2016年“520特大暴雨”的MCS觸發機制分析及其對玉林農業影響

林寶亭，陸秋霖，陳明璐，蘇尉宣

（玉林市氣象局，廣西玉林537000）

2016年“520特大暴雨”的MCS觸發機制分析及其對玉林農業影響

林寶亭，陸秋霖，陳明璐，蘇尉宣

（玉林市氣象局，廣西玉林537000）

為了探討廣西玉林2016年5月20日出現的特大暴雨，導致幼穗期的早稻嚴重失收、菜秧爛根、荔枝龍眼的幼果發育遲緩的成因。利用NCEP 1°×1°全球客觀分析資料、常規氣象資料，以及FY2E衛星云圖的TBB反演和多普勒雷達數據，對此特大暴雨進行中尺度系統(MCS)及動力機制分析。結果表明：（1）高緯度環流呈“兩槽一脊”，不斷分裂東移的高空槽和副熱帶高壓西北側暖濕氣流的配合，為玉林特大暴雨中MCS產生提供有利的環流背景；（2）高層強輻散與低層強輻合的耦合，有抽吸作用，利于MCS的發展，暴雨區出現在低空急流入口的左側玉林一帶；（3）玉林上空有明顯的水汽輻合，充足的水汽條件使MCS得以維持；（4）MCS出現在對流云團中心和TBB梯度較大區域。以上原因造成玉林大范圍特大暴雨天氣，導致幼穗期的早稻嚴重失收、農業受災重。擬總結經驗，以期今后遇到類似的天氣形勢時，可以更好把握天氣，提早預報，為防災減災提供參考依據。

特大暴雨；中尺度對流系統MCS；觸發機制

0 引言

玉林是廣西主要糧食生產基地，廣泛種植有水稻、甘蔗等農作物，近年引進臺灣火龍果、樹棉等優質作物。玉林地處廣西桂東南一帶，具有亞熱帶季風氣候，地勢北高南低，氣候溫暖潮濕，年降水量為1726.7 mm，降水日為165天，是全國降水量比較多的地區之一，常有暴雨災害發生。暴雨災害危害很大，尤其是華南前汛期的5月暴雨，具有來勢猛，范圍廣，強度大，災害嚴重等特點，而此時正是華南水稻的幼穗期、熱帶水果的幼果發育期，短時強降水導致雨水不能迅速排泄，造成農田積水嚴重，產量銳減，給當地的農業帶來很大影響。

前汛期暴雨一直是預報的重點和難點[1-3]，國內很多學者對前汛期暴雨做了研究。丁一匯[4]、朱乾根[5]、李向紅[6]已取得諸多成果，而中尺度對流系統MCS的發生發展也是一個不容忽視的影響因素[7-9]；陶詩言等[10]根據垂直不穩定能量分析出華南前汛期暴雨的不同中尺度對流天氣特征；劉蕾等[11]指出，低空急流強盛有利于大氣中低層水汽的輸送和MCS的觸發；鄭媛媛等[12]認為，對流單體的后向傳播導致強回波在區域保持相對靜止狀態，造成中尺度系統MCS發展活躍；陳靜靜等[13]研究發現，地面輻合線的加強有助MCS的發展成熟。

但是，針對華南的某個市縣的中尺度對流系統MCS研究比較少，玉林當地的分析更少，無法滿足市縣的精細化氣象服務的需要。2016年5月19日20時—20日20時，玉林出現了特大暴雨（見圖1），209個氣象觀測站出現8站特大暴雨、116站大暴雨、75站暴雨，暴雨率達95.2%，最大降雨量為平政鎮387 mm，7個縣（市）12.3萬人受災，農作物受災面積3836 hm2，導致幼穗期的早稻嚴重失收、菜秧爛根、荔枝龍眼的幼果發育遲緩，造成經濟損失20.8萬元。此次前汛期暴雨過程雨強之大、農業受災之重，是很罕見的，有必要對此進行深入的中尺度對流系統MCS研究分析，探討其觸發機制，以期預報員以后遇到類似的天氣形勢時，可以更好地把握天氣、提前預報，為提高防災減災能力、減輕災害損失提供參考依據。

圖1 5月19日20時—20日20時降水圖（單位：mm）

1 大尺度環流演變特征

1.1 高空槽

大尺度環流背景為中尺度天氣系統MCS的發生發展提供引導的環流條件[14-15]。從5月第4候500 hPa平均高度場（16日—20日滑動平均）（見圖2）可以看出，高緯度環流呈“兩槽一脊”：亞洲東岸和東西伯利亞一帶有很深的大槽，它們之間有一個強大阻塞高壓，位于的烏拉爾山附近，西風槽從貝加爾湖以西不斷分裂、南下擾動，高原槽異常活躍，且這段時期，副熱帶高壓呈東西帶狀分布，與歷史同期相比，脊線位于18°N更強更偏南，容易引導海上暖濕空氣到玉林地區輻合，易誘發暴雨等災害性天氣。5月20日08時500 hPa形勢圖（圖略）可見，青藏高原不斷有小擾動生成，有此形勢有利于短波槽東移發展為湖北—湖南—廣西一帶的很深的高空槽，槽前正渦度平流，有利于上升運動。同時，120°E以西有副熱帶高壓呈東西走向，主體穩定控制華南沿海一帶和南海，脊線位于北緯18°附近，玉林位于副高西北側，其西北側暖濕氣流與高空槽配合為暴雨的發生提供有利的觸發條件。

圖2 500 hPa平均高度場（單位：10gpm）（黑線為16—20日滑動平均，紅線為歷史平均）

1.2 高低空急流

對比2016年5月19日20時—20日08時的高低空風場形勢圖（見圖3）可見：5月19日20時，200 hPa高空有急流存在，位于貴州和廣西一帶，玉林上空急流達30 m/s；850 hPa湖南與廣西相交處上空有西南低渦存在，近海的西南氣流加強，華南一帶的急流建立，玉林上空為西南急流，強度達12 m/s。20日08時開始，隨著切變線南壓，850 hPa西南急流在低層形成氣旋性渦度，玉林位于西南低空急流的右方，其上空深厚的暖空氣加強了反氣旋環流；200 hPa高空急流仍維持強輻散，與低層急流耦合著，玉林位于高空急流西南側的入口區，MCS在高空急流入口區引起的次級環流上升區加強，有抽吸作用，利于MCS的發展，暴雨區出現在低空急流入口的左側玉林一帶。

圖3 19日20時—20日08時高低空風場圖（單位：m/s）

2 動力場分析

圖4 19日20時—20日20時渦度剖面圖（單位：10-5/s）強降水區(110°N、22.5°E)

圖5 19日20時—20日20時散度剖面圖（單位：10-5/s）強降水區(110°N、22.5°E)

暴雨的發展和MCS的維持，離不來動力抬升作用以及對流不穩定的釋放[16]，玉林區域(110°N、22.5°E)的24 h暴雨率達95.2%，其上空必有很強的動力場維持：19日20時—20日20時的渦度剖面圖（見圖4）有很好地反演：19日20時降水開始時，正渦度區位于高層(200～400 hPa)，最大值為4×10-5/s，玉林低層400 hPa以下處于負渦度區，玉林普降小雨，雨勢不明顯；20日05時開始到14時，隨著正渦度中心由250 hPa不斷下移，一直下移到850 hPa，中心強度不斷增大到14×10-5/s，低層強烈輻合，而高層的負渦度中心也由150 hPa下移到400 hPa，達-4×10-5/s，將不穩定能量輸送到中低層，此時玉林出現強降雨天氣。散度剖面圖（見圖5）顯示：20日05時—14時，高層出現強輻散中心，由對流層的中部向上部伸展，維持在500 hPa以上，達8×10-5/s；低層出現較強輻合中心，一直從中層500 hPa延伸到低層925 hPa，達-6×10-5/s，強烈的高層輻散配合低層輻合，抽吸作用利于動力抬升，玉林此時段普降暴雨到大暴雨，局部特大暴雨。

3 水汽場分析

充沛的水汽供應是強降水維持、MCS觸發的必要條件。作20日08時的850 hPa水汽通量流場圖（見圖6）可以發現：這次過程存在的主要水汽通道是一條從印度洋經中南半島到廣西沿海北部灣，玉林處在水汽通量最大值區，達20 g/(cm·hPa·s)以上，西南急流把海上的水汽源源不斷地提供到玉林上空。以強降水區（玉林110°N、22.5°E）為定點，分析中低層的水汽通量散度的剖面圖（見圖7）：強降水發生時（20日05時—14時），1000～850 hPa為水汽強輻合區，最大水汽通量散度為-10×10-6g/(cm·hpa·s)，位于925 hPa，低層水汽條件充足，為暴雨的持續提供了必要條件。14時后，水汽通量散度的幅合區逐漸減弱，20時，水汽輻合區離開玉林上空，降雨結束。

圖6 20日08時 850 hPa水汽通量流場圖（單位：g/(cm·hPa·s)）

圖7 19日20時—20日20時水汽通量散度時間剖面（單位：10-6g/(cm·hPa·s)）強降水區（110°N，22.5°E）

4 中尺度對流系統分析

4.1 衛星云圖TBB資料分析

中尺度對流系統MCS是暴雨的直接影響系統[17-18]，從20日0時—20時的FY2E衛星云圖的TBB反演（見圖8），可以看出此過程的MCS特征很明顯：20日0時，玉林上空云量較少，對流云團位于桂北一帶。20日06時，隨著850 hPa切變線南壓，對流云團南移到廣西中部，玉林上空有薄積雨云生成，云頂黑體亮溫TBB達-30℃，此后，大片對流云團繼續南移到玉林，其對流云頂溫度越來越低，MCS發展活躍，10時，大片對流云團維持在玉林一帶，云團內不斷有MCS對流云團生成，并不斷發展，范圍擴大，云頂黑體亮溫TBB≤-60℃的對流積雨云覆蓋整個玉林，強降水出現在TBB梯度較大區域，玉林普降暴雨。20日14時后，對流云團逐漸東移出廣西，向廣東方向發展，玉林的云頂黑體亮溫TBB升至-30℃，MCS逐漸消散，雨勢明顯減弱，20時后，玉林上空只有少許線狀云，此強降水過程結束。TBB資料能夠很好地反映這次特大暴雨過程中MCS的發生發展和消亡：MCS出現在對流云團中心和TBB梯度大的區域。

4.2 多普勒雷達回波反演

多普勒雷達是探測降水、分析中尺度對流系統的主要手段之一，實時的雷達圖像能提供了有關強對流天氣的豐富信息[19-20]。分析玉林多普勒雷達反射率因子圖（見圖9）得：20日0時，玉林上空只有零星的絮狀回波；20日6時，颮線位于玉林西北部的貴港一帶，少許帶狀回波在玉林（強度約為10 dBz）；20日8時，隨著850 hPa切變線南壓和西南急流加強，本市西北部有EW向寬廣的颮線，強度為30～45dBz，中尺度對流系統MCS不斷發展；到了10時，颮線繼續緩慢南壓到玉林南部一帶，MCS內超級單體不斷加強,梯度變大，最大值達50 dBz，非常有利于強降水發生；14時后，中尺度對流系統MCS減弱，強回波區漸漸移出本地，玉林上空為層狀回波覆蓋，強度減弱到20 dBz；20時后，回波減弱消失，玉林強降水趨于結束。

5 結論與討論

5月是華南主汛期，2016年這段時期（5月第4候）偏南偏強的副熱帶高壓是引起“520特大暴雨”的直接原因。脊線位于18°N更強更偏南，容易引導海上暖濕空氣到玉林地區輻合，易誘發暴雨等災害性天氣。

此520特大暴雨過程的MCS特征為：

（1）高緯度環流呈“兩槽一脊”，不斷分裂東移的高空槽和副熱帶高壓西北側暖濕氣流的配合。（2）高層強輻散與低層強輻合的耦合，有抽吸作用，MCS在高空急流入口區引起的次級環流上升區加強，切變線南壓觸發MCS內的對流不穩定。

圖8 FY2E衛星云圖的TBB反演（單位：℃）

圖9 多普勒雷達反射率圖（單位：dBz）

（3）玉林上空有明顯的水汽輻合，通過大規模的西南急流源源不斷地輸送至玉林上空，水汽條件充足。

（4）MCS出現在對流云團中心和TBB梯度較大區域，對暴雨落區有很好的指示作用。

本研究對華南前汛期的區域性特大暴雨的MCS機制的進一步分析，結合天氣背景、環流場、云圖和雷達回波，總結出此類暴雨的MCS特征，降低其對農業的影響。此次降水過程是由中尺度對流系統MCS造成的，具有雨強大，范圍廣，致災嚴重的特點，農業生產中，特大暴雨造成玉林幼穗期的早稻嚴重失收、菜秧爛根、荔枝龍眼的幼果發育遲緩，這與玉林當地的地形有關，玉林地處南嶺一帶，有大容山等山脈，迎風坡容易帶來強降水，在今后的預報服務中，應與國土局、水利局等部門更密切合作，關注迎風坡的降水，做好防災減災工作。

前汛期的強對流天氣一直是預報的重點和難點，區域性的特大暴雨的MCS特征和成因不局限于此，在今后的工作中，以期通過高分辨率的中尺度模式（例如，WRF模式等），加入地形進行模擬，進一步精細化研究分析MCS機制并建立預報模型，以更深入探討，力求更好地提高預報率，把大暴雨給農業帶來的災害降到最低。

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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論文編號：cjas17090019

廣西玉林市氣象局項目“多普勒雷達資料在暴雨臨近預報的應用”(201603)。

林寶亭，女，1986年出生，廣西博白人，工程師，本科，主要從事短期天氣預報分析和研究。通信地址：537000廣西玉林市氣象局人民東路169號，Tel：0775-2683459，E-mail：baoting86@163.com。

2017-09-27，

2017-11-02。