2016年一次由后向傳播型MCS導致的大暴雨成因分析

張 寧,張萍萍,王 玨,岳巖裕

(1.湖北省氣象局，湖北 武漢 430074；2.湖北省武漢中心氣象臺，湖北 武漢 430074)

2016年一次由后向傳播型MCS導致的大暴雨成因分析

張 寧1,張萍萍2,王 玨2,岳巖裕2

(1.湖北省氣象局，湖北 武漢 430074；2.湖北省武漢中心氣象臺，湖北 武漢 430074)

利用NCEP再分析資料和常規實況觀測資料，對2016年湖北省梅雨期一次由后向傳播型中尺度對流系統所導致的大暴雨天氣成因進行了分析，得出如下結論：①本次過程中，在冷空氣較弱、水汽充沛、能量條件好的情況下，受到西南急流和地面冷池的相互作用，導致出現后向傳播型MCS，使得降水帶從鄂東北地區向西向南擴展，導致大暴雨天氣的發生；②從中尺度系統的演變特征看，在大暴雨發生前期，鄂東北對流云圖呈現明顯的指狀特征，這是即將出現后向傳播型的MCS的一個指示特征，預示著雨區將向西向南擴展，在以后的預報中特別值得關注。

梅雨期；后向傳播MCS；大暴雨

Abstract：Based on NCEP/NCAR reanalysis data and other conventional observation data, the causes of a heavy rain resulted from back propagation MCS in 2016 were analyzed. The results show that : ①under the weak cold air, rich vapour and high amount , the interaction of southwest jet and ground cold pool caused back propagation MCS; ② Evolution characteristics of mesoscale show that there will be a backward propagation, which should be concerned in the forecast.

Keywords：Meiyu rainy period；back propagation MCS；heavy rain

1 引言

暴雨預報一直受到政府和氣象部門的高度重視，許多氣象工作者們進行了相關研究[1-3]，針對湖北省梅雨期暴雨，近年來也有許多氣象學者們進行了諸多研究[4-8]，而對于梅雨期后向傳播型中尺度對流系統(MCS)所導致的大暴雨的研究卻不多見。本文針對2016年湖北省梅雨期首場大暴雨天氣過程，從天氣尺度系統、中尺度系統級物理量場因子等方面進行分析，試圖揭示引起這次大暴雨的天氣成因以及出現后向傳播型MCS原因，并提出相關預報思路。

2 天氣實況及災情

2016年18—20日，湖北省遭遇入梅以來的首場大暴雨，局部特大暴雨天氣過程(圖1)。主要強降水時段為18日晚至19日，最大小時雨強達100～120 mm。 據6月18日08時—6月21日08時累計雨量統計顯示，全省有2縣市250～500 mm、18縣市100～250 mm、26縣市50～100 mm。截至6月21日15時統計，入梅以來這次大暴雨過程已造成湖北省武漢、黃石等15市(州、省直管市)52縣(市、區)359.08萬人受災，11人死亡12人失蹤，緊急轉移安置6.08萬人，需緊急生活救助7.09萬人；因災倒塌房屋2 453間，不同程度損壞7 127間；農作物受災面積225.36千hm2，其中絕收16.84千hm2；直接經濟損失24.97億元。

圖1 2016年6月18日08時-6月21日08時全省累計降水量分布Fig.1 The observed accumulated precipitation(unit：mm) from 08 BT 18 June 2016 to 08 BT 21 June 2016

3 大尺度環流形勢及天氣系統

從大尺度環流背景看(圖2a)， 2016年6月18日20時500 hPa中高緯是兩槽一脊的形勢，新疆北側和東北地區的冷渦穩定維持，高壓脊位于貝湖上空，低緯度副高加深北抬，588線穩定維持在江西北部，副高外圍的西南暖濕氣流也隨之北抬到湖北省。副高外圍的暖濕空氣和北方東北冷渦后部的弱冷空氣在長江中下游一帶交匯，為湖北省出現大暴雨天氣準備了有利的條件。

從天氣系統的相互配置看(圖2b)，隨著副高北抬和西南暖濕氣流加強，在連續幾天南風的作用下，湖北省溫度上升很快，18日省內北部地區的高溫達到33～35 ℃，有利于降水前期能量的積累。到19日08時，西南急流繼續發展，向湖北東部和北部源源不斷輸送水汽，19日冷暖空氣在省東部、南部交匯，700 hPa暖式切變線增強，850 hPa暖式切變線在湖北省東部、南部形成，強降水帶也隨之擴展到鄂西南、江漢平原地區。20日高空槽東移到重慶，700 hPa暖式切變線北抬至鄂東北西部地區，同時850 hPa在重慶地區形成了低渦，中低層西南急流依然很強盛，鄂西南和鄂東北西部出現了較強降水。

圖2 2016年18日20時500 hPa高度場(a)和天氣系統配置圖(b)Fig.2 (a)500 hPa height field on 20 BT 18 June 2016 , (b)Weather situation configuration on 20 BT 18 June 2016

4 中尺度系統演變特征分析

4.1 衛星云圖分析

從衛星云圖演變特征看(圖3)，19日凌晨起在鄂東北有對流云團發展，逐漸發展成強盛的MCS，在MCS云團西側不斷有小對流云團新生與其合并，04時在MCS云團左側形成指狀云團，這是MCS后向傳播的典型特征之一。到08時云團向西南方發展明顯，同時在鄂西南的低渦云系開始發展加強，到11時后鄂東北的MCS云團開始減弱。

圖3 2016年 6月19日02—11時衛星紅外云圖演變過程Fig.3 Infrared cloud picture evolution from 02 BT 19 June 2016 to 11 BT 19 June 2016

4.2 雷達回波分析

從多普勒雷達演變特征看(圖4)，19日凌晨，鄂東有對流回波發展向東北方向移動，逐漸在大別山南麓形成西北東南向的對流回波帶，中心強度在50～55 dBz，在回波帶西南方向不斷有新生單體并入，為線狀MCS系統中的后向傳播類，該類回波因列車效應在對流帶上形成強降水。強回波帶一直穩定維持到19日08時左右，從剖面圖可以看到新生對流單體高度在15 km左右，并入回波帶后對流發展更旺盛，高度達18 km，50 dBz回波及地，回波傾斜度小，以強降水為主。09時后回波帶西南側對流單體發展加強，逐漸連成片，整個強回波中心東移。強降水的東風出流與發展中南風形成輻合，降水逐漸向西推進。下午東部系統分散減弱，鄂西南在低渦東部暖切變上形成穩定雨帶，強度45～50 dBz，但降水效率高，回波連成近似東西向的降水帶。

5 大暴雨成因診斷分析

5.1 熱力條件

2016年6月18日白天，湖北省大部受地面暖倒槽控制，溫度普遍較高，東部最高氣溫達到32～34 ℃，西部最高氣溫達到35～38 ℃，為后期的降水儲備了能量。從19日08時850 hPa的假相當位溫也可以看出，850 hPa θse在湖北省大部均達到了345 K(圖5a)，表明低層高溫高濕，同時省東部和南部的K指數>36 ℃，局部>40 ℃(圖5b)，為大暴雨天氣的發生儲備充足的能量，也為鄂東北的MCS出現后向傳播特征準備了很好的不穩定環境場特征，使得MCS向西向南進行后向傳播時不致于減弱消散。

5.2 水汽條件

2016年6月18日20時，隨著副高的北抬，副高外圍的西南暖濕氣流發展，急流將暖濕空氣向湖北東部和南部輸送，急流軸最大風速為16 m/s，高濕舌(850 hPa Td≥17 ℃)自西南向鄂東北伸展。19日08時，西南急流繼續加強發展，急流軸最大風速達到了22 m/s，同時850 hPa最大露點達到了18 ℃(圖6a)，925 hPa露點達到了24 ℃，表明低空急流和超低空急流為大暴雨落區源源不斷的輸送水汽，湖北省東部和南部的大氣可降水量達到了60 mm以上(圖6b)，降水量出現快速增加過程。925 hPa的比濕也快速增加，達到16 g/kg。這些條件的具備為鄂東北的MCS出現后向傳播特征準備了很好的高濕環境場特征，使得MCS向西向南進行后向傳播時有充足的水汽供應。

圖4 2016年 6月19日04—15時雷達回波演變圖Fig.4 Radar echo evolution from 04 BT 19 June 2016 to 15 BT 19 June 2016

圖5 6月19日08時850 hPa假相當位溫(a)和K指數(b)Fig.5 (a)850 hPa false equivalent temperature on 08 BT 19 June 2016 , (b)k指數 on 08 BT 19 June 2016

5.3 動力條件

19日08時，鄂東北處于暖式切變線的頂端(圖7a)，同時處于急流的出口區，風速和風向的輻合在該地區造成較強的上升運動，此時，南壓高壓脊線位于25°N左右，鄂東北剛好處于南壓高壓北部的分流區中，對應高層明顯的輻散中心(圖7b)，中低層暖式切變線北抬至鄂東北一線，特別是925 hPa和500 hPa的上升速度中心均位于鄂東北，也表明鄂東北整層均有很強的上升運動，這種強的上升運動可以觸發不穩定能量釋放，導致初始MCS的生成和發展，造成大暴雨天氣的最主要的原因之一。

圖6 6月19日08時(a)850 hPa露點溫度 (b)大氣可降水量Fig.6 (a)850 hPa dew point temperature on 08 BT 19 June 2016 , (b)PW on 08 BT 19 June 2016

圖7 6月19日08時 850 hPa風場、散度(a)和200 hPa風場和散度(b)Fig.7 (a)850 hPa wind and divergence on 08 BT 19 June 2016 , (b)200 hPa wind and divergence on 08 BT 19 June 2016

5.4 后向傳播特征及原因分析

大暴雨的產生一方面與有利的大尺度環境條件有關，同時也與有組織的中尺度系統的演變有關系[9-12]。本次過程中19日凌晨鄂東地面上以東南風氣流為主，持續不斷的東南暖濕氣流吹向鄂東北的大別山區，在大別山南麓由于地形的阻擋作用形成地面輻合線(圖8a)，觸發了西北—東南向的初始對流，對流帶產生之后對流單體沿著300～850 hPa平均風的方向向東北方向移動，由于對流發展旺盛造成了強降水產生，降水產生之后造成溫度下降， 產生地面冷池(圖8b)，冷池前方產生了陣風鋒，西南暖濕氣流沿著陣風鋒面滑升，由于鋒面抬升從而觸發新的對流，新的對流產生之后繼續沿著平均風向東北方向移動，并入老的對流系統，而隨著陣風鋒的逐漸南移，新的對流不斷在鋒面南側觸發新的對流并入老對流系統，從而產生了后向傳播現象。

6 結論與討論

本文通過對2016年梅雨期首場大暴雨過程天氣成因進行分析，得出如下結論：

①鄂東北大別山南麓是出現初始MCS的主要區域，主要原因是西南急流和地面冷池以及地形的相互作用，導致出現后向傳播型MCS，使降水帶持續時間較長，這也是本次降水中的預報難點所在。

②本次大暴雨過程中冷空氣較弱，中東部和南部水汽充沛、能量條件好，為MCS向西向南進行后向傳播準備了充足的水汽和不穩定條件，使得MCS不致于減弱消散。

圖8 (a)6月19日02時地面加密風場疊加地形圖，(b)6月19日11時地面露點疊加11時15分紅外云圖(點劃線為地面露點鋒位置)Fig.8 (a)850 hPa ground encryption wind and terrain maps on 02 BT 19 June 2016 , (b)surface dew point temperature and Infrared cloud picture on 11 BT 19 June 2016

③在此類過程中，要特別注意實況云圖或者雷達資料的分析，關注中尺度對流系統的演變特征。19日凌晨，在湖北省上空出現兩個發展強盛的中尺度對流云團，對于鄂東北的對流云團呈現明顯的指狀特征，這是即將出現后向傳播型的MCS的一個指示特征，預示著雨區將向西向南擴展，這也是鄂東北MCS演變特征的一個典型類型，在以后的預報中特別值得關注。

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TheCausesofaheavyrainresultedfrombackpropagationMCSin2016

ZHANG Ning1, ZHANG Pingping2,WANG Jue2, YUE Yanyu2

(1.The Meteorological Bureau of Hubei Province，Wuhan 430074， China；2. Wuhan Central Meteorological Observatory, Wuhan 430074， China)

P458.1+21.1

B

1003-6598(2017)04-0039-06

2017-03-10

張寧(1981-)，男，工程師，主要從事短期天氣預報及管理工作，E-mail: zpp7117@126.com。

湖北省梅雨期極端降水異常氣象因子分析及概念模型研究(2017Z02)。