中尺度對流系統

中尺度對流系統，簡稱MCS(Mesoscale Convective System)，是造成暴雨 、冰雹 、雷雨大風和龍捲等災害性天氣的重要系統。 ^[1]  中尺度對流系統由對流單體、多單體風暴和超級單體風暴以各種形式組織而成 ，包括颮線和中尺度對流複合體，水平尺度在2-2500 km。

MacGorman 等 ^[2]  提出 ，MCS 是一羣與環境相互作用並能改變環境的風暴羣且隨後產生比單個風暴更大的長生命系統。Houze ^[3]  用雲圖特徵將 MCS 描述為包含對流核的雲結構，它沿某一方向伸展大約 100 km，形成一普遍降水區域。Schumacher ^[4]  用雷達反射率因子資料定義 MCS，即對流系統的反射率因子≥40 dBz 區域，其範圍>100 km，持續時間 3～24 h。

大多數氣象學家認為 ^[1]  ，MCS 在其生命週期裏包含一定程度對流發展的結構，這一結構可能是有組織的線狀或準圓形，也可能是無組織的，但均能產生強降水。其動力特徵主要表現為：1) 由對流區和層狀區兩部分組成；2) 與MCS 相聯繫的環流不僅影響中小尺度背景場，還影響大尺度環境場；3) 普遍存在有利於新單體再生的陣風鋒，而陣風鋒與下沉氣流產生的冷丘有關。

根據 MCSs 的組織形狀、單體和系統的移動特徵，可將 MCSs 歸納為三種類型，其結果見表 1 ^[1]  。

表1中尺度對流系統(MCSs)的分類

Velasco、Miller 和Laing 等 ^[5]  對南北美洲 、西太平洋、非洲和亞洲等全球範圍的 MCCs 普查表明，各地MCCs（MCCs是指中尺度對流複合體，僅為MCSs中的很小部分）特徵相似，一般在陸地上形成 ，最易發生在大山脈背風坡(東側)，平均維持時間 9～11.5 h，覆蓋範圍(2～3)×105km，朝低層高相當位温氣流中傳播 ；MCC 具有明顯的夜發性，即形成於地方時 20—23 時，在03—05時達最大，在 07—09 時消散；不同地區 MCCs 的移動方向有差異，如北非 MCCs 大多向西南偏西方向移動，在非洲南部朝東北和北兩個方向移動。

馬禹 ^[6]  等用 1993—1995 年GMS 衞星逐時紅外雲圖數值資料，對我國和鄰近地區的中尺度對流系統做了全面普查。我國 MCS 具有明顯的地理分佈特徵（圖1）。

從圖 1中可見，我國的 MαCS、MβCS 分佈形態基本一致，35°N 以南 100°—110°E 之間西南地區及其毗鄰的越南北部是 MαCS 發生最多區域，在 110°E 以東40°—28°N 之間黃河和長江中下游地區及其東部沿海也有一片 MαCS 集中區。兩個 MCS 中心，其一在江淮流域，其二在北部灣北岸，MαCS 的江淮中心比 MβCS的偏東約 500 km，説明前者是邊發展邊東移，其發展到 α尺度進入盛期時自然偏東；此外，青藏高原東部多 MαCS，極少 MβCS，而在湖南附近正好相反。

多數 MαCSs 和MβCSs 在午後形成(15—17 BST，北京時)，但MαCS 在夜間(21—23 BST)還有一更明顯的高峯，而 MβCSs 在夜間(01 BST)僅一很小峯值，説明 MαCS 的夜發性明顯。MβCSs 在形成後 2h 就可成熟 (面積達到最大)， 而在午後形成的 MαCS 要3～4 h後成熟，比 MβCSs 需時要長。夜間形成的 MαCS 要7～8 h 後才成熟，成熟後的 MαCS 和MβCSs 一般可維持 2～4h。 MαCS 和MβCSs 的生命史分別為 7～8、5～6 h，即較大尺度的 MCSs 生命史也較長。

從 MCCs 地理位置分佈看，國內外研究均表明，MCCs 最活躍區域一般位於大山脈下游 ，特別是高温高濕的低空急流前方。從氣候背景看，我國黃河和長江中下游地區類似於北美中緯度平原地區，都具備MCCs 發生的有利條件。

Bluesteint 等 ^[7]  對北美地區許多颮線個例的探空觀測進行統計分析，總結出中緯度颮線最重要的環境特徵：一是大尺度環境對流層為位勢不穩定的，即存在很大的對流有效位能；二是平均風的最大垂直切變在低層，切變向量在順時針方向偏離颮線 45°左右。

國家氣候中心的統計結果表明，在1954、1969、1980、1991、1996、1998、1999、2003、2007 年，我國先後發生特大暴雨洪澇，給國民經濟和人民生命財產造成重大損失；特別是近10 年，暴雨洪澇平均每年給我國造成的經濟損失逾千億元，MCSs 在這些典型洪澇年暴雨事件中是主要影響系統。 ^[1]  具體實例如：

1993年8月4 - 5日，一次MCS過程給山東、河北、安徽和江蘇數省帶來特大暴雨，最大降水量高達540mm。 ^[8] 

2005年7月21日夜間到24日，華北地區出現了一次較強的大到暴雨天氣過程。22日08時～ 24日08時（北京時，下同），華北地區共有100多個縣（市）雨量超過50 mm，其中33個縣（市）雨量超過100 mm，4個縣（市）雨量超過200 mm。河北定州雨量最大，達329. 2 mm；河北饒陽和南樂雨量次之，分別為226. 1 mm和218. 1 mm（圖3）。此次暴雨過程持續時間長,影響範圍廣，降水集中，部分地區出現了嚴重的洪澇災害。 ^[9]