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东北地区是中国的主要粮食产地之一,夏季其处于副热带高压的西北侧,常常有暴雨、冰雹、龙卷等灾害性强对流天气出现,给工、农业生产和人们生活带来严重影响。研究表明,MCC作为中国东北地区夏季暴雨系统之一,同这些灾害天气密切相关。本研究从FY2-C卫星云图的普查着手,对中国东北地区MCC的时空分布特征,演变过程中两种不类型MCC的云图特征进行了考察。在此基础上,对第二型MCC的典型个例发生的环境背景进行了较详实的分析,并考察了湿位涡和准地转Q矢量与MCC及所产生的强对流天气的关系,得到的结论不但可以帮助我们进一步认识MCC暴雨云团这样一种卫星观测到的现象,而且可以直接将研究结果应用于预报业务中,这对于提高暴雨和强对流天气的预报能力,防灾减灾都具有十分重要的意义。
研究表明,东北地区MCC的平均生命史与美洲及中国南方相似。其集中出现在盛夏季节,位置则处于副高的西北侧。空间分布上其形成主要是在大兴安岭附近,而吉林东部和辽宁则很少有MCC出现。MCC≤-52℃的云顶气温范围比我国南方的MCC平均要大,而其最低气温普遍在-64℃以下,可见东北地区的MCC是可以穿越对流层顶成为强对流云系,其出现总是伴随着雷暴及其他强对流、强灾害天气。
中国东北地区的MCC的演变过程中云团有两种不同的表现形式:一是由一个强大的对流单体为MCC的中心,维持足够长的时间,并向前移动;二是由两个或两个以上的对流云团作为MCC的中心,不断出现新的对流云团替代衰老的对流云团,MCC的运动由云团的移动和传播共同产生。第二型MCC发展过程中由于不断有新的对流云团的加入,因而维持时间更长,影响范围也更广。无论哪种类型的MCC,其发展阶段云顶温度最低,冷云盖面积扩大的地方等温线密集,反映了MCC在发展阶段具有陡峭的云体边界。红外云团云顶亮温等值线的分析方法对天气具有很好的指示意义。雷暴及中等以下降水同-52℃强中心相对应,而区域暴雨和龙卷、冰雹等强对流天气总是发生在MCC的发展阶段,云顶亮温最强时,区域则在强云顶亮温区靠近的等温线密集处。
MCC发生的环流形势场具有独特的表现:对流层高层200hPa的高度场北支槽落后于南支槽的配置所形成的弱辐散场对对流层中下层的上升运动起到促进作用。而低空急流在MCC中心形成的低层辐合抬升与高空急流的辐散相重合,形成了深厚的上升气流,促使低层暖湿空气抬升,从而释放不稳定能量,造成强对流爆发。地面鞍形场中的风切变有利于地面锋生加强,区域暴雨同锋生具有同步性。MCC带来的区域暴雨及冰雹等强对流天气出现在地面冷锋附近,随着冷锋生而加强,同样随着锋消而减弱消失。
利用准地转Q矢量对MCC发生发展时的环境场进行分析,发现锋生函数正值区与MCC的发展存在很强的正相关。Q矢量锋生函数正值区落后于MCC的主体云团,同暴雨区相对应。Q矢量辐合梯度较大的区域同MCC暴雨区也具有较好的相关性。
利用湿位涡(MPV)这一表征大气动力、热力属性及水汽作用的物理量,考察其与MCC暴雨及强对流的关系,发现湿位涡的正压项与斜压项综合反映了MCC发生区对流不稳定和斜压不稳定状况。