2001年8月5日上海市境内发生了罕见的特大暴雨,24小时最大雨量275mm,其中1小时最大雨量75.4mm,为上海50年之最.究其根源,这次特大暴雨过程是由8月初生成于台湾东南洋面上东风波项端的一个长生命史对流层中层中尺度涡旋(Midlevel Mesoscale Vortex,简称MMV)造成的.该文通过探空资料的诊断分析和中尺度数值模式的模拟研究了MMV的形成和演变过程、动力学和热力学结构、以及它的维持和发展机制.进一步利用上海中尺度观测网搜集到的完整的非常规观测资料,结合数值模拟结果分析,研究了由MMV引发的恰好位于上海上空的MCC的多尺度结构.主要得到以下一些新的科学事实或结论:1)MMV是一个存在于对流层中层的中尺度气旋性低压扰动涡旋,水平尺度约300km~400km属中α尺度,具有显著的暖心结构.它形成于低纬度对流系统中,形成后可维持数天,在合适的环境条件下可再度发展造成强对流天气灾害.2)尽管MMV闭合的气旋式流场只存在于对流层中层,但它的中α尺度正涡度区几乎充满整个对流层,最大正涡度中心位于对流层中部.由于西暖东冷的斜压环境,在模拟出的MMV在流场和气压扰动场的结构上都表现出垂直轴线随高度向东向南倾斜的特点.3)MMV的实际几何尺度属于中尺度系统,但由于它的水平扰动半径大于计算所得的Rossby变形半径,从动力学尺度来看它是一个"动力大"尺度系统,在水平方向上处于惯性稳定状态,因而能较长时间维持.4)对涡度方程中各涡度收支项的计算结果表明,水平散度项和水平平流项是MMV区域内相对涡度变化的主要原因,而垂直对流项和倾斜项在相同层次上大小相近、符号相反而两两抵消,对相对涡度的变化贡献轻微.由此说明MMV的气旋式环流与周围环境流场的相互作用是MMV加强的主要原因.5)引发上海特大暴雨的中α尺度MCC发生在MMV的东南侧,呈近圆型,在其移动方向的右后侧不断有中β和中γ尺度的对流单体新生、加强和合并使MCC表现出减弱后再度发展的现象.而卫星云图上近圆型的MCC,在多普勒雷达基本反射率因子场上呈现为中尺度的弧状对流性回波带,反映出MMV的涡旋环流对降水结构的影响.10分钟间隔的地面自动气象站资料揭示出MCC内中β尺度对流单体所带来的强降水雨峰及其所伴随的气压涌升、风向风速突变等中γ尺度现象,显示出这次大暴雨过程中MCC的多尺度特征.6)中尺度模式不仅模拟出MCC雨团的活动和结构,还模拟出了对流雨团在对流层中低层存在的中尺度低空急流(mLLJ)和在对流层高层存在的中尺度高空急流(mULJ),它们通过强上升气流联结起来.