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。     

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     

我国南方MCC的涡度、水汽和热量收支平衡

采用合成分析方法 ,将我国南方中尺度对流复合体的生命史划分为 7个子阶段 ,详细探讨MCC演变过程中的涡度、水汽和热量收支平衡演变特征 ,着重分析了中小尺度系统在MCC过程中的作用。结果表明 :( 1)在MCC过程中 ,中γ尺度和中 β尺度系统活动是引起涡度不平衡的重要原因。( 2 )在MCC初始阶段有中小尺度对流系统消耗MCC的水汽、热量而积极活动 ,造成MCC的视热汇、视水汽汇。成熟阶段的源区域表明有中小尺度系统的活动造成MCC的视热源、视水汽源 ,这是MCC具有长生命史的原因。MCC后期 ,中小尺度对流系统活动造成的视水汽汇和视热汇 ,与有利的大尺度天气条件的逐渐消亡 ,使MCC渐渐消失。 ( 3 )MCC的形成和启动受大尺度环境场的控制 ;一旦MCC开始活动 ,对流层低层、中层的中尺度对流系统活动对MCC的发展与持续过程有十分重要的作用 ;在MCC前期 ,中小尺度对流活动消耗MCC的总能量而启动 ;在成熟阶段中小尺度对流活动释放总能量造成了MCC的长生命史 ;MCC后期 ,大形势发生改变 (如位势不稳定度的变化等 ) ,积云对流活动和(或 )中尺度对流活动的作用与大尺度形势趋势一致 ,致使MCC消亡。 ( 4 )在MCC前期 ,潜热释放是主要加热因子 ;而后对流垂直输送水汽和热量的作用比对流凝结加热的作用大。     

中纬度中尺度对流复合体中的强降水区移动

一、引言对于业务预报员来说,最大的挑战之一是暖季降水的预报。现行的有限区细网格模式业务预报由于对流参数化方面的限制而只有有限的成功。令人特别感兴趣的是在近些年已有了一些与中尺度对流系统相联系的强降水实例研究,尤其Maddox(1980)对中尺度对流复合体(MCC)的研究。对MCC的天气学环境也曾由Maddox(1981,1983),Bosart和Sanders(1981),以及Wetzel等(1983)提出过,这对于预报员判断MCC的影响区有帮助。然而对于预报中尺度系统移动速度和方向的指导规则则尚未恰当地揭露和提出来。由于强对流天气所包含的时间与空间尺度(16小时和10~5平方公里)和高的频率(Maddox,1980),这样的指导规则是迫切需要的。     

西南地区一次对流复合体调控下的对流层向平流层输送的特征及机制

利用WRF模式对2009年6月发生在西南地区的一次中尺度对流复合体(Me-soscale Convective Complex,MCC)天气过程进行了数值模拟,结合HYSPLIT拉格朗日轨迹分析,研究了此次强对流天气调控下的对流层向平流层输送(Troposphere-to-Strat-osphere transport...     

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。     

我国西南地区一次暴雨过程特征及成因

利用卫星云图、多普勒天气雷达资料和高空风等各种天气学资料,对2009年6月8—9日广西、贵州、以及和湖南交界地带的一次暴雨过程进行了综合分析。结果表明,暴雨是由中尺度对流复合体东移、β中尺度强对流云团发展、以及二者合并造成的;地面α中尺度低压带配合α中尺度纬向切变线的生成,为中尺度对流复合体（mesoscale convective complex,MCC）的东移发展、β中尺度强对流云团的发展、以及二者的合并创造了有利条件;地面能量比低值舌的活动是MCC和β中尺度强对流云团生成和发展的触发机制之一;在多普勒雷达径向速度图上,MCC的生成和发展,伴随西南低空急流的建立和维持,大范围的逆风区的生成;MCC的消亡,伴随西南低空急流的减弱和消失,对应西北气流建立和东扩。MCC发展期和β中尺度强对流云团发展期、MCC消散期和β中尺度强对流云团消散期的涡度收支以及视热源和视水汽汇有很大的不同。     

一次MCC的云图特征及成因分析

使用风云2号红外云图和TBB资料、 多要素自动气象站资料及NECP 1°×1°再分析资料, 对造成河北中部区域性暴雨的MCC云图特征、 天气尺度环境场和动力特征等进行了分析。结果表明, 构成MCC的α中尺度对流云团, 在其成熟时期, 在均匀的α中尺度砧状系统中仍有2~3个β中尺度的对流活动; MCC发生、 发展在对流层中层的短波槽、 高低空急流有利配置以及大气层结为中性或弱对流不稳定的环境条件下, 暖湿平流成为其发生、 发展的主要强迫因子; MCC形成阶段, 中层出现暖中心并且气旋性涡度增大, 辐合辐散运动随高度交替出现, 量级相当, 上升运动的层次较厚。     

河北省中南部一次MCC造成的暴雨过程分析

应用GMS红外辐射亮温(TBB)资料、NCEP 1°×1°再分析资料及探空和自动站等资料,对2008年6月27日傍晚到夜间影响河北省中南部的一次MCC(中尺度对流复合体)天气过程进行了诊断分析.结果表明:MCC形成到成熟阶段在其西侧TBB梯度最大的地方均造成了雷暴、强降水、大风等强对流天气.高空低涡、高空槽和地面切变线...     

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.     

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     

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。     

关于MCC预报的几个问题

一、引言 中尺度对流复合体(MCC),作为一种组织特别完好的中纬度对流风暴系统, 1980年首先由Maddox作了鉴别。以后,国外许多人,特别是美国的许多人对MCC作了许多研究。近几年,国内也有许多人从诊断分析的角度作过许多分析工作,不过很少有涉及预报问题的。这几年,我们积累了一些MCC系统7月     

大尺度环境中中尺度对流系统生成的数值模拟试验

对1983年6月11日20时(北京时)实测资料进行低通滤波处理,取其大尺度部分作为初值,用七层原始方程模式对江淮气旋内中尺度对流系统的生成过程进行数值模拟试验.结果表明,从大尺度背景场出发,可以模拟出中尺度对流系统的生成.在西南低空急流十分潮湿的情况下,中尺度对流系统可以在江淮气旋暖区、低空急流大风速中心的前部、位势稳定度倾向维持负值的地区生成和发展.它的动力、热力结构,降水分布,以及发生、发展过程等,都与暖季(3—9月)在美国中部频繁出现的中尺度对流复合体(MCC)十分相似.     

MCC系统的卫星云图特征和结构的初步分析

最近几年来,国内外一部分气象工作者经常提到一种有组织的中一小尺度的对流性天气系统,依据它们的形成机制和在卫星云图上的表现称之为中尺度对流复合体(MCC)。1978年以来,在我国大陆上由卫星云图观测到的MCC很多。其中1979年4月12日,6月8日,7月12日,1984年4月4日在我国东南部大陆上出现的中尺度系统是一些较典型的例子(如图4e)。本文以1979年6月8日在豫鄂东部和苏皖地区出现的MCC为例,分析讨论它们的发生、发展和消亡的云图特征,初步分析探讨它们的结构。     

江苏北部一次由MCG引发的致洪暴雨综合分析

利用卫星云图、NCEP资料和MICAPS系统提供的实况资料和物理量等,对2008年7月23日江苏北部一次中尺度对流复合体(MCC)和暴雨天气过程进行诊断分析.结果表明:MCC是造成暴雨的直接影响系统;200 hPa中尺度反气旋环流的形成,配合500 hPa西南急流左侧切变线生成以及边界层925 hPa锋生与西南强风带或西南急流左侧中尺度低涡生成,有利于MCC生成和发展;925 hPa以下边界层10.7 m·s-1·km-1强风速垂直切变的形成.配合边界层正涡度中心生成、对流层高层辐散增强,是激发MCC生成和发展的动力机制;850 hPa江苏中北部MPV1≤-0.5 PVU的中尺度对流不稳定中心的生成,配合北方MPV2≥0.6 PVU湿斜压场纬向高值带的生成和稳定,有利于江苏北部地区中尺度强对流系统重复出现和MCC生成发展.     

黄河中游地区中尺度对流系统的统计特征

利用2005—2014年逐时FY-2E卫星资料、实况观测资料和NCEP再分析资料,采用统计方法对黄河中游地区中尺度对流系统(MCS)的特征进行了分析,包括中尺度对流复合体(MCC)、持续拉长状对流系统(PECS)、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)等4类。结果表明:(1)甘肃中南部、山西中南部和陕西中北部以及蒙、晋、陕3省(区)交界处为MCS高发区;一年内5—10月均有形成,夏季更易发展成熟,MCC和MβECS是该区影响夏季降水的主要MCS。(2)MCS具有明显的日变化特点,多成熟于午后或傍晚到次日凌晨;大多数MCS表现出生成快、消亡慢的特点,其移动方向以偏东和偏东南方向为主,且圆形状的较拉长状的移动少。(3)圆形状的MCS的平均TBB较拉长状的低,其中MCC发展最旺盛、强烈,且8月最强,而MβECS的发展受季节影响不大。成熟时的平均离心率,MCC和PECS较美国的偏大;与黄河下游地区相比,MCC偏大,PECS则偏小。(4)MCS造成的降水特征复杂,地域差异明显,多个合并后的对流系统造成的降水范围更大、强度更强、持续时间更长;暴雨主要出现在左后象限,最大雨强出现在成熟阶段,一般50 mm·h~(-1);生成于不同区域、不同类型的MCS,其雨区和云区面积比的差异较大。(5)MCS具有明显的年际变化特点,其中最多年2011年和最少年2009年的环流形势表现出几乎相反的特点,除与副热带高压、500 hPa中纬度位势高度距平、低层暖湿气流输送和聚集等有关外,还与500 hPa冷涡活动密切相关。     

MCC和一般暴雨云团发生发展的物理条件差异

利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料和GMS红外辐射亮温（TBB）资料,研究了2002年6月22日的中尺度对流复合体（MCC）和7月23日的一般暴雨云团两者之间发生发展的环境场差异。结果表明,MCC发生在较弱的斜压环境里,对流层低层有明显的天气系统如切变线、中尺度低涡,中层可以没有低压槽参与,高层则出现在反气旋环流里。普通暴雨云团低层的影响天气系统和MCC类似,但中层往往和槽线相联系,高层则出现在急流入口区右侧。MCC对高温高湿能量的需求比一般暴雨云团更高,如要求高能舌范围更广、更深厚,对流不稳定区范围更大。MCC的动力强迫主要在低层,和较大的θse梯度联系密切,而一般暴雨云团的高空槽强迫作用显得更重要。     

我国大陆MCC特征和结构的分析

本文对发生在我国大陆上的28个中尺度对流辐合体(MCC)进行了云系特征、生成源地和移动路径的分析;结合常规观测资料讨论不同尺度天气系统的相互作用,构成MCC的生成条件;通过MCC云区内外各种物理量场的计算,给出MCC的结构特征;并提出MCC演变过程的概念模式。     

一次黄海之滨中尺度对流复合体多尺度结构特征观测研究

2006年7月3日傍晚到4日凌晨,苏北到黄海的一个中尺度对流复合体(MCC)产生了系列龙卷、直线型对流大风和强降水,利用常规高空地面观测、区域自动气象站、卫星云图以及多普勒天气雷达资料,详细分析此次中尺度对流复合体的结构和产生的天气背景。主要结论如下:(1)该中尺度对流复合体高层为对应分离背景场的强辐散,中层在副热带高压西北侧和500 hPa东移的短波槽前,地面位于锋面气旋暖区内;该中尺度对流复合体发生在中等到强的对流有效位能、强的深层(0—6 km)和低层(0—1 km)风垂直切变环境下;(2)该中尺度对流复合体主要垂直环流特征为:近地层东南气流和其上的中低层西南暖湿气流从对流复合体南部流入到复合体中心,复合体后部对流层中低层和中层为较干冷的西北气流夹卷进入中尺度对流复合体,导致降水蒸发冷却形成强烈下沉气流,产生带有西北风动量的下沉气流,到地面形成β中尺度冷池,冷池与周边暖湿气流的交界处为β中尺度阵风锋,同时中尺度对流复合体位于对流层低层到地面部分形成深厚冷池导致的雷暴高压,阵风锋前部有β中尺度暖低压;中尺度对流复合体中高层由于水汽凝结潜热释放加热形成暖心结构,位于对流层中层的主要特征为β中尺度气旋性涡旋对应的中尺度低压,对流层高层存在β中尺度辐散反气旋环流;(3)多普勒天气雷达探测揭示该中尺度对流复合体成熟阶段主要呈现为线性结构,主要构成是一条尺度在150—200 km的活跃弓形飑线,还有数条较弱的呈气旋性弯曲的对流雨带,雨带旋入共同的涡旋中心,该涡旋中心与地面锋面气旋的中心相对应(重合),同时也是相应中尺度对流复合体的β中尺度气旋的中心,直径为40—60 km;(4)在上述活跃弓形飑线的前侧出现多个中尺度涡旋,4个EF2级龙卷和3个EF1级龙卷都发生在这些中尺度涡旋内,导致龙卷的中尺度涡旋水平尺度为4—5 km,旋转速度接近超级单体的强中气旋旋转速度,垂直伸展比超级单体中气旋浅薄,形成机制也与超级单体中气旋有明显差异;(5)该中尺度对流复合体成熟阶段的云系尺度为1000 km,其中低于220 K (-52℃)冷云盖的尺度在400 km左右,其内部结构的主要构成是一条150—200 km长的活跃弓形飑线,地面β中尺度冷池和阵风锋,沿着弓形飑线前侧出现多个尺度为4—5 km的中尺度涡旋,其中部分中尺度涡旋导致尺度只有几十至几百米的EF1和EF2级龙卷,呈现出明显的多尺度结构特征。