“21·7”河南特大暴雨水汽和急流特征诊断分析

2021年7月中下旬在河南省发生了一场极端强降水过程,暴雨持续时间长,累计降水量大,落区集中,造成了严重的人员伤亡。基于自动站雨量数据和ERA5再分析数据探讨了多尺度系统、急流和地形对水汽的输送和辐合及降水形成的重要作用和影响机制。结果发现:暴雨发生在远距离台风影响的有利环流背景之下,大量来自西太平洋的水汽从边界层和对流层低层进入河南东侧,来自南海的水汽从南侧对流层中低层进入降水区,在低涡、切变线和辐合线的共同作用下,引发强降水。低空急流与边界层急流的耦合形成低层水汽辐合上升中心,地形起到了动力阻挡抬升和热力抬升作用,并与急流综合作用,使强降水呈带状出现在山前,且20日位于豫中,21日在豫北。     

“21·7”河南特大暴雨降水特征及极端性分析

利用国家气象信息中心提供的2 373个国家气象观测站（以下简称国家站）和区域气象观测站（以下简称区域站）小时降水量资料,从累计降水量、降水强度和时间演变等角度,分析了“21·7”（2021年7月17—22日）河南特大暴雨的极端性特征。结果表明:此次暴雨过程具有持续时间长、累计降水量大、突发性强、暴雨落区集中等特点。6天累计降水量平均达到219.05 mm·站^-1,有155个站超过600 mm。全省5.43万km²累计过程降水量大于250 mm,超过“75·8”过程（1975年8月）的3.45万km²。强降水主要出现在3个时段（18日15时至19日04时、19日09时至21日08时、21日09时至22日14时）,最大降水时段发生在19—21日,落区集中在太行山东南侧、伏牛山东北侧的豫中北地区。有1514个站出现至少1个时次的短时强降水(≥20 mm·h^-1),大值中心分别位于郑州、新乡和鹤壁等地,部分区域短时强降水贡献率超过70%。强降水中心在20日中午至21日夜间由河南中部向河南北部移动,强度由强变...     

“21·7”河南特大暴雨的中尺度系统活动特征

2021年7月17日至22日河南省遭遇了罕见特大暴雨过程,特别是郑州市在7月20日出现了极端降水事件。本文首先分析了有利的大尺度环流背景,然后采用多源高分辨率观测和再分析资料深入分析了此次特大暴雨过程中不同阶段的水汽来源以及中尺度系统的活动特征。此次特大暴雨过程主要分为三个阶段,其主要的中尺度系统包括：黄淮气旋、中尺度对流系统（MCS）以及与MCS伴随的中尺度对流涡旋（MCV）。第一阶段（7月17～18日）主要为分散性降雨,水汽主要来自于南海、东南沿海、西北太平洋、长江中游地区的近距离水汽输送和河套地区。影响河南地区的中尺度系统为黄淮气旋,其于7月15日11时（协调世界时,下同）生成河南的东北部,18日23时在河南西南部消亡,垂直伸展最大高度为1000～350 hPa,维持时间约为89小时。第二阶段（7月19～20日）,随着西太平洋副热带高压的北抬和台风“烟花”的西进北移发展,西北太平洋的水汽贡献也逐渐增多。由于黄淮气旋中心移动到河南西南部,其北部东南气流影响河南大部分地区。二级地形（伏牛山）东部的局地对流发展为MCS。由于地形的抬升作用,对流系统中强上升运动的维持有利于低层气旋性切变...     

“21·7”河南特大暴雨气象和水文雨量观测对比

2021年“21·7”河南特大暴雨打破我国大陆小时气象观测纪录,该极端天气事件位列2021年中国十大天气气候事件第2位。已有研究使用气象地面站雨量观测资料对此次过程进行雨情分析和极值统计,但降水时空分布不均匀,单一来源资料存在不确定性。通过对比气象站和水文站雨量资料,分析两套业务观测系统记录“21·7”河南特大暴雨过程的异同,发现气象站和水文站雨量在时间和空间分布上具有很好的一致性,两者不同等级的累积降雨落区、逐日和逐时降雨演变趋势均一致性强,但累积雨量和雨强极值的空间分布和数值存在差异,两套资料在暴雨中心（过程雨量大于600 mm）的系统性偏差小于1%。气象站和水文站的融合资料呈现比单一资料更细致的降雨分布、更全面的演变特征。此外,基于融合资料发现累积雨量排名前3位的城市（郑州、鹤壁、新乡）均具有累积雨量大、小时雨强极强、强降雨集中、雨强突然增长的特征,鹤壁和新乡最强降雨时段分别比郑州晚26 h和28 h。     

CMA-MESO模式对“21·7”河南特大暴雨的预报评估与误差分析

为分析CMA-MESO模式对2021年7月19—21日河南特大暴雨的预报性能,除了常规观测资料,还利用雷达和卫星非常规观测资料,对模拟回波和云产品开展传统和新型空间检验,以揭示对流风暴和中尺度对流系统(MCS,基于卫星红外通道)的模式预报偏差细节,并从降水形成的水汽、动力、触发和维持机制等角度分析模式误差产生的原因。结果表明:模式能较好预报雨带形态、弱回波持续时间以及主要降水发生前期和后期MCS的面积和强度演变趋势;模式偏差主要体现在低估了降水强度且未报出郑州站极端小时降水,错报主雨带小时降水演变,严重低估了对流风暴和强对流风暴的持续时间,未能报出午后MCS面积陡增的变化趋势且MCS位置预报偏西、偏北;模式降水偏差的原因主要在于水汽的模拟,模式水汽垂直分布不合理,对台风烟花和查帕卡的水汽输送均偏弱,而水汽输送不足的根源是低空急流偏弱和超低空急流脉动不足。另外,模式未能在郑州站附近预报出稳定少动的地面中尺度辐合线,加之大气层结不稳定度不足和对流不稳定能量偏低,使得对流发展不够旺盛,最终导致降水预报不足。     

“21·7”河南暴雨水汽源地追踪和定量贡献分析

2021年7月19～22日,河南省部分地区出现极端暴雨（简称“21·7”河南暴雨）,造成严重城市内涝和人员伤亡。本文借助降水观测资料和再分析数据,分析了此次暴雨过程的大尺度环流形势,并利用拉格朗日轨迹追踪模式FLEXPART及水汽源区定量贡献分析方法,考察了暴雨过程的水汽源地、输送路径和源区水汽定量贡献。结果表明:此次暴雨期间以及暴雨发生前数天,东亚地区500 hPa环流形势极为稳定,西太平洋副热带高压（简称副高）异常偏北,与北侧高压脊连通、位置少动,欧亚大陆高空槽偏西,东亚中高纬环流显著平直,暴雨过程期间,热带气旋“烟花”和“查帕卡”与副高等持续协同影响,建立明显水汽输送通道,提供充足水汽,河南暴雨区维持显著近地面湿区和高可降水量;向前追踪数天发现,暴雨区目标气块主要来自西北太平洋和中国南海等地,且所处大气高度较低,此外,还有少量气块来自日本海附近和欧亚大陆中部（所处高度相对较高）;定量贡献分析显示,水汽主要来自河南南侧中国中东部大陆（D）和西北太平洋（F）,前者水汽贡献率（52.59%）达后者（25.51%）2倍以上,此外,河南暴雨区（T,3.68%）、中南半岛—中国南海（E,3.32%）和暴雨区北侧亚洲大陆（B,2.28%）也有一定贡献;目标气块在D区域水汽摄取量最大,略高于F区域,但前者沿途损耗率明显低于后者,造成D区域水汽贡献显著高于后者;B区域水汽摄取量略高于E区域,但其沿途损耗和未释放部分占比之和高于后者,导致后者水汽贡献相比略高;此外,T区域也有不可忽视的降水再循环率;延长向前追踪天数后,目标气块轨迹和各源区水汽摄取与贡献率相对变化不大,但所有源区水汽总贡献明显提升,可见,对于类似此次河南极端特大暴雨的强降水过程的水汽来源追踪而言,适当延长追踪天数十分必要。     

“93.8”鲁南特大暴雨的分析

通过对１９９３年８月４－５日鲁南特大暴雨的环流背景，环境场特征及中尺度系统的诊断分析，指出：在副热带高压加强西伸，高原槽携西南涡东移的有利环流背景下，低偏南急将高能暖湿空气输送到低涡辐合中心前部的东西向静止锋上被强迫抬升，引起中尺度对流复合体的发生，发展和再生，是造成鲁南特大暴雨的基本原因。     

“2010.5.6”广东暴雨FY3卫星资料综合分析

利用FY3A卫星VIRR资料、微波湿度计资料和广东地面加密区域站降雨资料,分析了2010年5月6日广东大暴雨的云团特征,强降水区的微波亮温(水汽)垂直结构,进而初步总结了FY3A资料与华南暴雨3至6小时降雨量关系和短时强降水的预警意义。     

京津冀“7·21”暴雨过程的中尺度分析

利用常规观测资料、地面加密自动站、卫星等多种观测资料和NCEP/NCAR 0.5°×0.5°再分析资料,以及雷达变分同化分析系统VDRAS的高分辨率分析场资料,对京津冀"7·21"暴雨过程的中尺度系统进行了分析。结果表明,在α中尺度雨带中镶嵌着β中尺度的雨团;α中尺度MCC后部不断有γ、β中尺度对流云团从西侧或西南侧合并补充;中尺度滤波后发现造成京津冀"7·21"暴雨的系统为低层的中尺度切变线,东移过程中加深为中尺度低涡扰动,中尺度切变或低涡位于对流层中低层(为近乎直立的正涡度柱),高层为辐散场(负涡度),但负涡度值与中低层正涡度值要小得多,说明主要是中低层的系统强;分析VDRAS资料同样发现对流层低层强辐合,存在中尺度涡度柱,其上方是中尺度反气旋,热力结构为上暖湿下冷湿。     

“75.8”河南特大暴雨的动力学分析

采用比较完全的ω方程,计算了暴雨期间大范围垂直运动场。指出导致各种天气过程与垂直运动大小的关系以及水汽凝结潜热的突出影响;得到了登陆台风和暴雨区的三维运动图案。另外,对于用某些天气学分析的结论,如弱冷空气活动、东风气流和上游热带涡旋等对暴雨的影响,用定量计算的结果给予澄清和肯定,揭露了台风反覆转向时垂直结构的变化。最后,给出了暴雨预报的着眼点。     

岑溪市“7·25”暴雨成因分析

通过对2006年7月25日岑溪市出现的暴雨天气分析,结果表明：这次强降雨是在充足的水汽条件和强烈的上升运动条件下发生的,暴雨天气的发生与各物理量及本站要素关系密切,作为单站预报,应在掌握大环流形势背景的同时,还应综合分析各物理量及本站要素;这次暴雨主要影响系统来自高空槽、切变线和地面弱冷空气以及台风登陆后西进北抬所形成台风槽。     

对流层高层冷涡对“21·7”河南持续性极端暴雨影响分析

2021年7月17—22日河南出现历史罕见持续性特大暴雨,期间我国东部海区上空的对流层高层冷涡(upper tropospheric cold low,UTCL)与河南降水几乎同步增强,对降水天气形势发展存在影响。强降水过程期间河套高空短波槽、黄淮高压脊、UTCL以及日本海阻塞高压形成准静止波列,环流系统异常稳定,由于UTCL在我国东部海区上空停滞,导致西风急流在河南及其以东地区形成大尺度持续性辐散分流。河南暴雨高空辐散区的建立和增强与UTCL西侧的西北风急流增强直接相关;UTCL东侧急流增强了台风烟花的高层流出,有利于台风加强进而影响河南暴雨区水汽输送;UTCL引起的高空下沉运动增强了副热带高压的稳定性,间接增强了从东部海区向河南的偏东风水汽输送。UTCL数值预报不确定性较大,随着预报时效临近,UTCL环流中心不断向偏北方向调整、强度增强,对应河南暴雨落区有向东调整的趋势。集合预报成员中强、弱UTCL环流分组对比表明,较强的UTCL环流有利于增强河南上空的反气旋性辐散流出,对降水增强较为有利,基于集合预报敏感性的诊断进一步证实了上述结论。     

北京“7·21”特大暴雨中的干侵入分析研究

利用中尺度数值模式WRF V3.2模拟分析2012年7月21日发生在北京特大暴雨过程的天气形势与中尺度系统特征,并结合干侵入理论分析了暴雨过程中的干冷空气活动及其对暴雨的影响。结果表明,此次暴雨过程发生在高空槽引导冷空气南下与强盛的西南暖湿气流在华北一带剧烈交汇的天气形势下,西太平洋副热带高压阻碍了高空槽东移,使北京地区的降水过程维持较长时间。暴雨过程伴随着明显的中尺度对流复合体MCC活动,MCC的持续活动与降水中心在时空上具有一致性。WRF模式对暴雨过程有较好的模拟能力,降水发生之前的24 h内不断有来自35°N对流层顶附近的高位涡、低湿的干冷空气,沿着倾斜向北向下的路径侵入大气中低层39°N附近的700 h Pa高度。干侵入在降水开始前24 h到降水前10 h强度变化不大,随后略有减弱,在降水开始之后迅速减弱消失。干侵入对暴雨的影响主要通过在降水开始前及降水初期影响北京地区的大气热力与动力环境来完成。干侵入可以增大暴雨落区大气的位势不稳定,为对流发展储备充沛的对流有效位能,为MCC的发生、发展提供有利的环境条件。同时,干侵入增大了大气中低层的气旋性涡度,有利于中低层空气辐合上升运动,是引发北京地区局地的强对流天气,如MCC及其伴随的暴雨过程可能的触发机制。     

“96·7”桂北致洪暴雨的分析

“９６．７”桂北大暴雨具有雨势猛、强度大、雨区集中、持续时间长的特点，通过天气分析发现其产生原因有：稳定少变的西风槽是该过程的直接影响系统，而由强大的副热带高压和高原高脊共同作用而形成的强的偏南急流不断向暴雨区输送水汽和不稳定能量是这次暴雨得以加强和维持的重要条件。     

“75.8”河南特大暴雨会战取得显著成绩

在全国轰轰烈烈地开展的批邓、反击右倾翻案风的大好形势下,华北、东北、西北根据“三北”地区寒潮、大风科研协作会商定,“75.8”河南特大暴雨会战于1976年2月10日至4月25日分别在北京、南     

豫北“21·7”极端暴雨过程特征及成因分析

利用探空、地面自动站、多普勒雷达等观测资料及ERA5再分析产品,对2021年7月17—22日豫北地区的极端暴雨过程进行分析。结果表明,极端暴雨过程具有强降水持续时间长、降水强度极端及地形影响明显等特征。极端暴雨过程发生于稳定的大尺度天气形势下,在日本海高压西伸及台风烟花(2106号)、查帕卡(2107号)西北行背景下,黄淮低涡外围加强北上的东南急流/偏南急流为强降水的发生提供了异常充足的水汽、能量条件,对流层中低层暖湿平流强迫、叠加地形影响的强动力辐合抬升作用及低空弱冷空气扩散南下是形成强降水的重要条件,而大气“强-弱-强-弱”的对流不稳定层结特征转化说明强降水过程中存在着两种互补的物理机制。不同阶段极端短时强降水(小时降水量≥50 mm)对流系统的形态结构和发展演变特征不同,但从雷达回波的垂直分布来看,系统均具有“低质心”特征,质心强度≥55 dBz且≥50 dBz强回波垂直伸展至5～8 km、持续时间1 h以上。强降水对流系统在太行山前30 km左右范围内的后向发展特征明显,一方面与地面西行偏东风/东北风在太行山绕流作用下形成的地形辐合线不断南伸有关,另一方面也与强降水冷池效应促使...     

“96·7”桂北致洪暴雨的分析

“９６·７”桂北大暴雨具有雨势猛，强度大，雨区集中，持续时间长的特点，通过天气分析发现其产生原因有：稳定少变的西风槽是该过程的直接影响系统，而由强大的副热带高压和高原高脊共同作用而形成的强的偏南急流不断向暴雨区输送水汽和不稳定能量是这次暴雨得以加强和维持的重要分析。     

“碧利斯”与“圣帕”引发湘东南特大暴雨雷达回波对比分析

利用多普勒天气雷达、常规气象观测等资料,从雷达气象学和中小尺度天气学出发,对引发湘东南特大暴雨的两次强热带风暴"碧利斯"与超强台风"圣帕"进行了对比分析.结果表明:两次过程均为东风带系统影响,地形增幅作用显著.螺旋带状、弥合加波阶段是造成强降水的主要时段.均有低质心暖性降水虽波特征,降水效率高."列车效应"是造成特大暴雨的关键,但形成方式不同:"碧利斯"主要由带状回波形成,而"圣帕"主要由回波在同一区域加强形成."碧利斯"回波强度、回波顶高均大于"圣帕"过程,对流更旺盛,范围小而雨强大,与西风带冷式切变线暴雨回波相似."圣帕"回波均匀,持续时间长,与西风带暖式切变线暴雨回波特征相似,回波移动缓慢,降水总量大.两次过程都有暖平流上叠加辐合风场的特征,形成了有利于强降水的环境背景.中γ尺度"大风核"造成有组织的次级环流,可能是"列车效应"形成和维持的主要原因.谱宽表明,受地面的摩擦作用,低层有强烈的湍流和乱流,有利于低压中心从低层减弱.中层为强而稳定的气流,有利于气旋强度的维持,形成长时间强降水.