2016年“520特大暴雨”的MCS触发机制分析及其对玉林农业影响

林宝亭，陆秋霖，陈明璐，苏尉宣

（玉林市气象局，广西玉林537000）

2016年“520特大暴雨”的MCS触发机制分析及其对玉林农业影响

林宝亭，陆秋霖，陈明璐，苏尉宣

（玉林市气象局，广西玉林537000）

为了探讨广西玉林2016年5月20日出现的特大暴雨，导致幼穗期的早稻严重失收、菜秧烂根、荔枝龙眼的幼果发育迟缓的成因。利用NCEP 1°×1°全球客观分析资料、常规气象资料，以及FY2E卫星云图的TBB反演和多普勒雷达数据，对此特大暴雨进行中尺度系统(MCS)及动力机制分析。结果表明：（1）高纬度环流呈“两槽一脊”，不断分裂东移的高空槽和副热带高压西北侧暖湿气流的配合，为玉林特大暴雨中MCS产生提供有利的环流背景；（2）高层强辐散与低层强辐合的耦合，有抽吸作用，利于MCS的发展，暴雨区出现在低空急流入口的左侧玉林一带；（3）玉林上空有明显的水汽辐合，充足的水汽条件使MCS得以维持；（4）MCS出现在对流云团中心和TBB梯度较大区域。以上原因造成玉林大范围特大暴雨天气，导致幼穗期的早稻严重失收、农业受灾重。拟总结经验，以期今后遇到类似的天气形势时，可以更好把握天气，提早预报，为防灾减灾提供参考依据。

特大暴雨；中尺度对流系统MCS；触发机制

0 引言

玉林是广西主要粮食生产基地，广泛种植有水稻、甘蔗等农作物，近年引进台湾火龙果、树棉等优质作物。玉林地处广西桂东南一带，具有亚热带季风气候，地势北高南低，气候温暖潮湿，年降水量为1726.7 mm，降水日为165天，是全国降水量比较多的地区之一，常有暴雨灾害发生。暴雨灾害危害很大，尤其是华南前汛期的5月暴雨，具有来势猛，范围广，强度大，灾害严重等特点，而此时正是华南水稻的幼穗期、热带水果的幼果发育期，短时强降水导致雨水不能迅速排泄，造成农田积水严重，产量锐减，给当地的农业带来很大影响。

前汛期暴雨一直是预报的重点和难点[1-3]，国内很多学者对前汛期暴雨做了研究。丁一汇[4]、朱乾根[5]、李向红[6]已取得诸多成果，而中尺度对流系统MCS的发生发展也是一个不容忽视的影响因素[7-9]；陶诗言等[10]根据垂直不稳定能量分析出华南前汛期暴雨的不同中尺度对流天气特征；刘蕾等[11]指出，低空急流强盛有利于大气中低层水汽的输送和MCS的触发；郑媛媛等[12]认为，对流单体的后向传播导致强回波在区域保持相对静止状态，造成中尺度系统MCS发展活跃；陈静静等[13]研究发现，地面辐合线的加强有助MCS的发展成熟。

但是，针对华南的某个市县的中尺度对流系统MCS研究比较少，玉林当地的分析更少，无法满足市县的精细化气象服务的需要。2016年5月19日20时—20日20时，玉林出现了特大暴雨（见图1），209个气象观测站出现8站特大暴雨、116站大暴雨、75站暴雨，暴雨率达95.2%，最大降雨量为平政镇387 mm，7个县（市）12.3万人受灾，农作物受灾面积3836 hm2，导致幼穗期的早稻严重失收、菜秧烂根、荔枝龙眼的幼果发育迟缓，造成经济损失20.8万元。此次前汛期暴雨过程雨强之大、农业受灾之重，是很罕见的，有必要对此进行深入的中尺度对流系统MCS研究分析，探讨其触发机制，以期预报员以后遇到类似的天气形势时，可以更好地把握天气、提前预报，为提高防灾减灾能力、减轻灾害损失提供参考依据。

图1 5月19日20时—20日20时降水图（单位：mm）

1 大尺度环流演变特征

1.1 高空槽

大尺度环流背景为中尺度天气系统MCS的发生发展提供引导的环流条件[14-15]。从5月第4候500 hPa平均高度场（16日—20日滑动平均）（见图2）可以看出，高纬度环流呈“两槽一脊”：亚洲东岸和东西伯利亚一带有很深的大槽，它们之间有一个强大阻塞高压，位于的乌拉尔山附近，西风槽从贝加尔湖以西不断分裂、南下扰动，高原槽异常活跃，且这段时期，副热带高压呈东西带状分布，与历史同期相比，脊线位于18°N更强更偏南，容易引导海上暖湿空气到玉林地区辐合，易诱发暴雨等灾害性天气。5月20日08时500 hPa形势图（图略）可见，青藏高原不断有小扰动生成，有此形势有利于短波槽东移发展为湖北—湖南—广西一带的很深的高空槽，槽前正涡度平流，有利于上升运动。同时，120°E以西有副热带高压呈东西走向，主体稳定控制华南沿海一带和南海，脊线位于北纬18°附近，玉林位于副高西北侧，其西北侧暖湿气流与高空槽配合为暴雨的发生提供有利的触发条件。

图2 500 hPa平均高度场（单位：10gpm）（黑线为16—20日滑动平均，红线为历史平均）

1.2 高低空急流

对比2016年5月19日20时—20日08时的高低空风场形势图（见图3）可见：5月19日20时，200 hPa高空有急流存在，位于贵州和广西一带，玉林上空急流达30 m/s；850 hPa湖南与广西相交处上空有西南低涡存在，近海的西南气流加强，华南一带的急流建立，玉林上空为西南急流，强度达12 m/s。20日08时开始，随着切变线南压，850 hPa西南急流在低层形成气旋性涡度，玉林位于西南低空急流的右方，其上空深厚的暖空气加强了反气旋环流；200 hPa高空急流仍维持强辐散，与低层急流耦合着，玉林位于高空急流西南侧的入口区，MCS在高空急流入口区引起的次级环流上升区加强，有抽吸作用，利于MCS的发展，暴雨区出现在低空急流入口的左侧玉林一带。

图3 19日20时—20日08时高低空风场图（单位：m/s）

2 动力场分析

图4 19日20时—20日20时涡度剖面图（单位：10-5/s）强降水区(110°N、22.5°E)

图5 19日20时—20日20时散度剖面图（单位：10-5/s）强降水区(110°N、22.5°E)

暴雨的发展和MCS的维持，离不来动力抬升作用以及对流不稳定的释放[16]，玉林区域(110°N、22.5°E)的24 h暴雨率达95.2%，其上空必有很强的动力场维持：19日20时—20日20时的涡度剖面图（见图4）有很好地反演：19日20时降水开始时，正涡度区位于高层(200～400 hPa)，最大值为4×10-5/s，玉林低层400 hPa以下处于负涡度区，玉林普降小雨，雨势不明显；20日05时开始到14时，随着正涡度中心由250 hPa不断下移，一直下移到850 hPa，中心强度不断增大到14×10-5/s，低层强烈辐合，而高层的负涡度中心也由150 hPa下移到400 hPa，达-4×10-5/s，将不稳定能量输送到中低层，此时玉林出现强降雨天气。散度剖面图（见图5）显示：20日05时—14时，高层出现强辐散中心，由对流层的中部向上部伸展，维持在500 hPa以上，达8×10-5/s；低层出现较强辐合中心，一直从中层500 hPa延伸到低层925 hPa，达-6×10-5/s，强烈的高层辐散配合低层辐合，抽吸作用利于动力抬升，玉林此时段普降暴雨到大暴雨，局部特大暴雨。

3 水汽场分析

充沛的水汽供应是强降水维持、MCS触发的必要条件。作20日08时的850 hPa水汽通量流场图（见图6）可以发现：这次过程存在的主要水汽通道是一条从印度洋经中南半岛到广西沿海北部湾，玉林处在水汽通量最大值区，达20 g/(cm·hPa·s)以上，西南急流把海上的水汽源源不断地提供到玉林上空。以强降水区（玉林110°N、22.5°E）为定点，分析中低层的水汽通量散度的剖面图（见图7）：强降水发生时（20日05时—14时），1000～850 hPa为水汽强辐合区，最大水汽通量散度为-10×10-6g/(cm·hpa·s)，位于925 hPa，低层水汽条件充足，为暴雨的持续提供了必要条件。14时后，水汽通量散度的幅合区逐渐减弱，20时，水汽辐合区离开玉林上空，降雨结束。

图6 20日08时 850 hPa水汽通量流场图（单位：g/(cm·hPa·s)）

图7 19日20时—20日20时水汽通量散度时间剖面（单位：10-6g/(cm·hPa·s)）强降水区（110°N，22.5°E）

4 中尺度对流系统分析

4.1 卫星云图TBB资料分析

中尺度对流系统MCS是暴雨的直接影响系统[17-18]，从20日0时—20时的FY2E卫星云图的TBB反演（见图8），可以看出此过程的MCS特征很明显：20日0时，玉林上空云量较少，对流云团位于桂北一带。20日06时，随着850 hPa切变线南压，对流云团南移到广西中部，玉林上空有薄积雨云生成，云顶黑体亮温TBB达-30℃，此后，大片对流云团继续南移到玉林，其对流云顶温度越来越低，MCS发展活跃，10时，大片对流云团维持在玉林一带，云团内不断有MCS对流云团生成，并不断发展，范围扩大，云顶黑体亮温TBB≤-60℃的对流积雨云覆盖整个玉林，强降水出现在TBB梯度较大区域，玉林普降暴雨。20日14时后，对流云团逐渐东移出广西，向广东方向发展，玉林的云顶黑体亮温TBB升至-30℃，MCS逐渐消散，雨势明显减弱，20时后，玉林上空只有少许线状云，此强降水过程结束。TBB资料能够很好地反映这次特大暴雨过程中MCS的发生发展和消亡：MCS出现在对流云团中心和TBB梯度大的区域。

4.2 多普勒雷达回波反演

多普勒雷达是探测降水、分析中尺度对流系统的主要手段之一，实时的雷达图像能提供了有关强对流天气的丰富信息[19-20]。分析玉林多普勒雷达反射率因子图（见图9）得：20日0时，玉林上空只有零星的絮状回波；20日6时，飑线位于玉林西北部的贵港一带，少许带状回波在玉林（强度约为10 dBz）；20日8时，随着850 hPa切变线南压和西南急流加强，本市西北部有EW向宽广的飑线，强度为30～45dBz，中尺度对流系统MCS不断发展；到了10时，飑线继续缓慢南压到玉林南部一带，MCS内超级单体不断加强,梯度变大，最大值达50 dBz，非常有利于强降水发生；14时后，中尺度对流系统MCS减弱，强回波区渐渐移出本地，玉林上空为层状回波覆盖，强度减弱到20 dBz；20时后，回波减弱消失，玉林强降水趋于结束。

5 结论与讨论

5月是华南主汛期，2016年这段时期（5月第4候）偏南偏强的副热带高压是引起“520特大暴雨”的直接原因。脊线位于18°N更强更偏南，容易引导海上暖湿空气到玉林地区辐合，易诱发暴雨等灾害性天气。

此520特大暴雨过程的MCS特征为：

（1）高纬度环流呈“两槽一脊”，不断分裂东移的高空槽和副热带高压西北侧暖湿气流的配合。（2）高层强辐散与低层强辐合的耦合，有抽吸作用，MCS在高空急流入口区引起的次级环流上升区加强，切变线南压触发MCS内的对流不稳定。

图8 FY2E卫星云图的TBB反演（单位：℃）

图9 多普勒雷达反射率图（单位：dBz）

（3）玉林上空有明显的水汽辐合，通过大规模的西南急流源源不断地输送至玉林上空，水汽条件充足。

（4）MCS出现在对流云团中心和TBB梯度较大区域，对暴雨落区有很好的指示作用。

本研究对华南前汛期的区域性特大暴雨的MCS机制的进一步分析，结合天气背景、环流场、云图和雷达回波，总结出此类暴雨的MCS特征，降低其对农业的影响。此次降水过程是由中尺度对流系统MCS造成的，具有雨强大，范围广，致灾严重的特点，农业生产中，特大暴雨造成玉林幼穗期的早稻严重失收、菜秧烂根、荔枝龙眼的幼果发育迟缓，这与玉林当地的地形有关，玉林地处南岭一带，有大容山等山脉，迎风坡容易带来强降水，在今后的预报服务中，应与国土局、水利局等部门更密切合作，关注迎风坡的降水，做好防灾减灾工作。

前汛期的强对流天气一直是预报的重点和难点，区域性的特大暴雨的MCS特征和成因不局限于此，在今后的工作中，以期通过高分辨率的中尺度模式（例如，WRF模式等），加入地形进行模拟，进一步精细化研究分析MCS机制并建立预报模型，以更深入探讨，力求更好地提高预报率，把大暴雨给农业带来的灾害降到最低。

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A Torrential Rain in Yulin in 2016:MCS Triggering Mechanism and Its Impact on Agriculture

Lin Baoting,Lu Qiulin,Chen Minglu,Su Weixuan
(Yulin Meteorological Bureau,Yulin 537000,Guangxi,China)

The paper aims to explore the premature rice crop failure,vegetable seedling rotted root,and the growth retardation of litchi and longan during young spike period caused by the torrential rain in Yulin on May 20,2016.Based on NCEP 1°×1°global objective analysis data,conventional meteorological data,TBB from FY2E infrared cloud and Doppler radar data,the authors analyzed the heavy rainstorm mesoscale system(MCS)and dynamic mechanism.The results showed that:(1)heavy rainstorm occurred in the“two slots and one ridge”under the large circulation background,the combination of the eastward flow and the warm and humid air flow in the northwest side of the subtropical high pressure provided a favorable circulation background for MCS;(2)the coupling of the high-level strong divergence and the low-level convergence was favorable to the vertical uplift and the occurrence of the MCS;the rainstorm occurred at the right side of the low-level jet entrance;(3)there was a clear convergence of water vapor over Yulin,providing sufficient water vapor,which allowed the MCS to maintain;(4)MCS occurred at the center of the convective cloud,i.e.the area with larger gradient of TBB.The above reasons for Yulin large-scale heavy rain weather led to heavy loss of early rice crop and other heavy agricultural disasters.This article intends to summarize the experience to better grasp the background of similar weather pattern and offer a reference for disaster prevention and mitigation.

Torrential Rain;MCS;Triggering Mechanism

P458.2

A论文编号：cjas17090019

广西玉林市气象局项目“多普勒雷达资料在暴雨临近预报的应用”(201603)。

林宝亭，女，1986年出生，广西博白人，工程师，本科，主要从事短期天气预报分析和研究。通信地址：537000广西玉林市气象局人民东路169号，Tel：0775-2683459，E-mail：baoting86@163.com。

2017-09-27，

2017-11-02。