“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。     

贺兰山东麓极端暴雨的中尺度特征

利用近10年宁夏逐时自动气象站降水、银川CD雷达、FY-2、探空和ECMWF再分析0.125°x 0.125°等高分辨率多源气象资料,在中尺度系统分型基础上,对比分析贺兰山东麓6次极端暴雨的中尺度特征.结果表明:(1)低空偏(东)南急流夜间增强并配合贺兰山地形,在东坡山前触发或增强了暴雨中小尺度系统,造成地形处降水增幅...     

“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...     

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...     

东南风低空急流影响"21·7"郑州市极端暴雨分析

利用中国气象局上海台风研究所热带气旋(Tropical Cyclone, TC)最佳路径数据、美国环境预报中心(National Center of Environmental Prediction, NCEP)最终分析格点资料(Final Analysis, FNL)及常规观测数据等,分析了2021年7月郑州极端暴雨过程的特征机理。结果表明:(1)两个TC同时远距离输送大量水汽,东南风低空急流与强降水关系密切。当东南风急流北上到太原、邢台等站后郑州市暴雨减弱。郑州市6 h降水超过62.5 mm站点数目增减与850 hPa地转偏差数值变化趋势一致。(2) 20日白天郑州站极端降水发生前,从850 hPa经500 hPa至200 hPa风向从东南风顺转为西南风。200 hPa与850 hPa水平风的垂直切变(Vertical Wind Shear, VWS)从最大值开始减小、可降水量(Precipitable Water Vapor, PWV)明显加大、不稳定程度减小,这些都是极端暴雨发生的有利条件。极端暴雨具有明显的湿对流特点。(3)纬、经向风变率诊断表明,最有利于郑州市850 hPa东风维持的因子是地转偏差,最有利于南风加大的因子是动量平流。动量对流促使郑州市暴雨过程850 hPa南风减小,故动量上、下传递并非850 hPa南风加大原因。     

北京“23·7”极端强降雨特征和成因分析

利用北京地区加密气象站、补盲的北京市规划和自然资源委员会雨量站、双偏振雷达、风廓线雷达、GPS水汽等观测数据和ERA5再分析数据,对北京“23·7”极端强降雨阶段性特征和成因进行了分析。结果表明：“23·7”极端强降雨累计降水量（331mm）和单点最大降水量（1025mm）均打破历史纪录,最大雨强（126.6mm·h-1）排名历史第二位,具有显著的极端性。强降雨可分为5个阶段,其中第Ⅱ和第Ⅳ阶段降水量分别占过程累计降水量的37.1%和39.7%,第Ⅳ阶段雨强更大,对应急流更强,高温、高湿特征也更明显。地形对降雨的增幅作用显著,降水量在海拔100～300m山区迅速增加,极大值出现在海拔约400m的山区,第Ⅱ（第Ⅳ）阶段山区平均降水量和小时雨强分别是平原的2.1（3.0）倍和2.0（2.7）倍;第Ⅱ阶段主要为地形对急流的直接抬升,第Ⅳ阶段为地形绕流辐合和直接抬升共同作用。7月31日上午（第Ⅳ阶段）边界层急流出口区与低空急流入口区耦合导致低层上升运动增强,促使西部山前β中尺度对流系统由块状发展成线状并有γ中尺度涡旋产生,该β中尺度对流系统北上时形成短暂的列车效应,引发了西部山区8个站次100mm·h-1以上的极端短时强降水。     

重庆一次弱天气系统强迫下的极端短时强降水事件分析

利用常规观测、多普勒雷达、FY-2F卫星、加密自动站等数据和ERA-Interim0.125°× 0.125。再分析资料,对2019年4月19日重庆极端短时强降水事件的环境条件和发展机制进行了分析。结果表明:在天气尺度垂直运动较弱的背景下,此事件由准静止的β中尺度对流系统(MβCS)形成。对流发展前本地水汽充足,"上干下湿"的层结不稳定特征显著。对流发生发展于云贵高原向四川盆地过渡的綦江河谷附近,河谷三面环山,地势由西南向东北倾斜。γ中尺度对流从河谷南侧下山增强,导致河谷内的局地强降水和冷池。冷池与河谷东坡上暖湿气团间的强中尺度水平温度梯度,有利于近地面西南风加速向东侧山体辐合,促使已移至河谷内的γ中尺度对流向东坡移动并加强为一个孤立的MβCS。受冷池的持续增强、东侧地形的阻挡、两个γ中尺度对流的并入和弱环境气流引导的共同影响,MβCS得以较长时间维持并影响同一局地区域,导致綦江、万盛局地发生极端短时强降水。     

吉泰盆地夏季一次暴雨天气过程中尺度对流系统演变特征

利用地面气象观测、FY-2G卫星TBB、多普勒雷达、ERA5再分析资料,以及江西快速循环同化系统等资料,分析了2020年7月9日吉泰盆地梅雨期特大暴雨天气过程的中尺度系统演变特征及机制。过程分为线状对流系统MCS-A转向、南压阶段和单体对流系统MCS-B、MCS-C北移发展阶段。结合盆地西侧山区、盆地北部、盆地南部三个暴雨区,重点分析了暴雨天气过程的第一阶段。结果表明：1)边界层辐合线触发MCS-A,后者西侧不断并入边界层辐合线上和低空急流前端的新生单体,形成“列车效应”。2)弱降水冷池驱动MCS-A中强降水雨团向西南方向传播以及MCS-A与弱降水雨团合并,共同导致了MCS-A转向。3)受幕府山和吉泰盆地地形绕流作用,对流层中低层中-β尺度低涡在吉泰盆地东北部停留约5 h,激发盆地西部、北部对流活动的发展。4)对流系统处于准静止态,急流前端存在中-γ尺度涡旋,导致MCS-A中强对流单体在吉泰盆地南部长时间维持。     

“22·06”广西极端暴雨过程低空急流作用

利用多源气象资料,对2022年6月17—22日广西极端暴雨过程低空急流与暴雨的关系进行精细化时空分析。结果表明：（1）该次极端暴雨是发生在中高低纬天气系统有利对峙的暖区降雨系统中,极端低空急流的脉动和高空槽的东移触发极端暴雨天气。（2）强降雨区主要位于925 hPa急流顶端以北、850 hPa急流核以北偏左侧的急流梯度最大区域附近,急流位置和强度与强降雨落区和强度相关。（3）低空急流建立强劲的水汽通道,强降雨对应水汽辐合中心。强降雨区位于△θse负中心南侧和东侧的等值线密集区域内,并沿着等值线密集区分布。低空急流为暴雨区上空的正涡度柱和低层辐合、高层辐散动力机制提供有利条件。（4）极端低空急流下,前倾槽过境,低层强烈辐合高层强烈辐散、深厚正涡度柱及水汽异常充沛是极端暴雨形成的重要原因。     

“7·20”河南极端暴雨精细观测及热动力成因

利用分钟降水资料、FY-4A气象卫星高分辨率资料、多普勒天气雷达资料和ERA5再分析资料对2021年“7·20”河南极端暴雨过程中尺度系统精细结构及热动力发展机制进行观测分析和诊断研究, 结果表明: 该过程发生在“两高对峙”的鞍型场弱背景下, 其主导系统为500 hPa弱低压系统和低层偏东风切变线; 极端暴雨主要由水平尺度约300 km呈近乎圆形结构中尺度对流复合体产生, 其长时间维持与内部多个中尺度对流系统的合并及外围东南侧暖湿区新生单体的持续并入有关; 郑州站小时强降水(201.9 mm· h-1)由几乎静止的低质心β中尺度弓状回波产生, 其分钟降水量持续在3~4.7 mm; 边界层风场的动力辐合触发强烈对流, 使得强降水区上空θse锋区长时间处于中性层结, 其高层辐散气流在西北太平洋副热带高压附近构成次级环流下沉支; 中层500 hPa低压区气旋式曲率附近正涡度平流和925 hPa偏东气流持续暖平流输送、低层变形场锋生作用, 以及来自华东近海边界层急流异常强盛的水汽输送是此次极端过程发展维持的热动力学成因。     

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。     

2012年7月内蒙古极端降水事件及成因

2012年7月下旬内蒙古中部出现罕见的极端降水事件(简称"7·27"暴雨)。利用NCEP再分析资料、常规观测和精细化监测等资料分析了"7·27"暴雨成因。结果表明:(1)贝加尔湖低涡异于常年。巴尔喀什湖到鄂霍茨克海为阻塞高压,其底部横槽加深生成贝加尔湖低涡。低涡内有冷空气活动,在对流层低层及地面激发出低涡和气旋。(2)该过程的中尺度特征明显。地面中尺度切变线不断新生、稳定维持,形成多个中尺度雨带。高空β中尺度对流云团不断新生、合并加强,形成对流复合体M CS。河套西北部、河套南部、锡林郭勒盟中西部三个暴雨区均是中尺度对流复合体M CS发展的结果。(3)垂直方向上,暴雨发生前到暴雨期从地面至700 h Pa的大气比湿达10~22 g·kg-1,且850~700 h Pa水汽垂直输送达到最强;水平方向上,南风风力辐合,末端到达45°N以北,河套南部地区为"水汽汇"。(4)对流层高层大气涡旋运动是该过程的直接诱因。大气涡旋运动由200 h Pa向700 h Pa传播,正涡度平流在700 h Pa到200 h Pa随高度增加,高层水平辐散、低层补偿辐合,大气强迫上升产生暴雨。(5)对流层中层持续"干侵入",低层持续的暖湿输送,大气不稳定能量不断重建,这是极端暴雨过程的热力机制。(6)随着全球气候变暖,亚洲夏季风加强,来自孟加拉湾和南海的水汽向东亚副热带地区输送加强,水汽输送进一步向北扩展到我国华北内陆地区,是"7·27"暴雨过程的重要原因。     

2006年7月3日豫北区域性大暴雨数值模拟与诊断分析

利用1°×1°NCEP再分析资料和WRF中尺度数值模式对2006年7月3日豫北区域性大暴雨过程进行了数值模拟,并结合常规观测资料和中尺度模式输出结果对这次大暴雨过程进行了初步分析.结果表明:这次过程是在西风槽与副热带高压共同影响的天气形势下,由中低层切变线、地面倒槽等影响系统共同作用的结果;大暴雨发生在高温、高湿、强不稳定的有利环境中;副高边缘西南急流将海上充沛的水汽输送到豫北地区并在此汇集,造成豫北上空强降水期间稳定维持深厚的湿层;同一地区高低层出现的正负涡度柱、散度柱耦合结构和剧烈的上升运动,导致不稳定能量快速释放,产生大暴雨;垂直螺旋度的分布和强度变化对暴雨落区和强度变化有很好的指示性.     

豫北“7·9”特大暴雨的短期预报分析和反思

对2016年7月9日豫北特大暴雨的短期预报决策过程进行了总结和反思,主要结论如下:(1)此次降水过程存在明显的对流云团之间的合并及组织化过程,这些过程涉及中小尺度系统相互作用。作为重要业务参考的全球模式(包括确定性和集合预报)均未能提前(24或12h)对此次暴雨过程做出有效预报或提示。(2)高分辨区域模式和快速同化更新系统大多表现出更好的预报能力,可提前12或6h提示预报员豫北地区有暴雨或大暴雨。(3)特大暴雨过程预报失败的主要原因是预报员过份依赖全球模式的结果,缺乏使用高分辨区域模式产品的经验或对这些模式产品信心不足。高分辨区域模式在投入业务运行之前,需加强对预报员的系统性培训,才能更有效地发挥这些模式产品的业务效能。(4)在现有QPF业务流程中逐渐增加概率产品的使用,既符合新技术的发展趋势,也可望对暴雨或极端降水的预报提供更有效支撑。     

江西省北部地区汛期一次短时强降水过程成因

利用NCEP1×1°再分析资料,结合地面高空观测资料、FY-2D卫星TBB资料和雷达探测资料,对2015年6月2日21时—3日09时发生在江西省北部地区的暴雨天气过程进行了分析。结果表明:1)500 hPa高空槽和低层切变线直接导致了此次降水天气过程,低空急流带来的充沛水汽和不稳定能量与冷锋的抬升作用加剧了降水的强度,降水发生期间的高空槽和西太平洋副热带高压的少动有利于雨带的维持。2)在江西省西北部初生的β-MCS东移过程中逐渐发展成熟,多个成熟并具有高降水效率的β-MCS依次并持续影响江西省北部地区。假相当位温的垂直分布和低空急流的相互配合,导致江西省北部地区具有极强的不稳定层结和较大的能量输送。垂直上升速度对积云发展的作用证明了降水是由积云处于成熟阶段时产生的,与TBB的分析结果相互印证。3)此次暴雨天气过程从单纯的对流降水逐步过渡到混合云降水,混合云中低层急流核始终处于江西省东北部地区,混合云中对流作用较强单体的依次经过是导致该地区持续出现降水强度大于20 mm/h、12 h降水量大于200 mm的重要原因。东西向冷锋触发的对流、东西向的低层切变和偏西风的中高层引导气流导致了此次过程的雨带自西向东移动,表现出明显的"列车效应"。