（气象学专业论文）“027”暴雨中尺度对流系统生成和发展的物理场和环境场分析.pdf

摘要 本文对2 0 0 2 年7 月2 2 日- 2 3 日( “0 2 7 ，) 发生在长江流域的梅雨锋暴雨中 尺度对流系统( m c s ) 发生和发展物理场和环境场作了分析。应用的资料包括 n c e p 的g r i b ( 1 。xl 。) 资料，每小时的t b b ( 0 1 。x0 1 。) 资料，以及每六 小时一次和加强观测逐时测站降水资料。根据这些资料，首先，对“0 2 7 ，过程 及其中尺度对流系统( m c s ) 作了分析；然后，对m c s 生成前的环境要素场配置 特征和m c s 初生的环境条件以及m c s 发生发展期的大尺度环流场和要素场特征 进行了分析；最后，对m c s 生成和发展期环境物理量场与m c s 演变过程的环境 气象场组配特征作了数值诊断和分析。通过上述分析研究，获得了“0 2 7 ”暴 雨中尺度对流系统生成和发展的物理场与环境场的一些重要特征，特别是m c s 演变的如下特征： ( 1 ) 初生期：大尺度锋区已经形成，生成区位于冷暖锋交按处附近。地面 有一定程度辐合，高温、高湿区已经存在。低空西南急流已经建立，8 5 0 h p a 切 变线明显。5 0 0 h p a 短波槽处于m c s 生成区以西。在m c s 生成区内各层基本为暖 平流，生成区处于高空急流的入口处。环境气层的稳定度有利于深对流的发展。 ( 2 ) 发展期：地面辐合进一步加强，m c s 发展区高温高湿的特征很明显。 高空各层在m c s 区内暖平流较强。8 5 0 h p a 西南急流向切变线靠拢，侵入m c s 发 展区。低空急流显著增强，7 0 0 h p a 以上各层高度场短波槽明显，从西边移近m c s 发展区。深对流特征在k 指数大于3 9 0 c 的区域非常明显。 ( 3 ) 衰亡期：地面低压中心南移，冷空气从西北方侵入m c s 原发展区。高 空各层原发展区内基本为冷平流。低空急流减弱。5 0 0h p a 原发展区仍处于短波 槽前，但2 0 0 h p a 辐散区移出原发展区。稳定度表明m c s 已经向东北移到不利于 深对流的环境中。 关键词：暴雨中尺度对流系统物理场环境场诊断分析 a b s t r a c t t h ep h y s i c a ia n de n v ir o n m e n t a if i e i d sw e r ea n a l y z e df o r t h eg e n e s i s a n dd e v eo p m e n to fmesoscaec o n v e c tv es y s t e m ( m c s ) o nam ei - y uf r o n t h e a v yr a i n f a | e v e n tt h a to c c u r r e di nt h ec h a n g j i a n gb a s i nd u r i n g2 2 - 2 3 j u i y2 0 0 2 ( “0 2 7 ”) t h ed a t au s e di n c l u d i n gg r i b ( 1 。x1 。r e s o l u t i o n ) o fn c e pa n dh o u r i yt b b ( 0 1o x0 1 。r e s o i u t i o n ) a sw e l ia se a c hs i x h o u r a n dh o u r i y | o po b s e r v e dp r e c i p i t a t i o n b a s e do nt h ed a t a ，f ir s t i yt h e “0 2 7 ”h e a v yr a i n f a iie v e n ta n di t sm c sw e r ea n a i y z e d ：n e x tw ec a r r i e d o u tt h ea r i ajy s e s 佑rt h edis p o s aif e a t u r eo fe f l vir o n m e n t aje te m e n t s f i e i d sb e f o r eg e n e s iso fm c sa n d t h ee n v ir o n m e n t a ic o n d i t i o nf o ri n i t i a l g e n e s iso fm g sa sw e ii a st h ef e a t u r e so ft h ei a r g es c a i ef i e i d so ft h e c ir c u i a t i o na n de i e m e n t sd u r i n gt h eg e n e s isa n dd e v e i o p m e n t a ip h a s eo f m c s ：f i n a ii yw ec o n d u c t e dn u m e r i c a id i a g n o s e sa n da n a i y s e sf o rt h e d is p o s a if e a t u r eo ft h ee n v ir o n m e n t a ip h y s i c a if i e i d sd u r i n gt h eg e n e s is a n dd e v e i o p m e n t a lp h a s eo fm o sw i t ht h ee n v ir o n m e n t a ie i e m e n tf i e i d s d u r i n gt h ee v o i u t i o np h a s eo fm c s ，b a s e do nt h ea n a i y s e sa sm e n t i o n e d a b o v e 。w eo b t an e ds o m eim p o r t a n tf e a t u r e so ft h ep h y sc aa n denvr o n m e n t a if i e i d sd u r i n gt h eg e n e s i sa n dd e v e i o p m e n t a ip h a s eo fm c si nt h e “0 2 7 ”e v e n t 。e s p e c i a ii y ，t h ef o ii o w i n gf e a t u r e so fm c se v o i u t i o n ： ( 1 ) i n i t ia ip h a s eo fm c s ：l a r g es e a i ef r o n t a iz o n ew a sf o r m e d 。t h e r e wasc o n sd e r a bec o n v e r g e n c e nt h es u r f a c e t h ehg ht e m p e r a t u r ea n d h u m i d i t yr e g i o r sw a se x i s t e d t h ei o r i e v e is wj e tw a se s t a b ii s h e d a s h e a ri b eo n8 5 0h p aw a so b v i o u s as h o r tw a v et r o u g ho n5 0 0h p al o c a t e d t h ew e s t w a r do fg e n e s isr e g i o no fm c s 1 tb a s i c a ii yw a sw a r ma d v e c t i o n o na iii e v e iso fm c s sg e n e s isr e g i o nw h i c hi o c a t e da ne n t r a n c er e g i o n o fu p p e r i e v e ij e t t h es t a b ii t yi nt h ee n v ir o n m e n t a ia irf i o wwas f a v o r a bet od e v eo p m e n to fd e e pc o n v e c to n ( 2 ) d e v eo p m e n t alp h a s eo fm c s ：t h es u r f a c ec o n v e r g e n c ew a sf u r t h e r i n t e n s i f i e d ，t h ef e a t u r eo ft h eh i g ht e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t ywas r e m a r k a b i ei nt h ed e v e i o p m e n t a ir e g i o no fm c s t h e r ew e r ei n t e n s i v ew a r m a d v e c t i o ni nm c sr e g i o no nu p p e r i e v e i t h es wj e to n8 5 0 h p aw a s a p p r o a c h i n gt h es h e a r i r ea n di n v a d i n gt h ed e v e i o p m e n t a ir e g i o no fm c s t h ei o w i e v e ij e twaso b v i o u s l yi n t e n s i f i e d t h es h o r tt r o u g ho v e r7 0 0 h p awasn o t a b i ea n dm o v i n gt ot h ed e v e i o p m e n t a ir e g i o no fm c s t h ed e e p c o n v e c t i o nf e a t u r ew a sq u i t er e m a r k a b i ei nt h er e g i o no fki n d e xwas g r e a t e rt h a n3 7 。c ( 3 ) d e c a yp h a s eo fm c s ：t h eio wp r e s s u r ec e n t e rint h es u r f a c em o v e d t ot h es o u t h t h e - c o i da irf r 硼n o r t h w e s ti n v a d e dt h eo r i g i n a id a v e i o p i n g r e g i o n t h eo ri g i n a id e v e i o p i n gr e g i o no na i u p p e ri e v e is wasb a s i c a ii y b e c o m ec o l da d v e c t i o n t h ei o w - i e v e ij e tw a sw e a k e n e d t h eo r i g i n a i d a v e i o d i n gr e g i o no n5 0 0h p aa is oi o c a t e da h e a do ft h es h o r tw a v et r o u g h b u tt h ed i v e r g e n c er e g i o no n2 0 0h p aw a sm o v e do u tf r o mt h eo ri g i n a i d e v e i o d i n gr a g i o n t h es t a b ii t ya n a l y s i si n d i c a r e dm c sh a dm o v e dt o n o r t h e a s tw hc hwasn o tf a v o r a beenv ir o n m a n to fd e e pc o n v e c to n k e yw o r d s ：h e a v yr a i n f a l m e s o s c a l ec o n v e c t i v es y s t e mp h y s i c a f i e i de n v ir o n m e n t a lf i e l dd i a g n o s t i ca n a i y s is 1 1 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师 的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引 用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均 已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：监叁赵日期：巡：盈： 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作 品，知识产权归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有 关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或向国家 有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文 被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任 何复制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、 使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果 时，第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：捡盘盘导师签名：邋皇日 期：哆墨诌 致谢 本文是在我的导师程麟生教授的热切关怀和悉心指导 下完成的。在此谨向我的导师表示衷心的感谢。 我很感谢隆霄老师对我的指导和帮助，我还感谢学兄赵 建华、学姐文莉娟、侯瑞钦以及学友孔祥征、缪国军等在 我学习和生活中给予的诸多帮助。 这里，我还要感谢学院和各位老师在我学习和生活上给 予的关心和帮助。 最后，我要感谢我的亲人对我学习和生活的支持和关怀。 梅春杰 第一章引言 1 中尺度对流系统概述及其研究进展 从定性考虑，中尺度天气系统按其水平尺度一般分为三类：2 - - 2 0 k i n 的称 中- y 尺度系统，2 0 - - 2 0 0 k m 的称中b 尺度系统，2 0 0 - - 2 0 0 0 k m 的称中尺度 系统i 。中尺度对流系统( m c s ) 泛指中尺度系统内的一种深对流系统埘。 m c s 是中纬和热带地区的重要降水系统之一，它不仅会引起暴雨、强风、龙卷、 冰雹雷暴和飑线等灾害性天气，还对对流层热量收支和水质循环有重要影响， 从而影响全球变化1 2 l 。m c s 常常带来严重的灾害，尤其在中纬度地区，许多强 烈的天气常常由有组织的强对流系统造成。例如，在热带和副热带地区年降水 量的很大部分是由对流性暴雨造成。在有些地区，强对流系统甚至引起严重灾 害。另一方面中纬度的中尺度强对流系统与各种尺度( 从天气尺度到小尺度) 的运动场、温度场和湿度场的发展都有关系，它们是大尺度系统热力和动力过 程与中尺度系统相互作用的结果，反之，对流通过潜热释放和各种物理量的输 送又影响大尺度环境。这是m c s 和环境的相互反馈作用，遥过对m c s 的研究 可以深入了解尺度相互作用问题，这也是气象学的重要课题之一，正在引起广 泛关注1 3 j 。 中尺度对流系统是一种强天气系统，它一般具有空间尺度小、生命期短、 突发性和高强度、较强的垂直运动、气象要素梯度大、非地转平衡和非静力平 衡等特点。m c s 一般出现在暖湿季节的晚上和凌晨，有的发生于午后，入夜后 消散。生命期一般几到十几个小时，人为的跟踪观测比较困难。据现代大气科 学观测和研究表明，我国的中尺度对流系统一般发生和出现在每年的6 8 月份， 其间出现的几率占年总数的7 0 ，也就是对应我国的主汛期。3 5 月和9 1 0 月m c s 发生次数明显减少，仅占总发生次数的3 0 。而1 1 月至次年2 月，也 就是冬季，m c s 发生的次数极少，几乎不出现硎引。m c s 的移动路径受许多 因素的影响，但一般受高空引导气流的作用，沿着高空引导气流的方向，伴随 着地面系统一起移动。 m c s 是造成国内外严重气象灾害的主要天气系统之。国内外每年都有 m c s 造成暴雨洪涝和暴雪冻害及其它灾害的各种报道。在我国，m c s 每年造 成的暴雨洪涝灾害尤为严重，特别是1 9 9 8 年夏季的华南暴雨嘲和长江流域特大 暴雨洪涝。因此，在我国对m c s 的研究十分重视。在我国暴雨试验研究项目的 五年( 1 9 9 8 - - 2 0 0 3 年) 计划中，对与梅雨锋相伴的m c s 演变和结构的观测研 究十分关注1 2 j 。对m c s 的研究，在只有确实弄清m c s 的结构及发生、发展机 制，才能避害趋利，造福于人类。 对中纬度中尺度对流系统的研究已经取得了若干重要进展i “，其中包括： m c s s 的时空分布；m c s s 的平均生成环境；m c s s 的组织模型和逆尺度演变； 发展中的m c s s 与其环境的相互作用；m c s s 的动力学和不稳定度；m c s s 的数 值模拟；m 且c s s 和myc s s 的观测和模拟；m c s s 的概念模型；m c s s 结构和 机制研究的观测计划。对m c s s 的平均生成环境，l a i n g 等i | ”的工作值得注意。 l a i n g 等1 7 l 对m c c s 在全球五个大环境区( 非洲、澳大利亚、中国、南美洲和美 国) 的平均生成环境进行了研究。但这些结果尚不足以代表m c s s 时空分布的 全貌，特别是在他们的结果中，我国东部广大地区m c c s 的数量非常少，不符 合我国的实际情况。我国气象科研人员李玉兰等1 8 1 和项续康等1 9 1 分别对1 9 8 3 1 9 8 6 年及1 9 8 9 - - 1 9 9 3 年我国南方的m c c s 进行了普查，给出了这些年中部分 个例( 5 - - 1 0 个) 。马禹等1 1 0 l 利用地球同步卫星每小时一次的红外云图资料将 m c s s 进行了普查。通过普查，他们发现黄河和长江中下游地区是m nc s 的多 发区；mnc s s 和mbc s s 的生命史分别为7 8 h 和5 6 h 。程麟生等【6 1 对中纬 度中尺度对流系统研究的诸多进展作了综述，这有助于我们对中尺度对流系统 的发生、发展、结构、机理等的研究现状有进一步和更全面的了解。 预报实践表明，对由中尺度对流系统引起的大暴雨的预报还比较困难，主 2 要是由于这种强降水具有突发性、短历时、高强度的特点【1 1 i 。因此，利用常规 资料( 包括业务卫星、业务雷达) 是不可能在中尺度天气系统研究方面有所突 破，唯有通过特殊的野外科学试验及加密观测和特种探测工具( 如多普勒雷达 等) 才有可能获取包括有中尺度三维结构的中尺度信息资料，进而通过对观测 资料的分析、数值诊断、模拟和理论研究手段，才有可能在中尺度气象学研究 中取得重要进展。我国已先后组织了多项野外试验，尤其是1 9 9 8 年“海峡两岸 及邻近地区暴雨试验研究”和“淮河流域能量与水分循环试验和研究”，以及“南 海季风”和“青藏高原”试验。这些野外科学试验的开展都大大推动了我国的 中尺度气象研究 2 1 。 1 9 9 9 年国家重点基础研究规划又开展了“我国重大天气的形成机理和预测 理论研究”( 9 7 3 ) 项目的研究，主要研究暴雨和暴雨过程中的中尺度对流系统。 其总体设想是充分利用前期四大气象科学试验的资料和成果，在前人工作的基 础上，力求在引发暴雨的中尺度强对流系统发生、发展及其与大尺度天气系统 的相互作用与相互影响的机理以及预报理论和方法等科学问题上取得突破，增 强我国对突发性、多发性的暴雨中尺度对流系统引起的灾害性天气的预报能力， 随着上述项目的完成和其后续项目的实施，希望通过研究能够弄清楚暴雨中尺 度对流系统发生、发展机制和活动规律，提出切实可行的预报方法，以增强对 m c s 灾害预测能力。 根据美国对其m c c 环境的研究表明，某些中尺度和天气尺度的动力学特征 是较典型的。s m u l l 等【1 2 】的工作都指出：一个弱短波槽，一个准静止东西向锋区 和一支明显的低空急流与强的对流层下部暖平流的相互藕合区是最接近m c c 形成的典型区域。在美国m c c 天气过程经常出现的这种特征提出这样一个问 题：是否我国的m c c 和m c s 的形成区也出现类似这样的大尺度环境特征和条 件? 这正是本文希望探讨的主要问题。 2 本文工作 本文的目的是通过对我国一次典型m c s 的形成和发展过程研究其三维平 均环境场特征。对天气系统进行分析的资料有：n c e p 的g r i b ( 1 0 x1 0 ) 资料， 每小时的t b b ( 0 1 0 x0 1 0 ) 资料，以及每六小时一次和加强观测的逐时测站降 水资料。选例是2 0 0 2 年7 月一次与梅雨锋暴雨相伴的m c s 生成和发展的过程。 对该m c s 的生成环境条件、基本特征、演变过程进行系统全面的分析，进而获 得暴雨m c s 生成的典型大尺度环境场；对暴雨中尺度对流系统的结构进行剖 析，获得其基本要素场的一般特征：对暴雨中尺度对流系统的环境物理量场作 一般性的阐述分析，了解m c s 发生时必须具备的气象场和物理因子组配；对中 尺度对流系统的基本中尺度诊断量进行分析，获得其基本诊断量的一些特征； 还对此次m c s 发展演变环境进行分析，使其对中尺度对流系统发生过程的基本 机制有进一步的了解。 本文的意义在于：由于本文对中尺度对流系统发生和发展的环境条件及其 组配的基本物理量场特征作了分析研究，这将有助于人们对这类中尺度对流系 统的生成和发展环境有进一步的了解，进而为暴雨中尺度对流系统的预报提供 某些物理依据。 本文主要的研究内容： ( 1 ) 对2 0 0 2 年7 月2 2 日2 3 日( “0 2 7 ”) 发生在长江流域的梅雨锋暴雨降水过 程进行分析。 ( 2 ) “0 2 7 ”暴雨过程的中尺度对流系统分析。 ( 3 ) m c s 生成前的环境要素场配置特征 ( 4 ) m c s 初生的环境条件 ( 5 ) m c s 发生发展期的大尺度环流场和要素场特征 ( 6 ) m c s 生成发展期环境物理量场诊断分析 ( 7 ) k l c s 演变过程的环境气象场组配特征 ( 8 ) 总结 4 参考文献 【l 】程麟生，1 9 9 4 ，中尺度大气数值模式和模拟，北京，气象出版社，1 4 。 1 2 】倪允琪，贾朋群，许小锋等，2 0 0 0 ，2 1 世纪初大气科学回顾与展望一一第三次全国大 气科学前沿学科研讨会论文集，北京，气象出版社，1 3 6 - - 1 3 9 。 【3 】丁一汇，1 9 9 1 ，高等天气学，北京，气象出版社，4 6 3 - - 4 6 5 。 1 4 】段旭，张秀年，许美玲，2 0 0 4 ，云南及其周边地区中尺度对流系统时空分布特征，气象 学报，6 2 ( 2 ) ，2 4 3 - - 2 4 9 。 【5 】5 文莉娟，2 0 0 2 ，“9 8 5 ”华南暴雨中尺度系统发展结构和机理的数值模拟与诊断分析， 兰州大学硕士论文。 1 6 】6 程麟生，冯伍虎，2 0 0 2 ，中纬度中尺度对流系统研究的若干进展，高原气象2 1 ( 4 ) ， 3 3 7 - - 3 4 7 。 【7 jl a i n gag ，a n djmf r i t s c h ，2 0 0 0 ，t h el a r g e - s c a l ee n v i r o n m e n t so ft h eg l o b a l p o p u l a t i o n so fm e s o s c a l ec o n v e c t i v ec o m p l e x e s m o nw e ar e v , 1 2 8 ：2 7 5 6 2 7 7 & 【8 】李玉兰，王情熔，郑新江，1 9 8 9 ，我国西南、华南地区中尺度对流复合体( m c c ) 的 研究，大气科学，1 3 ( 4 ) ，4 1 7 - - 4 2 2 。 1 9 j 9 项续康，江吉喜，1 9 9 5 ，我国南方地区的中尺度对流复合体，应用气象学报，6 ( 1 ) ，1 1 7 。 1 1 0 j 马禹，王旭，陶祖钰，1 9 9 7 ，中国及其邻近地区中尺度对流系统的普查和时空分布特 征，自然科学进展，7 ( 6 ) ，7 0 1 - - 7 0 6 。 【1 1 1 侯瑞钦，2 0 0 4 ，降水方案和嵌套网格对暴雨定量降水预报的影响研究，兰州大学硕士 论文。 【1 2 】s m u l lbf a n djaa u g u s t i n e ，1 9 9 3 ，m u l t i - s c a l ea n a l y s i so fam a t u r em e s o s c a l e c o n v e c t i v ec o m p l e x m o nw e ar e v 1 2 1 ：1 0 3 1 3 2 第二章“0 2 7 ”暴雨过程和中尺度对流系统 长江中下游地区是我国水患最严重的地区之一。每年6 - - 7 月，长江流域进入 雨季，连阴雨天气持续数天，绵延不断，导致长江中下游地区进入主汛期。这就 是我国著名的梅雨天气，其高发地区在长江流域和江淮一带。梅雨季节，是中尺 度对流系统的多发期。梅雨锋上的m c s ，一般就地生成，生命史不长，伴随着梅 雨锋向东移动。以下首先分析“0 2 7 ，暴雨过程的水情和灾情。 1 水情灾情分析 2 0 0 2 年，是中国洪涝灾害比较严重的一年。6 月底7 月初，江南、华南出现大 范围的强降水过程，降水量一般有5 0 - - - 2 0 0 r a m ，局地超过2 0 0 r a m ，致使桂、粤、 湘、鄂等省区的部分地区发生严重洪涝。广西有1 4 个县市降雨量在l o o m d a 上，其 中贺州( 3 2 2 m m ) 、东兴( 3 5 2 m a ) 、乎南( 3 6 9 m m ) 3 个县市都超过3 0 0 r a m 。刁江、蒙江、 桂江、贺江发生了特大洪水，西江梧州站洪峰水位超过警戒水位7 m 。全区有4 0 个 县市、6 0 0 多万人不同程度受灾，3 9 6 7 1 人被洪水围困，死亡3 2 人，倒房4 7 万问， 损坏房屋1 6 8 万间，农作物受灾面积2 9 1 0 4h l n2 ( 百平方米，下同) ，死亡大牲 畜1 2 7 万头，毁坏中小型水库8 0 多座、灌溉设施1 5 0 0 多处，6 0 0 余个企业停产停工， 直接经济损失达3 8 5 亿元。湖南有1 8 个站次出现大暴雨，4 0 个站次出现暴雨，其 中嘉禾、道县7 f j1 日降雨量分别达1 8 2 3 f f j ：1 1 9 4 6 衄，均创当地有气象记录以来日 雨量之最，湘江干流全线超过危险水位，全省3 5 个县市、4 5 0 万人受灾，死亡9 人， 农作物受灾面积2 4 9 1 0 4h f f ，损坏中小型水库6 9 座，公路中断1 0 0 0 多条次，损 坏房屋8 2 7 间，倒房1 1 万间，直接经济损失达2 1 8 亿元。广东有1 4 个县市、1 1 9 万人受灾，农作物受灾面积4 x 1 0 4 h m 2 ，倒房3 0 0 0 多间，1 1 人死亡，直接经济损 失5 1 亿元。本月1 7 2 7 日，华南、长江中下游和淮河流域出现了大范围的强降水 6 过程，降水量普遍有1 0 0 2 0 0 衄，局地超过2 0 0 r a m ，致使粤、桂、湘、鄂、赣、 皖等省区部分地区发生了洪涝灾害。广东有1 4 个县市、1 0 0 万人受灾，经济损失5 亿元。广西有2 6 个县市、4 0 0 多万人受灾，经济损失4 亿元。灌北有6 1 个县市( 次) 出现暴雨，全省有8 0 0 多万人、6 0 x 1 0 4 耐亩农田受灾，倒房4 万多间，损坏房屋9 万多间，直接经济损失1 0 亿元。安徽有3 0 0 多万人、2 4 i 0 4h m 2 亩农作物受灾，倒 损房屋2 万闯，直接经济损失5 亿元。 2 天气过程分析 2 0 0 2 年7 月中旬，副高南退，长江流域进入第二段梅雨期。7 月1 7 2 7 日，这 n 天的连续降水实际是1 7 2 0 日和2 1 2 7 日两次天气过程的总体体现，现简要分 析如下：本次降水主要是发生在中旬后期亚洲北部中纬度环流为两槽一脊形势下， 贝加尔湖高压脊发展后，副热带高压南撤，脊前冷空气南下，结束了我国东部持 续多日的高温酷热天气，尔后南下冷空气与北上的暖湿气流相遇，产生降水。中 旬后期，南海中南部的赤道高压发展和南落的副热带高压连接，副高脊线呈西南 一东北向，在其西北侧出现强劲的西南风急流，风速一般都在1 2 m s ( 7 0 0 h p a ) 以 上，为华南、江南提供了充沛的水汽。弱冷空气从巴尔喀什湖分裂而出，沿青藏 高原东侧南下，江南、华南地区的上空一直褥以维持一个西南一东北向的切变， 并不断伴随有低涡活动( 图略) ，随后冷空气逐渐南压，切变线向南移动，主要降 水区也由江淮西部、江南南压到华南地区。受冷空气、切变线和低涡的影响，1 7 2 0 日，西南地区、江淮，江南、华南出现大范围的中到大雨天气，其中湖南、江西、 广东、广西、浙江等地出现暴雨，广东、广西东部和江西、浙江、湖南等省局部 地区出现了大暴雨天气。2 1 日，副高西例的西南风偏南分量突然加大，风速提高 到1 4 m s ( 7 0 0 h p a ) 以上，切变线也开始向北推进，主要降水区又重新回到江南一 带，此间由于副高稳定少动，贝加尔湖高压脊前源源不断有弱冷空气南下，切变 线就此稳定在江南一带小范围摆动，一直持续到2 5 日，西南地区、华南西部，长 江中下游地区、江淮西部出现了中到大雨，其中广西西部、湖南中北部、湖北东 部和安微的部分地区出现了暴雨，湖南西北部部分地区还下了大暴雨。2 6 日，受 0 2 0 9 号、0 2 1 l 号台风向西北移动的影响，副高东撤到了1 4 0 0 e ，冷空气顺势南压， 降水区也向东向南移动。随后由于西太平洋副热带高压发展加强，向西伸展与贝 加尔湖地区高压脊打通，形成高压坝，切断了我国东部冷空气南下的路径，上述 地区主要受副高南侧偏东气流控制，降水趋于减弱或停止”1 。 3 降水情况 7 月2 l 一2 5 日这一时段，西南地区、华南西部，长江中下游地区、江淮西部出 现了中到大雨，其中广西西部、湖南中北部、湖北东部和安微的部分地区出现了 暴雨，湖南西北部部分地区还下了大暴雨。为了方便，本文仅选取7 月2 2 日1 2 u t c 一2 3 日1 2 u t c 这一时段天气过程来研究梅雨锋上的中尺度对流系统。 7 月2 2 日1 2 u t c t - - 2 3 日1 2 u t c2 4 小时实况降水量图( 图1 ) 显示这一时段 的强降水集中在长江中下游以北的湖北、安徽等地区，其中湖北的大悟2 4 小时降 水量达到1 9 0 2 m m ，而安徽的颖上2 4 小时降水量也达到1 7 6 9 m m 。另外在长江 图12 0 0 2 年7 月2 2 日1 2 u t c - - 2 3 日1 2 u t c2 4 小时实况雨量( 单位：m m ) 中游的湖南地区也有中心值大于1 0 0 m m 的强降水。这一时段的降雨量图表现为 一条狭长的降水带的持续降水，并且多个强降水中心，雨带呈东北一西南向。 f a ) 2 2 日1 2 u t c 一2 2 扫1 8 u t c( b ) 2 2 日1 8 u t c - 2 3 日0 u t c ( c ) 2 3 日0 u t c 2 3 日0 6 u t c( d ) 2 3 日0 6 u t c - 2 3 日1 2 u t c 图2 实况2 0 0 2 年7 月2 2 日1 2 u t c 至2 3 日1 2 u t c 每6 小时雨量分布图( 单位： r a m ) ( 圈中长方形框为与中尺度雨团和雨带对应的中尺度对流系统的发生发展区，下同) 图2 为7 月2 2 日1 2u t c 2 3 日1 2 u t c 每间隔6 小时的雨量分布，从图上 可以看出：四个时间段都有不同程度的降水，但降水量的多少不一样。降水最集 中的时段是2 2 日1 8 u t c - - 2 3 日0 u t c ，其次是2 3 日0 u t c - - 0 6 u t c ，降水量最 少的时间间隔为2 3 日0 6 u t c 一1 2 u t c 。这反映了本次降水过程随时间有一定程 4 度的强弱变化。图3 是两个代表站的逐时雨量分布，可以看出两站雨量最集中的 时段为2 2 日1 9 u t c - - 2 3 日0 6 u t c 。 ( a ) 5 7 3 9 5 太悟站 ( b ) 5 8 2 1 0 颗上站 图32 0 0 2 年7 月2 2 日1 2 u t c 2 3 日1 2 u t c 两个代表站实况逐时雨量分布图 由图1 我们可以看出此次过程降水特点为：降水时间长，降水强度大，阵性 明显，如大悟，降水从2 2 日1 9 u t c 一直持续到2 3 日0 9 u t c ；雨量集中，空间 分布具有明显的局地性，并且和高空系统对应较好。雨带狭长，与切变线、高空 云系走向一致p l o 4 通过云图分析确定中尺度对流系统 t b b 资料主要依据g m s 卫星每小时一次的红外云图数值资料，分析方法 采用从1 0 卜1 1 5 | l1 1 1 1 的红外通道1 的资料反演出云顶黑体辐射温度( t b b ) ，在 少云或无云区，t b b 是地表黑体辐射温度，其值一般小于0 0 c ，并且t b b 越低表 明云顶越高，对流越旺盛。因此它是一种很好的分析工具，能够很好的表示中低 纬度地区云系的分布及强度特征，反映雨带的移动情况。 利用分辨率为o 1 0 x 0 1 0 的t b b 资料分析了长江流域云系分布特征( 图4 ) 。 由图可见，长江流域梅雨锋云系清晰可见，云系分布特征与降水分布一致。从t b b 图上可以看出，云带的分布呈东北一西南走向，并且其生消演变非常强烈。梅雨 锋混合性云的特征十分明显，各种不同尺度的云团异常活跃。云带主要由中尺度 云团组成，中尺度对流云团的强烈发展、合并、消亡主导着云带的形状和尺度， 影响着雨区的大小和降水的强度。因此，研究梅雨锋上m c s 的活动情况，基本 上可以确定梅雨锋的演变情况。 采用文献1 4 l 给出的方法g m s 对卫星云图进行数字化放大处理，得到了7 月 2 2 日1 2 u c t 至2 3 日1 2 u t c 的中尺度t b b 资料，按照m a d d o x l 5 】关于m c c 的 标准研究m c s 的发生发展。在2 2 日1 6 u t c ( i 虱5 ) 的t b b 图上，湖北境内( 1 1 2 - - 1 1 4 0 e ，3 0 - - 3 2 0 n ) 有孤立、细胞状的对流云团a 存在，该云团在不断发展中与 其他云团靠拢合并，到2 2 日1 9 u t c 其- - 3 2 0 c 冷云盖面积迅速扩展至2 0 0 平方公 里左右，形成了m c s 的雏形。其后云体不断发展加强，到2 1 u t c 该云团内部出 现温度低于- - 6 0 0 c 的亮云核，一直到2 3 u t c 该亮云核面积逐渐增大。云体在东 北向移动的过程中不断扩大，并延伸至河南境内，冷云面积扩展到约3 0 0 平方公 里。此时，m c s 已进入成熟期。到2 3 日0 1 时该中尺度对流云团渐趋消散，其东 北部脱离主体，并且分裂为两个中b 尺度对流云团a 和b 。主体云团a 随着时 间继续发展，b 则渐趋消散。到2 3 日0 6 u t c ，b 完全消散，a 则分裂为两个中 尺度云团a 和c 。这两个中尺度云团基本成形，直径都在1 0 0 k i n 以上，云项温度 大约在一4 0 0 c 至- - 6 0 0 c 之间。分裂出的中尺度云团c 在向东北方向移动过程中 逐渐减弱，其后逐渐消散；a 云团强度基本不变，维持有云顶温度在- - 6 0 0 c 以下 的较大面积亮云核，2 3 日1 2 u t c 以后消散。我们从t b b 资料能够较清楚的看出 整个中尺度对流云团的发展演变过程。此次m c s 是由几个不同的对流单体发展、 合并加强形成的，其生成发展过程，大致可分为3 个阶段，即生成期、成熟期、 减弱期。在m c s 的成熟期，其强度达到最大，对应着湖北境内出现了较大强度 的持续性降水( 2 2 日1 9 u t c - - 2 3 日0 6 u t c ) 。云体演变与降水强度是相一致的 6 1 。 从图6 可以看出，图上中尺度对流系统云区密集，特征明显。此次中尺度对 流系统与低空低涡相伴，生成在低空低涡的气旋性切变处，随着低涡东北向移近 时发展成熟。其典型的地面流场特征是生成在地面中尺度辐合线或中尺度辐合中 心附近。低空低涡为其发展提供动力条件。 6 ( a ) 2 2 日1 4 u t c ( c ) 2 2 日1 9 u t c ( e ) 2 2 日2 3 u t c 7 ( b ) 2 2 日1 6 u t c ( d ) 2 2 日2 0 u t c 2 3 日0 1 u t c ( g ) 2 3 日0 3 u t c ( i ) 2 3 日0 9 u t c ( h ) 2 3 日0 6 u t c ( j ) 2 3 日1 2 u t c 图4 2 0 0 2 年7 月2 2 日1 2 u t c 至2 3 日1 2 u t c 的t b b 云图( 时间间隔不等) ( a ) 2 2 日1 2 u t c - 2 2 日1 8 u t c 雨量图( a ) 2 2 日1 6 u t c 云图 8 ( b ) 2 2 日1 8 u t c 一2 3 日0 u t c 雨量图( b ) 2 2 日2 3 u t c 云图 ( c ) 2 3 日0 u t c 一2 3 日0 6 u t c 雨量图( c ) 2 3e t0 3 u t c 云图 f c ) 2 3 日0 6 u t c - 2 3 日1 2 u t c 雨量图( c ) 2 3 日0 9 u t c 云图 图57 月2 2 日1 2 u t c 2 3 日1 2 u t c 的6 小时雨量( 左侧) 与相应时段云图( 右侧) 对应图 9 ( a ) 2 2 日1 8 u t c 地面流场图( b ) 2 3 日o u t c 地面流场图 ( c ) 2 3 日0 6 u t c 地面流场图( d ) 2 3 日1 2 u t c 地面流场图 ( e ) 2 2 日1 8 u t c8 5 0 h p a 流场图( f ) 2 3 日o u t c8 5 0 h p a 流场图 1 0 ( g ) 2 3 日0 6 u t c8 5 0 h p a 流场图( h ) 2 3 日1 2 u t c8 5 0 h p a 流场图 ( i ) 2 2 日1 8 u t c7 0 0 h p a 流场阔( j ) 2 3 日o u t c7 0 0 h p a 流场图 ( k ) 2 3 日0 6 u t c7 0 0 h p a 流场圈( 1 ) 2 3 日1 2 u t c7 0 0 h p a 流场图 图6m c s 和地面、8 5 0 h p a 、7 0 0 h p a 流场分布图( 方框为中尺度对流系统的位置) 6 5 。结论 ( 1 ) m c s 云系是梅雨锋云系的一部分，是伴随着地面锋面云系一起移动的。梅 雨锋上各种云的生消演变异常活跃。 ( 2 ) 判断m c s 是按照一3 2 0 c 冷云盖面积大于2 0 0 平方公里，t b b 黑体温度低 于- - 6 0 0 c 为标准的。其地面流场特征是中尺度辐舍线或中尺度辐合中心明 显，低空存在中尺度低涡。 ( 3 ) m c s 的发生发展很大程度上是由对流云的合并所形成的；依据对雨团、对 流云团及地面和低空流场的综合分析，该侧的m c s 生成于7 月2 2 日1 8 时。 参考文献 【1 】徐良炎，2 0 0 2 ，江南华南局地洪涝严重华北黄淮一度旱情发展 2 0 0 2 年7 月，气象，2 8 ( 1 0 ) ：6 2 - 6 3 。 【2 】刘震坤，2 0 0 2 ，东部高温酷热，南方暴雨频繁，气象，2 8 ( 1 0 ) ：5 8 6 l 。 【3 】王晓明，谢静芳，王侠飞，1 9 9 2 ，强对流天气的分析及短时预报，气象出版社，1 7 1 8 f 4 】段旭，李英，2 0 0 1 ，低纬高原地区一次中尺度对流复合体个例分析，大气科学，2 5 ( 5 ) ： 6 7 6 - 6 8 2 。 【5 1m a d d o xr a m e s o s c a l ec o n v e c t i v ec o m p l e x e s b u l l a m e r i c a nm e t e o r s o c ，1 9 8 0 ，6 1 ( 1 1 ) ：1 3 7 4 1 3 8 7 【6 】侯瑞钦，2 0 0 4 ，降水方案和嵌套网格对暴雨定量降承预报的影响研究，兰州大学硕士论 文。 1 2 门 第三章m c s 生成前的环境要素场配置特征 m c s 的生成与发展有其独特的大尺度环境条件。在m c s 生成前，影响m c s 生 成的各种气象要素场的配置情况，对m c s 的生成起着决定性的作用。因此，探寻 m c s 生成前各气象要素场的基本配置特征，对研究1 4 c s 的生成机制和预报m c s 的 生成条件都有着至关重要的作用， 1 温压场配置特征 从7 月2 1