论河南“75.8”特大暴雨的研究:回顾与评述

“75.8”河南特大暴雨的发生已经过去40年了,它在人们的记忆中留下深刻的印象。这场暴雨在1975年8月5—7日3 d之内在河南南部的局部地区降下了1605 mm的总雨量,1、3、6、12 h雨量均破中国降水的历史记录。由于水库垮坝,洪水夺走了该区约2万6千人的生命,经济损失巨大。在这40年间,中国的暴雨研究和预报都取得了重大的进展。其中一个重要原因是中国的气象和水文部门从这场空前强烈的大暴雨和大洪水事件中吸取了宝贵的经验教训,多年来,以这场超级大暴雨洪水为借鉴,不断促进和鼓励中国气象学家向暴雨研究和预报发展的更高目标前进。有感于此,回顾和评述了当年老一辈科学家在比较艰苦的条件下所进行的这次大暴雨的研究活动,以及所获得的卓越科学成果。即使从今天来看,其中不少成果也具有创新性的意义,在中国暴雨研究的发展史上,占有十分重要甚至里程碑式的地位。文中重点对其中的关键科学问题进行了评述,包括:(1)“75.8”特大暴雨的雨情和极值;(2)“75.8”特大暴雨发生的原因;(3)“75.8”特大暴雨的动力诊断;(4)暴雨中尺度分析;(5)地形对暴雨的增幅作用。希望以此纪念河南“75.8”特大暴雨发生40周年,并表达对参与此次研究活动的老一辈科学家深深的怀念和敬意。     

河南“21.7”极端暴雨过程天气尺度系统发展维持机制分析

利用实况资料和ERA5再分析资料对“21.7”河南极端暴雨过程的锋生作用、大气非绝热加热和水汽净收支进行了深入分析,揭示此次过程天气尺度系统发展维持机制。结果表明：本次极端暴雨过程中,河南位于西北太平洋副热带高压(副高)和大陆高压之间的鞍型场中,低层辐合高层辐散的配置有利于500 hPa低压系统的发展和维持;锋生作用主要发生在对流层低层且与θ _se密集区有较好的对应关系,水平散度项和水平变形项起主导作用,两者的贡献基本相当;视热源?Q ₁?和视水汽汇?Q ₂?水平分布与强降雨落区较为吻合,二者的垂直分布有明显差异,Q₁最强加热作用在对流层中高层,而Q₂垂直分布较为均匀但强度明显小于Q₁,Q₁中位温垂直输送项起主导作用,而Q₂中比湿水平平流项发挥着主导作用,这表明本次河南极端暴雨中,区域性强凝结潜热的释放对降水有正反馈作用。伴随来自台风烟花(2106)北侧偏东气流的不断加强西进,强风速切变及地形抬升引发异常强盛的边...     

“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”郑州极端暴雨的形成过程及致灾机理分析

2021年7月19—21日,郑州地区出现了罕见的极端暴雨天气,过程累计降水量达到了732 mm,引发了严重的城市内涝,造成了巨大的人员和财产损失。利用国家级自动观测站逐小时降水数据和欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析资料(ERA-5)分析了郑州地区"21.7"极端降水过程的降水特征以及其影响系统。结果表明:此次降水过程降水量大,持续时间长,强降水范围集中在郑州及周边地区,强降水时段集中在20日14时以后,其中郑州站20日17时小时降水量达到了201.9 mm·h^-1,超过了历史极值。降水过程中南亚高压东移,郑州位于200 hPa高空槽前,500 hPa副高加强西伸,与大陆高压对峙,郑州位于低压区形成低空辐合高空辐散的高低空配置。郑州低空850 hPa有东南急流发展,产生东风切变线同时伴随着地面辐合线影响郑州地区,东南急流也将西太平洋上的水汽输送至暴雨区,并在地形阻挡作用下在郑州地区汇集。低空急流与强降水在时间上有明显同步,急流在地形作用下产生的辐合抬升也在暴雨区形成强烈的垂直上升运动,对此次极端暴雨的产生和维持有明显的影响。     

大通县“8.21”极端性暴雨天气特征分析

2013年8月21日08时—22日08时,青海省东北部地区普降小到中雨,其中大通县气象测站8月21日18时至22日07时出现特大暴雨,降水量达144.9mm,不仅创该站有气象记录以来历史日降水量(08—08时)极大值,同时也创本省单站日降水量(08—08时)历史极大值。特大暴雨引发山洪,致使2714人受灾,1人死亡。利用数值预报产品和常规气象观测资料、卫星云图、多普勒雷达回波产品资料,对青海省大通县特大暴雨致洪过程进行了详细分析,总结归纳了特大暴雨致洪气象指标与预报技术难点,旨在为今后的预报预警提供一定的参考依据。     

华东区域模式对河南“7·19”特大暴雨的数值检验与分析

采用9 km分辨率的华东区域模式预报产品,对2016年7月19日发生在河南省的极端暴雨过程进行天气学检验与分析,结果表明:1)华东区域模式提前60 h对本次暴雨过程做出了较好预报,能反映出该暴雨过程的降水中心、强度及强降水发生时段。对临近时效和极端暴雨中心极值,该区域模式表现出优于全球模式的预报能力。2)华东区域模式能较好预报出本次过程中对流层中低层主要影响系统,但对系统位置、强度和移速预报与实况的差异导致了降水落区预报的偏差;西南急流预报较实况偏强是导致豫东南暴雨区空报的原因之一。3)华东区域模式对暴雨发生前K指数分布及不稳定层结有较好预报,对暴雨预报业务有重要指示意义。4)模式能较好地刻画出地面辐合线及气旋位置。     

河南“7·19”豫北罕见特大暴雨降水特征及极端性分析

2016年7月18-20日受低涡气旋影响,河南省出现了一次全省大范围的强降水过程("7·19"),其中豫北部分地区出现特大暴雨,最大过程雨量达732 mm。本文基于自动气象站降水、地面风场观测资料、雷达组合反射率资料、常规气象探空资料和1°×1°ECMWF再分析资料,对"7·19"过程的降水特征、大尺度环流特征和中尺度系统进行了分析,同时也对比分析了"7·19"过程和1980-2016年以来发生在豫北太行山东麓的71个强降水过程(所选区域至少有一个站点的日降水量大于100 mm)的物理量场特征。结果表明:太行山地形和低涡气旋背景下有利的大尺度环流为"7·19"特大暴雨提供了充沛的水汽和辐合抬升条件;中尺度地形辐合线的生成、发展和维持、多个地面中尺度气旋移动造成的列车效应是导致局地特大暴雨的主要原因,对比不同强降水过程的物理量场显示"7·19"的动力因子具有明显的极端性特征。     

“8,11”山东特大暴雨的数值模型分析

利用中尺度数值模式ＭＭ４,对“９９．８”山东特大暴雨进行数值模拟,探讨了弱冷空气、地形、东南气流对本次过程的影响机制,结果表明：中低层中尺度涡旋是造成本次过程的主要天气系统,其空间上的倾斜特征是本次特大暴雨天气的触发机制之一;弱冷空气是特大暴雨的直接触发因素;地形的辐合抬升作用是暴雨加剧的另一主要原因,东南气流为特大暴雨提供了水汽来源。     

河北“23.7”极端暴雨过程特征及成因初探

2023年7月29日—8月1日,河北省发生了致灾严重的极端暴雨事件,气象观测站3 d(72 h)最大累计降水量为1 003.4 mm(邢台临城梁家庄),河北、北京多站突破了历史纪录。利用高空、地面、卫星云图和多普勒天气雷达等观测资料以及ERA5再分析资料,对此次极端暴雨的极端性和成因进行了初步分析。结果表明,此次极端暴雨过程是在对流层高、中、低层以及中、低纬度多尺度大气系统共同作用,并叠加地形影响下产生的。1)中纬度大陆高压东移并与北上西进的副热带高压连通,在河北北部形成稳定的西北—东南向高压坝,台风“杜苏芮”登陆后北上西行到河南境内时,受阻于高压坝,速度减慢,导致台风残涡降水长时间维持。2)台风“杜苏芮”北上自身携带的水汽以及副高南侧的台风“卡奴”远距离输送的水汽,为河北极端暴雨的发生提供了充足的水汽;台风北上减弱过程中结构不变,边界层东北风急流和东南风急流辐合,加上太行山地形的辐合抬升作用,共同为极端降水提供了强盛的动力条件。3)太行山中段的强降水时段集中在29日夜间至30日夜间,主要是减弱台风残涡的螺旋雨带、东到东北风急流在迎风坡抬升以及喇叭口地形、“狭管效应”增强辐合共同作用所...     

由河南“75·8”特大暴雨引发的思考

"75·8"特大暴雨在我国暴雨领域是一个非常典型的个例。40 a来还发生了其他类型的极端暴雨和突发性暴雨,都加深了对我国暴雨研究与业务的认识,引发了一些思考。暴雨是我国最主要的灾害天气,关系到国家安全、社会稳定和经济的可持续发展。暴雨预报也是我国乃至全球天气业务的重点之一,各级领导应该高度重视,加大对暴雨形成机制的研究,提高暴雨预报的准确率,减小由于暴雨灾害带来的巨大损失。近20 a来,得益于各种常规和非常规观测资料、高分辨率数值模式的发展及诸多先进科研成果的应用,我国暴雨预报业务步入崭新的发展阶段。但由于我国地域辽阔,受季风和多种气候带天气系统的影响,地形地貌多样,暴雨形成机理复杂,预报准确率和精细化程度仍达不到防灾减灾需求。近期我国暴雨预报业务发展的主要思路包括:加强对我国不同地区、不同影响系统的典型暴雨特别是极端性暴雨和局地突发性暴雨个例的分析研究,加深暴雨形成物理机制的认识;提高数值模式尤其是区域中尺度模式和集合预报系统对暴雨预报的性能;加强对模式物理过程和预报性能的了解,充分发挥各地各级预报员认识当地暴雨机理和积累预报经验的作用;提高多源资料综合应用能力,提高短时临近预报能力;建设现代化人机交互式预报业务平台,提升暴雨预报能力;加强对暴雨研究长期持续定向的投入,稳定预报员队伍建设;建立科研和业务的新型结合。     

湘东南地形对“碧利斯”台风暴雨增幅作用的分析

强热带风暴“碧利斯”(200604)登陆后其低压环流较长时间地维持,并与两南季风相互作用,造成了湖南省东南部历史罕见的特大致洪暴雨.针对该暴雨天气过程,采用天气学分析和数值模拟试验等方法,对湘东南特殊地形对该台风暴雨的影响进行了研究.结果表明:湘东南多山体分布且向北开口的喇叭口特殊地形通过与“碧利斯”低压环流北侧增强的...     

2022年广西“6·11”极端暴雨成因及预报偏差分析

利用常规气象观测和NECP再分析资料,对广西2022年6月11日极端暴雨过程进行分析,结果表明：（1）本次过程具有暴雨范围广、累积雨量大、极端性强、致灾性高和双雨带的特点;（2）边界层侵入的浅薄冷空气是桂中雨带的重要触发机制,而桂南雨带则是由超低空急流脉动配合海陆地形的影响共同触发;（3）中尺度对流系统的有组织发展,以及回波在后向传播移动过程中形成“列车效应”,同时配合季风爆发带来的充沛水汽供应和低质心暖云高效率降水是造成多地出现极端暴雨的重要原因;（4）在暖区降水的预报中,CMA-GD和CMA-MESO模式往往有较好的表现,预报员需加强中尺度模式的分析应用,警惕中尺度模式预报中突发的对流系统,有利于提高极端暴雨的预报能力。     

“21·7”河南极端暴雨多模式预报性能综合评估

采用CRA、邻域TS评分、FSS等多种空间检验方法,对多个不同尺度业务数值模式在“21·7”河南极端暴雨过程中的预报性能进行了综合检验评估,并从低空急流、水汽辐合和热力条件等方面对模式偏差原因进行诊断分析。结果表明:1)在24 h大暴雨降水位置预报偏差上,WARMS预报性能最优,GRAPES_3 km次优;大暴雨降水预报范围与实况相当时,RMAPS降水强度预报较实况明显偏强,且落区较实况出现持续偏西的特征;2) GRAPES_3 km和WARMS预报3 h累积降水的位置偏差更多表现在经向方向上,且离散度较大,但在更临近预报时效经向偏差明显减小,而纬向偏差则随预报时效变化较小;RMAPS的位置偏差主要表现在纬向方向上,19—21日分别有86.7％、91.3％、72.7％的降水个体预报偏西;3) WARMS对低空急流和水汽辐合预报偏弱导致其对19—20日降水强度估计不足,EC和RMAPS对19—20日低空急流预报明显偏西是导致降水落区位置存在偏差的主要原因;MESO对20日急流和水汽辐合发生时间及位置预报较好,但明显偏弱的热力条件导致其缺乏对极端强降水的预报能力;4)21日,MESO和RMAPS预报低空急流过多的偏东分量导致其在太行山陡峭地形处预报了偏强的地形增幅降水;EC和WARMS预报低空急流风向更接近实况,但对低层水汽辐合强度和时间的预报偏差导致预报降水个体出现了较明显的经向位置偏差。     

近海台风对“21·7”河南极端暴雨过程水汽通量和动、热力条件影响的模拟

本文利用WRF模式对近海台风“烟花”及“查帕卡”影响2021年7月19日至21日河南极端暴雨的过程进行数值模拟。控制试验（CTL）对台风路径、强度、大尺度环流形势,以及河南暴雨的强度和空间分布型等均给出合理的模拟,基本再现了本次河南极端暴雨的发展过程。敏感性试验表明,在移除台风“烟花”后,副热带高压系统显著南压并在南侧形成东南风急流,河南地区的南风分量减弱、东风增强,东西方向的水汽输送占主导,有利于降水分布型由CTL试验的南—北向转变为东—西向;另一方面,由于低层东南风急流相较于移除“烟花”前的东风急流偏弱,河南降雨区的局地辐合减弱,水汽通量净流入值较CTL试验降低5.81%,且中纬度冷气团西移减慢,引起局地相当位温梯度减弱,最终导致移除台风“烟花”试验的降雨强度偏弱。移除台风“查帕卡”后,大尺度环流形势几乎未受影响,河南南侧的水汽输送略有减弱,因此强降水分布基本与CTL试验类似,降雨强度略有减小。与台风“烟花”相比,“查帕卡”对河南暴雨的影响较弱。     

陇东半干旱区一次特大暴雨事件的降水极端性分析

2022年7月15日地处半干旱区的甘肃陇东出现一次特大暴雨过程,多站日雨量和小时雨量均突破历史极值。利用2022年7月14日20:00至15日20:00（北京时）逐分钟、逐小时降水观测数据,甘肃省庆阳市192个区域气象站建站以来日降水量、小时降水量资料,以及地面-卫星-雷达三源融合降水分析产品（CMA Multi-source Merged Precipitation Analysis System,CMPAS）10 min和1 h降水量数据,分析此次特大暴雨过程的降水特征及极端性。结果表明：这次特大暴雨过程具有累积降水量大、暴雨及以上量级降水落区集中、对流性降水强、降水中心稳定少动、短时强降水持续时间长等特征,其中累积降水量、降水强度和短时强降水持续时间的极端性明显。特大暴雨中心位于庆城县中北部的翟家河站,最大累积雨量达373.2 mm,是该站建站以来观测最大值,接近甘肃省所有国家站日降水量极值的2倍;最大小时雨量达84.9 mm,位居庆阳市所有测站建站以来小时雨量第3位;短时强降水最长持续时间达6 h,是庆阳市所有测站建站以来最大值。分钟级降水量演变表明,强降水中心的降水强度具有脉...     

“8·11”山东特大暴雨的数值模拟分析

利用中尺度数值模式MM 4,对“99 8”山东特大暴雨进行数值模拟 ,探讨了弱冷空气、地形、东南气流对本次过程的影响机制 ,结果表明 :中低层中尺度涡旋是造成本次过程的主要天气系统 ,其空间上的倾斜特征是本次特大暴雨天气的触发机制之一 ;弱冷空气是特大暴雨的直接触发因素 ;地形的辐合抬升作用是暴雨加剧的另一主要原因 ;东南气流为特大暴雨提供了水汽来源。     

河南一次特大暴雨过程的天气学分析

利用NCEP再分析资料,对2005年7月20-22日河南西部特大暴雨的成因进行了诊断分析。结果表明：台风低压倒槽外围的东南气流和副高西南侧的东南气流合并,形成一支较强盛的东南气流带是本次特大暴雨的水汽来源;辐合线和地形的作用是本次特大暴雨的触发机制;特大暴雨中心附近存在低空的气旋辐合、高空的反气旋辐散,且在特大暴雨发生发展时,高空的反气旋辐散作用起主导作用,是特大暴雨发展和维持的依据;在前期有东南急流存在的情况下,东风分量和南风分量明显减弱的时刻．是强降水发生的时刻。     

河南一次特大暴雨过程的天气学分析

利用NCEP再分析资料,对2005年7月20-22日河南西部特大暴雨的成因进行了诊断分析。结果表明：台风低压倒槽外围的东南气流和副高西南侧的东南气流合并,形成一支较强盛的东南气流带是本次特大暴雨的水汽来源;辐合线和地形的作用是本次特大暴雨的触发机制;特大暴雨中心附近存在低空的气旋辐合、高空的反气旋辐散,且在特大暴雨发生发展时,高空的反气旋辐散作用起主导作用,是特大暴雨发展和维持的依据;在前期有东南急流存在的情况下,东风分量和南风分量明显减弱的时刻．是强降水发生的时刻。     

“碧利斯”引发湘东南特大暴雨的多普勒雷达回波特征分析

利用广东韶关多普勒天气雷达资料分析了2006年7月14—17日因受强热带风暴“碧利斯”影响湘东南发生的特大暴雨过程的回波特征及中小尺度系统。结果表明,“碧利斯”回波经历了初始发展、螺旋带状、弥合、减弱消失阶段,其路径经历了自东北向西南进入、绕雷达站旋转、由西南向东北方向移出三个阶段：“列车效应”是造成该特大暴雨的主要回波特征。多普勒速度图上,“逆风区”存在时间较短,对流层中层不连续中小尺度“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之一。谱宽图上,“碧利斯”在低层具有较大的谱宽值;在强回波带上,中层十分均匀,表明“碧利斯”过程低层由于受地形磨擦作用湍流活动很强,中层平稳的大风急流也是过程长时间维持的主要原因之一。     

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。