一个中尺度对流复合体的环境场、云场的特征分析

余剑浩

（鹰潭市气象局，江西鹰潭　335002）　

　　摘　要：利用常规天气图、物理量诊断分析、逐时红外云图、单站资料等，对２００３年４月１２日影响鹰潭市的强对流、暴雨天气过程进行分析，认为该过程是在一定的大尺度环流背景下，由不同层次的天气系统共同作用下产生的；其触发机制是冷空气从近地层楔入暖空气中，在高、低空急流、层结不稳定等诸多有利条件下，由几个小尺度对流云团合并发展成１个中尺度对流复合体（ＭＣＣ）。
　　关键词：ＭＣＣ　环境场　云场　分析
　　中图分类号：Ｐ458.2　　文献标识码：Ａ　　文章编号：1007－9033（2003）03－0027－04

　　中尺度对流复合体（ＭＣＣ）是造成大范围暴雨、强对流天气的重要中尺度天气系统。２００３年４月１２日０５时，受冷空气南下影响，在湘鄂边界的暖区中有１个ＭＣＣ生成；中午至傍晚，该ＭＣＣ横扫我省中北部，使我市出现了暴雨、雷雨大风、冰雹等灾害性天气。本次灾害性天气过程造成的灾害范围广、强度大，为我市历史同期罕见。本文试图从形势分析、物理量诊断出发，结合逐时红外云图及单站资料等，来探讨此次ＭＣＣ的成因、演变、结构及特点，从而加深、提高对中尺度天气系统的认识，为今后的分析预报提供一些参考依据。
１　环流形势及特点
　　１１日０８时５００ｈＰａ咸海有１个较强的暖性高压，脊前蒙古到新疆有一低槽，日本有１个弱脊存在，从新疆低槽前部到沿海的广大地区，环流相对平直；１２日０８时，低槽从新疆已东移到四川，其前部长江中下游出现高空西南急流，我市处于高空槽前急流中。
　　在７００ｈＰａ图上，１１日０８时兰州到四川有１个低槽，槽前后暖冷平流比较明显；２０时河西走廊小高压中心东移，致使低槽在东移过程中北部不断变平；１２日０８时可见河西走廊小高压与江南西南气流在成都、许昌一线形成１条明显的东西向切变线，切变线南部为较强而且宽广的西南暖湿气流。
　　在８５０ｈＰａ图上，１１日０８时可见河西走廊小高压东移与沿海小高压打通，形成１个小范围的“东高西低”型。此型特别有利于脊、槽内各种能量的积累。同时在四川南部到贵州一带开始有低涡生成，低涡前的暖式切变伸向湘赣北部，后随弱的小阻塞高压脊减弱崩溃，低涡也沿切变线东移。当新疆冷高压前部低槽在快速东移过程中与湘赣暖切变结合形成较明显的低槽时，槽线位于烟台、合肥到贵阳一线，并逼近我省。槽后在鄂皖中北部冷平流明显，槽前江南广大地区有明显的暖平流。
　　在地面图上，１１日０８时我国环流形势为一鞍形场，新疆北部有１个较强的冷高压，其前沿冷锋已到太原、西安到成都一线。此时我省处在入海高压后部，云贵地区低压不断发展，其前部倒槽伸向湘赣２省。到１２日０５时，冷锋已移至安庆至常德一线。由于冷锋前部的冷空气楔入暖空气中，触发了强对流云团的产生，并逐步发展成１个中尺度对流复合体ＭＣＣ　。随后ＭＣＣ随冷锋向东南偏东方向移动影响我市，使我市出现了强降水、冰雹、雷雨大风等强对流天气。
　　综上所述，可以看出这个中尺度对流复合体发生在５００ｈＰａ槽前、７００ｈＰａ西南急流与８５０ｈＰａ切变线的交汇区。
２　物理量场诊断分析
２．１　水汽条件及湿度场的空间分布
　　４月１２日０８时的温度露点差，５００ｈＰａ江西处在东北西南向的干区中，在鹰潭西部有１个２４ ℃的干中心。而７００、８５０ｈＰａ江西处在东西向的湿区中，鹰潭又处在湿区中水平梯度最大处，并且空间湿度差异大。在我区上空，湿度的垂直梯度较大，我区湿度场为上干下湿的分布：５００ｈＰａ的湿度小；７００ｈＰａ以下湿度大，为暖湿空气占据。此种湿度的垂直分布，不仅造成大气层结不稳定，而且高层的干空气平流起着抑制对流发展和阻止不稳定能量逸散的作用，有利于能量的积累和不稳定度的不断加强。随着处于近地面的低层湿热空气的增温、增湿、降压，层结愈来愈不稳定。此时一旦受到外力的冲击，垂直对流就会迅猛地发展起来。
２．２　不稳定能量与不稳定层结分析
２．２．１　Ｋ指数分析
　　４月１２日０８时，＞３２℃的Ｋ指数高值区呈东北——西南向，由广西东部、广东西部经湖南大部、江西中南部伸向东海，湖南郴州有个３６ ℃的高值中心，长江中下游有１条Ｋ指数锋区。这表明此时大气处于潮湿不稳定状态，为强对流天气提供了不稳定能量。我区处Ｋ指数锋区南侧的不稳定区中，这里也是冷暖空气交汇地，所以最易引起不稳定能量释放。
２．２．２　假相当位温分析
　　４月１２日０８时的假相当位温，从低层一直到５００ｈＰａ江南为大片的高能区，高能区非常深厚。高能区由广西、广东交界处伸向湖南、江西，长江流域有能量锋区。在８５０ｈＰａ上６４ ℃高能区由两广交界处向东北扩展到江西西南部，我区处高能舌前部、能量锋区南侧。
　　当θｓｅ／ｚ＜０时，气层上干下湿，呈对流性不稳定；当θｓｅ／ｚ＞０时，气层上湿下干，呈对流性稳定。分析４月１２日０８时的△θｓｅ（５００—８５０）场（图１），可以发现对流性不稳定区呈东北东——西南西走向，我省处对流性不稳定区中，我市附近有１个－１６℃的中心，△θｓｅ（５００—８５０）为－１３．９ ℃。这反映我市大气层结极不稳定。

图1 4月12日8时θ_{se（500-850）}场

２．３　涡度、散度、垂直速度分析
２．３．１　涡度场分析
　　分析涡度场资料可知，暴雨强对流发生前，５００、７００ｈＰａ我市有正涡度平流，且涡度随时间增大。分析４月１２日０８时的涡度垂直剖面图（沿２８°Ｎ线），１００～１０８°Ｅ上下均为正涡度。其中在１０７°Ｅ附近，２００ｈＰａ附近有５０×１０－５ｓ－１的正中心，８５０ｈＰａ有３０×１０－５ｓ－１的正中心。
２．３．２　散度场分析
　　分析４月１２日０８时的散度场可以发现，无辐散层位于４００ｈＰａ与５００ｈＰａ之间，２００、３００、４００ｈＰａ散度之和的分布场，在湖南、江西北部的交界处有一中心，其值达７０×１０－６ｓ－１（图２）；而５００、７００、８５０ｈＰａ散度之和的分布场，湖南大部和江西均处在负值区中。这说明湖南大部、江西低层有辐合，高层则有强烈的辐散，具有强烈的抽吸作用，有利于上升运动的维持和发展。

图2 4月12日08时200、300、400hPa散度之和的发布场

２．３．３　垂直运动场分析
　　在４月１２日０８时７００ｈＰａ垂直速度场上，江南为大范围的上升气流区，在湖南中部有１个－２０×１０－２ｈＰａ·ｓ－１的上升气流中心，我市的垂直速度为－９×１０－２ｈＰａ·ｓ－１。
２．４　温度平流场分析
　　在４月１２日０８时８５０ｈＰａ的温度平流场上，我区以北为冷平流，以南为暖平流。这说明我区是冷暖空气交汇地，强而势均力敌的冷暖空气在本地区交汇，最易引起本地区不稳定能量的释放。因此，冷暖空气在本地区交汇是导致这次强对流天气过程发生的重要原因之一。
２．５　近地层风切变与地面辐合线分析
　　分析４月１２日０８时的近地面层风场及南昌Ｔ－ＬＮＰ图，发现存在近地层风切变，有强辐合，且风随高度逆转。这说明有冷空气从近地层楔入到暖空气中。４月１２日１１时、１４时地面天气图上的流线辐合区域与强对流天气发生区域相吻合，冷空气从近地层楔入到暖空气中和地面辐合是造成我区强对流天气的强雷暴云团在我区维持、发展的重要原因之一。
２．６　适当的０ ℃层和－２０ ℃层高度分析
　　从４月１２日０８时温度场垂直剖面图上可以看出，０ ℃层高度在６００ｈＰａ附近，－２０ ℃层约在４００ｈＰａ，非常适宜冰雹的生长。从特征高度看其稳定度△Ｈ＝Ｈ－２０－Ｈ０　，可以发现降雹地Ｈ－２０较低，Ｈ０较高，△Ｈ最小，即中高层不稳定有利于冰雹的形成。同时从Ａ＝Ｑ／△Ｈ△Ｓ可知Ｑ为过冷水量，△Ｓ单位面积，Ａ为过冷水浓度　，当Ｑ一定时，Ａ与△Ｈ成反比。△Ｈ愈小，则过冷水浓度越大；在上升气流速度相同的情况下，Ａ愈大，愈有利于冰雹的形成。
３　红外卫星云图的云场演变特征
　　４月１１日１７时，在山东半岛至朝鲜半岛有一呈反气旋的盾状云系，其后部从济南、丹江口至四川为一狭长的呈气旋性连续弯曲的冷锋云带，冷锋后部受河西小冷高压控制，为１片黑色无云区。由于河西小高压东移较快，冷锋云带从中断裂。其中前部东移入海；中后部由于冷空气与西南暖湿气流共同作用，１２日００时在切变线上的四川南充、合江、乐山有３个对流小单体产生。北部南充处在东移过程中，并逐渐减弱消失；南部合江与乐山２个对流单体在西南暖湿急流作用下，０２时发展、合并成１个小尺度对流单体。同时在暖区中湖南沅源县中又有１个浓而白亮的对流单体生成，在其独自发展东移过程中逐渐靠近、合并，０５时已发展为１个呈椭圆形范围较大的ＭＣＣ。其亮温ＴＢＢ≤－５２ ℃的内部冷云面积≥５万ｋｍ２，最亮处ＴＢＢ为－６７ ℃０８时发展为１个成熟的呈圆形的ＭＣＣ（图３）。在其下风方东～东北象限出现卷云砧，其上风方西南～南部边界光滑、整齐，其长、宽之比近似为１：１。南界温度梯度大，在中后部与南部有２个特强的雷暴单体。由于水汽从西南输入，南部的对流单体逐渐发展成雹暴单体，而中后部的减弱消失。０９时ＭＣＣ前部侵入赣西北，１３时南部发展起来的超级雹暴对流云团沿修河运动至南昌，１４时由于冷空气的侵入，东移的ＭＣＣ后部可见２个“Ｖ”型缺口，分别在鄂东和赣北德安处（图４Ａ、Ｂ处）。缺口处可见中低云系，北部至东部可见卷云砧。这也说明此时高空辐散，风的垂直切变强，雹暴单体在ＭＣＣ的南沿，边界光滑，呈弧状，冰雹、雷雨大风出现在此处。１５时在向东移动中，ＭＣＣ逐渐演变成逗点状；１６时可见雹暴云团发展成１个东北——西南向条块状；１７时雹暴云团随ＭＣＣ也发展成逗点状，ＭＣＣ移出我省进入浙江，２０时后入海减弱消失。

图3 4月12日08时红外增强云图图4 4月12日14时红外增强云图

４　单站资料分析
　　１２日１４时本站气压从９日的１０１０．０ｈＰａ连续下降到１２日的１００１．８ｈＰａ，１４时的６ｈ变压达－４．３ｈＰａ；日平均温度从１０日的１３．５ ℃上升到１２日的１８．８ ℃，１４时的水汽压也从８日的１２．１ｈＰａ连续上升到１２日的２１．３ｈＰａ。这些都说明我区近几天一直在增温、增湿、降压，有不稳定能量的积累。
　　另外，此次ＭＣＣ过境虽类似于飑线过境，不过降雨时间要比飑线长很多，强对流天气发生前后的气象要素的变化也与飑线造成的强对流天气发生前后的气象要素的变化明显不同。
５　地形影响分析
　　据统计，在鹰潭地区造成灾害较重的强对流天气大都发生在信江两岸和鹰潭地区的北部。在鹰潭地区，南有武夷山脉，北有怀玉山脉的余脉，为西宽东窄、西低东高的喇叭状地形，这种地形容易对造成强对流天气的天气系统产生冲抬作用，使其动能加强。
６　结语
　　（１）此次过程偏北气流为ＭＣＣ形成的触发机制。由于西南急流带来了大量水汽，虽有风速辐合，但由于是一通道，只有在偏北气流的堵截下，才起到了水汽的强烈辐合上升作用，使得ＭＣＣ得以产生、维持与发展。
　　（２）成熟阶段的ＭＣＣ会在其下风方出现卷云羽，上风方边界光滑、整齐，其长、宽之比近似为１：１，南界温度梯度大。
　　（３）从逐时的红外增强云图上，可以较清楚地看到ＭＣＣ的生成、发展的演变过程和云团内部的细微结构，结合天气图、各种物理量诊断与多普勒雷达分析等，相信可以加深对ＭＣＣ的认识，对做好短时预报服务大有帮助。

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收稿日期：2003年07月18日改回日期：2003年08月15日
第一作者简介：余剑浩（1966－），男，工程师，主要从事短期天气预报工作。