导致“7.21”特大暴雨过程中水汽异常充沛的天气尺度动力过程分析研究

2012年7月21日北京发生了历史罕见的特大暴雨，最大累计降水量达到541 mm，最大雨强100.3 mm/h，强降水持续10多个小时，造成了巨大的损失。使用常规观测资料和NCEP再分析资料在讨论环境大气湿度条件与特大暴雨关系的基础上，分析了实现充沛的水汽远距离输送到华北并在北京上空积累的天气尺度动力过程及其形成的原因。结果表明，“7.21”特大暴雨产生在大气异常潮湿的环境中。在暴雨发生时，比湿最大值达到19 g/kg，而且，对流层中下层的比湿比北京区域性暴雨历史个例高40%。产生长时间强降水的重要原因是边界层以上高湿的特征在暴雨产生的过程中一直维持。充沛的水汽被一支从低纬度一直贯通到40°N附近的低空偏南气流从孟加拉湾和中国南海向北输送。偏南风持续增大形成低空急流，增大了水汽的输送。而且，随着急流核向东北方向移动逐渐靠近北京，在北京上空对流层低层产生了-17.7 g/（hPa·m²·s）异常强烈的水汽通量辐合。同时，高空强烈辐散与低空辐合的耦合不断加强，不仅增加了低层水汽在暴雨区汇集，而且也通过增强垂直速度将更多的潮湿空气向上输送，使高层大气湿度增大。通过上述两个天气尺度动力过程，实现了水汽的远距离输送，并在暴雨区上空强烈辐合，导致北京地区水汽异常充沛。输送水汽的偏南风持续增大的原因主要有两个：一是台风外围环流的影响；二是在海上副热带高压稳定维持的情况下，大陆上低压加强、东移，造成东西向气压梯度增大，在地转偏向力的作用下，南风增强。最后，得到了实现水汽远距离输送的天气尺度动力过程机理模型。