短时强降水 (小时降水量R_{1 h}≥20 mm) 属强对流天气，常伴有雷暴，具有易致灾、突发性强等特征，与中尺度对流系统密切相关。近年来，我国开展了许多有关中尺度对流系统的研究，陶祖钰等^[1]和郑永光等^[2]分别对1995年全国和1993—1996年黄海及其周边地区α中尺度对流系统进行了普查分析，揭示出我国部分区域中尺度对流系统的时空演变特征；另有一些研究^[3-7]统计分析了β中尺度对流系统的时空分布及其降水特征，指出不同形态和尺度特征的中尺度对流系统所产生降水的特征不同。方宗义等^[8]和覃丹宇等^[9]还对梅雨锋切变云系上β中尺度暴雨云团的发展演变及云系各成员间的相互作用进行了研究，发现不同云系成员和梅雨锋云系相互作用的结果形成不同的云系分布。江吉喜^[10]对华北两类雷暴云团进行了对比研究，发现暴雨云团与强灾害性雷暴云团有明显不同。近年来，基于卫星产品的暴雨概念模型研究也取得了一些进展^[11]，邓秋华等^[12]按照暴雨云团的不同触发机制，建立了5种云团概念模型；徐双柱等^[13]在对武汉暴雨卫星云图和雷达回波特征及中尺度系统活动归纳总结的基础上，建立了武汉城区暴雨短时预报概念模型；韦惠红等^[14]利用FY-2C卫星云图，结合GMS，GOES卫星云图资料和高空、地面常规观测资料，总结提炼出低涡冷槽东移型、冷切变南压型、春季暖倒槽型、梅雨锋切变型和台风西移型5种区域性暴雨的卫星云图模型。

综合来看，黄淮地区暴雨中尺度对流系统活动规律和降水特征的相关研究不多，而且该地区基于卫星产品的暴雨概念模型研究未见报道，因此，有必要在黄淮地区深入开展相关研究，为该地区暴雨的短临预报预警提供技术基础。本文利用统计和天气学分析相结合的方法，对2005—2010年河南省对流性暴雨过程中中尺度对流系统的发展演变、形态特征及其与降水强度的关系进行统计分析，并基于云系演变和天气形势分析，初步建立了河南省对流性暴雨概念模型。

采用2005—2010年河南省119个地面观测站 (图 1) 的A0报文和自动气象站逐小时降水资料提取各站雷暴天气现象和雨强，按以下标准定义对流性暴雨样本和对流性暴雨过程。

图 1

图 1. 河南省119个地面观测站分布 Fig 1. Distribution of 119 meteorological ground stations in Henan Province

对流性暴雨样本标准：降水强度大，达短时强降水强度；伴有雷暴现象。

对流性暴雨过程定义：受同一类天气系统影响，任意12 h内河南省境内有相邻5站或相邻3个地市内有5个非相邻站出现对流性暴雨，且最大雨强不低于30 mm·h^-1的降水过程定义为一个对流性暴雨过程。普查2005—2010年6年的高空、地面观测资料，共获取53个对流性暴雨过程。

选用相同时段FY-2C/E静止卫星云图、云顶亮温、云导风等资料分析对流性暴雨过程的云系特征。选取MICAPS高空、地面资料分析过程的天气背景。其中，卫星资料空间分辨率为5 km×5 km；卫星云图、云顶亮温的时间分辨率为30 min，云导风的时间分辨率为6 h。另外，选用极轨卫星提供的MODIS云光学厚度、红外通道水汽等反演产品 ( http://ladsweb.nascom.nasa.gov/brouse_images/granule_browser.html) 对云系结构进行辅助分析。

基于Maddox的中尺度对流系统定义^[15]和Orlanski尺度分类标准^[16]，我国对α中尺度对流系统 (MαCS) 普查标准的认识渐趋一致，如最小尺度采用云顶亮温TBB不大于-32℃冷云区的面积大于100000 km²或短轴大于3个纬距，将连续冷云区达最大范围时的椭圆率 (短轴/长轴) 最小值修订为0.5，取消了持续时间的限制等。但对于β中尺度对流系统 (MβCS) 的尺度普查标准还存在不同意见，如马禹等^[3]普查MβCS的最小尺度标准为TBB不大于-32℃冷云盖短轴长度在1.5~3.0经纬距之间，费增坪等^[5]则认为我国许多剧烈灾害天气往往是由空间尺度几十公里至一、二百公里的强对流系统造成的，将普查MβCS的最小尺度标准修订为TBB不大于-32℃的连续冷云盖的直径不小于20 km。

河南省对流性暴雨过程中云系与降水特征的对比分析表明，对流性暴雨多发生于中尺度对流系统 (MCS) 的形成发展期，概率达82%，如2005年7月30日01:00(北京时，下同) 获嘉县出现81 mm·h^-1的强降水，而造成如此强降水的对流云团具有尺度小 (TBB为-32℃冷云罩直径不足10 km)、中心强度弱 (最低中心TBB为-32℃)、冷云罩边缘TBB等值线密集等特征。相应逐时降水分析表明：MCS后界西侧或西北侧TBB等值线密集区附近易出现对流性暴雨，概率达49%，MCS中心附近及其前沿TBB等值线密集区出现对流性暴雨概率分别为35%和13%，对流系统合并处为3%，可见，MCS冷云罩上TBB等值线密集区为对流性暴雨多发区，该结论与王迎春等^[17]的个例研究较为一致。值得关注的是，发展于多层云系中、尺度较大的MCS的TBB等值线密集区外围等值线常低于-32℃，进一步说明识别对流性暴雨系统的关键在于TBB等值线密集区，而不是冷云罩外围TBB的大小。因此，该文利用TBB等值线密集区外围等值线所包围的区域来定义MCS最大冷云罩的形态和尺度，修订暴雨MCS的标准。

基于修订的暴雨MCS定义标准，河南省对流性暴雨MCS可分为新生对流云团、椭圆形或圆形的MβCS和MαCS、带状MCS共4类，表 1给出了各类系统的尺度、冷云罩强度中心、发展趋势特征。新生对流云团多为局地发展型，只有1个TBB低值中心，中心强度大小不一，可分为孤立发展和粘连于其他MCS边缘发展两种形式。MβCS和MαCS均呈椭圆形或圆形，具有强度强、发展旺盛的特征，MβCS可来自上游，也可由新生对流云团发展形成，具备1~2个TBB低值中心；MαCS具有尺度大、影响时间长、有多个TBB低值中心等特征，形成方式可分为移入型、单对流系统发展型、多对流系统合并发展型及分离后发展型 (从带状云系上分离后发展)4种类型。带状MCS具有多个TBB低值中心，有移入和本地发展两种情况，表现形态可分为松散型和紧凑型，松散型主要是由带状云系上发展的若干个对流云团组成，紧凑型主要是指拉伸的对流系统或由若干个发展旺盛的MCS合并形成。

表 1

表 1 河南省对流性暴雨MCS的分类标准 Table 1 Criteria for MCS of thunder-rainstorm in Henan Province 名称 尺度特征 冷云罩强度中心 发展趋势 新生对流云团 最大冷云罩长轴小于100 km 只有1个TBB低值中心，中心值 大小不一，一般不超过-32℃ 满足尺度特征的时间低于3 h，消亡 或继续发展，或与其他MCS合并 MβCS 最大冷云罩短轴为100~200 km 之间，偏心率不小于0.5 1~2个TBB低值中心，中心值较 低，不超过-52℃ 满足尺度特征的时间1~3 h, 减弱、 移出河南或继续发展、合并为MαCS MαCS 最大冷云罩短轴大于200 km，偏 心率不小于0.5 1个或1个以上TBB低值中心， 中心值不超过-52℃ 满足尺度特征的时间不低于 3 h，减弱或东移出河南省 带状MCS 不低于-40℃冷云罩呈带状分布， 长轴不小于300 km，长短轴比不小于5:1 多个TBB低值中心，中心值 一般不超过-52℃ 满足尺度特征的时间约2~6 h， 东或南移出河南省

表 1 河南省对流性暴雨MCS的分类标准 Table 1 Criteria for MCS of thunder-rainstorm in Henan Province

根据表 2，在所普查过程中，MαCS诱发短时降水的累计影响次数高达175次，其次是MβCS，64%的对流性暴雨是由圆形或椭圆形MβCS和MαCS造成，可见，圆形或椭圆型MCS是河南省对流性暴雨的主要影响系统。新生对流云团易产生20~29.9 mm·h^-1雨强，相对于较大尺度的MCS而言，不低于50.0 mm·h^-1强度降水的概率也不低，甚至可造成83.0 mm·h^-1的较强降水。与新生对流云团相比，MβCS产生不低于30.0 mm·h^-1强度降水的概率增加，最大雨强 (92.0 mm·h^-1) 是由MβCS造成的，MαCS产生30.0~49.9 mm·h^-1雨强的概率最高，达50%，也可出现超过80 mm·h^-1的强降水，这可能是由于影响河南省的MβCS及MαCS多处于旺盛的发展阶段的原因。带状MCS虽然诱发短时强降水的累计次数最低，但出现不低于50.0 mm·h^-1强降水概率略高于MαCS，为16%，产生的极大雨强最小，为76 mm·h^-1，这可能与带状MCS内多对流单体间复杂的相互作用有关。

表 2

表 2 典型中尺度对流系统降水强度特征 Table 2 Characteristics of typical MCS rainfall intensity 种类 短时强降水 累计次数 不同雨强出现概率/% 极大雨强 /(mm·h-1) 20.0~29.9 mm·h-1 30.0~49.9 mm·h-1 ≥50.0 mm·h-1 新生对流云团 105 60 30 10 83.0 MβCS 127 52 37 11 92.0 MαCS 175 35 50 15 82.0 带状MCS 68 41 43 16 76.0

表 2 典型中尺度对流系统降水强度特征 Table 2 Characteristics of typical MCS rainfall intensity

河南省对流性暴雨概念模型研究是在对53个过程高空和地面形势及云系特征进行分析的基础上完成的。首先，根据各层影响系统与云系的垂直配置进行天气分型，然后研究云系和环境场的演变特征及其与降水的关系。分析表明，河南省对流性暴雨过程可分为低槽 (涡) 切变型、低槽型、高压后部型、切变型和东风槽型。其中，低槽 (涡) 切变型和低槽型过程中500 hPa或700 hPa有东移低槽 (或冷切变) 参与，所占比例分别为45%和27%，为河南省主要的对流性暴雨天气型；高压后部型所占比例为17%，过程特点是沿海高压旺盛，高压北界位于淮河以北，500 hPa或700 hPa无明显槽东移，且700 hPa和850 hPa无明显切变线活动；切变线型过程中河南高层为偏西气流，中低层受切变线影响，所占比例为9%；东风槽型过程是指河南省受台风低压倒槽影响而出现的对流性暴雨过程，样本少 (占2%)，该文将不做详细讨论。

2005年6月25—26日，河南省有23个站出现对流性暴雨，桐柏站雨强最大，25日18:00达92 mm·h^-1。过程中主体云系呈“人”字形，MCS在500 hPa槽前、700 hPa和850 hPa切变线之间、200 hPa急流右侧的分流区、850 hPa温度脊、地面暖锋附近及K指数不低于32℃的高能区内发展，槽后负变温区明显 (图 2a)，过程持续约15 h。

图 2

图 2. 2005年6月25日对流性暴雨过程中的天气系统和云系特征 (a)25日20:00天气系统和FY-2C红外云图，(b)25日14:00 FY-2C红外云图和雨强 (单位：mm·h-1)，(c)25日18:00 FY-2C红外云图和雨强 (单位：mm·h-1)，(d)26日02:00 FY-2C红外云图和雨强 (单位：mm·h-1)，(e)25日13:20 MODIS水汽产品图像，(f)25日11:45 MODIS云光学厚度产品 Fig 2. Weather system and cloud features during the thunder-rainstorm process on 25 June 2005 (a) weather system and FY-2C IR image at 2000 BT 25 June 2005, (b) FY-2C IR image and rain intensity (unit:mm·h-1) at 1400 BT 25 June 2005, (c) FY-2C IR images and rain intensity (unit: mm·h-1), (d) FY-2C IR image and rain intensity (unit: mm·h-1) at 0200 BT 26 June 2005, (e) water vapor product of MODIS at 1320 BT 25 June 2005, (f) cloud optical thickness product of MODIS at 1145 BT 25 June 2005

低槽 (涡)、切变是此次过程的主要影响系统。2005年6月25日08:00—11:00豫中南受暖切变线云系影响，云系云顶亮温高，对流发展不明显；豫西受东移低槽云系前部絮状、TBB不大于-52℃低亮温区影响，对应小雨量级的雷阵雨。14:00切变云系上MβCS (A) 发展，TBB最低达-77℃，仍无暴雨出现；同时，低槽云系东移，叠加于切变线云系之上，A西侧有新生对流云团形成发展，产生短时强降水 (图 2b)。随后，新生云团与A合并，TBB降到-81℃，暴雨强度和范围增大。17:00—18:00 A处MβCS减弱，其西南侧又有新对流云团发展成椭圆形结构紧凑的MβCS (B处)，B西侧TBB等值线密集区降水强度达92 mm·h^-1，同时，B西南部出现2个新生对流云团C和D (图 2c)。19:00—20:00，B和C合并发展为不规则的α中尺度对流系统E，桐柏雨强达52 mm·h^-1。21:00，D与E合并。26日00:00，E发展成具有两个低亮温中心的、近椭圆结构的MαCS，26日02:00，C达最强，TBB不大于-52℃的冷云罩面积超过5×3个经纬度，TBB最低达-91℃，TBB低值中心附近最大雨强达82 mm·h^-1(图 2d)。E的生命史约10 h，06:00后减弱东移出河南。

MODIS近红外通道反演的水汽产品图像显示，13:45低槽云系后部有明显暗区，对应云系西北侧对流层中高层的干冷空气，干冷空气下沉并向东南方向扩散，与暖湿空气相互作用，触发对流云团或MCS形成和充分发展 (图 2e)。另外，11:45云光学厚度产品 (图 2f) 显示，MCS发展潜势区具有较高的云光学厚度值，说明此时卫星云图上虽无明显MCS发展，但是大气中水汽丰富，可为MCS发展提供重要的水汽支持。

2006年7月31日河南省有13个站出现对流性暴雨，17:00巩义雨强为38 mm·h^-1。东移低槽云系上发展的MβCS, MαCS及带状MCS是形成暴雨过程的关键，过程影响时间约6 h。

低槽云系是过程的主要影响系统。如图 3a所示，2006年7月31日08:00，高空低槽及地面冷锋位于110°E附近，云系主体呈带状、位于槽前2~4个经度范围内。12:00云系上发展的MβCS从豫西北进入河南省，发展成具有椭圆结构的MαCS，安阳出现26 mm·h^-1的强降水。同时，MαCS西南侧有3个新生对流云团形成，豫西另有1个MβCS进入，上述对流系统在发展东移过程中与豫西北拉伸的MαCS合并，形成一东北至西南向的结构紧凑的带状MCS，15:00长垣站出现32 mm·h^-1强降水 (图 3b)。16:00带状MCS断裂形成南北两个形状不规则的MαCS A与B，17:00 G北侧边缘出现38 mm·h^-1的强降水 (巩义站)，A移出河南。19:00 B发展到最旺盛，豫中南有4个站出现对流性暴雨，20:00后系统减弱、衰亡。10:50云光学厚度产品显示，低槽云系前部MCS发展潜势区具有较大的云光学厚度 (图 3c)，同期水汽云图显示，低槽云系后部有明显暗区随低槽东移、向东扩展 (图略)。

图 3

图 3. 2006年7月31日对流性暴雨过程中的天气系统、FY-2C红外云图及MODIS云光学厚度 (a) 天气系统和红外云图, (b) 红外云图与雨强 (单位：mm·h-1)，(c) MODIS云光学厚度产品 (白实线包围区为MCS发展潜势区) Fig 3. Weather system, IR image of FY-2C and cloud optical thickness product of MODIS during the convective-rainstorm process on 31 July 2006 (a) weather system and IR image, (b) IR image and rain intensity (unit:mm·h-1), (c) cloud optical thickness product of MODIS (area surrounded by white circle represents potential region of developing MCS)

2007年8月25日受副热带高压 (下面简称为副高) 后侧MCS影响，豫北有5个站出现对流性暴雨，林县15:00雨强最大，达77.4 mm·h^-1。过程持续时间短，为12:00—15:00。

2007年8月25日08:00 200 hPa高度上河南省受青藏高压脊前反气旋环流控制，500 hPa高度上豫北处于副高后部592 dagpm边缘西南气流辐散区里，700 hPa与500 hPa环流相似；850 hPa有暖高压脊自东南经豫北向西北伸展，925 hPa豫北上空有一弱辐合线，豫北上空垂直方向为上干下湿的对流不稳定区。高压内部对流有效位能大于1000 J/kg，豫北上空受能量锋区影响；地面上，豫北处于沿海高压后部东南气流辐合区内 (图 4a)。10:00副高后部有分散的新生对流云团，随着太阳辐射的加强、上升运动发展，对流加强，MCS迅速发展，形成一带状MCS，12:00豫北开始出现对流性暴雨 (雨强为25 mm·h^-1)。13:00—15:00，对流发展旺盛，受592 dagpm线边缘、带状MCS上新生对流云团影响，15:00林县出现77.4 mm·h^-1的强降水。16:00带状MCS减弱。13:30水汽产品图像显示副高内部辐散区对应着暗区，MCS形成于暗区北侧 (图 4b)，说明对流发展可能与副高内部暖干空气北扩有关。

图 4

图 4. 2007年8月25日对流性暴雨过程中的天气系统、FY-2C红外云图和MODIS水汽产品图像 (a) 天气系统和红外云图 (云图为15:00；红实线为对流有效位能，单位：J/kg)，(b) MODIS水汽产品图像 (白实线包围区为MCS发展潜势区) Fig 4. Weather systems, FY-2C IR image and water vapor product of MODIS during the convective rainstorm process on 25 August 2007 (a) weather system and IR image (IR image at 1500 BT; red contours are CAPE, unit: J/kg), (b) water vapor product of MODIS (area surrounded by white circle represents potential region of developing MCS)

2005年7月4日豫南有10个站出现对流性暴雨，内乡12:00雨强最大，为34 mm·h^-1。过程的主要影响系统是低空切变线云系。08:00 500 hPa豫南处于偏西气流控制下，588 dagpm线位于长江以南，700 hPa和850 hPa切变线穿过豫南上空，MCS在850 hPa切变线与干线的交汇处、西南急流轴左前侧发展旺盛，该处也是700 hPa切变线南侧西南气流、500 hPa偏西气流交汇区及200 hPa分流区 (图 5a)。能量场分析表明，豫南K指数不低于32℃，对流有效位能小 (接近于0)，但对流有效位能等值线密集，为能量锋区。对流性暴雨主要出现在11:00—21:00，其中11:00—18:00暴雨是由云系上发展的新生对流云团和MβCS造成，19:00系统合并发展，形成东西向带状对流系统，21:00带状对流系统后部分裂形成MαCS，给新县造成29 mm·h^-1的降水，随后系统减弱东移出河南省，影响时间为10 h左右。过程中MCS发展区具有较高的云光学厚度 (图 5b)。

图 5

图 5. 2006年7月4日对流性暴雨过程中天气系统、红外云图及云光学厚度 (a) 天气系统和红外云图 (云图为14:00；虚线包围区K指数不低于32℃)，(b) MODIS云光学厚度产品 Fig 5. Weather system, IR image and cloud optical thickness during the convective-rainstorm process on 4 July 2006 (a) weather system and IR image (IR image at 1400 BT; area surrounded by dotted line: K≥32℃), (b) cloud optical thickness of MODIS

综上所述，不同类型的对流性暴雨过程各具特征，各层影响系统的垂直配置及云系结构、云产品特征可以为对流性暴雨MCS的形成、发展和移动趋势提供重要信息。

在对53个对流性暴雨过程的云系演变、云产品特征及相应的影响系统、物理量场、降水规律等进行分析和归纳总结的基础上，建立了典型对流性暴雨过程概念模型。

影响系统：高空32°~36°N，108°~117°E范围内中低层有低涡或暖切变线活动，30°~40°N，105°~117°E范围内，500，700 hPa有低槽东移，槽后干冷空气沿西北气流向东南方向扩散。切变线南侧常有低空急流，急流出口位于对流性暴雨区上空，地面可对应冷暖锋、东移冷锋和高压后部3种形势 (图 6a中给出的是地面冷暖锋型)。

图 6

图 6. 河南省典型对流性暴雨概念模型 (a) 低槽 (涡) 切变型 (地面冷暖峰型)，(b) 低槽型，(c) 高压后部型，(d) 切变型 Fig 6. The typical conceptual model of the convective rainstorm in Henan Province (a) trough (vortex)-shear (cold and warm front on ground), (b) trough, (c) high pressure's rear, (d) shear line

云系特征：主体云系为“人”字型低槽-切变线云系 (图 6a)。切变云系有两种发展情况：一是低涡形成于陕南到四川北部，暖切变线云系位于豫南；另一种是低涡在晋陕豫交界处附近发展，暖切变线云系位于华北南部到黄淮北部。低槽云区自西向东移动，后界有明显干冷空气东移南下。MCS在暖切变线附近及西南风急流出口左前方发展，其中低槽云系和切变云系的叠加汇合处为干冷空气与暖湿气流交绥处，更易形成MCS。该类过程中易形成结构紧凑的MβCS或MαCS，约50%的MαCS形成于此天气背景下。

MCS的生消和移动：过程前期，MCS发展区一般为K指数不低于32℃及中低层T-T_d≤5℃的高能、高湿区，切变线云系以中低层暖云为主，云光学厚度值较大。北方高空槽后扩散袭来的干冷空气增加了大气对流不稳定度，促使新生对流云团或MCS生成并获得充分发展。MCS在高空 (200 hPa) 两种风场中发展、移动：西南风辐散场，MCS东北移；西风和西北风分流区，MCS东移。

降水特征:具有对流性暴雨范围大、降水强度高、过程持续时间长等特征，范围可涉及河南省大部，不低于50 mm·h^-1雨强出现频率高，过程持续时间一般在8 h以上。

影响系统：高空30°~40°N，105°~117°E范围内，500，700 hPa有东移的南北向低槽 (冷切变)，高低层影响系统垂直梯度小或呈“前倾槽”结构，地面对应有东移冷锋 (图 6b)。

云系特征：MCS在东移的低槽冷锋云系上发展，各种形态MCS均可出现，易出现MβCS，MαCS和东北至西南向的带状对流系统。

MCS的生消和移动: MCS发展的环境场为K指数不低于32℃及中低层T-T_d≤5℃的高能、高湿区。云系后部暗区明显，并随低槽东移，说明云系后部对流层中高层下沉干冷空气明显，对MCS的发生、发展起触发作用。MCS常在云系前沿或尾部形成发展，发生发展潜势区具有较大云光学厚度。MCS形成、发展于200 hPa分流区或西南风辐散区内，自西向东或自西南向东北移动、传播，发展旺盛时可表现为两种形式，一种为新生对流云团或MβCS沿槽前气流自西南向东北边发展边传播, 另一种是由低槽冷锋云系上多个对流云团、MβCS发展合并形成带状对流系统，随低槽东移。

降水特征：对流性暴雨影响范围最大，河南省大部均有可能发生，降水强度大小不一。过程持续时间短，一般少于8 h。

天气形势：副高或沿海高压较旺盛，高压北界位于江淮或其北部，中纬度西风带低槽不明显或东移受阻 (沿海高压表现为阻塞形势)。对流性暴雨区上空无明显涡或切变线，但边界层有辐合线，地面上河南省位于沿海高压后部 (图 6c)。

云系特征：主体云系为沿海高压后部云光学厚度较大的对流云区。上午，高压后部为少云区，午后对流发展、夜间减弱，云系的发展具有明显的日变化和热对流特征。MCS表现为多种形态，其中带状MCS出现频率较高，约50%的带状MCS形成于该背景下。

MCS的生消和移动：高压后部为K指数不低于32℃、低层T-T_d≤5℃的高能、高湿区，高压中心附近高层为T-T_d≥15℃干区，高层干区北部叠加在低层湿区南侧边界上，大气为上干下湿的对流不稳定层结。午后，边界层辐射加热使大气对流不稳定度加大，高压内部对流有效位能不小于500 J/kg，其北侧有能量锋，同时，高压后部也是850 hPa温度脊和边界层辐合线的汇合区。午前，高压后部云系云顶亮温较高，云光学厚度较大，无明显对流，中午前后，MCS形成发展，下午最旺盛。综合来看，MCS在200 hPa分流区内发展，与午后边界层辐射增温关系密切，边界层辐合线、能量锋对MCS有重要的触发作用。MCS形成后沿主导气流移动，移向多为东或东南方向。

降水特征：对流性暴雨区位于高压后部，影响范围不大，易发生于豫东南、豫南，高压强盛时，可影响豫北地区。过程持续时间超过6 h，易出现不低于30 mm·h^-1强度的较强降水。

影响系统：副高位置偏南 (高压北界位于长江以南)，对流发展区上空500 hPa为偏西气流，中低层切变线位于副高北侧32°~35°N，110°~117°E范围内。暖脊和低空干线位于切变线附近，对流发展区大气呈上干下湿的垂直分布特征，地面上河南省处于沿海高压后部 (图 6d)。

云系特征：暖切变线云系是此类过程的主体云系。云系为云光学厚度较大、呈东西向或东北至西南向的多层暖云，所产生的对流系统以新生对流云团和MβCS为主，有时会合并成东西向带状MCS，较少出现MαCS。

MCS的生消和移动：MCS在切变线附近或切变线南侧的西南气流辐合区内、K指数为32℃等值线边缘的高能舌北侧能量锋区附近和湿舌顶部发展, 沿切变线排列。切变线上及其南侧的动力扰动、低层干线是MCS的触发机制；另外，地面沿海高压对切变线南侧西南暖湿气流的强迫抬升作用也可促进对流发展。MCS一般向东或东南方向移动。

降水特征:对流性暴雨多影响豫南和豫东南，暴雨站次数一般少于10站次，雨强一般小于50 mm·h^-1，影响范围、雨强不大。过程持续时间为3~10 h。

河南省境内MCS复杂的发展和演变趋势使对流性暴雨的预报预警难度增加。根据以上分析，MCS的发展与200 hPa辐散区关系密切，云导风是根据卫星图像上目标物的移动估计大气中的风矢量，高层云导风对暴雨云团的发展演变有一定的指示意义，而卫星资料具有较高时空分辨率，因此，研究MCS发展演变的高层云导风场特征非常必要。个例分析表明，河南省对流性暴雨云团主要在3种高层云导风环境场中发展，图 7给出了典型个例。

图 7

图 7. 对流性暴雨MCS发生发展的典型FY-2C高层云导风环境场和红外云图 (黑线: TBB不大于220 K；蓝、紫色箭矢分别示意MCS移动方向和高层云导风显著气流方向) (a) 气流分流区，(b) 西南风辐散区，(c) 反气旋环流顶部 Fig 7. Typical high-level cloud track wind field and IR image of FY-2C for developing MCS during convective rainstorm process (black contours represent TBB no more than 220 K; blue and purple arrows indicate moving direction of MCSs and significant airflow direction of high-level cloud track wind, respectively) (a) airflow diversion area, (b) southwest wind divergence area, (c) anticyclonic circulation at the top

① 气流分流区。暴雨云团在反气旋环流前分流区内发展，沿反气旋环流脊线排列。

② 西南风辐散区。暴雨云团在高空槽前西南气流的风速辐散区内发展，分布在大风辐散区顶。

③ 反气旋环流顶部。反气旋环流呈闭合特征，MCS在反气旋环流长轴顶部迅速发展。

气流分流区是MCS发展的主要云导风环境场，对流性暴雨过程中约有64%的MCS在气流分流区内发展。MCS的移动则取决于引导气流的走向。在西西北气流与西北气流分流区内发展的MCS，一般向东或东南方向移动，在西南气流与偏西气流分流区内发展的MCS一般沿槽前西西北气流向东南方向移动。西南风辐散区的MCS一般在西南气流的引导作用下，自西南向东北方向传递或移动。反气旋内部型MCS的移动特征不明显，生命史较短，不超过3 h。

分析还表明，对于尺度较大的带状MCS而言，在河南省境内一般处于发展期，移动方向与带状MCS的走向有关，南北向或东北至西南向MCS的移动方向为由西向东，近东西向带状MCS的移动方向为由北向南或自西北向东南。对于新生对流云团、MβCS和MαCS而言，其发展和移动较复杂 (图 8)：Ⅰ区指的是处于发展阶段MβCS，MαCS从豫西北移入河南省后有自西向东和自西南向东北两条移动路径。Ⅱ区示意的对流云团发展潜势区位于太行山东南侧喇叭口地形附近，新生对流云团在该区域形成后，90%以上在东移的过程中迅速发展成MβCS，甚至MαCS，东移影响沿黄地区，另有少数对流云团在东南移过程中发展成MβCS，影响豫中。Ⅲ区示意的对流云团发展于伏牛山南侧迎风坡地形处，该处形成的对流云团有90%以上在东移的过程中发展成MβCS，影响平顶山、漯河、许昌、周口和商丘南部等地，少数东南移影响南阳地区东部、驻马店和信阳等地。Ⅳ区示意的上游发展的MCS的移入区和本地对流云团发展区，位于南阳盆地西南侧与湖北交界处，主要为东移趋势，少数表现为东北移和东南移特征。Ⅴ区示意的对流云团发展的潜势区位于淮河上游，其西侧桐柏山区，既是对流云团发展区，也是湖北境内发展的MCS移入河南省的关键区，该区域形成或发展的MCS主要表现为向东南方向移动和向东北方向移动趋势，甚至可以向东北方向移动至山东西南部。Ⅵ区位于豫中和豫东交界处，MCS在此处获得充分发展后东移进入安徽省境内。可见，多数MCS在河南省境内获得发展，其中Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ区均位于山区地形附近，MCS的形成发展可能与地形关系密切。

图 8

图 8. 河南省对流性暴雨MCS发展区域及移动路径示意图 (底图为地形图；暖色调代表山区；灰色阴影区为MCS形成区域；粗箭矢路径频率不小于30%；细箭矢：路径频率小于10%) Fig 8. Development regions and movement paths of MCS during convective rainstorms in Henan Province (bottom picture shows the topography and warm colors on behalf of the mountains; development regions of MCS are gray shaded; path frequency no less than 30% and less than 10% are represented by thick and thin arrows)

该文分析了2005—2010年河南省53个对流性暴雨过程的天气背景、云系特征，并统计分析了过程中MCS的降水特征、发展演变和移动特征，得到以下主要结论：

1) 依据修订的暴雨MCS标准，河南省对流性暴雨MCS主要包括新生对流云团、MβCS和MαCS及带状MCS。不同形态和尺度的MCS降水特征不同，但各类MCS都可能出现80 mm·h^-1以上强度的降水，最大雨强是MβCS影响所致。

2) 对流性暴雨易产生于MCS的发生发展期，多发于MCS云顶亮温低中心附近及其后侧梯度大值区。

3) 低槽 (涡) 切变型和低槽型过程中干冷气团对MCS的发生发展起触发作用。高压后部型过程具有明显日变化，与午后边界层辐射增温关系密切，能量锋和边界层辐合线是MCS主要触发系统。切变线型过程中切变线及其南侧的动力扰动、低层干线是MCS的触发机制。

4) 云光学厚度产品对预测MCS的形成和发展有一定的指示意义。此外，高压后部型过程中水汽云图上与高压对应的暗区北侧，是午后MCS形成发展的潜势区。

5) 河南省对流性暴雨MCS主要在高层云导风分流区、风速辐散区及反气旋环流内部区发展，高层云导风可为MCS的移动和发展提供预报信息。影响河南省的MCS的发展潜势区有5个，其中4个位于山区地形附近，其移动路径有东移型、东北移型和东南移型。