攀西地區(qū)南部一次MCC引發(fā)暴雨過(guò)程的分析

李永軍

(1.四川省攀枝花市氣象臺(tái)，攀枝花 617000；2.高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610072)

引言

MCC是一種α中尺度對(duì)流系統(tǒng)，它是由許多較小的對(duì)流系統(tǒng)，如塔狀積云，對(duì)流群(線)或β中尺度的颮線等組合起來(lái)的一種對(duì)流復(fù)合體,它的最突出的特征是有一個(gè)范圍很廣，持續(xù)很久，近于圓形的砧狀云罩[1]。MCC的發(fā)生常常伴有暴雨、洪水，甚至冰雹、大風(fēng)、龍卷等破壞性極強(qiáng)的災(zāi)害性天氣，對(duì)人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全具有很大的危害[2]。為了能應(yīng)用日常的高空和地面資料識(shí)別這類天氣系統(tǒng)，Maddox對(duì)成熟階段的MCC的特征作了相應(yīng)的規(guī)定[3]。

一直以來(lái)對(duì)MCC的研究較多[4-15]，取得了很多成果。有研究表明MCC對(duì)流云團(tuán)的生成源地大部分在青藏高原東部的背風(fēng)坡一側(cè)，在青藏高原的東南部存在2個(gè)MCC生成、發(fā)展的集中區(qū)域，一個(gè)位于西部的橫斷山脈地區(qū)，一個(gè)位于東部的四川盆地附近[4-5]。攀西地區(qū)是指四川省攀枝花市及涼山州地區(qū)，其南部位于青藏高原東南緣，橫斷山脈地區(qū)，其經(jīng)緯度范圍約為26.07°～27.45°N，101.03°～102.99°E,是MCC生成、發(fā)展的集中區(qū)域之一，但目前對(duì)該區(qū)域的MCC的研究分析還比較少。

MCC作為影響產(chǎn)生暴雨中的一種特殊系統(tǒng)，尺度較大、生命史較長(zhǎng)，與一般暴雨云團(tuán)發(fā)生發(fā)展所要求的大尺度天氣系統(tǒng)背景和環(huán)境條件存在很大的差異[10-11]，需要特別關(guān)注和進(jìn)行更深入的研究。

本文對(duì)2018年6月21～22日發(fā)生于攀西地區(qū)南部的一次弱環(huán)境風(fēng)場(chǎng)條件下的MCC引發(fā)暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行研究，旨在對(duì)其形成機(jī)制進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)提升青藏高原東部背風(fēng)坡區(qū)域弱風(fēng)場(chǎng)環(huán)境條件下MCC引發(fā)暴雨的預(yù)報(bào)能力。

1 天氣概況

6月21日20時(shí)～22日20時(shí)，攀西地區(qū)南部出現(xiàn)了一次暴雨天氣過(guò)程，其中大暴雨8站，暴雨36站，大雨77站，過(guò)程伴有很強(qiáng)的雷電，雨量分布如圖1。此次過(guò)程具有影響時(shí)間較長(zhǎng)、局地雨強(qiáng)大的特點(diǎn)，降雨主要時(shí)段在21日20時(shí)～22日07時(shí)，大暴雨點(diǎn)主要分布在米易縣縣城周邊、寧南縣和會(huì)東縣交界周邊和普格縣南部3個(gè)區(qū)域，最大降雨出現(xiàn)在米易縣攀蓮鎮(zhèn)青皮社區(qū)，為145.9mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)66.6mm，出現(xiàn)于22日00～01時(shí)米易縣攀蓮鎮(zhèn)青皮社區(qū)。

2 環(huán)流背景和影響天氣系統(tǒng)

21日20時(shí)500hPa高空?qǐng)D上，歐亞中高緯為兩槽一脊的形勢(shì)，巴湖東部有低槽活動(dòng)，南支槽位于西藏中南部和印度北部，副熱帶高壓位于我國(guó)東部沿海，青海的西部有一低渦中心，四川大部受高壓脊控制，貴州至云南一帶有一低槽，攀西地區(qū)處于高壓脊前低槽后的過(guò)渡區(qū)域，受偏西氣流影響，風(fēng)速較弱，風(fēng)速值為2～4m·s-1。

700hPa四川盆地到攀西地區(qū)風(fēng)速均較弱，四川盆地有切變線存在，攀西地區(qū)南部風(fēng)速值為2～4m·s-1，攀西地區(qū)南部存在風(fēng)速的輻合和氣流的輻合。

200hPa我國(guó)西南地區(qū)和印度、緬甸一帶受強(qiáng)大的南亞高壓控制，南亞高壓中心位于西藏林芝南部，攀西地區(qū)南部位于南亞高壓東側(cè)脊線附近，風(fēng)速較弱，為2～6m·s-1。

總體而言，本次MCC暴雨天氣過(guò)程低層有氣流的輻合，中層無(wú)明顯天氣系統(tǒng)，高層為南亞高壓控制的輻散區(qū)。從低層到高層環(huán)境風(fēng)場(chǎng)均較弱，為一次弱風(fēng)場(chǎng)環(huán)境條件下產(chǎn)生的MCC暴雨天氣過(guò)程。圖2為6月21日20時(shí)500hPa(上)、700hPa(中)和200hPa(下)風(fēng)場(chǎng)和高度疊加圖，底圖黑色地圖區(qū)域?yàn)榕饰鞯貐^(qū)，其中左下角為攀枝花市，其余部分為涼山州(下同)。

3 MCC演變

本次MCC的母體生成于21日14時(shí)的涼山州木里縣北部，之后與周邊的局地對(duì)流系統(tǒng)碰并融合加強(qiáng)，并逐漸南壓，在南移路徑的前方也有一些局地的對(duì)流系統(tǒng)生成并融入該對(duì)流系統(tǒng)。20:30～21:30時(shí)有位于麗江市南部的β中尺度對(duì)流系統(tǒng)匯合入該對(duì)流系統(tǒng)，21:30，對(duì)流云系達(dá)到MCC標(biāo)準(zhǔn)，云體形狀近乎圓形，TBB≤-32℃的區(qū)域>105km2,TBB≤-53℃的區(qū)域>5×104km2,強(qiáng)中心位于涼山州鹽源和麗江市華坪之間和攀枝花和麗江市華坪中間，最低TBB<-80℃，位于攀枝花市鹽邊中部。21:30～22:30MCC穩(wěn)定少動(dòng)，強(qiáng)中心有所南移。23:30，在攀枝花市米易縣和涼山州會(huì)理縣交界區(qū)域出現(xiàn)了TBB≤-80℃的區(qū)域。00:30，曲靖市會(huì)澤縣一帶有一β中尺度對(duì)流系統(tǒng)與MCC合并，MCC范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，強(qiáng)中心的范圍也逐漸擴(kuò)大并向東移動(dòng)。之后一直處于穩(wěn)定少動(dòng)的狀態(tài)，04:30后MCC逐漸呈消散趨勢(shì)，強(qiáng)中心和周邊云系的強(qiáng)度逐漸減弱，05:30后不再滿足MCC的標(biāo)準(zhǔn)，MCC持續(xù)時(shí)間約為10個(gè)小時(shí),由于引導(dǎo)氣流較弱，MCC穩(wěn)定少動(dòng)。

4 MCC周邊大氣層結(jié)條件

從20時(shí)攀西地區(qū)南部周邊探空站的T-logp圖可見(jiàn)，大氣不穩(wěn)定能量很高，西昌站的cape值達(dá)1994.9J·kg-1,威寧站的cape值達(dá)939.6J·kg-1，稍有觸發(fā)條件即可促進(jìn)對(duì)流的發(fā)展。大氣濕層深厚，西昌站從底層到近400hPa均為濕區(qū)，威寧站從底層到300hPa均為濕區(qū)。西昌站的0℃和-20℃高度分別為522.3hPa和334.5hPa，威寧站的0℃和-20℃高度分別為529.3hPa和325.3hPa，不利于冰雹的生產(chǎn)。

從假相當(dāng)位溫的垂直分布看，西昌站和威寧站的底層假相當(dāng)位溫分別為94.2℃和88.33℃，底層假相當(dāng)位溫極高。2站的假相當(dāng)位溫在低層均隨高度降低，說(shuō)明低層大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)。從風(fēng)的垂直變化看，2個(gè)站點(diǎn)上空的風(fēng)速均較弱，垂直風(fēng)切變也較小。

總體而言，MCC生成區(qū)域周邊的大氣層結(jié)具有不穩(wěn)定能量高、濕層深厚和垂直風(fēng)切變小的特點(diǎn)。

5 MCC的熱力和動(dòng)力結(jié)構(gòu)

5.1 熱力結(jié)構(gòu)

采用溫度、露點(diǎn)偏差法研究其熱力結(jié)構(gòu)，溫度、露點(diǎn)偏差法即：

發(fā)展階段(21日20時(shí))MCC(101°～102°E)內(nèi)溫度，低層(800～700hPa)顯示出一個(gè)明顯的溫度正偏差，正偏差中心值為2℃，表明生成MCC區(qū)域低層的溫度較周邊區(qū)域高，而且低層(800hPa)到中層(500hPa)，MCC區(qū)域的溫度較周邊區(qū)域高，表明MCC生成于一個(gè)較暖的區(qū)域中，溫度偏差低層較高層明顯。低層MCC區(qū)域西側(cè)有一個(gè)明顯的冷區(qū)，溫度偏差最大值達(dá)7℃，冷暖界面溫差等值線近乎垂直，這是鋒區(qū)結(jié)構(gòu)，有利于增強(qiáng)大氣的斜壓不穩(wěn)定。而到了成熟階段(22日02時(shí))MCC(102°～103°E)內(nèi)溫度，中低層的正偏差已明顯減弱，甚至有負(fù)偏差出現(xiàn)，低層的鋒區(qū)也明顯減弱。

從露點(diǎn)偏差看，發(fā)展階段(21日20時(shí))MCC(101°～102°E)內(nèi)露點(diǎn)中低層(700～600hPa)為正偏差，偏差大小為2℃，表明MCC生成區(qū)域中低層大氣較濕，而中高層(500～200hPa)區(qū)域存在一個(gè)露點(diǎn)鋒區(qū)，有利于對(duì)流的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)表明MCC生成區(qū)域中高層存在干空氣卷入。到成熟階段(22日02時(shí))MCC(102°～103°E)內(nèi)露點(diǎn)低層到高層露點(diǎn)正偏差均有所增大，高層增大更顯著，但其后側(cè)的干空氣已顯著減弱，露點(diǎn)鋒減弱。

5.2 動(dòng)力結(jié)構(gòu)

從21日20時(shí)(發(fā)展階段)垂直速度剖面圖看，攀西地區(qū)南部存在很強(qiáng)的上升氣流，上升氣流的大值區(qū)分為低層(700～600hPa)和高層(200hPa)2個(gè)區(qū)域，低層存在2個(gè)垂直速度中心，上升運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度分別為0.5hPa·s-1和0.4hPa·s-1,高層上升運(yùn)動(dòng)大值區(qū)垂直速度為0.3hPa·s-1。低層的上升運(yùn)動(dòng)主要考慮由低層(700hPa)的氣流輻合抬升形成，而高層的上升運(yùn)動(dòng)，是高層(200hPa)的南亞高壓脊線的輻散抽吸作用的反映，隨著低層與高層2個(gè)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)的打通，上升運(yùn)動(dòng)得到了顯著加強(qiáng)。到22日02時(shí)(成熟階段)，上升運(yùn)動(dòng)較21日20時(shí)有明顯加強(qiáng)，高低2個(gè)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)域的垂直速度均達(dá)0.6hPa·s-1。垂直速度中的上升區(qū)域與下面將分析的暖濕區(qū)域基本吻合，表明在MCC內(nèi)，高層的暖濕空氣是由垂直運(yùn)動(dòng)將低層的水汽向上輸送而形成。

從散度方面看，攀西地區(qū)南部上空，MCC成熟階段(22日02時(shí))散度呈現(xiàn)出正負(fù)散度交替存在的形態(tài)，低層的負(fù)散度較達(dá)-5×10-5s-1，說(shuō)明低層的輻合明顯，而高層200hPa正散度較大，達(dá)5×10-5s-1，說(shuō)明高層輻散顯著，這與前面分析的低層(700hPa)氣流輻合與高層(200hPa)南亞高壓脊線附近的強(qiáng)輻散區(qū)相對(duì)應(yīng)。成熟階段(22日02時(shí))較發(fā)展階段(21日20時(shí))正負(fù)散度值更大，散度中心更明顯，表明MCC在成熟階段低層輻合高層輻散表現(xiàn)最明顯。

而從渦度方面看，攀西地區(qū)南部，MCC成熟階段(22日02時(shí))中低層為正渦度，高層為負(fù)渦度，正渦度中心區(qū)域從低層向高層略微向西傾斜，中低層正渦度中心達(dá)4×10-5s-1，高層負(fù)渦度中心的強(qiáng)度達(dá)7×10-5s-1，而西部有較強(qiáng)的負(fù)渦度區(qū)，這是鋒區(qū)后部下沉氣流的反映。MCC成熟階段(22日02時(shí))高層負(fù)渦度較發(fā)展階段(21日20時(shí))顯著。

6 結(jié)論

本次暴雨天氣過(guò)程由MCC導(dǎo)致，低層的輻合區(qū)和高層的南亞高壓脊線是產(chǎn)生暴雨的主要影響天氣系統(tǒng)。

此次MCC發(fā)生于弱環(huán)境風(fēng)場(chǎng)條件下的高能高溫高濕環(huán)境中，但對(duì)垂直風(fēng)切變的要求較低。

MCC生成發(fā)展區(qū)域中低層溫度和露點(diǎn)較周邊區(qū)域高，溫度正偏差發(fā)展階段較成熟階段顯著，MCC區(qū)域大氣表現(xiàn)出明顯的低層輻合，高層輻散和很強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，輻合(散)及上升運(yùn)動(dòng)成熟階段較發(fā)展階段強(qiáng)。