基于遥感数据光流场的2021年郑州“7·20”特大暴雨动力条件和水凝物输送特征分析

本文针对2021年7月20日河南省郑州市发生的“7·20”特大暴雨天气过程,主要基于FY-4A静止气象卫星成像仪和地基天气雷达遥感数据,利用光流法分别计算遥感数据图像的光流场（Optical Flow Field）。经与FNL数据水平风和地面风速观测对比表明,气象卫星和雷达光流场可以近似反映大气和云系的高空和低空的运动特征。在此基础上,分析了与暴雨天气过程有关的动力条件和水凝物输送特征。结果显示,在20日午后,存在从华南经河南延伸至华北“西南—东北”走向的水汽和云水输送带,其中对流活动非常明显,并一直延伸至河南中北部的既有云系中,为河南郑州地区特大暴雨的形成提供了有利的水汽和云水输送条件。20日午后至16时（北京时）最强降水发生前,郑州地区低空由辐散转为强烈的气旋状辐合,并且高空的反气旋涡度增强,表明郑州地区整个降水系统上升运动增强。在最强降水发生前,从郑州地区南侧输入的水凝物急剧增加。这些结果表明,郑州地区不仅存在大量水汽输入,同时还有大量水凝物随强对流云输送进入到大范围降水系统的上升运动区,可能极大地加速了水汽转化为云水进而形成降水的微物理过程转化速率,这可能是此次郑州特大暴雨快速增强的主要成因。本文提出的基于遥感数据光流场的分析方法在暴雨短临预报和预警中有显著的应用潜力。     

“98.7”武汉市特大暴雨的中尺度分析

使用红外云图、雷达回波、武汉市城区自动雨量站和地面中尺度观测资料，对1998年7月21－22日武汉市历史上罕见的特大暴雨进行了分析。概括了武汉市特大暴雨的时空分布，云图和雷达回波演变特征以及中尺度天气系统。为此后进行武汉市特大暴雨的预报提供有价值的参考依据。     

都安一次特大暴雨过程卫星和雷达图像特征分析

利用彩色增强显示的卫星云图、雷达和自动气象站资料对2010年5月31日22时至6月1日11时都安县出现的特大暴雨进行分析,发现这次暴雨过程由2个强降雨阶段组成,造成都安县特大暴雨的原因是1个形成于滇黔桂交界处的低涡在南移过程中,低涡东边缘对流强烈发展,对流云团主体移过都安而产生了强降雨,对应着这2个强降雨阶段,在卫星云图上分析出是由2个对流云团前后移过所造成的,在雷达回波图上可分析出对流云团中又先后有多个对流单体移过都安县上空,所以造成了这次特大暴雨过程     

川北两次特大暴雨天气过程成因的对比分析——2001．9．18绵阳特大暴雨与2002．6．7遂宁特大暴雨

通过对四川盆地北部两次小范围特大暴雨发生时的环流背景、主要影响系统、要素场、卫星云图、雷达回波等进行对比分析，找出了两次过程的相似及不同之处，指出低空急流和相对稳定的环流形势是小范围特大暴雨形成的关键，为今后类似的特大暴雨预报提供了参考依据。     

一次秋季对流性暴雨的双偏振雷达回波特征分析

本文利用黔东南榕江C波段双偏振多普勒天气雷达资料、常规观测资料及地面加密自动站观测资料等,对2021年9月6日傍晚到夜间贵州东部地区出现的对流性暴雨天气过程的环流背景、影响系统和雷达回波特征进行总结分析。得出：（1）此次天气过程是在副高西伸北抬形成高压坝的背景条件下,中高纬冷涡低槽与高原东移的短波槽在四川东部同位相合并加强东移,引导冷空气从西北路径和东北路径两面夹击影响贵州东部地区,配合长时间稳定维持的南北向低空切变线,共同触发不稳定能量强烈释放,产生对流性暴雨天气。（2）带状对流回波东段东移至铜仁、黔东南州境内后逐渐转为片状积层混合降水回波,并长时间稳定维持少动,暴雨发生期间,回波具有明显的低质心高效率的热带暖云降水回波特征;VIL值在10～30 kg·m-2之间,局地出现明显的跃增现象;低仰角径向速度图上长时间维持明显的风场辐合。（3）此次过程雷达偏振参量具有产生强降水的特征,最大ZH在40～60dBz之间,ZDR在0.2～5dB之间,KDP范围为0.5～7.0°·km-1,CC在0.9～0.98之间,最大时≥0.98。     

“96.8”河北特大暴雨雷达回波和闪电资料特征

以７１３雷达回波和闪电资料为主,并结合逐小小时非常规气象观测资料,分析了１９９６年８月３￣５日河北省西南部特大暴雨雷达回波和闪电资料特征,表明此次降雨过程为混合性降雨,且雷达回波的强度和云地闪的次数、强度和降雨的性质、强度、范围以及中尺度对流系统的发展有一定的指示意义。     

西安一次短时暴雨的双偏振雷达特征

利用高空、地面气象观测资料和相控阵双偏振天气雷达探测资料,对2022年7月15日夜间发生在西安地区一次短时暴雨天气过程进行分析。结果表明：(1)短波槽东移、中低层切变线和地面辐合线是此次短时暴雨的主要影响系统。(2)强降水回波为快速移动的带状和和片状强回波,均以积状云降水回波为主,50 dBz以上的强回波上升到7 km高度,为大陆型对流降水。速度图上有中尺度辐合区,有利于强降水的加强及维持。(3)强降水期间差分反射率因子(ZDR)值为1.5～2.8 dB,差分传播相移率(KDP)值为1.0～9.0(°)/km,且在强回波前沿KDP集中在2～7(°)/km,说明雨滴直径大且数密度相当大。当KDP维持在2.8(°)/km时,1 min降水量将达到1 mm以上。     

2016年北京“7·20”特大暴雨降水物理过程模拟诊断研究

利用WRF模式,结合三维降水诊断方程,对2016年北京“7·20”特大暴雨过程主降水时段的强降水物理过程开展了高分辨率模拟诊断分析。结果显示:降水峰值时刻前,强盛水汽辐合支撑强降水,同时加湿大气,后期,水汽辐合显著减弱,降水造成局地大气中水汽含量明显减少;降水峰值时刻前,水汽辐合、凝结和液相水凝物辐合共同助力强降水云系快速发展,后期,动力辐合作用减弱以及水凝物持续消耗和辐散,导致水凝物含量显著减少,降水系统逐步瓦解;主降水时段,垂直上升运动强度和垂直扩展范围逐步增大,并在降水峰值时刻达最大,之后减弱收缩;上升运动峰值高度从初期位于零度层上逐步降到零度层附近,进而回落到零度层之下,伴随“弱—强—弱”的降水强度变化;上升运动控制下,水凝物含量变化明显,但不同水凝物变化幅度不一,霰粒子和雨滴增幅最显著,并于降水峰值时刻含量达最大,随后减小,其他水凝物由于微物理转化和动力辐散等过程,导致其含量的变化幅度弱于上述两者。本文研究同时指出,不同微物理参数化方案对“7·20”特大暴雨强降水物理过程的可能影响以及不同强度降水物理过程的差异,值得深入研究。     

2021年郑州“7·20”极端暴雨雨滴谱特征及其对雷达定量降水估测的影响

利用雨滴谱仪观测的雨滴谱数据,分析了2021年7月20日郑州极端暴雨的雨滴谱特征,并结合双偏振雷达观测,分析了不同定量降水估测（QPE）方法在此次极端暴雨过程中的性能。结果表明,在此次极端暴雨过程的最强降水时段,雨滴谱表现为很高的粒子数浓度和很大的粒子平均直径;而整个降水过程雨滴谱的截距参数与我国其它地区雨滴谱特征差异不明显,但质量加权平均直径大于其他地区的雨滴谱;在降水最强的2021年7月20日08:00～09:00（协调世界时,下同）前后,雨滴谱的特征发生了显著变化,首先是质量加权平均直径迅速增长,随后粒子数浓度也陡增,从而导致降水率的迅速增强。使用郑州双偏振雷达数据,基于各种QPE方法和参数计算得到了08:00～09:00的雷达反演降水量,并与雨量计观测结果比较。结果表明对于基于反射率的QPE关系（R(Z_H)）,如果不提高或者去除反射率上限进行QPE,会导致降水严重低估,且该方法对参数的准确性较为依赖;基于差传播相移率的QPE关系（R(K_dp)）对雨滴谱差异性敏感度相对较低,其性能主要依赖于差传播相移率的准确性;最优的R(K_dp)关系反演效果比R(Z_H)更好,能达到实际降水量的70%以上。     

Assessing 10 Satellite Precipitation Products in Capturing the July 2021 Extreme Heavy Rain in Henan,China

On 20 July 2021, a sudden rainstorm happened in central and northern Henan Province, China, killing at least 302people. This extreme precipitation event incurred substantial socioeconomic impacts and resulted in serious losses.Accurate monitoring of such rainstorm events is crucial. In this study, qualitative and quantitative methods are used to comprehensively evaluate the abilities of 10 high-resolution satellite precipitation products [CMORPH-Raw(Climate Prediction Center morphing technique),...     

郑州“7·20”极端降水地形影响数值试验

针对2021年7月20日发生于河南省郑州市的极端暴雨事件,利用数值模式对此次暴雨过程中的地形影响问题进行了数值试验分析。结果发现,CMA-MESO(GRAPES-MESO 3 km)模式能够较好地模拟此次极端降水过程。地形对降水具有显著影响,地形高度降低时,降水中心强度减弱,位置偏北;地形高度增加时,降水中心强度增加,位置偏南。其主要影响机制为：(1)太行山与郑州市西侧山体抬升作用使郑州市西部出现较强的上升运动中心;太行山南端阻挡作用使东南暖湿气流北支一部分气流向西偏转,与越过伏牛山的偏南气流及东南气流南支汇合,使郑州市上空维持大尺度水汽辐合,进而产生极端暴雨。(2)当地形高度增加时,东南气流北支的部分气流遇太行山阻挡转为偏东北气流,气流辐合区强度增强,郑州市上空水汽含量明显增加;而东南气流南支受伏牛山阻挡抬升作用影响在郑州市西南侧也产生了强上升气流,在郑州市西北侧与西南侧形成两个强降水中心。     

郑州市暴雨的气候特征

统计分析了郑州市7站自建站始至2005年的全部暴雨天气过程，结果显示：暴雨天气发生在夏半年（4～10月）；站暴雨年平均1．3～2．8次，区域性暴雨年平均1．5次；郑州地区暴雨出现次数南部多于北部，东部多于西部，其中登封是郑州市出现暴雨次数最多的测站；暴雨次数的年际变化呈明显波动形势；造成郑州市夏季暴雨的主要天气系统有低槽型、切变线型、副高西伸型、台风或台风倒槽型等。     

郑州市暴雨的气候特征

统计分析了郑州市7站自建站始至2005年的全部暴雨天气过程,结果显示:暴雨天气发生在夏半年(4~10月);单站暴雨年平均1.3~2.8次,区域性暴雨年平均1.5次;郑州地区暴雨出现次数南部多于北部,东部多于西部,其中登封是郑州市出现暴雨次数最多的测站;暴雨次数的年际变化呈明显波动形势;造成郑州市夏季暴雨的主要天气系统有低槽型、切变线型、副高西伸型、台风或台风倒槽型等。     

“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。     

Preface to the Special Collection on the July 2021 Zhengzhou,Henan Extreme Rainfall Event

<正>A period of extreme rainfall occurred from 17 to 22 July 2021 in Henan Province of China where the accumulated precipitation in the 6-day period exceeded 1000 mm, which is more than the mean annual precipitation in the region. The rainfall was particularly intense on 20 July 2021, especially over Zhengzhou City, the capital of Henan Province and home to more than 10 million people. Hourly rainfall of 201.9 mm was measured at a station in Zhengzhou, breaking the station hourly rainfall r...