[科普中国]-中尺度对流系统

定义

中尺度对流系统，简称MCS(Mesoscale Convective System)，是造成暴雨 、冰雹 、雷雨大风和龙卷等灾害性天气的重要系统。1中尺度对流系统由对流单体、多单体风暴和超级单体风暴以各种形式组织而成 ，包括飑线和中尺度对流复合体，水平尺度在2-2500 km。

特征MacGorman 等2提出 ，MCS 是一群与环境相互作用并能改变环境的风暴群且随后产生比单个风暴更大的长生命系统。Houze3用云图特征将 MCS 描述为包含对流核的云结构，它沿某一方向伸展大约 100 km，形成一普遍降水区域。Schumacher4用雷达反射率因子资料定义 MCS，即对流系统的反射率因子≥40 dBz 区域，其范围>100 km，持续时间 3～24 h。

大多数气象学家认为1，MCS 在其生命周期里包含一定程度对流发展的结构，这一结构可能是有组织的线状或准圆形，也可能是无组织的，但均能产生强降水。其动力特征主要表现为：1) 由对流区和层状区两部分组成；2) 与MCS 相联系的环流不仅影响中小尺度背景场，还影响大尺度环境场；3) 普遍存在有利于新单体再生的阵风锋，而阵风锋与下沉气流产生的冷丘有关。

分类根据 MCSs 的组织形状、单体和系统的移动特征，可将 MCSs 归纳为三种类型，其结果见表 11。

表1中尺度对流系统(MCSs)的分类

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时空分布全球Velasco、Miller 和Laing 等5对南北美洲 、西太平洋、非洲和亚洲等全球范围的 MCCs 普查表明，各地MCCs（MCCs是指中尺度对流复合体，仅为MCSs中的很小部分）特征相似，一般在陆地上形成 ，最易发生在大山脉背风坡(东侧)，平均维持时间 9～11.5 h，覆盖范围(2～3)×105km，朝低层高相当位温气流中传播 ；MCC 具有明显的夜发性，即形成于地方时 20—23 时，在03—05时达最大，在 07—09 时消散；不同地区 MCCs 的移动方向有差异，如北非 MCCs 大多向西南偏西方向移动，在非洲南部朝东北和北两个方向移动。

中国马禹6等用 1993—1995 年GMS 卫星逐时红外云图数值资料，对我国和邻近地区的中尺度对流系统做了全面普查。我国 MCS 具有明显的地理分布特征（图1）。

从图 1中可见，我国的 MαCS、MβCS 分布形态基本一致，35°N 以南 100°—110°E 之间西南地区及其毗邻的越南北部是 MαCS 发生最多区域，在 110°E 以东40°—28°N 之间黄河和长江中下游地区及其东部沿海也有一片 MαCS 集中区。两个 MCS 中心，其一在江淮流域，其二在北部湾北岸，MαCS 的江淮中心比 MβCS的偏东约 500 km，说明前者是边发展边东移，其发展到 α尺度进入盛期时自然偏东；此外，青藏高原东部多 MαCS，极少 MβCS，而在湖南附近正好相反。

多数 MαCSs 和MβCSs 在午后形成(15—17 BST，北京时)，但MαCS 在夜间(21—23 BST)还有一更明显的高峰，而 MβCSs 在夜间(01 BST)仅一很小峰值，说明 MαCS 的夜发性明显。MβCSs 在形成后 2h 就可成熟 (面积达到最大)， 而在午后形成的 MαCS 要3～4 h后成熟，比 MβCSs 需时要长。夜间形成的 MαCS 要7～8 h 后才成熟，成熟后的 MαCS 和MβCSs 一般可维持 2～4h。 MαCS 和MβCSs 的生命史分别为 7～8、5～6 h，即较大尺度的 MCSs 生命史也较长。

生成环境条件MCCs从 MCCs 地理位置分布看，国内外研究均表明，MCCs 最活跃区域一般位于大山脉下游 ，特别是高温高湿的低空急流前方。从气候背景看，我国黄河和长江中下游地区类似于北美中纬度平原地区，都具备MCCs 发生的有利条件。

线状 MCSsBluesteint 等7对北美地区许多飑线个例的探空观测进行统计分析，总结出中纬度飑线最重要的环境特征：一是大尺度环境对流层为位势不稳定的，即存在很大的对流有效位能；二是平均风的最大垂直切变在低层，切变向量在顺时针方向偏离飑线 45°左右。

发生实例国家气候中心的统计结果表明，在1954、1969、1980、1991、1996、1998、1999、2003、2007 年，我国先后发生特大暴雨洪涝，给国民经济和人民生命财产造成重大损失；特别是近10 年，暴雨洪涝平均每年给我国造成的经济损失逾千亿元，MCSs 在这些典型洪涝年暴雨事件中是主要影响系统。1具体实例如：

1993年8月4 - 5日，一次MCS过程给山东、河北、安徽和江苏数省带来特大暴雨，最大降水量高达540mm。8

2005年7月21日夜间到24日，华北地区出现了一次较强的大到暴雨天气过程。22日08时～ 24日08时（北京时，下同），华北地区共有100多个县（市）雨量超过50 mm，其中33个县（市）雨量超过100 mm，4个县（市）雨量超过200 mm。河北定州雨量最大，达329. 2 mm；河北饶阳和南乐雨量次之，分别为226. 1 mm和218. 1 mm（图3）。此次暴雨过程持续时间长,影响范围广，降水集中，部分地区出现了严重的洪涝灾害。9