林寶亭，陸秋霖，陳明璐，蘇尉宣

（玉林市氣象局，廣西玉林537000）

2016年“520特大暴雨”的MCS觸發(fā)機制分析及其對玉林農(nóng)業(yè)影響

林寶亭，陸秋霖，陳明璐，蘇尉宣

（玉林市氣象局，廣西玉林537000）

為了探討廣西玉林2016年5月20日出現(xiàn)的特大暴雨，導(dǎo)致幼穗期的早稻嚴(yán)重失收、菜秧爛根、荔枝龍眼的幼果發(fā)育遲緩的成因。利用NCEP 1°×1°全球客觀分析資料、常規(guī)氣象資料，以及FY2E衛(wèi)星云圖的TBB反演和多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)，對此特大暴雨進行中尺度系統(tǒng)(MCS)及動力機制分析。結(jié)果表明：（1）高緯度環(huán)流呈“兩槽一脊”，不斷分裂東移的高空槽和副熱帶高壓西北側(cè)暖濕氣流的配合，為玉林特大暴雨中MCS產(chǎn)生提供有利的環(huán)流背景；（2）高層強輻散與低層強輻合的耦合，有抽吸作用，利于MCS的發(fā)展，暴雨區(qū)出現(xiàn)在低空急流入口的左側(cè)玉林一帶；（3）玉林上空有明顯的水汽輻合，充足的水汽條件使MCS得以維持；（4）MCS出現(xiàn)在對流云團中心和TBB梯度較大區(qū)域。以上原因造成玉林大范圍特大暴雨天氣，導(dǎo)致幼穗期的早稻嚴(yán)重失收、農(nóng)業(yè)受災(zāi)重。擬總結(jié)經(jīng)驗，以期今后遇到類似的天氣形勢時，可以更好把握天氣，提早預(yù)報，為防災(zāi)減災(zāi)提供參考依據(jù)。

特大暴雨；中尺度對流系統(tǒng)MCS；觸發(fā)機制

0 引言

玉林是廣西主要糧食生產(chǎn)基地，廣泛種植有水稻、甘蔗等農(nóng)作物，近年引進臺灣火龍果、樹棉等優(yōu)質(zhì)作物。玉林地處廣西桂東南一帶，具有亞熱帶季風(fēng)氣候，地勢北高南低，氣候溫暖潮濕，年降水量為1726.7 mm，降水日為165天，是全國降水量比較多的地區(qū)之一，常有暴雨災(zāi)害發(fā)生。暴雨災(zāi)害危害很大，尤其是華南前汛期的5月暴雨，具有來勢猛，范圍廣，強度大，災(zāi)害嚴(yán)重等特點，而此時正是華南水稻的幼穗期、熱帶水果的幼果發(fā)育期，短時強降水導(dǎo)致雨水不能迅速排泄，造成農(nóng)田積水嚴(yán)重，產(chǎn)量銳減，給當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)帶來很大影響。

前汛期暴雨一直是預(yù)報的重點和難點[1-3]，國內(nèi)很多學(xué)者對前汛期暴雨做了研究。丁一匯[4]、朱乾根[5]、李向紅[6]已取得諸多成果，而中尺度對流系統(tǒng)MCS的發(fā)生發(fā)展也是一個不容忽視的影響因素[7-9]；陶詩言等[10]根據(jù)垂直不穩(wěn)定能量分析出華南前汛期暴雨的不同中尺度對流天氣特征；劉蕾等[11]指出，低空急流強盛有利于大氣中低層水汽的輸送和MCS的觸發(fā)；鄭媛媛等[12]認(rèn)為，對流單體的后向傳播導(dǎo)致強回波在區(qū)域保持相對靜止?fàn)顟B(tài)，造成中尺度系統(tǒng)MCS發(fā)展活躍；陳靜靜等[13]研究發(fā)現(xiàn)，地面輻合線的加強有助MCS的發(fā)展成熟。

但是，針對華南的某個市縣的中尺度對流系統(tǒng)MCS研究比較少，玉林當(dāng)?shù)氐姆治龈伲瑹o法滿足市縣的精細(xì)化氣象服務(wù)的需要。2016年5月19日20時—20日20時，玉林出現(xiàn)了特大暴雨（見圖1），209個氣象觀測站出現(xiàn)8站特大暴雨、116站大暴雨、75站暴雨，暴雨率達(dá)95.2%，最大降雨量為平政鎮(zhèn)387 mm，7個縣（市）12.3萬人受災(zāi)，農(nóng)作物受災(zāi)面積3836 hm2，導(dǎo)致幼穗期的早稻嚴(yán)重失收、菜秧爛根、荔枝龍眼的幼果發(fā)育遲緩，造成經(jīng)濟損失20.8萬元。此次前汛期暴雨過程雨強之大、農(nóng)業(yè)受災(zāi)之重，是很罕見的，有必要對此進行深入的中尺度對流系統(tǒng)MCS研究分析，探討其觸發(fā)機制，以期預(yù)報員以后遇到類似的天氣形勢時，可以更好地把握天氣、提前預(yù)報，為提高防災(zāi)減災(zāi)能力、減輕災(zāi)害損失提供參考依據(jù)。

圖1 5月19日20時—20日20時降水圖（單位：mm）

1 大尺度環(huán)流演變特征

1.1 高空槽

大尺度環(huán)流背景為中尺度天氣系統(tǒng)MCS的發(fā)生發(fā)展提供引導(dǎo)的環(huán)流條件[14-15]。從5月第4候500 hPa平均高度場（16日—20日滑動平均）（見圖2）可以看出，高緯度環(huán)流呈“兩槽一脊”：亞洲東岸和東西伯利亞一帶有很深的大槽，它們之間有一個強大阻塞高壓，位于的烏拉爾山附近，西風(fēng)槽從貝加爾湖以西不斷分裂、南下擾動，高原槽異?；钴S，且這段時期，副熱帶高壓呈東西帶狀分布，與歷史同期相比，脊線位于18°N更強更偏南，容易引導(dǎo)海上暖濕空氣到玉林地區(qū)輻合，易誘發(fā)暴雨等災(zāi)害性天氣。5月20日08時500 hPa形勢圖（圖略）可見，青藏高原不斷有小擾動生成，有此形勢有利于短波槽東移發(fā)展為湖北—湖南—廣西一帶的很深的高空槽，槽前正渦度平流，有利于上升運動。同時，120°E以西有副熱帶高壓呈東西走向，主體穩(wěn)定控制華南沿海一帶和南海，脊線位于北緯18°附近，玉林位于副高西北側(cè)，其西北側(cè)暖濕氣流與高空槽配合為暴雨的發(fā)生提供有利的觸發(fā)條件。

圖2 500 hPa平均高度場（單位：10gpm）（黑線為16—20日滑動平均，紅線為歷史平均）

1.2 高低空急流

對比2016年5月19日20時—20日08時的高低空風(fēng)場形勢圖（見圖3）可見：5月19日20時，200 hPa高空有急流存在，位于貴州和廣西一帶，玉林上空急流達(dá)30 m/s；850 hPa湖南與廣西相交處上空有西南低渦存在，近海的西南氣流加強，華南一帶的急流建立，玉林上空為西南急流，強度達(dá)12 m/s。20日08時開始，隨著切變線南壓，850 hPa西南急流在低層形成氣旋性渦度，玉林位于西南低空急流的右方，其上空深厚的暖空氣加強了反氣旋環(huán)流；200 hPa高空急流仍維持強輻散，與低層急流耦合著，玉林位于高空急流西南側(cè)的入口區(qū)，MCS在高空急流入口區(qū)引起的次級環(huán)流上升區(qū)加強，有抽吸作用，利于MCS的發(fā)展，暴雨區(qū)出現(xiàn)在低空急流入口的左側(cè)玉林一帶。

圖3 19日20時—20日08時高低空風(fēng)場圖（單位：m/s）

2 動力場分析

圖4 19日20時—20日20時渦度剖面圖（單位：10-5/s）強降水區(qū)(110°N、22.5°E)

圖5 19日20時—20日20時散度剖面圖（單位：10-5/s）強降水區(qū)(110°N、22.5°E)

暴雨的發(fā)展和MCS的維持，離不來動力抬升作用以及對流不穩(wěn)定的釋放[16]，玉林區(qū)域(110°N、22.5°E)的24 h暴雨率達(dá)95.2%，其上空必有很強的動力場維持：19日20時—20日20時的渦度剖面圖（見圖4）有很好地反演：19日20時降水開始時，正渦度區(qū)位于高層(200～400 hPa)，最大值為4×10-5/s，玉林低層400 hPa以下處于負(fù)渦度區(qū)，玉林普降小雨，雨勢不明顯；20日05時開始到14時，隨著正渦度中心由250 hPa不斷下移，一直下移到850 hPa，中心強度不斷增大到14×10-5/s，低層強烈輻合，而高層的負(fù)渦度中心也由150 hPa下移到400 hPa，達(dá)-4×10-5/s，將不穩(wěn)定能量輸送到中低層，此時玉林出現(xiàn)強降雨天氣。散度剖面圖（見圖5）顯示：20日05時—14時，高層出現(xiàn)強輻散中心，由對流層的中部向上部伸展，維持在500 hPa以上，達(dá)8×10-5/s；低層出現(xiàn)較強輻合中心，一直從中層500 hPa延伸到低層925 hPa，達(dá)-6×10-5/s，強烈的高層輻散配合低層輻合，抽吸作用利于動力抬升，玉林此時段普降暴雨到大暴雨，局部特大暴雨。

3 水汽場分析

充沛的水汽供應(yīng)是強降水維持、MCS觸發(fā)的必要條件。作20日08時的850 hPa水汽通量流場圖（見圖6）可以發(fā)現(xiàn)：這次過程存在的主要水汽通道是一條從印度洋經(jīng)中南半島到廣西沿海北部灣，玉林處在水汽通量最大值區(qū)，達(dá)20 g/(cm·hPa·s)以上，西南急流把海上的水汽源源不斷地提供到玉林上空。以強降水區(qū)（玉林110°N、22.5°E）為定點，分析中低層的水汽通量散度的剖面圖（見圖7）：強降水發(fā)生時（20日05時—14時），1000～850 hPa為水汽強輻合區(qū)，最大水汽通量散度為-10×10-6g/(cm·hpa·s)，位于925 hPa，低層水汽條件充足，為暴雨的持續(xù)提供了必要條件。14時后，水汽通量散度的幅合區(qū)逐漸減弱，20時，水汽輻合區(qū)離開玉林上空，降雨結(jié)束。

圖6 20日08時 850 hPa水汽通量流場圖（單位：g/(cm·hPa·s)）

圖7 19日20時—20日20時水汽通量散度時間剖面（單位：10-6g/(cm·hPa·s)）強降水區(qū)（110°N，22.5°E）

4 中尺度對流系統(tǒng)分析

4.1 衛(wèi)星云圖TBB資料分析

中尺度對流系統(tǒng)MCS是暴雨的直接影響系統(tǒng)[17-18]，從20日0時—20時的FY2E衛(wèi)星云圖的TBB反演（見圖8），可以看出此過程的MCS特征很明顯：20日0時，玉林上空云量較少，對流云團位于桂北一帶。20日06時，隨著850 hPa切變線南壓，對流云團南移到廣西中部，玉林上空有薄積雨云生成，云頂黑體亮溫TBB達(dá)-30℃，此后，大片對流云團繼續(xù)南移到玉林，其對流云頂溫度越來越低，MCS發(fā)展活躍，10時，大片對流云團維持在玉林一帶，云團內(nèi)不斷有MCS對流云團生成，并不斷發(fā)展，范圍擴大，云頂黑體亮溫TBB≤-60℃的對流積雨云覆蓋整個玉林，強降水出現(xiàn)在TBB梯度較大區(qū)域，玉林普降暴雨。20日14時后，對流云團逐漸東移出廣西，向廣東方向發(fā)展，玉林的云頂黑體亮溫TBB升至-30℃，MCS逐漸消散，雨勢明顯減弱，20時后，玉林上空只有少許線狀云，此強降水過程結(jié)束。TBB資料能夠很好地反映這次特大暴雨過程中MCS的發(fā)生發(fā)展和消亡：MCS出現(xiàn)在對流云團中心和TBB梯度大的區(qū)域。

4.2 多普勒雷達(dá)回波反演

多普勒雷達(dá)是探測降水、分析中尺度對流系統(tǒng)的主要手段之一，實時的雷達(dá)圖像能提供了有關(guān)強對流天氣的豐富信息[19-20]。分析玉林多普勒雷達(dá)反射率因子圖（見圖9）得：20日0時，玉林上空只有零星的絮狀回波；20日6時，颮線位于玉林西北部的貴港一帶，少許帶狀回波在玉林（強度約為10 dBz）；20日8時，隨著850 hPa切變線南壓和西南急流加強，本市西北部有EW向?qū)拸V的颮線，強度為30～45dBz，中尺度對流系統(tǒng)MCS不斷發(fā)展；到了10時，颮線繼續(xù)緩慢南壓到玉林南部一帶，MCS內(nèi)超級單體不斷加強,梯度變大，最大值達(dá)50 dBz，非常有利于強降水發(fā)生；14時后，中尺度對流系統(tǒng)MCS減弱，強回波區(qū)漸漸移出本地，玉林上空為層狀回波覆蓋，強度減弱到20 dBz；20時后，回波減弱消失，玉林強降水趨于結(jié)束。

5 結(jié)論與討論

5月是華南主汛期，2016年這段時期（5月第4候）偏南偏強的副熱帶高壓是引起“520特大暴雨”的直接原因。脊線位于18°N更強更偏南，容易引導(dǎo)海上暖濕空氣到玉林地區(qū)輻合，易誘發(fā)暴雨等災(zāi)害性天氣。

此520特大暴雨過程的MCS特征為：

（1）高緯度環(huán)流呈“兩槽一脊”，不斷分裂東移的高空槽和副熱帶高壓西北側(cè)暖濕氣流的配合。（2）高層強輻散與低層強輻合的耦合，有抽吸作用，MCS在高空急流入口區(qū)引起的次級環(huán)流上升區(qū)加強，切變線南壓觸發(fā)MCS內(nèi)的對流不穩(wěn)定。

圖8 FY2E衛(wèi)星云圖的TBB反演（單位：℃）

圖9 多普勒雷達(dá)反射率圖（單位：dBz）

（3）玉林上空有明顯的水汽輻合，通過大規(guī)模的西南急流源源不斷地輸送至玉林上空，水汽條件充足。

（4）MCS出現(xiàn)在對流云團中心和TBB梯度較大區(qū)域，對暴雨落區(qū)有很好的指示作用。

本研究對華南前汛期的區(qū)域性特大暴雨的MCS機制的進一步分析，結(jié)合天氣背景、環(huán)流場、云圖和雷達(dá)回波，總結(jié)出此類暴雨的MCS特征，降低其對農(nóng)業(yè)的影響。此次降水過程是由中尺度對流系統(tǒng)MCS造成的，具有雨強大，范圍廣，致災(zāi)嚴(yán)重的特點，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，特大暴雨造成玉林幼穗期的早稻嚴(yán)重失收、菜秧爛根、荔枝龍眼的幼果發(fā)育遲緩，這與玉林當(dāng)?shù)氐牡匦斡嘘P(guān)，玉林地處南嶺一帶，有大容山等山脈，迎風(fēng)坡容易帶來強降水，在今后的預(yù)報服務(wù)中，應(yīng)與國土局、水利局等部門更密切合作，關(guān)注迎風(fēng)坡的降水，做好防災(zāi)減災(zāi)工作。

前汛期的強對流天氣一直是預(yù)報的重點和難點，區(qū)域性的特大暴雨的MCS特征和成因不局限于此，在今后的工作中，以期通過高分辨率的中尺度模式（例如，WRF模式等），加入地形進行模擬，進一步精細(xì)化研究分析MCS機制并建立預(yù)報模型，以更深入探討，力求更好地提高預(yù)報率，把大暴雨給農(nóng)業(yè)帶來的災(zāi)害降到最低。

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A Torrential Rain in Yulin in 2016:MCS Triggering Mechanism and Its Impact on Agriculture

Lin Baoting,Lu Qiulin,Chen Minglu,Su Weixuan
(Yulin Meteorological Bureau,Yulin 537000,Guangxi,China)

The paper aims to explore the premature rice crop failure,vegetable seedling rotted root,and the growth retardation of litchi and longan during young spike period caused by the torrential rain in Yulin on May 20,2016.Based on NCEP 1°×1°global objective analysis data,conventional meteorological data,TBB from FY2E infrared cloud and Doppler radar data,the authors analyzed the heavy rainstorm mesoscale system(MCS)and dynamic mechanism.The results showed that:(1)heavy rainstorm occurred in the“two slots and one ridge”under the large circulation background,the combination of the eastward flow and the warm and humid air flow in the northwest side of the subtropical high pressure provided a favorable circulation background for MCS;(2)the coupling of the high-level strong divergence and the low-level convergence was favorable to the vertical uplift and the occurrence of the MCS;the rainstorm occurred at the right side of the low-level jet entrance;(3)there was a clear convergence of water vapor over Yulin,providing sufficient water vapor,which allowed the MCS to maintain;(4)MCS occurred at the center of the convective cloud,i.e.the area with larger gradient of TBB.The above reasons for Yulin large-scale heavy rain weather led to heavy loss of early rice crop and other heavy agricultural disasters.This article intends to summarize the experience to better grasp the background of similar weather pattern and offer a reference for disaster prevention and mitigation.

Torrential Rain;MCS;Triggering Mechanism

P458.2

A論文編號：cjas17090019

廣西玉林市氣象局項目“多普勒雷達(dá)資料在暴雨臨近預(yù)報的應(yīng)用”(201603)。

林寶亭，女，1986年出生，廣西博白人，工程師，本科，主要從事短期天氣預(yù)報分析和研究。通信地址：537000廣西玉林市氣象局人民東路169號，Tel：0775-2683459，E-mail：baoting86@163.com。

2017-09-27，

2017-11-02。