劉曉波，孫軍，許映龍，陳雙

(國家氣象中心，北京 100081)

1 引言

中尺度對流復合體(MCC)作為一種特殊的中尺度對流系統(tǒng)，最初是由Maddox[1]根據(jù)紅外云圖上低亮溫區(qū)域的大小和形態(tài)定義的，自此以后，我國學者對MCC 進行了大量的研究。李玉蘭等[2]對發(fā)生在西南和華南地區(qū)MCC 進行了研究，指出MCC 發(fā)生發(fā)展的天氣形勢有切變線、高空槽和低空急流等。吳芳芳等[3]研究了發(fā)生在副熱帶高壓西北側、500 hPa 東移的短波槽前、700 hPa 和850 hPa 切變線南側以及地面鋒面氣旋暖區(qū)內一次黃海之濱的MCC 多尺度結構特征。伍星贊等[4]和謝靜芳等[5]分別分析了我國華南地區(qū)和華北地區(qū)MCC 的衛(wèi)星云圖特征。馬紅等[6]和張晰瑩等[7]分析了MCC 雷達回波特征。覃丹宇等[8]研究了MCC 和一般暴雨云團發(fā)生發(fā)展的物理條件差異?？跌P琴等[9]詳細探討了我國南方MCC 演變過程中的渦度、水汽和熱量收支平衡演變特征，著重分析了中小尺度系統(tǒng)在MCC 過程中的作用?？傮w來看，我國學者對不同區(qū)域的MCC 發(fā)展的環(huán)境場、觸發(fā)機制、維持機制、垂直結構以及通過衛(wèi)星和雷達觀測到的演變特征等方面都做了深入的分析，并有了明確的認識。然而，目前關于對MCC 的研究成果基本上都是從發(fā)生在非臺風形勢下個例的研究中得出，對臺風環(huán)流內生成的MCC 研究還是比較少見。

觀測事實表明，臺風不僅具有清晰的螺旋雨帶和多邊形眼墻結構，而且雨帶和眼墻內部存在著較小尺度的深厚對流系統(tǒng)等[10]，這些深厚的對流系統(tǒng)不僅使臺風路徑發(fā)生變化[11-13]，也影響臺風眼墻及螺旋雨帶的結構和強度變化[14]。Chen 等[15]研究熱帶氣旋（TC）與東亞夏季風相互作用的兩種類型的持久雨帶對TC 大小和強度變化的影響，也指出季風環(huán)境中的TC 可能會發(fā)生與眼墻降雨分開的暴雨事件。研究表明[16]，登陸臺風中尺度對流系統(tǒng)(MCS)是造成臺風特大暴雨的主要因素。在登陸臺風暴雨研究中，多數(shù)研究臺風暴雨的MCS 的結構及其演變特征[17-20]，對于MCS 的形成發(fā)展機制研究還比較少。錢傳海等[21]研究在臺風低壓切變線以北的偏北潮濕氣流中生成發(fā)展的MCS，得出低層偏北急流造成的動力輻合效應、對流不穩(wěn)定性層結的建立是MCS 迅速發(fā)展的重要原因。孫建華等[22]對登陸臺風引發(fā)北方特大暴雨的MCS 研究得出，對流層低層的偏南風低空急流對MCS的發(fā)展具有重要作用。張艷霞等[23]對臺風移動方向左前方在臺風環(huán)流內形成的MCS 進行了研究，利用大尺度資料詳細分析了MCS 發(fā)生發(fā)展的動力和水汽條件，并進一步通過中尺度數(shù)值模擬得出MCS 東、西及北側的溫濕梯度相向發(fā)展形成的能量鋒區(qū)為MCS 的組織發(fā)展提供了環(huán)境條件和能量。然而，MCC作為MCS的一種特殊形態(tài)，以往的研究中，對臺風環(huán)流內的MCS 由于其發(fā)展強度以及持續(xù)時間達不到Maddox定義標準，明確定義為MCC 的研究不多。MCC 和熱帶風暴的聯(lián)系也有一些相關研究[24-25]，Miller 等[26]對西太平洋地區(qū)中尺度對流復合體的研究發(fā)現(xiàn)，一些在水面上移動的MCC 形成了熱帶風暴，同樣，一些熱帶風暴登陸后的殘留或低壓形成MCC。

為了進一步完整地揭示登陸臺風環(huán)流內MCC 的形成發(fā)展原因，本文通過對2020 年04 號臺風“黑格比”登陸北上后在其南側外圍螺旋雨帶上的對流云團逐漸發(fā)展成為MCC 的過程進行了分析，發(fā)現(xiàn)2020 年08 月4 日夜里到5 日上午（北京時間，下同）在15小時內浙江北部和上海大部分地區(qū)出現(xiàn)暴雨到大暴雨，局部地區(qū)特大暴雨，是由MCC 直接造成的。通過分析還發(fā)現(xiàn)原來隨著臺風一起旋轉的螺旋雨帶在MCC 形成后快速減弱消散，MCC 在源地逐漸發(fā)展加強，這種在臺風北上之后發(fā)展加強又少動的MCC 研究比較少，因此，本文重點分析MCC 的發(fā)展加強成因，以期為進一步提高臺風中尺度暴雨預報提供參考。

2 臺風與降水過程概況

2020 年第4 號臺風“黑格比”于8 月1 日20 時在臺灣以東洋面上生成，3 日14 時在東海突然加強為臺風，4日03時30分在浙江省樂清沿海登陸，登陸時近中心最大風力38 m/s（13 級），登陸后以偏北路徑越過上海同緯度，在江蘇中部進入黃海，6 日02 時停止編報（圖1a，見下頁）。臺風“黑格比”共造成浙江、上海2 ?。ㄊ校? 市30 縣（市、區(qū)）188萬人受災，直接經濟損失104.6億元。

圖1 2020年第4號臺風“黑格比”路徑（a，圖中數(shù)字表示時間，如0419表示4日19時臺風位置）和8月3日20時—5日20時（b）、8月3日20時—4日20（c）、8月4日20時—5日20時（d）長三角地區(qū)雨量大于等于10 mm分布圖（單位：mm）

臺風“黑格比”給華東沿海造成了較大范圍的暴雨天氣。從8 月3 日20 時—5 日20 時48 小時過程雨量分布來看（圖1b）,浙江沿海及上海一帶雨量普遍超過100 mm，局部地區(qū)超過250 mm，并且呈現(xiàn)兩個降水大值中心，分別位于浙江中南部和浙江北部到上海地區(qū)。進一步從3 日20 時—4 日20 時（圖1c）和4 日20 時—5 日20 時24 小時降雨量（圖1d）分布來看，浙江中南部降雨大值中心主要發(fā)生在3 日夜間到4 日白天，屬臺風本體降雨，其中24小時雨量最大值是浙江永嘉站為263 mm。而位于浙江北部和上海地區(qū)的強降雨主要發(fā)生在4 日夜間到5 日上午，24 小時最大單站降雨量為浙江平湖站314 mm，其次為上海金山站264 mm。其后衛(wèi)星云頂亮溫（TBB）分析表明，位于該時段降雨主要是由MCC 發(fā)展增強直接造成的，其降雨量和降雨強度均大于臺風本體降雨。

3 MMCCCC 發(fā)生發(fā)展及其造成的降水時間演變特征

3.1 MCC的發(fā)生發(fā)展

按照Maddox 定義標準，MCC 系統(tǒng)是指近于圓形或橢圓形的中尺度天氣系統(tǒng)，紅外溫度達-32 ℃或以下的云罩面積在105km2或以上，紅外溫度達-52 ℃或以下的冷云區(qū)面積在5×104km2或以上，且上述條件持續(xù)時間6 小時或以上，并且發(fā)展最旺盛時，其偏心率（短軸/長軸）大于0.7。從圖2 中可以看到，4 日20 時發(fā)展成為MCC 的中尺度對流云團（圖2a 箭頭所示）尺度比較小，云頂TBB值小于-32 ℃面積大約為0.3×105km2，隨后云團繼續(xù)增強，云頂TBB 值-32 ℃和-52 ℃的面積都明顯增大，5 日02 時云團（圖2d 方框區(qū)域）云頂TBB 值小于-32 ℃面積大于105km2，小于-52 ℃面積大于5×104km2，達到Maddox 的定義MCC 的面積標準。5 日04 時，云團繼續(xù)增強，其形狀接近圓形，云頂TBB 值小于-32 ℃的范圍已經到達上海的北部，5 日05—06 時，云團發(fā)展最強盛（圖2f），橢圓偏心率達到0.9 左右，其形狀更接近圓形，結構較為密實。5 日08 時開始，云團明顯減弱，形狀也變得不規(guī)則，5日10時云團北部TBB 小于-32 ℃的范圍縮小到上海南部沿海，云頂TBB值小于-32 ℃面積和-52 ℃面積不再滿足Maddox定義標準。在云團發(fā)展增強過程中，其位置穩(wěn)定少動，從生成階段到消散階段，滿足MCC 條件的生命史為8～9 h，其中心向南移動不到0.5 個緯度，屬于典型的中α 尺度MCC。從圖2 中還可以看到，MCC 是由臺風南側螺旋雨帶最東端的對流云團（圖2a 箭頭位置）逐漸發(fā)展增強的，在臺風快速向北移動的過程中，位于臺風南側的螺旋雨帶并沒有隨著臺風一起移動，而是減弱消散，但是位于螺旋雨帶最東端的對流云團卻逐漸發(fā)展成為MCC，MCC 也沒有隨著臺風移動，基本在源地向偏東方向發(fā)展增強比較明顯，這種在臺風移出后，并在其南側切變線內形成的MCC 發(fā)展增強個例的研究還是比較少見，值得進行深入研究。后面本文主要從MCC 胚胎階段（4 日20 時）、發(fā)生階段（5 日02 時）、成熟階段（5 日06 時）和消散階段（5日10時）進行分析探究其形成主要原因。

圖2 2020年8月4日20時—5日10時2小時間隔FY-4A衛(wèi)星云頂TBB分布(單位：℃)

3.2 降水時間變化特征

從上海金山和浙江平湖觀測站地面氣象要素3 小時變化看（圖3），臺風中心到達浙江北部的時間為4 日17 時前后，17—20 時之間金山和平湖站的地面氣壓最低，風向從偏東風順轉為偏南風，且風力增大，4 日20 時之后臺風中心逐漸遠離北上，這兩個站地面氣壓回升，風速明顯減少。但是，從雨量時間分布來看，在臺風臨近之前，這兩個站都只有零星小雨，3 小時雨量均不超過10 mm，隨著臺風越過同緯度北上。4 日20 時以后降雨反而明顯加強，而此時對應的MCC 初始階段的對流云團（圖2a 箭頭所示）范圍也開始快速增大，平湖站3小時雨量持續(xù)增強，到5 日08 時達到最大為99.0 mm；金山站5 日02 時3 小時雨量出現(xiàn)了減小的現(xiàn)象，也說明5 日02 時之前MCC 向北加強不明顯，之后3 小時雨量持續(xù)增大，到5 日08 時3 小時雨量同樣達到最大為95 mm，這與MCC 在5 日06 時前后發(fā)展最旺盛時段一致?？梢?，MCC 發(fā)展最強階段也是降雨強度最大時段。另外，從圖3中還可以發(fā)現(xiàn)，4 日20 時—5 日08 時12 小時內累積雨量金山站257 mm、平湖站314.2 mm，兩個觀測站均達特大暴雨級別。

圖3 上海金山(a)和浙江平湖(b)觀測站3日20時—5日20時3 h雨量（柱狀）、海平面氣壓（黑線）、10 m風（風向桿，單位：m/s，長桿表示4 m/s，短桿表示2 m/s，下同）時間變化

由此可見，這次發(fā)生在浙江北部和上海的特大暴雨過程是由MCC 直接造成的，強降雨發(fā)生發(fā)展快、強度大、降雨時段集中、累計雨量大，其總降雨量和降雨強度甚至超過臺風本體降雨，容易導致嚴重氣象災害和經濟損失。

3.3 雷達回波特征分析

圖4 給出了與圖2 對應的MCC 發(fā)生發(fā)展階段的雷達基本反射率拼圖疊加臺風路徑和過去1 h雨量（圖4a～4d）以及MCC 發(fā)生和成熟階段的基本反射率垂直剖面（圖4e～4f），4 日20 時（圖4a）位于臺風南側的螺旋雨帶上的回波也呈現(xiàn)螺旋狀，反射率因子最大值超過60 dBZ。5 日02 時在MCC的發(fā)生階段（圖4b）螺旋狀的回波西部已經減弱消散，東部回波維持，呈現(xiàn)團狀，強回波范圍略有擴大，沿圖中位于平湖到金山的強回波垂直剖面上（圖4e）反射率因子45 dBZ 以上的回波強度發(fā)展高度不超過5 km，最強回波觸及地面，過去1 小時雨量不超過30 mm；另外，位于臺風眼壁南部的蘇州到南通之間有回波明顯發(fā)展，呈現(xiàn)渦旋狀，也說明臺風對MCC 的影響在減弱。5 日06 時（圖4c）強回波位置和強度變化不大，仍然位于平湖和金山附近，但是，強回波發(fā)展高度略有增高，反射率因子45 dBZ 強度以上的回波發(fā)展高度超過5 km（圖4f），平湖過去1 小時雨量達到64 mm。此時，位于蘇州到南通的回波仍然維持，范圍擴大，發(fā)展為帶狀，也說明臺風對MCC 的引導作用是逐漸減弱的。在MCC 的消散階段（圖4d）回波強度明顯減弱，但是，位于蘇州到南通的回波明顯向東南移動，并與MCC 北部回波合并，導致上海北部的回波增強，之后，整個回波區(qū)移入東部海面逐漸減弱消散。從上述雷達反射率因子的分析發(fā)現(xiàn)，MCC形成后，降水回波主要位于臺風移動路徑的右側，45 dBZ 以上的強回波發(fā)展高度不高，在5 km 附近，回波強度最大值不超過65 dBZ。

圖4 雷達基本反射率拼圖（單位：dBZ）、小時雨量（黑色數(shù)值，單位：mm）和臺風“黑格比”路徑（a～d，紅色數(shù)值表示時間日-時，臺風強度見圖1a）；上海南匯單站雷達基本反射率垂直剖面（e～f，剖面基線為同時刻圖5b～5c中的黑線）

4 MMCCCC發(fā)生發(fā)展成因分析

4.1 環(huán)流背景

MCC 是由臺風南側螺旋雨帶上最東端的對流云團逐漸發(fā)展形成的。8 月4 日20 時（圖5a）在臺風“黑格比”東側和南側各有一條圍繞臺風中心的螺旋雨帶，雨帶上有多個對流單體，其中，在最東端位于杭州灣的對流單體（圖5a 紅色三角形）加強發(fā)展成為MCC，該對流單體位于臺風眼壁附近。此時，在500 hPa高度場上西伸到陸地并呈東西向的副熱帶高壓（簡稱副高）帶斷裂為兩環(huán)，其中，一環(huán)位于陸地上，高壓中心在安徽西部；另一環(huán)位于東部洋面上，副高中心在日本南部，副高處在增強階段，中心強度大于592 dagpm，588 dagpm線從臺風南部再次西伸至大陸。臺風在洋面上副高偏南氣流引導，穩(wěn)定地向偏北方向移動。之后，隨著臺風繼續(xù)北上，臺風南部的螺旋雨帶逐漸減弱消散，位于雨帶東端的對流單體位置少動且強度逐漸增強，該對流單體也由臺風眼壁位置轉到臺風南側的切變線內，其范圍向四周擴展，向東擴展的更為明顯些（圖略）。在8月5日06時MCC成熟階段（圖5b），500 hPa層洋面上副高西伸加強已經與陸地上的高壓合并，西風槽位于華北，位置偏北，臺風中心移到江蘇中部，MCC 位于臺風南側的切變線內。而在8 月5 日02 時和06 時MCC 發(fā)展階段的對流層高層位勢高度和風場上圖5c～5d，MCC 位于南亞高壓東部脊線附近西北氣流中，位勢高度達1 256 dagpm。

圖5 2020年8月4日20時(a)和5日06時(b)500 hPa位勢高度場（黑線，單位：dagpm）、風場（風桿，棕線為切變線，單位：m/s）、FY-4A衛(wèi)星云頂TBB分布（填色，單位：℃，三角形表示MCC中心位置）；5日02時（c）和5日06時（d）200 hPa位勢高度場（黑線）、風場（風桿，藍線為南亞高壓脊線）

總之，在MCC 發(fā)生發(fā)展過程中，由于臺風穩(wěn)定地向偏北方向移動，副高西伸增強，臺風南側的切變線的輻合抬升作用，加之對流層高層南亞高壓東部脊線附近西北氣流的輻散抽吸作用，有利于中低空大氣上升運動的增強，為MCC 的發(fā)展增強提供良好的動力抬升條件。

4.2 干冷空氣侵入及不穩(wěn)定層結

假相當位溫反映大氣的溫濕狀況，可以用來分析大氣中的能量和不穩(wěn)定狀況。從圖6 中850 hPa 層上假相當位溫(θse)和水平風場演變發(fā)現(xiàn)(圖中三角形表示MCC 中心位置)，臺風與周圍環(huán)境場的溫度和濕度差異形成了有利于MCC 發(fā)生發(fā)展的不穩(wěn)定條件。4 日20 時（圖6a）江蘇南部到浙江南部有一條西南低空急流（圖中實線箭頭），急流不斷輸送暖濕空氣形成θse的高值帶，并與臺風形成的高能區(qū)相連。在臺風西北部有兩條相對干冷空氣形成的θse低值帶，分別位于安徽的西部和江蘇中南部（圖中虛線箭頭）。此時，干冷空氣還沒有侵入MCC 生成區(qū)域，隨著臺風向北移動，兩條干冷空氣范圍內的風向逆轉為西北風，在西北風的作用下，干冷空氣逐漸移向MCC 生成區(qū)域。5 日02 時（圖6b）江蘇中部的干冷空氣已經到達MCC 西北部的外圍，在對流層低層暖濕空氣與相對干冷空氣強烈交匯，斜壓性不穩(wěn)定增強，有利于中尺度對流系統(tǒng)的發(fā)展增強。5 日06 時（圖6c）處在MCC 發(fā)展的最強階段，臺風西部的兩條干冷空氣帶，其中一條侵入到MCC 北部外圍的上海地區(qū)，另一條侵入MCC 西部外圍的浙江北部地區(qū)，MCC 繼續(xù)向西北和東南方向θse斜壓性不穩(wěn)定區(qū)域內擴大。此時，上海和浙江北部的降水強度也在5 日06 時前后達到最大，最大小時雨量超過60 mm。5 日10 時（圖6d）北部和西部的干冷空氣侵入到MCC 內部，MCC 范圍內的θse減小了2～4 K，斜壓不穩(wěn)定性減弱，MCC 也逐漸減弱消散。通過上面的分析得到，在低層臺風北上后，引導冷空氣南下，并與浙江北部地區(qū)的暖濕氣流交匯，斜壓鋒生增強形成較強上升運動。

圖6 2020年8月4—5日850 hPa假相當位溫（等值線及填色，單位：K）和風場（風向桿，單位：m/s），

為了進一步分析大氣層結狀況，沿MCC 中心（30.5 °N）做假相當位溫、水平風場和垂直速度的緯向垂直剖面分析（三角形為MCC 中心經度位置）。在MCC 初始階段（圖7a），受臺風“黑格比”環(huán)流的影響，MCC 區(qū)域上空（MCC 經度范圍120～124 °E）為θse高值區(qū)，兩側分別為大陸高壓東側和東部海面的θse低值區(qū)。分析MCC 發(fā)生區(qū)域上空的θse分布，近地面θse最大值在360 K 以上，近地面層到對流層中低層850 hPaθse隨高度減小，為位勢不穩(wěn)定層結，850～600 hPa 之間θse變化不大，為位勢中性層結，而對流層中高層600 hPa以上層為位勢穩(wěn)定性層結。此時，上升運動區(qū)位于MCC 西部，垂直上升速度最大值大約-0.8 Pa/s，中心位于700 hPa 以下，最強上升運動區(qū)內低空風速不超過12 m/s，風速大值區(qū)位于MCC 東部。5 日02—06時（圖7b、7c），MCC 西側低層暖濕空氣不斷增強，中低層水平風速最大值超過28 m/s，θse高能舌向MCC 下風方向的高空抬升，而高空的干冷空氣也向MCC 區(qū)域的低空伸展，并覆蓋在暖空氣的上空，增強了大氣位勢不穩(wěn)定層結。此時，上升運動明顯增強，從地面垂直伸展到對流層頂，垂直速度最大值達到-2.7 Pa/s，中心位于600～300 hPa 之間。 MCC也迅速發(fā)展壯大，其范圍擴大到上海的北部地區(qū)，上海南部金山和浙江北部平湖觀測站從4 日20 時以后3 小時雨量明顯增強，5 日05—08時達到最大，分別為95 mm 和99 mm，對應MCC發(fā)展最強階段。另外，MCC 東側海面上的相對干冷空氣侵入到MCC 東部暖濕空氣的下方的抬升作用，使得上升運動增強，也有利于MCC 強烈發(fā)展。到5 日10 時（圖7d），MCC 發(fā)生區(qū)域低層暖濕氣流強度明顯減弱，中高空MCC 西部的干冷空氣進一步東移，大氣位勢也接近中性層結，MCC 迅速減弱。由此可見，受大陸高壓影響，杭州灣附近中高空受干冷氣團東移，θse持續(xù)減小，而對流層中低空急流加強抬升，θse明顯增強，使得大氣位勢不穩(wěn)定層結明顯增強，有利于MCC發(fā)生發(fā)展。

圖7 2020年8月4—5日沿MCC中心30.5 °N緯向垂直剖面假相當位溫（紅線，單位：K）、垂直速度（黑線，≤-0.3，單位：Pa/s）和水平風場（風桿，單位：m/s；填色，風速≥12 m/s）

4.3 水汽輸送與匯聚

與一般的對流系統(tǒng)不同的是，MCC作為一種尺度較大的對流系統(tǒng), 需要有足夠充足的水汽輸送[27]。在2020 年8 月4 日20 時850 hPa 水汽通量矢量和水汽通量散度分布圖（圖8a）上可見，臺風水汽通量大值區(qū)主要位于臺風東側的急流軸上，但水汽通量輻合區(qū)則位于臺風南側的浙江北部地區(qū)，最大水汽通量散度可達-120 g/（hPa·cm2·s），這主要是由于臺風南側偏西風低空急流和西南偏南風低空急流在浙江北部匯合造成的，為MCC 生成和發(fā)展提供很好的水汽條件，與前述環(huán)流形勢分析是一致的。到5 日02 時和06 時（圖8b、8c），隨著臺風“黑格比”向北移動，水汽通量散度小于-120×10-6g/（hPa·cm2·s）的輻合中心也移到臺風南側偏西風和偏南風形成的切變線的南端，也就是MCC 上空，強的水汽輻合有利于MCC 發(fā)展增強，此時，浙江北部和上海等地降水強度也隨著MCC的增強迅速加大。5 日08 時以后（圖略），隨著臺風繼續(xù)北上，偏南低空急流也向北推進，水汽輸送通道繼續(xù)向北移動，西南低空急流強度也開始減弱，水汽輻合中心的強度減小，MCC 出現(xiàn)減弱的趨勢。到5 日10 時（圖8d），臺風南側的浙江北部到江蘇南部一帶主要為偏西氣流控制，水汽輻合減小到60×10-6g/（hPa·cm2·s）以下，MCC 已經減弱消散，此次由MCC 系統(tǒng)活動造成的浙北和上海地區(qū)暴雨過程結束。

圖8 2020年8月4日20時—5日10時850 hPa水汽通量矢量（單位：10-3 kg（/m·s））和水汽通量散度（等值線單位：10-6 g（/hPa·cm2·s））

由此可見，臺風南側偏西風低空急流和西南偏南風低空急流在浙江北部匯合，不僅為MCC 生成和發(fā)展提供了動力抬升條件，也為MCC 的發(fā)展發(fā)展提供了源源不斷的水汽條件。

4.4 凝結潛熱釋放的熱力作用

已有研究[28-30]表明，通過對降水過程中熱量、水汽收支等深入研究，可以幫助我們深入了解大氣熱力及積云對流活動在暴雨形成中的作用和大氣加熱的特點。視熱源Q1代表單位時間單位質量空氣的增溫率，視水汽匯Q2代表單位時間內單位質量水汽凝結釋放熱量引起的大氣增溫率，計算公式參考文獻[31]分別為:

式中R和Cp分別為干空氣氣體常數(shù)和定壓比熱，θ為位溫，T為氣溫，q為比濕，V為水平風向量，L為潛熱，P0=1 000 hPa，其它為氣象常用符號。Q1和Q2均包括三項，分別為局地變化項、水平平流項和垂直輸送項。為了方便，將各層Q1、Q2除以Cp換算成單位為℃/h的加熱率。

為了探討對流潛熱釋放在MCC 發(fā)展中的作用，圖9 給出了MCC 從胚胎階段到消散階段的視熱源和視水汽匯的時間演變，從圖9a中可見，Q1在低空850 hPa以下一直為正值，地表感熱加熱向上輸送熱量，使上升運動增強，導致低空輻合加強，有利于水汽匯聚，到MCC 旺盛階段5 日05 時開始，Q1的正值區(qū)向高空擴展到700 hPa。另外，在600～500 hPa 之間Q1的正值區(qū)在4 日23 時—5 日07 時垂直高度和強度是增大的，對比圖7b～7c 垂直速度的緯向垂直剖面可見，此時上升運動也是逐漸增大到最強，上升運動的增強，使得低空的強輻合補償大量的水汽，有利于MCC 的發(fā)展和維持。

圖9 2020年8月4日20時—5日10時視熱源Q1/Cp(a，單位：℃/h)和視水汽匯Q2/Cp(b，單位:℃/h)的區(qū)域（121～124 °E，29～31 °N）平均值高度-時間剖面圖

從圖9b 中可見，Q2在低空850 hPa 以下為負值，表明低空一直有水汽匯聚，這與Q1分析一致，在850 hPa以上為正值，表明低空急流強水汽帶的水汽凝結變干釋放潛熱。在5 日05—06 時MCC發(fā)展最強階段，700～600 hPa之間Q2出現(xiàn)最大值超過3.5 ℃/h，凝結釋放潛熱增強，此時，Q1也在600 hPa 附近出現(xiàn)極大值。08 時開始Q2正值明顯減小，凝結釋放潛熱減弱，MCC 也開始減弱。這與馮伍虎等[32]的研究結果一致，積云對流在中、低空的凝結潛熱不僅加熱對流層中層大氣，而且向高層輸送，加熱高層的環(huán)境大氣，不僅對環(huán)境大氣及其層結穩(wěn)定度有明顯影響，而且對中尺度系統(tǒng)的發(fā)展也有重要的反饋作用。

分析MCC 區(qū)域在胚胎階段、發(fā)生階段、成熟階段視水汽匯及其各項的平均值從地面到400 hPa 垂直高度分布（圖10a～10c）可以看到：局地變化項、水平平流項和垂直輸送項對視水汽匯都有影響，在MCC 胚胎階段（圖10a）局地變化項和水平輸送項在750 hPa以下對視水汽匯為正貢獻，水平輸送項貢獻最大，峰值位于850 hPa 附近，750 hPa以上基本為負貢獻；垂直輸送項各層均為負貢獻。MCC 發(fā)生階段（圖10b）局地變化項各層正貢獻較小，在850 hPa 以下為弱的負貢獻，這與水汽大量凝結變干有關；水平平流項在600 hPa以下對視水汽匯正貢獻最大，峰值位于800 hPa 附近，600 hPa 以上垂直輸送項正貢獻最大。MCC 成熟階段（圖10c）局地變化項在850～650 hPa正貢獻最大，峰值在700 hPa 附近；水平平流項各層基本為正貢獻，但是在850～700 hPa 正貢獻較MCC 發(fā)生階段明顯較??；垂直輸送項在650 hPa以上正貢獻仍然是最大。

圖10 2020年8月4日20時（a）、5日20時（b）、5日06時（c）MCC區(qū)域（121～124°E，29～31°N）視水汽匯Q2/Cp及其各項平均值高度分布（單位：℃/h；圖中t：局地變化項，h：水平平流項，w：垂直平流項）

綜上所述，在MCC 發(fā)生發(fā)展過程中，650 hPa以下水平平流項對視水汽匯正貢獻占優(yōu)勢，這與低空風速增強，使得水汽輸送增強有關，所以水汽的水平輸送是中低空水汽的主要貢獻者。650 hPa 以上垂直輸送項對視水汽匯正貢獻起主要作用，垂直速度也最大，上升氣流造成的水汽垂直輸送是積云對流活動的中高層水汽主要來源。此外，局地變化項在MCC 成熟階段850～650 hPa 正貢獻最大，峰值位于700 hPa 附近，而水平輸送項和垂直輸送項都減小，這可能與水汽凝結釋放潛熱加熱大氣，有利于水汽蒸發(fā)有關。

可見，水汽和熱量的水平和垂直輸送以及大量的水汽凝結潛熱釋放在MCC 發(fā)展中起重要作用。潛熱釋放使高層大氣輻散外流，引起低層減壓，低層輻合進一步增強，低層輻合的增強又使上升運動增強，上升運動的增強使得低層的輻合加強，低層輻合又使得水汽匯聚并不斷向高空輸送，又補償了高空凝結的水汽，潛熱不斷釋放熱量加熱大氣，有利于MCC的發(fā)展和維持。

5 結論

本文應用FY-4A 衛(wèi)星云頂亮溫（TBB）、自動站雨量資料和ERA5再分析資料，對發(fā)生在臺風環(huán)流背景下的一次MCC 大暴雨過程進行診斷分析，主要結論如下。

(1) 這次長三角地區(qū)的暴雨過程是由臺風“黑格比”北上以后新生的MCC 造成的，強降雨發(fā)生發(fā)展快、強度大、累計降雨量大，其總降雨量和降雨強度甚至超過臺風登陸前后由臺風本體造成的降雨，容易導致嚴重氣象災害和經濟損失。

(2) 臺風“黑格比”登陸后，其路徑穩(wěn)定地向偏北方向移動，不僅使得其南側的切變線能夠長時間維持在MCC 西部，加之對流層高層南亞高壓東部脊線附近西北氣流的輻散抽吸作用，有利于中低空大氣上升運動的增強，為MCC 的發(fā)展增強提供良好的動力條件。

(3) 低層臺風北上后，引導其移動方向左后側的對流層冷空氣南下，與長三角地區(qū)的西南低空暖濕氣流強烈交匯，斜壓鋒生增強，形成較強上升運動是MCC發(fā)生發(fā)展的重要條件。

(4) 受大陸高壓東移影響，對流層中高層干冷空氣東移，長三角地區(qū)中高空θse持續(xù)減小，而對流層中低層西南暖濕氣流加強并抬升，θse也明顯增強，使得大氣位勢不穩(wěn)定層結明顯增強，形成了有利于MCC發(fā)生發(fā)展的位勢不穩(wěn)定條件。

(5) 臺風南側偏西風低空急流和西南偏南風低空急流在浙江北部匯合，形成大值水汽通量中心，為MCC 的發(fā)展發(fā)展提供了源源不斷的水汽輸送和匯聚。

（6）在MCC 的發(fā)展過程中，凝結潛熱釋放對MCC 的發(fā)展起重要作用。在MCC 發(fā)展最強階段，視水汽匯正值達到最大，大量潛熱的釋放有利于MCC 的增強。視熱源低空一直為正值，地面感熱加熱向高空輸送，有利于MCC的發(fā)展和維持。