(qū)域穩(wěn)定的北上氣流非常利于水汽通過上述3、4號(hào)源地輸送至對(duì)流區(qū);來自緬甸境內(nèi)的氣流通過4號(hào)源地?cái)y帶水汽進(jìn)入對(duì)流區(qū)西部。

南界型西部的平均軌跡總共5種(圖8a)，a、b類從高原以南的平地沿東南方向抵達(dá)終點(diǎn)，占總數(shù)的84.4%，其中b類所占比例最高，達(dá)到65.6%，即南界型帶狀MCSs西部的主要水汽通道表現(xiàn)為平均軌跡b，c、d、e類從北部抵達(dá)軌跡終點(diǎn)，共占總數(shù)的16.6%。東部終點(diǎn)(圖8b)的偏南向軌跡有3種(a、d、e類)，共占總數(shù)的76.7%，主要水汽通道表現(xiàn)為軌跡e，b、c、g類軌跡均占總軌跡數(shù)的3.3%。這表明空氣質(zhì)點(diǎn)主要從孟加拉國(guó)境內(nèi)以東南轉(zhuǎn)西南氣流的形式進(jìn)入南界型對(duì)流區(qū)西部，從孟加拉灣以北的陸地上以偏南氣流進(jìn)入對(duì)流區(qū)東部，主要通過上述3號(hào)源地輸送水汽。

緯向型西部來自孟加拉國(guó)境內(nèi)的3種軌跡(a、c、d類)占總數(shù)的86.8%(圖9a)，其中a類軌跡出現(xiàn)概率最高，達(dá)到60.5%，即緯向型西部的主要水汽通道表現(xiàn)為軌跡a，b、e類分別從新疆境內(nèi)和高原東南部抵達(dá)軌跡終點(diǎn)，共占總數(shù)的13.2%。東部的6種軌跡中有2種(a、c類)從孟加拉灣以北的陸地上抵達(dá)終點(diǎn)(圖9b)，占總數(shù)的77.6%，其余4種共占總數(shù)的22.4%。這表明緯向型對(duì)流區(qū)空氣質(zhì)點(diǎn)的來向與南界型類似，只是其東部有氣流通過4號(hào)源地輸送水汽。

圖7 北凸型帶狀MCSs的平均96 h后向軌跡 a.西部終點(diǎn)(96°E，33°N);b.東部終點(diǎn)(101°E，30°N)Fig.7 The average backward trajectory during 96 h of NCT BM a.west end(33°N，96°E)of NCT BM;b.east end(30°N，101°E)of NCT BM

圖8 南界型帶狀MCSs的平均96 h后向軌跡 a.西部終點(diǎn)(84°E，30°N);b.東部終點(diǎn)(90°E，29°N)Fig.8 The average backward trajectory during 96 h of SBT BM a.west end(30°N，84°E)of SBT BM;b.east end(29°N，90°E)of SBT BM

圖9 緯向型帶狀MCSs的平均96 h后向軌跡 a.西部終點(diǎn)(88°E，31°N);b.東部終點(diǎn)(94°E，32°N)Fig.9 The average backward trajectory during 96 h of ZT BM a.west end(31°N，88°E)of ZT BM;b.east end(32°N，94°E)of ZT BM

以上分析表明帶狀MCSs對(duì)流區(qū)的空氣質(zhì)點(diǎn)主要來自孟加拉國(guó)或孟加拉灣以北的陸地上，只有北凸型對(duì)流區(qū)東部的空氣質(zhì)點(diǎn)來自緬甸境內(nèi)，水汽主要由來自孟加拉國(guó)境內(nèi)的氣流通過3號(hào)源地輸送至北凸型和緯向型對(duì)流區(qū)西部，由來自孟加拉灣以北陸地上的偏南氣流通過4號(hào)源地輸送至這兩型對(duì)流區(qū)的東部。南界型東、西部的水汽都是通過3號(hào)源地抵達(dá)對(duì)流區(qū)。來自北部與西部源地的空氣質(zhì)點(diǎn)較少。

6 結(jié)論與討論

本文利用2007—2011年夏季的TBB衛(wèi)星資料定義了高原上的帶狀MCSs，并選出持續(xù)3 d以上的樣本個(gè)例加以歸類，再結(jié)合NCEP再分析資料對(duì)各類帶狀MCSs的大尺度背景場(chǎng)、上升運(yùn)動(dòng)條件、對(duì)流不穩(wěn)定條件以及水汽輸送特征進(jìn)行了合成分析，最后利用NCEP GDAS資料結(jié)合后向軌跡模型進(jìn)一步確定了各類帶狀MCSs的主要水汽源地，得到結(jié)論如下:

1)高原上的帶狀MCSs位置穩(wěn)定，可以按其形狀分為三類:北凸型、南界型和緯向型，北凸型位于高原東北部地區(qū)，南界型位于高原西南部邊界附近，緯向型則位于高原中部。其中北凸型發(fā)生得最多，緯向型最少。整個(gè)夏季有接近30%時(shí)間，尤其7月份有接近一半的時(shí)間都有這種位置穩(wěn)定帶狀MCSs發(fā)生。

2)500 hPa切變線是帶狀MCSs產(chǎn)生的主要系統(tǒng)，帶狀MCSs均發(fā)生在切變線的南側(cè)，在切變線的北側(cè)均受氣流爬坡影響形成的弱的脊前偏北氣流控制。在高原南北兩側(cè)平直的東、西風(fēng)氣流下，易發(fā)生緯向型帶狀MCSs;若高原北部為平直的西風(fēng)氣流，孟加拉灣為較強(qiáng)的槽，太平洋副熱帶高壓西伸至孟加拉灣，西南氣流影響高原東、南部，則易發(fā)生北凸型MCSs;若高原為西北氣流控制，南側(cè)有較強(qiáng)的孟灣氣旋易發(fā)生南界型MCSs。

3)低層的高溫高濕引起的對(duì)流不穩(wěn)定是高原帶狀MCSs生成和發(fā)展的充分條件。高溫與高原下墊面的作用有關(guān)，強(qiáng)對(duì)流一般發(fā)生在暖區(qū)，由水汽通量以及水汽通量散度分析北凸型和緯向型對(duì)流區(qū)的空氣質(zhì)點(diǎn)(水汽主要源)，均來自高原西南部邊沿南側(cè)和高原的東南部，南界型對(duì)流區(qū)的水汽主要來自高原西南部邊沿南側(cè)。高原切變線的低層輻合以及強(qiáng)大的南亞高壓、高空急流右后方造成的高層輻散是帶狀MCSs形成的啟動(dòng)因子。

4)高原本地以外，尤其高原南側(cè)的水汽輸送對(duì)帶狀MCSs的生成與發(fā)展至關(guān)重要，文中提到了高原周圍及其東南部有4個(gè)水汽輻散源地，水汽主要由來自孟加拉國(guó)境內(nèi)和孟加拉灣以北陸地上的氣流通過高原南側(cè)輸送至對(duì)流區(qū)，其中北凸型和緯向型對(duì)流區(qū)還有通過高原東南部的水汽輸送。

陳國(guó)春，鄭永光，肖天貴.2011.我國(guó)暖季深對(duì)流云分布與日變化特征分析［J］.氣象，37(1):75-84.

陳樺，丁一匯，何金海.2007.夏季熱帶東風(fēng)急流的結(jié)構(gòu)、變化及其與亞非季風(fēng)降水的關(guān)系［J］.大氣科學(xué)，31(5):926-936.

陳隆勛，宋玉寬，劉驥平，等.1999.從氣象衛(wèi)星資料揭示的青藏高原夏季對(duì)流云系的日變化［J］.氣象學(xué)報(bào)，57(5):549-560.

丁一匯.2004.高等天氣學(xué)［M］.北京:氣象出版社:494-509.

高潔.2009.陜西南部中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生的環(huán)境和條件［J］.航空氣象(5):31-34.

何金海，溫敏，施曉輝，等.2002.南海夏季風(fēng)建立期間副高斷裂和東撤及其可能機(jī)制［J］.南京大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)，38(3):318-330.

江吉喜.1995.中國(guó)南方地區(qū)的中尺度對(duì)流復(fù)合體［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，6(1):9-17.

江吉喜，范梅珠.2002.夏季青藏高原上的對(duì)流云和中尺度對(duì)流系統(tǒng)［J］.大氣科學(xué)，26(2):263-270.

羅四維，錢正安，王謙謙.1982.夏季100毫巴青藏高壓與我國(guó)東部旱澇關(guān)系的天氣氣候研究［J］.高原氣象，1(2):1-9.

祁秀香，鄭永光.2009.2007年夏季我國(guó)深對(duì)流活動(dòng)時(shí)空分布特征［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，20(3):286-294.

師春香，江吉喜，方宗義.2000.1998長(zhǎng)江大水期間對(duì)流云團(tuán)活動(dòng)特征研究［J］.氣候與環(huán)境研究，5(3):279-286.

壽紹文，勵(lì)申申，姚秀萍.2003.中尺度氣象學(xué)［M］.北京:氣象出版社:72.

壽紹文，勵(lì)申申，壽亦萱，等.2009.中尺度大氣動(dòng)力學(xué)［M］.北京:高等教育出版社:88.

韋晉，何金海.2004.高原南側(cè)地形槽與孟加拉灣槽的形成演變特征及其與南海夏季風(fēng)建立的關(guān)系［J］.高原氣象，27(4):764-771.

徐國(guó)昌.1984.500毫巴高原切變線的天氣氣候特征［J］.高原氣象，3(1):36-41.

徐祥德，周明煜，陳家宜，等.2001.青藏高原地—?dú)膺^程動(dòng)力、熱力結(jié)構(gòu)綜合物理圖像［J］.中國(guó)科學(xué)D輯，31(5):428-440.

楊云蕓，李躍清，蔣興文，等.2010.夏季南亞高壓移上高原時(shí)間特征的初步分析［J］.高原山地氣象研究，30(1):1-5.

葉篤正，高由禧.1979.青藏高原氣象學(xué)［M］.北京:北京大學(xué)出版社:74-79.

鄭永光，陳炯，朱佩君.2008.中國(guó)及周邊地區(qū)夏季中尺度對(duì)流系統(tǒng)分布及其日變化特征［J］.科學(xué)通報(bào)，53(4):471-481.

Draxler R R，Hess G D.1997.Description of the HYSPLIT_4 modeling system［M］.Silver Spring:NOAA Technical Memorandum ERL ARL:244.

Maddox R A.1980.Mesoscale connective complexes［J］.Bull Amer Meteor Soc，61:1374-1387.

Wu G X.1984.The nonlinear response of the atmosphere to large-scale mechanical and thermal forcing［J］.J Atmos Sci，41:2456-2476.