2015年6月MCC造成的贵州大暴雨过程分析

王兴菊，罗喜平，李启芬，吴哲红，周文钰

(1.贵州省安顺市气象局，贵州　安顺　561000；2.贵州省气象台,贵州　贵阳　550002)



2015年6月MCC造成的贵州大暴雨过程分析

王兴菊1，罗喜平2，李启芬1，吴哲红1，周文钰1

(1.贵州省安顺市气象局，贵州安顺561000；2.贵州省气象台,贵州贵阳550002)

该文利用自动站观测资料、探空资料及NCEP 再分析资料，对2015年6月的4次MCC造成的贵州大暴雨过程进行分析。受厄尔尼诺事件影响，2015年6月中上旬，长江中下游地区和贵州降水量较常年都明显偏多。6月中上旬长江横切变长期维持，位于湖南境内的长江横切变西段降雨云系带动了黔东南对流云系的发展，与来自贵州西部的对流云系共同发展为 MCC，造成了“6.8”，“6.18”，“6.21”3次大暴雨过程，这3次降雨过程落区的主关键区与传统的贵州MCC降雨过程也发生了明显改变，降雨落区的主关键区变为黔南、黔东南，安顺、黔西南为次关键区。而“6.7”暴雨过程则是受毕节赫章的单核对流云团影响造成的，降雨落区的主关键区与传统的MCC个例比较一致。4次MCC暴雨过程都是在暴雨发生当日的下午在毕节赫章有对流云系发展加强最后演变为MCC云系，后3次 MCC还受长江横切变西段的降雨云系影响。前3次暴雨过程600～400 hPa附近都有一“漏斗”状高湿位涡伸展区,表明对流层高层为稳定区,并带动冷空气向下入侵。前3次暴雨过程中，在贵州西部地区对流层低层都有负值中心与对流层高层正的大值区相对,使得低层的不稳定能量得到释放,加速了对流不稳定的发展。这种MPV1 “正负值区垂直迭加”的配置促使了暴雨的发生发展。

厄尔尼诺；长江横切变；MCC；TBB；湿位涡

1　引言

从1980年Maddox[1]发现了中尺度对流复合体(MCC)以后，MCC的研究受到了广大气象工作者的关注。Maddox[1]发现美国中西部许多地区暖季中的大量降水，是由这种长生命史的对流系统产生的，Maddox 提出[2]，MCC一般在弱的地面锋附近会有明显的南风低空急流输送暖湿空气的地区生成，常常与对流层中层向东移动的短波槽互相联系，在这个短波槽东南方相当大的区域中大气都呈条件不稳定状态，主要的强迫因子是来自对流层底部的暖湿平流，高层是位于反气旋一侧的西风急流的。我国气象研究人员也对中国大陆上的MCC进行了大量研究，在MCC的起源地研究上，李玉兰等[4]利用每隔6 h 1张的增强显示云图，普查了1983—1986年4—9月我国西南、华南地区的MCC活动，发现生成地区基本集中在105°～109°E、23°～28°N这一地区；项续康等[5]也发现103°～108°E、25°～31°N区域是我国南方地区MCC的主要生成地，其原因可能与特殊的地形有关；段旭[6]利用20多年的红外云图资料分析了MCC的统计特征，发现MCC多发生在低纬高原东部的滇黔和中越之间。在MCC成因分析上，大多数都集中在华南和长江中下游地区[7-12]。而在MCC多发地的云贵高原却研究得较少，段旭等[13]认为，低纬高原处于副热带高压的西侧及云贵高原地形的作用，MCC发生的环境条件与其他地区有明显的差异；许美玲等[14]对发生在滇桂交界地区的一次MCC发生发展机制进行了分析，研究得出低层增湿增暖，高层干冷空气的入侵，形成了很强的对流不稳定区域，低空的偏南气流和中尺度扰动在地面静止锋上将被迫抬升，是MCC形成的关键机制。

湿位涡是一个可以同时表述大气动力、热力和水汽性质的综合物理量。近年来， 在暴雨[9-15]和强对流天气方面的运用比较广泛，利用其原理研究得到了很多重要的结果。由于MPV2比MPV1要小一个量级，本文中只分析了MPV1并使用了自动站观测资料、NCEP再分析资料、TBB资料，对2015年6月7日、8日、18日和21日(以下简称“6.7”，“6.8”，“6.18”，“6.21”)4次贵州大暴雨过程进行了分析，初步研究MCC为贵州暴雨带来的影响。

2　过程实况特点

范围大：“6.7”的MCC诱发的强降雨落区在贵州西部，后3次强降雨落区在贵州中南部地区。“6.7”出现大暴雨19乡镇、暴雨10县站189乡镇(图1a)；“6.8” 出现特大暴雨12乡镇、大暴雨2县82乡镇、暴雨14县384乡镇(图1b)；“6.18” 出现特大暴雨2乡镇、大暴雨4县99乡镇、暴雨25县487乡镇(图1c)；“6.21”出现了大暴雨3个县42个乡镇、暴雨18个县559个乡镇(图1d)。4次降雨过程均达到了大暴雨量级，其中“6.8”和“6.18”达到了特大暴雨量级。

图1　4次暴雨过程24 h雨量分布图(单位：mm)(a)2015年6月6日20时—7日20时，(b)2015年6月7日20时—8日20时，(c)2015年6月17日20时—18日20时，(d)2015年6月20日20时—21日20时Fig.1　The 24 h rainfall maps of four heavy rain processes(a) 20∶00 BT 6 to 20:00 BT 7 June 2015, (b) 20∶00 BT 7 to 20∶00 BT 8 June 2015,(c) 20∶00 BT 17 to 20∶00 BT 18 June 2015, (d) 20∶00 BT 20 to 20∶00 BT 21 June 2015

降雨关键区发生明显变化：2015年6月份的后3次MCC过程强降雨落区与过去的个例有明显区别。罗喜平等的课题《西南山地夏季中尺度对流复合体研究》，研究制作了贵州25 次MCC 过程的累计降水量图，发现在MCC影响下强降水主关键区在贵州西南部(黔西南、安顺)，次关键区在黔东南(图略)。2015年6月份的4次降雨过程中，除了“6.7”大暴雨过程落区在贵州中西部地区外，“6.8”，“6.18”，“6.21”3次降雨过程中主关键区变为黔南、黔东南，安顺、黔西南为次关键区，尤其是黔东南，3次降雨过程中都是大暴雨中心。

3　海温背景分析

中国气象局ENSO监测小组[15]以赤道东太平洋0°～10°S、180°～ 90°W海域月平均海温距平≥0.5 ℃(或≤- 0.5 ℃)为指标,每次长度至少半年,其中允许1个月中断, 定义为一次厄尔尼诺(或反厄尔尼诺)事件。从2014年1月—2015年5月赤道东太平洋的平均海温距平时序图来看(图2a)：从2014年3月开始，赤道东太平洋的平均海温变为正距平，并逐步增大，到2014年7月达到0.5 ℃，8—9月略有减小，从2014年10月开始又上升到0.5 ℃以上，并一直持续到现在，2015年5月达到了0.95 ℃，已经达到一次厄尔尼诺事件的标准。国家气候中心官方微信公众号对本次厄尔尼诺现象发布了文章提到：“当前厄尔尼诺现象已达中等以上强度，其预测未来将发展成为强厄尔尼诺现象，并将持续到冬季。”

受厄尔尼诺事件的影响，2015年进入汛期以来我国南方遭受了13次暴雨过程袭击，尤其是进入6月份以后，特大暴雨的天气过程在西南地区和长江中下游地区非常明显。从2015年6月1—20日全国的雨量距平图上可以看出(图2b)，从贵州到长江中下游地区存在一条明显的多雨带，降雨偏多了50～200 mm之间，贵州除西部、北部边缘地区以外，多数地区偏多了20～200 mm之间。贵州强降水过程明显多于常年，就6月中上旬，由MCC产生的强降水过程就发生了4次。

图2a　2014年1月—2015年5月赤道东太平洋平均海温距平时序图　图2b　2015年6月1—20日全国雨量距平分布图　　　Fig.2　(a)The average SST anomaly of equatorial east pacific sequence diagram from January 2014 to May 2015,(b) The rainfall maps of China from 1 to 20 June, 2015

4　副高和长江横切变对降水的影响

从6月1—20日的500 hPa平均位势高度图上看(图3)，中高纬地区呈一槽一脊的形势，中低纬地区盛行纬向环流，并分裂出很多小波动东移影响，贵州受槽前西南气流影响，西北太平洋副热带高压西伸脊点到达110°E附近，低纬度地区盛行高压环流，副高比常年偏强，低纬地区以正距平为主，在10°～30°N、110°～140°E范围存在40 gpdm的正距平中心，东亚大槽也偏强，在30°～50°N、100°～120°E附近存在-60 gpdm的负距平中心，在15°～30°N、60°～70°E附近有一个深度约为10个纬距的槽，比常年偏深5～10 gpdm。来自北方的冷空气与副高西北侧的西南暖湿气流在贵州、长江中下游一带交汇，造成了 6月1—20日贵州4次MCC大暴雨天气过程和长江中下游一带的多次强降水。

700 hPa(图4a)上贵州到长江中下游一带受副高外围的西南气流影响，贵州、湖南、江西一带西南气流达12 m/s以上，达到急流标准，长江中下游有明显的横切变存在。850 hPa(图4b)上贵州东部到长江中下游地区受一致的西南气流影响，贵州东南部、广西、湖南南部、江西南部有12 m/s的西南风急流，贵州、湖南、湖北、江西北部一线有长江横切变。来自北方的西北气流偏弱，导致冷暖空气的一直交汇于贵州和长江中下游地区，造成了6月上中旬贵州4次MCC大暴雨过程。

图3　2015年6月1—20日贵州省500 hPa高度场和距平图(单位：gpdm，阴影区表示距平)Fig.3　The 500 hPa geopotential height and height anomaly from 1 to 20 June, 2015(unit: gpm, shaded areas mean height anomaly)

由于6月中上旬长江横切变稳定维持，受其西段影响，贵州尤其是黔东南降水明显多于常年，其中长江横切变西段的降雨云系尤其是湖南境内的降雨云系带动了黔东南对流云系的发展，造成了“6.8”，“6.18”，“6.21”3次MCC大暴雨过程中贵州的强降雨中心都在黔东南。

5　4次MCC的卫星云图演变特征

[16-17]对MCC有明确的定义，将卫星云图上云顶亮温TBB≤-32 ℃云团定义为MCS(中尺度对流系统)，满足-32 ℃以下冷云罩面积为10×104km2，并且-53 ℃以下云罩面积>5×104km2，维持时间为6 h以上的暴雨云团为MCC(中尺度对流复合体)。

图4a　2015年6月1—20日贵州省700 hPa平均风场图　　　图4b　2015年6月1—20日贵州省850 hPa平均风场图(单位：m/s，阴影区风速大于12m/s的区域，流线表示风场)Fig.4　The average wind field of 700 hPa(a) and 850 hPa(b) from 1 to 20 June, 2015(unit: m/s, shadow means wind velocity is greater than 12 m/s, the arrow means wind field)

图5　2015年6月TBB实况图(阴影，单位：℃)(a)6日14时，(b)7日01时，(c)7日02时，(d)7日19时，(e)8日00时，(f)8日05时，(g)17日17时，(h)18日00时，(i)18日03时，(j)20日15时，(k)20日18时，(l)21日01时Fig.5　TBB distribution map on June, 2015(shadow, unit:℃)(a) at 14∶00 BT 6 June 2015, (b) at 01∶00 BT 7 June 2015, (c) at 02∶00 BT 7 June 2015,(d) at 19∶00 BT 7 June 2015, (e) at 00∶00 BT 8 June 2015, (f) at 05∶00 BT 8 June 2015,(g) at 17∶00 BT 17 June 2015, (h) at 00∶00 BT 18 June 2015, (i) at 03∶00 BT 18 June 2015,(j) at 15∶00 BT 20 June 2015, (k) at 18∶00 BT 20 June 2015, (l) at 01∶00 BT 21 June 2015

“6.7”暴雨过程:6日14时(图5a)在毕节赫章有对流云团生成，并逐步向纳雍、水城一带移动，影响范围不断扩大，到18时已经影响安顺、关岭一带，到21时该对流云团基本已经覆盖整个西部地区，对流中心在关岭维持，云顶亮温TBB中心值已经达到-63 ℃左右。到7日01时(图5b)<-32 ℃的冷云罩面积达到10×104km2左右，已经达到了MCC的标准，02时(图5c)对流云系已经覆盖了除东部边缘以外的贵州大部地区，贵阳、安顺、黔南对应的云顶亮温TBB均<-41 ℃，并维持到06时，07—08时开始减弱，09时之后不再具备MCC的特征。此次MCC具备了过去大部分影响贵州的MCC的特点，云系起源于毕节赫章的单核对流云团，并在贵州西部发展加强最后在黔西南北部、安顺、贵阳等地产生强降水，安顺关岭为强降雨中心，对流云团的偏心率大，最强时接近1.0[18]。

“6.8”暴雨过程:7日19时(图5d)贵州西部毕节赫章有对流云团生成，在湖南常德有云顶亮温TBB中心值达到-59 ℃的对流云团，对流云团在南压过程中的对流云系西段在湖南和贵州交界处分裂出小块对流云系，到21时丹寨有对流云系生成，西部的对流云系已经发展到了水城一带，中心值为-41 ℃；到8日00时(图5e)贵州西部的对流云团已经发展为椭圆型，基本具备了MCC的特征，东部的多个小对流云团已经发展为一条带状云系[19]；8日01—03时两段云系逐步合并为一个对流云团，基本覆盖了整个贵州；04—06时MCC发展到最强，强中心逐步向黔东南方向移动；07时以后椭圆形的对流云系逐步变成带状云系；05时(图5f)开始贵州境内的云系逐步与南压的长江横切变云系连在一起，并在黔东南维持到8日12时左右，造成了黔东南的特大暴雨[20]。

“6.18”暴雨过程:17日17时(图5g)在贵州西部毕节赫章有对流云团生成，此时长江中下游地区有接近10个纬距的宽云带存在，云团TBB中心值接近-59 ℃,位于湖南、湖北、江苏一带，云带西段衍生的对流云系影响，铜仁南部到黔东南北部也有对流云系生成；17—21时，东西两个对流云团不断发展加强，到21时，两个对流云团TBB中心值都达到了-59 ℃,形成了两个β尺度的椭圆形对流云团，位于黔东南一带的对流云团已经与长江中下游的对流云系连在一起；到22时，东西两个对流云团开始合并，与长江中下游云系打通，形成了近20个经距的对流云带，18日00时(图5h)贵州境内的两个对流云团已经合并为一个椭圆状云团，达到MCC了标准；02—03时(图5i)对流云团发展到最强，中心值达到-77 ℃。强中心开始从安顺关岭一带向黔东南移动，09时以后对流云系减弱为带状云系，不再具备MCC特点[21]。

“6.21”暴雨过程:20日15时(图5j)在贵州毕节赫章和重庆境内都有对流云团生成，到15—16时，贵州西部对流云团向南发展，重庆境内云系向贵州东部发展，在黔东南黄平一带也有对流云系发展。17时贵州西部对流云系发展到织金、黔西，中心值达到-59 ℃，贵州东部的对流云团发展到了开阳、息烽一带。18时(图5k)两个对流云团发展到安顺平坝附近，基本上合并为一个对流云团，长江中下游地区安徽、湖北、湖南、重庆有对流云带维持发展，在南压过程中带动了贵州东部云系的发展。20时，两个对流云团在贵州境内合并为一个，在贵州形成一个东北、西南向的带状云系，21时贵州境内的带状云系逐步发展为椭圆形云系，中心值达到-77 ℃，20时32 ℃以上的面积达到133 978 m2，52 ℃以上的面积为112 425 m2，达到MCC标准，从20日21时—21日01时(图5l)，位于贵州的对流云团逐步向椭圆形发展，中心值-77 ℃一直位于安顺关岭附近，偏心率逐步变大，最强时达到0.88。21日06时之后对流云团中心开始向省的东南部发展，07时之后MCC对流云团偏心率变小，发展为带状云系，并在黔东南境内维持到下午16时左右。在此次对流云团生成到发展为MCC的过程中，TBB强中心在安顺、黔西南北部，黔南东部、西部的短时强降水比东部明显，东部由于降雨时间长，所以过程总雨量比西部大。

4次MCC暴雨过程的共同点：都是在暴雨发生当日的下午在毕节赫章有对流云系发展加强最后演变为MCC云系，并逐步影响安顺、黔西南、黔南、黔东南地区。不同点：“6.7” MCC具备了过去大部分影响贵州的MCC的特点，云系起源于毕节赫章的单核对流云团，并在贵州西部发展加强最后在黔西南北部、安顺、贵阳等地产生强降水，安顺关岭为强降雨中心，对流云团的偏心率大，最强时接近1.0。后3次MCC暴雨过程除了来自于贵州西部的对流云系，长江横切变西段的降雨云系尤其是湖南境内的降雨云系也带动了黔东南对流云系的发展，造成了“6.8”，“6.18”，“6.21”3次MCC大暴雨过程中贵州的强降雨中心都在黔东南。

6　湿位涡正压项(MPV1 )分析

由于MPV2比MPV1要小一个量级，本文中只分析了MPV1，由于MCC一般在夜间发展为最强，所以主要选取了02时的MPV1进行了分析。从沿26°N处对MPV1的经向剖面图中看出(图6) : 6月7日02时(图6a)在500 hPa 以下为负值，处于对流不稳定区，850 hPa附近在99～111°E之间有-80 PVU的负值中心。在贵州西部上空400～500 hPa之间有一个20PVU的正值中心。6月8日02时(图6b)550 hPa 以下为负值区，在96～111°E之间有一个-70 PVU的负值中心，位于850 hPa附近。在贵州西部上空600 hPa以上有40 PVU的正值中心，对流不稳定区比6月7日要大。6月18日02时(图6c)500 hPa以下也为负值区，在96～108°E之间有一个-70 PVU的负值中心，-60 PVU的负值中心上升到700 hPa附近。在贵州西部上空600 hPa以上有30 PVU的正值中心。6月21日02时(图6d)500 hPa 以下也为负值区，在96～105°E之间有一个-60 PVU的负值中心，-50 PVU的负值中心上升到700 hPa附近。在贵州西部上空600 hPa以上有10 PVU的正值中心。

图6　MPV1沿26°N的经向剖面图(单位: PVU)(a)2015年6月7日02时;(a)2015年6月8日02时(c)2015年6月18日02时;(d)2015年6月21日02时Fig.6　The longitude cross-section of MPV1 along 26°N (unit: PVU)(a) at 02∶00 BT 7 June 2015; (b) at 02∶00 BT 8 June 2015;(c) at 02∶00 BT 18 June 2015; (d) at 02∶00 BT 21 June 2015

通过对4次暴雨过程的MPV1分析可以看出，前3次暴雨过程600～400 hPa附近都有一“漏斗”状高湿位涡伸展区,表明对流层高层为稳定区,并带动冷空气向下入侵，贵州低层都有负值中心，中心值为-60 PVU。前3次暴雨过程中，在贵州西部地区对流层低层都有负值中心与对流层高层正的大值区相对,使得低层的不稳定能量得到释放,加速了对流不稳定的发展。这种MPV1 “正负值区垂直迭加”的配置促使了暴雨的发生发展。但是从“6.21”暴雨过程可以看出，贵州范围内MPV1高层的正值中心并不明显，但是中低层的负值中心非常明显，4次暴雨过程中中低层都存在负值中心，说明低层不稳定区的存在对暴雨的发生更为重要。

7　结论

①“6.8”，“6.18”，“6.21”3次降雨过程中主关键区与传统的贵州MCC降雨过程有明显差异，降雨过程中主关键区变为黔南、黔东南，而安顺、黔西南为次关键区。

②从2014年10月开始到2015年5月，赤道东太平洋的平均海温距平都在0.5 ℃以上，为一次厄尔尼诺事件，受其影响，2010年6月中上旬，长江中下游到贵州的降水较常年都明显偏多。

③由于6月中上旬长江横切变长期维持，长江横切变西段的降雨云系尤其是湖南境内的降雨云系带动了黔东南对流云系的发展，与来自贵州西部的对流云系合并发展为 MCC，造成了“6.8”，“6.18”，“6.21”3次大暴雨过程。

④4次MCC暴雨过程都是在暴雨发生当日的下午在毕节赫章有对流云系发展加强最后演变为MCC云系，“6.7” MCC只是毕节赫章的单核对流云团发展生成，后3次 MCC还与长江横切变西段的降雨云系合并生成。

⑤通过对4次暴雨过程的MPV1分析可以看出，前3次暴雨过程600～400 hPa附近都有一“漏斗”状高湿位涡伸展区,表明对流层高层为稳定区,并带动冷空气向下入侵。前3次暴雨过程中，在贵州西部地区对流层低层都有负值中心与对流层高层正的大值区相对,使得低层的不稳定能量得到释放,加速了对流不稳定的发展。这种MPV1 “正负值区垂直迭加”的配置有促使了暴雨的发生发展，低层不稳定区的存在对暴雨的发生更为重要。

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The Analysis of a Heavy Rainstorm Caused by MCC Occurred in Guizhou in June, 2015

WANG Xingju1,LUO Xiping2,LI Qifen1,WU Zhehong1,ZHOU Wenyu1

(1.Anshun Meteorological Observatory of Guizhou Province, Anshun 561000，China;2.Guizhou Meteorological Observatory, Guiyang 550002, China)

Four heavy rain processes caused by MCC in Guizhou province in June 2015 was analyzed based on the automated surface observing system(ASOS) data, sounding data and the NCEP/NCAR reanalysis data. The monthly mean sea surface temperature anomaly in the Eastern Equatorial Pacific was above 0.5 degrees Celsius in succession from October 2014 to the present, this is an El Nio event. The precipitation in the Middle and Lower Yangtze Valley to Guizhou during the early and mid in June is more than normal influenced by El Nio. Transverse shear in Yangtze Valley was kept during the early and mid in June, precipitation cloud system generated by the west of shear especially in Hunan province drived the development of convective clouds in the southeast of Guizhou, and the convective clouds in the west and southeast of Guizhou combined and blossomed MCC, which resulted in three torrential rain events on June 8th, 18th, 21st in 2015.The major key region of the three heavy rain progress was different obviously from traditional precipitation generated by MCC in Guizhou province. The major precipitation key area is the south and southeast of Guizhou province, the city of Anshun and the southwest of Guizhou province become secondary key area. The convective clouds developed and enhanced, finally turned into MCC clouds in Hezhang in Bijie in the afternoon in the process of three torrential rain events. MCC on June 7th was only influenced by single-core convective clouds in Hezhang of Bijie, the other three MCC was also affected by the west of transverse shear in Yangtze Valley. MPV1 was positive great value in the upper troposphere and was the center of negative value in the lower troposphere in the west of Guizhou in four heavy rain processes, this guided the unstable energy in the lower troposphere to release, and then urged the unstable energy developing fast. The configuration of vertical stack of positive and negative MPV1 was in favour of the development of torrential rain events.

El nino; The Yangtze river crosscutting variable; MCC; TBB; moist potential vorticity

1003-6598(2016)03-0006-08

2015-10-13

王兴菊(1980—)，女，高工，主要从事短期天气预报研究工作，E-mail:wangxing_ju@126.com。

安市科合[2015]08；国家自然基金项目(41065003)；黔科合SY字[2013]3130号共同资助。

P458.1+21.1

A