2016-2017年我国中东部地区中尺度对流系统引发暴雨事件的统计特征和个例研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mengzi_2008
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在我国中东部地区的天气事件中,中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)引发的暴雨事件往往突发性强、雨量较大。在全球气候变化的背景下,其对人们生产生活的影响日益凸显,因此此类事件一直是我国气象研究的重点。本文首先依据引发降水的天气系统,对2016-2017年我国中东部地区的暴雨事件进行分类统计。在此基础上,详细分析了各类MCS型暴雨事件的时空分布特征,并研究了发生频次最多、平均持续时间最长的多MCS型事件的形成环境。其次,针对2016年7月17-18日湘赣闽地区一次典型的多MCS型暴雨事件,重点分析了降水过程各个阶段MCS的触发和维持机制。主要结论如下:(1)2016-2017年,我国中东部地区共发生204例暴雨事件,根据产生降水的天气系统可将其分为四大类型:天气尺度型、MCS型、小尺度风暴型和无匹配型。由引发暴雨事件的MCS的组织结构和运动特征,MCS型暴雨事件又分为先导层状MCS型、平行层状MCS型、尾随层状MCS型、邻近层状MCS型、准静止后向建立MCS型、无组织MCS型和多MCS型。总体来看,天气尺度型暴雨事件的发生频率最高。其中,低涡/切变线比具有锋面的环境更容易引发暴雨事件。在MCS型暴雨事件中,多个MCS共同影响产生的事件最为常见。(2)我国中东部的MCS型暴雨事件主要集中在华南沿海地区、长江以南地区、长江下游地区和黄淮流域地区。其中,多MCS型是华南和长江中游地区主要的MCS暴雨事件类型。MCS型暴雨事件多发生在4月至10月,其中7月发生频次最多。春季到夏季,事件的多发区域从南到北推移,并在秋季回到华南地区。从日变化的角度来看,许多MCS型暴雨事件发生在当地时间的下午至傍晚,降水在午后左右达到旺盛,并在天黑之前结束。相对而言,多MCS型事件的降水能够在一天内更多的时次开始、旺盛和结束。MCS型事件的各子类别中,多MCS型事件的极端降水持续时间更长。(3)在所有MCS型暴雨事件中,多MCS型事件的频次最多、平均持续时间最长。依据最大小时雨强在降水生命期中的位置,可将其分为早期旺盛型和晚期旺盛型两类。分别研究两种类型暴雨事件的形成环境发现,二者均发生在850h Pa具有较强的低空西南急流、降水中心位置处呈现正涡度平流的环境中。然而,两种类型事件的上升运动、降水发生时的空气湿度和不稳定条件却有较大差异。其中,早期旺盛型暴雨事件发生之前,降水中心位置附近有明显的水汽辐合和更高的假相当位温(θse)梯度,而晚期旺盛型发生前,降水中心位置处西南急流的南风分量更强、θse较高。此外,早期旺盛型暴雨事件具有更加明显的湿度条件,大气不稳定潜势更强,抬升凝结高度较低。由此可见,早期旺盛型暴雨事件是由前期环境的上升运动和暖湿特征所引起,而晚期旺盛型的产生则与事件发生后的暖湿气流输送有关。(4)对2016年7月17-18日发生在湘赣闽地区的暴雨事件研究表明,降水是在西太副高东撤、高空短波槽东移、中低层切变线维持的大尺度背景下,配合925h Pa到500h Pa间中尺度辐合作用,以及200h Pa高空强辐散的抽吸作用产生。降水过程中主要有四个阶段性的MCS活动。对流的后向建立和邻近层状的动态结构是降水初期MCS发展和组织的主要方式,而晚期旺盛降水阶段MCS的组织形式则为准平行层状型。早期旺盛降水阶段MCS发展过程中雨带组织化增强,呈现邻近层状型特征,而降水后期MCS的发展最初表现为显著的对流单体后向建立,后期则以雨带的分裂与新生为主。各个阶段MCS的触发和维持机制各有差异:边界层辐合上升是降水初期MCS的主要触发机制,对流降水蒸发冷却形成的近地面冷池对MCS的组织和维持起重要作用。晚期旺盛降水阶段MCS的触发与大气环境、地形抬升和第一阶段冷池出流有关,低层切变线附近气流辐合产生的上升运动触发不稳定能量释放,使得系统得以维持。前两个阶段MCS发展后期,对流降水蒸发形成的冷池不断推移,抬升偏南气流到达自由对流高度,触发第三阶段MCS。对流启动后,冷池出流边界向东南方向移动,持续触发新的单体。降水后期的MCS在西南暖湿气流加强的环境中形成,暖湿空气抬升触发不稳定能量释放是系统维持的关键因素。
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