夏季黄河下游地区中尺度对流系统的气候特征分布

利用1996~2008年逐小时卫星资料、NCEP再分析资料及统计方法, 研究了位于黄河下游地区的中尺度对流系统(Mesoscale Convective System, 简称MCS)的气候特征, 其中包括中尺度对流复合体(Mesoscale Convective Complex, 简称MCC)、持续拉长状对流系统(Permanent Elongated Convective System, 简称PECS)、β中尺度对流复合体(Meso-β Scale MCC, 简称MβCCS>)、β中尺度持续拉长状对流系统(Meso-β Scale PECS, 简称MβECS)4类。结果表明:MCC和PECS是黄河下游地区影响夏季降水的主要MCS, 其中7月份MCC最多, 并且MCC的数量明显大于PECS;与发生在美国的MCS比较, 发生在黄河下游地区的MCC和PECS在成熟期的面积和平均偏心率较大、生命史较长, 但MβCCS和MβECS的生命史较短、平均偏心率变化不大;黄河下游地区PECS表现出成熟较快和消亡较慢的特征, 其最低相当[A1] 黑体温度 (BlackBody Temperature, 缩写为TBB) 平均值为-72℃, 比MCC低1℃左右, 生命史比MCC长0.9 h;在MCC的形成、成熟及消亡期, 其日循环特征均表现为明显的双峰特征, 而PECS却呈现出单峰特征;黄河下游地区MCC的发生时间主要集中在2个时段, 一个是在下午形成, 傍晚成熟, 凌晨消亡, 另一个则在后半夜形成, 凌晨成熟, 上午甚至中午才消亡;MCS具有明显的年际变化特点, 在MCS较少的1999年, 500 hPa的副热带高压偏南, 华北地区位势高度较常年明显偏高, 而在MCS较多的2001年, 副高异常偏强, 华北地区位势高度较常年明显偏低, 850 hPa上为一低压槽, 黄河下游地区主要受副高边缘的西南气流影响。     

我国中东部地区夏季MCS统计分析

目前较详细的中尺度对流系统(MCS)分类普查研究还较少.文章使用我国风云2号地球静止卫星红外数字图像资料分类普查了2008-2010年夏季(6-8月)我国中东部地区(27°～40°N、110°～124°E)中尺度对流系统时空特征.根据尺度大小将MCS分类为α中尺度对流系统(MαCS)和β中尺度对流系统(MβCS),又根据MCS形状将MαCS分类为中尺度对流复合体(MCC)和持续拉长状对流系统(PECS),MβCS分类为β中尺度对流复合体(MβCCS)和β尺度持续拉长状对流系统(MβECS).3年夏季共识别了208个MCS,其中68个MαCS和140个MβCS,拉长状系统居多,占MCS总数79.3％,这表明拉长状的MCS是该区域夏季的主要对流系统.从月际变化来看,7月最多,8月次之,6月最少.大部分MCS移动路径自西向东,少数为自南向北或自北向南的移动路径,自东向西的路径极少.MCS形成高峰时段为9-10 UTC(世界时),成熟高峰时段为10-11 UTC,消散高峰时段为12-13 UTC,生命史约为6.5h.MαCS从形成到成熟需3～4 h,成熟至消散需4～5 h;MβCS发展和减弱时间相当,为2～3 h.     

华南前汛期MCS的活动特征及组织发展形式

利用卫星云图Tbb资料、常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,按照Jirak对中尺度对流系统(MCS)的分类方法,将华南MCS分为MCC(中尺度对流复合体)、PECS(线状或长条状MCS)、MβCCS和MβECS(即β尺度的MCC和β尺度的PECS)4种类型,对华南前汛期MCS的时空变化特征、发生发展的组织形式和天气学背景进行了分析。结果表明:PECS是华南地区MCS的主要发展形式。4—6月MCS的发生个数逐月增多。MCS的日变化呈单峰型,主要集中于下午到上半夜形成,傍晚到半夜之间发展成熟。但具体到不同的4种类型,其日变化特征有一定差异。MCS活动分布特征与地形没有明显对应关系,全区都可有PECS发生。MCS主要以东移为主,其次的移动方向4种不同类型分别略有不同。MCS的发生发展有3种主要天气形势:500 hPa槽前西南风场型、850 hPa切变线南侧的西南风场型和地面低槽配合的Ⅰ型;500 hPa西北风场型、850 hPa切变线型和地面低槽配合的Ⅱ型;500 hPa西风槽过境型、850 hPa切变线南侧的西南风场型和地面低槽配合的Ⅲ型。孤立发展和合并增长是华南MCS的主要组织发展形式。     

冷涡背景下MCS的统计分析

文章首先给出冷涡的定义,根据冷涡的定义识别出冷涡,2005—2011年4—9月7年共识别出60个冷涡,主要形成在蒙古和我国的东北地区。然后根据中尺度对流系统(MCS)的标准按尺度大小将MCS分类为α中尺度对流系统（MαCS）和β中尺度对流系统（MβCS）,又按MCS的形状将MαCS分类为中尺度对流复合体（MCC）和持续拉长状对流系统（PECS）,MβCS分类为β中尺度对流复合体（MβCC）和β中尺度持续拉长状对流系统（MβECS）。利用FY 2C(2005—2009年)和FY 2E（2010—2011年）的TBB资料对60个冷涡背景下的MCS进行识别并对其时空分布特征及其与冷涡的关系进行统计分析。结果表明：(1) 60个冷涡过程识别出61个MCS,MCS通常产生在我国东北和华北,MCC和PECS生成较分散;MβCC主要集中在华北和东北地区;MβECS主要集中在东北地区。(2) 6月生成的MCS最多,有16个,9月最少。MCS大多形成于当地的下午和晚上,此时对流发展旺盛,有利于中尺度对流系统的产生,到了夜间MCS发展成熟,至凌晨—日出时分消散。(3) 冷涡背景下的MCS的移动路径多数是从西向东偏北的,其生成后主要向东移动,这和我国中纬度西风带天气系统的移动路径基本一致,但由于受冷涡等天气系统的影响,会出现不同的移动方向。位于冷涡东侧且距离冷涡中心距离较近的MCS有向东偏北方向移动的趋势;位于冷涡南侧且距离中心较远的MCS有向东偏南方向移动的趋势。(4) 冷涡背景下的MCS主要产生在冷涡的发展阶段,成熟和消散阶段相对较少。(5) 冷涡背景下的MCS主要形成在冷涡的东南部,西南部也有一小部分。(6) MβCS系统发展较MαCS系统快,持续的时间也较MαCS短。     

夏季江淮地区中尺度对流系统的统计特征分析

利用2007—2013年6—8月FY-2D逐小时相当黑体温度(TBB)资料,普查了夏季我国江淮地区的中尺度对流系统(MCS)个例。根据MCS的组织形式将其分为中尺度对流复合体(MCC)、持续拉伸状对流系统(PECS)、β尺度中尺度对流复合体(MβCCS)和β尺度持续拉伸状对流系统(MβECS),并对各组织形式MCS的统计特征做了对比分析。结果表明:夏季江淮地区带状MCS发生的频次明显高于圆状MCS,占62.2%;7月份MCS个例数最多,而6月份MCS成熟时平均面积最大;整个夏季,MCS成熟时平均最低云顶温度约为-76℃;MCS多形成于午后14—17时,成熟于17—19时,18—23时均为MCS易消散时段,具体到各类型,其日变化特征又有所差异;影响江淮地区的MCS多生成在陆地上,海上个例很少,有向东、东北和东南3个主要移向,共占73.1%,移动1~5个经纬距的MCS所占比例最大,为64.6%,MCS的移动距离与其生命史长度密切相关。     

中尺度对流系统与东北暴雨的关系

利用2005-2007年6～8月FY-2C卫星逐30min红外云图资料,对东北及其邻近地区中尺度对流系统（包括椭圆型（MCC型）和持续拉长型（PECS型））进行普查分析,并把中尺度对流系统（MCS）分成3种尺度：MCC（或PECS）、MαCS和MβCS,统计分析了它们的时空分布及其与暴雨的关系。结果表明,MCS主要分布...     

中尺度对流复合体的若干特征

本文根据美国俄克拉荷马州6年共30次春季主要降水事件的卫星云图资料,探讨了中尺度对流复合体(MCC)与一般的中尺度对流系统(MCS)的区别、MCC在MCS中所占的比例和MCC的天气型、生命史、内部结构以及天气形势背景。     

2016年夏末南疆地区中尺度对流系统(MCS)活动特征

2016年夏末南疆地区短时强降水天气频发,中尺度对流系统活动频繁。利用强降水频发时段2016年8月8日至9月16日逐时FY-2G红外亮温（TBB）资料对南疆地区中尺度对流系统（MCS）进行分析,共获得92个生命史≥3小时的中-β尺度对流系统（MβCS）,包括β中尺度对流复合体（MβCCS）和β中尺度持续拉长状对流系统（MβECS）。根据南疆地区的极端干旱气候背景,本文中-β尺度对流系统的尺度判定标准为云顶亮温（TBB）≤-32℃的连续冷云区直径≥20 km。对MCS的分布和活动特征进行了分析,结果表明：圆状MCS和带状MCS发生的频次相当。天山南坡和昆仑山北坡是MCS活跃区,MCS移动方向主要以偏东或东北方向为主,南疆地区活动最频繁的MCS生命史为3～4个小时。南疆地区MCS具有明显不同的日变化特征,午后和傍晚是MCS最活跃的时段。与MβCCS相比,MβECS具有更明显的夜发性特征。昆仑山北坡MCS的最活跃时段早于天山南坡MCS,而天山南坡MCS夜间和凌晨形成的特征更为显著。生命史为3～5小时的短生命史MCS主要在午后和傍晚形成发展,并在形成后2小时达到成熟,生命史超过6小时的长生命史MCS多发于午后和凌晨,并且其发展阶段更长。本文给出了1个引发短时强降水的MβCCS和1个MβECS的云团演变特征。     

一次由气旋发展与边界层东北气流触发的强对流天气分析

利用多种探测资料及NCEP/NCAR FNL 1°×1°再分析资料,对2019年4月24日发生在山西的大范围强对流天气进行了分析。结果表明：1）此次过程是在弱天气尺度强迫背景下,地面锋面气旋发展和低层偏东北气流伸入河套地区,触发了1个持续拉长状对流系统（persistent elongated convective systems,PECS）和1个β中尺度持续拉长状对流系统（meso-β-scale PECS,MβECS）发生发展造成的。2）与MβECS对应,雷达回波上表现为涡旋状的回波中镶嵌着多个对流单体,PECS则表现为4个线状回波和1个强降水单体风暴。雷达产品能更精细刻画较小尺度系统特征,但分类强对流的某些典型特征并不明显。3）物理量诊断揭示,低层锋生作用不仅使暖锋加强触发MβECS发展造成北部强对流,且使得冷锋加强和气旋发展,此背景下形成的边界层急流和地面中尺度系统导致中南部对流单体合并、加强并高度组织化。强对流范围和强度与涡旋或辐合线尺度及风场辐合强度密切相关,气旋内温压风湿场的扰动特征能更好地解释较小尺度系统形成发展的物理机制,且这些特征较强对流提前1～3 h出现,对强对流临近预报具有很好的指示意义。4）低层东北气流是干冷与暖湿空气的一个倾斜交界面,该面上各种要素并不均匀,围绕该支气流形成一个气旋式次级环流圈,是中尺度对流系统的重要触发机制;气流两侧存在较大纬向风垂直切变,是造成对流风暴传播、持续时间长的重要原因之一。     

中尺度对流系统和闪电

1.引言每年春夏时节美国包括大平原和东南地区在内的广大地区的总降水量与中尺度对流系统(Mesoscale Convective Systems,以下简称MCS)过境有关.MCS定义为持续时间至少几小时且在生命史内具有明显对流活动的大范围降水系统(水平尺度为100-500km).根据定义,MCS包括超级单体雷暴,伴有层状云降水区的飑线以及中尺度对流复合体(MCC).MCC是根据云顶最低温度和特定温度阈值的覆盖范围来定义的(Maddox,1980).MCC中的对流单体的分布较为     

东北地区一次短时大暴雨β中尺度对流系统分析

为了探寻东北短历时暴雨的预报线索,利用自动站、卫星和常规气象观测资料相结合的方法,研究2006年8月10日最大1 h雨量达到90.8 mm(泰来,其中,后半小时降水82 mm)的东北中西部百年一遇短历时特大暴雨中尺度对流系统(MCS)发展过程,及其发生的天气尺度背景和中尺度环境与触发机制.通过红外卫星云图和高分辨率的可见光云图,分析MCS如何从一个γ中尺度发展为α中尺度对流复合体(MCC)的过程.分析表明,与6个市(县)半小时雨量超过33 mm相关联的MβCS分别发生在2个阶段,第1阶段在MCC形成之前,MβCS主要向东移动(最后合并成MCC),第2阶段,在MCC成熟阶段.MpCS出现在MCC的西南边缘,而且最强短历时暴雨就发生在这里.从分辨率更高的可见光云图上可以发现,有北、西两条积云线,它们交汇的地方MβCS强烈发展并产生暴雨.分析MCS加强和产生暴雨的原因表明:(1)暴雨发生前夕暴雨区域具有高温、高湿和对流性不稳定层结,并存在明显的对流有效位能增加、抬升凝结高度及自由对流高度降低的现象,有利于暴雨发生;(2)β中尺度云团之间的合并,使MCS迅速发展,产生暴雨;(3)北、西两条积云线分别与地面风场中的两条辐合线相对应,在它们交汇处的较强辐合导致β中尺度云团强烈发展产生暴雨.分析MCS在MCC西南方向传播的原因表明,两条辐合线的移动方向和速度决定了暴雨MCS的传播方向.另外,偏北气流的出现和新老云团的新陈代谢过程是触发暴雨的关键因素.上述分析结果也为短历时暴雨的预报提供了有用的线索.     

2007年济南“7.18”大暴雨的持续拉长状对流系统研究

利用常规观测、中尺度自动站、卫星和雷达等资料,分析了2007年7月18-19日造成华北南部强降水的持续拉长状对流系统(Permanent elongated convective system,简称PECS)的发生和发展过程.结果表明:持续拉长状对流系统的发生发展与低层来自东北方向冷空气和正在减弱的中尺度对流复合体尾部的向外气流有关.云图分析表明:这次持续拉长状对流系统先后南10个对流单体复合而成,其中2个α中尺度的对流单体复合时造成了济南市北部的商河县强降水,并且强降水发生在持续拉长状对流系统发展阶段,位于持续拉长状对流系统的后部,与低于201 K的冷云盖相对应;当对流单体复合时,在可见光云图上出现云线(即飑锋).并且在窄小的云线中又包含4个γ中尺度的对流单体,其中一个产生高达13 km的降水回波;当云线出现时,地面冷锋后部出现γ中尺度雷暴高压,随后逐渐发展成为α中尺度的雷暴群,降水产生在雷暴高压前和冷锋后.济南市强降水过程则是由合并后的对流单体内部的2个强度不同的上冲云顶合并成一个更强的上冲云顶时造成的.雷达同波分析进一步显示,这次持续拉长状对流系统降水回波表现出后部扩建类和同波交叉类的特征,其中商河县的降水由主冷空气涌产生,而济南市强降水可能与主冷空气涌与次冷空气涌合并所形成的2个β中尺度和1个γ中尺度的多单体雷暴有关.     

中纬度α中尺度对流复合体的β中尺度的发展

和α中尺度对流复合体(Mesoscale Co-nvective Complex,缩写为 MCC)联系的β中尺度的时空特征,已被综合成一个生命史概念模式(Conceptual lifecycle model)。这个模式将作为一个工具,有效地用于改进MCCs 的短期预报。这个模式包括与 MCC的卫星云图形状有关的降水分布的特征模式。每个 MCC 都是多个β中尺度对流串在先,这对流串是沿着α中尺度特征线排列的。这个特征在每小时地面和卫星资料上表现很明显。MCC 的增长集中在这些β中尺度串地方,这些β中尺度对流串沿着α中尺度特征交接线排列,且离交接线最近。在 MCC的整个成熟阶段,多个β中尺度对流在扩展的砧状降水区内持续活动,系统的衰减标志是β中尺度对流的减弱和传播扩散移走。曾用独立个例和这个概念模式做了简要对比。     

2007—2013年夏季江淮地区MCS和MCV与暴雨关系的统计特征

利用FY-2D逐时T_BB资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2007-2013年夏季(6-8月)江淮地区暴雨和大暴雨日的MCS和MCV进行普查,将MCS分为圆状的MCC和MβCCS以及带状的PECS和MβECS,并根据MCV能否激发新的对流将其分为发展型和不发展型。结果表明:夏季江淮地区由MCS造成的暴雨和大暴雨日占总天数的74.3%。追踪产生暴雨的65次MCS过程中,带状MCS所占比例明显大于圆状MCS;MCS多生成于江淮中东部的陆地上,以向东-东北和南-东南移动为主,其移动距离集中在1~5个经纬距。暴雨和大暴雨日中出现的MCV主要位于对流层中低层,且多出现在MCS的西侧和北侧;PECS和MβECS比MCC更易衍生MCV过程,未出现MβCCS伴随的MCV个例。不同类型MCS衍生出的MCV厚度差异很小,MCV的厚度与其类型、对应暴雨日的等级无明显关系。6-8月,MCV发生的次数递减,MCV多发生于午后14时左右,夜间到凌晨很少生成。由MCS引发的大暴雨日中,有MCV出现的天数占61.5%,明显较暴雨日高,大暴雨日中出现的MCV多数都能引发"二次对流"。     

一次MCS过程的特征分析

对2010年9月7-8日江苏北部的中尺度对流系统(MCS)特征和暴雨过程进行了分析,应用卫星云图、热力和动力物理量诊断.结果表明:MCS是由若干个α和β中尺度对流云团组成,在MCS成熟阶段有一个逐渐发展成中尺度对流复合体(MCC)的过程;MCS出现在高温高湿对流不稳定的环境中,低层低涡的辐合和锋面的抬升作用为其提供了动力条件;强水中心与MCS云顶温度梯度最大值中心相对应,为暴雨落区预报提供了着眼点.     

中纬度中尺度对流复合体发生发展的云图特征

一、前言人们最近发现,类似于热带云团的对流系统也会发生在中纬度地区。1980年Maddox把它命名为“中尺度对流复合体”(MCC)。中尺度对流复合体又称为中尺度对流复合系统(MCS),是八十年代气象上一个相当重要的发现。它的生命史比一般中尺度对流系统     

东北冷涡底部一次MCC暴雨动力热力特征分析

利用常规气象观测资料、自动气象站降水量以及NCEP再分析资料,对东北冷涡背景下黑龙江省2019年7月16日暴雨过程成因及中尺度特征进行诊断。结果表明:2019年7月16日黑龙江省先后受中尺度对流系统(MCS)和中尺度对流复合体(MCC)活动影响,形成2个暴雨区。MCS和MCC云团均在内蒙古生成后移入黑龙江省,由于对流不稳定性增强及锋生作用而发展增强,并沿辐合线自西向东移动。降水期间冷涡底部的对流层高层存在一支源于高纬地区高动量的干侵入气流。MCC引发的暴雨过程中,大气低层强对流不稳定,中层湿对称不稳定,地面辐合线及锋面锋生的抬升作用,促使不稳定能量释放。在雷达反射率因子图上MCC表现为大范围混合云降水回波,其中有超级单体活动。MCC发展的环境场较MCS而言,中低层气旋涡度更大,高层辐散更强,即高层具有更强抽吸作用,导致更强的上升运动。MCC发展过程中中低层环境风显著增大,具有更大的水平风垂直切变,中尺度对流云团更具组织性。     

季风槽环境中暴雨中尺度对流系统的分析与数值预报试验

应用地面降水观测资料、卫星云图、雷达回波以及NCEP再分析资料,对华南沿海受季风槽影响下发生的一次持续性暴雨的中尺度对流系统（MCS）进行分析,并探讨采用数值模式对中尺度对流系统降水进行预报的可能性。分析表明,暴雨由多个相继发展的中尺度对流系统造成。在相似环境中,不同中尺度对流系统发展形态和水平尺度有较大差异,最大可组织发展成α中尺度对流复合体（MCC）,但一般为β中尺度线状或带状对流系统。对其中发展形态分别表现为椭圆形中尺度对流复合体（MCS-2）和带状β中尺度对流系统（MCS-4）的对比分析发现,对流的起始发展均发生在夜间,与季风槽中低空急流的南风脉动有良好对应关系。基于临近探空资料的诊断发现,被认为对中尺度对流系统组织发展有指示作用的关键物理量如对流有效位能（CAPE）和风垂直切变难以区分不同中尺度对流系统的发展形态和趋势,探空资料的代表性将影响诸如“配料法”等暴雨客观预报方法的建立和应用。利用华南区域中心GRAPES（GRAPES_GZ）数值模式对两个中尺度对流系统进行的模拟预报结果表明,采用数值模式对中尺度对流系统降水进行显式预报已成为可能。比较而言,3 km水平分辨率模式可以更好地预报出暴雨的发生,但结果对是否调用对流参数化（CP）方案敏感。尽管不依靠对流参数化方案模式能够较好地预报出中尺度对流系统初始降水的发生,但会过度预报发展成熟后的降水。模式中如何描述中尺度对流系统对流的组织发展机制、如何处理对流参数化方案的“灰色区分辨率”问题需要仔细考虑。      

华东地区夏季中尺度对流系统的活动特征及成因研究

采用FY-2E卫星云图TBB(Black Body Temperature)资料,统计分析2010-2014年夏季(6-8月)华东地区的α中尺度对流系统(MαCS)和β中尺度对流系统(MβCS),发现两类MCS(Mesoscale Convective System)均具有夜发性,且发生主要集中于安徽、江苏、江西和浙江地区,形成后自西向东移动。进一步利用NCEP-CFSR和NCEP-CFSV2每6 h的再分析数据,通过主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和K-means聚类分析对两种尺度MCS成因进行分析,结果显示:850 hPa切变线和低空急流、500 hPa副高和中纬度短波槽以及200 hPa的高空急流是影响MCS形成主要的天气系统,对流层中层以下的水汽供应、低层大气不稳定性和低层辐合、高层辐散的动力结构是MCS形成的必要条件。MαCS发生前的天气形势可以分为两类:①生成位置位于850 hPa低空急流的西侧、气旋性环流的南侧,500 hPa、200 hPa分别受槽前西南气流、反气旋性环流的影响;②850 hPa切变线南部的偏西气流、500 hPa的偏西气流和200 hPa的高空急流配合。MβCS发生前的两类环流形势中,850 hPa切变线南部的偏西气流控制的为第一类,切变线南部的西南气流和生成位置东部的低空急流影响的为第二类,500 hPa生成位置位于短波槽东部,200 hPa均有西风急流与中低层配合。     

豫西南一次局地大暴雨中尺度对流系统的结构特征分析

利用FY静止卫星资料、多普勒雷达监测及四维变分(4DVAR)反演产品、区域自动站和常规观测资料、NCEP分析资料,对2011年8月16日淮河上游副热带高压(简称副高)边缘MCS的结构、演变规律及形成原因进行研究。结果表明:卫星监测的中尺度对流系统(Mesoscale convective system,简称MCS)形成于副高边缘切变线附近,扩散南下冷空气触发高对流不稳定能量释放是系统形成发展的主要机制。对流系统的发展演变可分为四个时期:对流系统初生期、β中尺度对流系统(简称MβCS)合并发展期、圆形α中尺度对流系统(简称MαCS)旺盛期和减弱衰亡期,前三个阶段是产生强降水的主要时期。卫星监测的MCS初生期在雷达上表现为单体和多单体风暴,后三个时期则多表现为β和α中尺度对流系统,成熟期在雷达上表现为带状对系统。对流系统在低层辐合线附近发展,辐合区合并造成对流系统合并,进而造成MCS爆发性发展和降水强度的增加,边界层气旋式旋转气流使冷云罩具有圆形特征。对流系统的垂直辐合辐散层及正负涡度层均呈交替分布特征,高层辐散和垂直上升运动相对弱。低层辐合区的宽度与系统的水平尺度有关。地面冷暖气流交汇及地形辐合线具有重要的对流触发作用,地面气流汇合和豫西中尺度地形对降水落区和中心强度均有影响。