“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2373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km^(2)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km^(2)。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,强度由强变弱再加强。此次持续性暴雨过程的极端性表现出明显的局地性特征,郑州国家站7月20日17时1 h降水量达201.9 mm,超过“75·8”过程的小时降水强度,并打破全国国家站历史纪录。3 h和6 h最大降水量均发生在郑州尖岗水库附近。郑州站7月总降水量高达902.0 mm,约是近70年历史平均值的6倍。

北京“7·21”特大暴雨诱发的地质灾害类型及其特征分析

降雨是突发地质灾害主要诱因之一,文章通过剖析降雨及其引发的地质灾害的典型案例,研究突发地质灾害时空分布特点及规律,为极端气象条件下的防灾减灾提供技术支持。文中对北京市有气象记录以来强度最大的“7·21”特大暴雨及其引发的地质灾害数据进行系统分析,分析不同类型的突发地质灾害数量、规模、灾情与降雨量及降雨强度之间的响应关系,重点研究了北京西部山区短时强降雨泥石流发生的阈值。结果显示,随着与降雨中心距离的增加,突发地质灾害的数量、种类及规模逐渐变少,降雨强度是诱发突发地质灾害的关键因素;不同类型突发地质灾害的激发雨量和雨强具有明显差别,泥石流、滑坡的触发雨量与雨强高于崩塌;北京山区诱发泥石流的累计降雨量阈值为187.4~257.2 mm,小时雨强阈值为51.2~62 mm。基于研究结果将“7·21”触发泥石流的实时数据与以往基于平均雨强的泥石流临界雨量进行对比,对北京基于平均雨强的临界雨量模型进行了修正,为提高地质灾害的预警预报精度提供技术保障。

北京平原区单次降水对地下水位影响的初步认识——以北京“7·21”特大暴雨为例

通过对北京市平原区600余眼监测井水位动态资料的分析,2012年北京"7·21"特大暴雨后水位有明显响应的监测井仅有34处,约占总数的6%左右,比例较低,同时范围较为集中,且基本全为较浅的潜水井。反映出本次大暴雨对本区地下水位的直接影响总体程度不深。通过对这些监测点的分布规律加以分析,它们主要集中分布在各大河的上游河道沿线区域,地层渗透性较好。并认为发生大面积的漫水,即来水量较大是使得地下水位响应明显的另一重要条件。并对单次降水对水位影响较小的原因进行了分析,认为主要是由于粘土类地层的阻隔、地表人为硬化及地层的沉积压实,尤其是差异性压实,都会影响流场的畅通性,阻碍地下水的垂向入渗及水平方向的补给,从而会导致降水对地下水位的影响程度被大大减弱。

郑州“7·20”特大暴雨内涝成因及灾害防控

当前全球气候变化导致洪涝灾害频繁发生,尤其一些高强度、极端性的城市降水洪涝事件更是严重损害了人民群众的生命财产安全。郑州“7·20”特大暴雨内涝灾害是新中国成立以来最严重的城市内涝灾害,国内外专家学者对暴雨的特性及成因、内涝形成机理与防治途径等开展了大量研究。系统回顾郑州“7·20”特大暴雨城市内涝灾害,梳理了近年来城市内涝及郑州“7·20”特大暴雨内涝灾害的相关研究和主要成果,解析了郑州“7·20”特大暴雨的重现期、时空分布、形成机理等特性;分析了内涝形成机理与防治途径以及城市排水防涝基础设施、洪涝应急指挥、风险管理和城市规划中存在的主要问题。“7·20”特大暴雨具有极端性和难预测性的特点,其中单日和累积降水均超过历史极值。台风、地形以及“雨岛效应”的耦合影响造成了此次强降水天气过程。“7·20”特大暴雨城市内涝灾害暴露出郑州城区排水防涝基础设施、建设存在明显短板,河道防御体系存在瓶颈,应急设施和管理能力不足等问题。基于上述问题,应适当调整内涝防治标准,增强洪涝风险管理与规划建设管控措施,建设外洪内涝同防控的工程体系,加强城市洪涝智慧调度与应急指挥决策等方面的能力。

GPM卫星降水产品在“7·21”河南极端暴雨过程中的误差评估

为评估卫星定量降水估测(Quantitative Precipitation Estimation,QPE)产品在气象预测以及灾害预警监测的能力,研究针对台风“烟花”给河南省带来的极端降水过程,以地面雨量站观测数据为参考,采用相关系数(CC)、相对偏差(RB)、均方根误差(RMSE)、分数标准误差(FSE)、探测率(POD)、误报率(FAR)以及临界成功指数(CSI)这7种精度评价指标和统计方法分析和评估全球降水测量计划(Global Precipitation Measurement,GPM)的多卫星融合降水产品中的IMERG(Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM)Version 06中的准实时产品IMERG_ER和近实时产品IMERG_LR,以及全球卫星降水制图(Global Satellite Mapping of Precipitation,GSMaP)Version 07中的准实时产品GSMaP_NRT和标准产品GSMaP_MVK。与雨量站观测结果直接对比,IMERG_ER、GSMaP_NRT和GSMaP_MVK在不同程度上低估降水量,RB值分别为-7.22%、-10.37%和-16.26%,表现为明显低估了强降水中心的雨量。结果表明:(1)IMERG_LR卫星降水产品总体表现最优,对极端降水事件的监测有一定的探测潜力;(2)四种卫星降水产品存在明显提前预估峰值的现象;(3)各个卫星产品在降水量小时高估,在降水量大时低估。

郑州“7·20”特大暴雨雨滴谱特征分析

暴雨的发生是多尺度条件和宏微观物理过程相互作用的结果,对暴雨降水微物理特征的分析是研究暴雨形成机制的重要一环。2021年7月20日15:25-17:27(北京时,下同)一强中尺度对流系统影响郑州,累积降水量312.1 mm,简称为极端暴雨降水。除极端暴雨降水时段,20日08:00-20:00其他时间累积降水量183.4 mm,简称为暴雨降水。本文利用郑州降水现象仪观测资料,对比分析了极端暴雨和暴雨降水的雨滴谱和积分参数特征,主要结论为:(1)暴雨对流降水不同雨强的平均雨滴谱随着雨强增大,直径D小于1.0 mm的小雨滴数密度增加得较少,中等(1.0<D≤3.0 mm)和大(D>3.0 mm)直径雨滴数密度增加得较快;极端暴雨不同雨强平均雨滴谱随着雨强增大,各直径档雨滴数密度都明显增大,同时平均雨滴谱粒子数密度之间的差异比较复杂,有时小雨滴数密度差别大,有时较大雨滴数密度差别大,不同雨强平均雨滴谱之间的差异导致参数随着雨强增大的变化特征有显著不同。暴雨参数D_(m)(lgN_(w))随着雨强增大而逐渐增大(稍微增大),表明粒子直径的增大是暴雨降水雨强增大的主要因素,粒子浓度的增加是次要因素。极端暴雨降水参数D_(m)(lgN_(w))随着雨强增大的变化趋势有不同的变化特征,指示极端暴雨降水不同雨强雨滴谱的形成机制可能存在不同。(2)参数lgN_(w)-D_(m)分布显示,暴雨和极端暴雨对流降水雨滴谱都是以大陆性对流降水为主,暴雨对流性降水雨滴谱形成机制主要是暖雨-冰相混合和少量冰相控制;而极端暴雨降水雨强小于100 mm·h^(-1)时雨滴谱形成机制主要是暖雨-冰相混合和冰相控制,雨强大于100 mm·h^(-1)时雨滴谱形成机制主要是暖雨-冰相混合。(3)暴雨降水中存在少量平衡雨滴谱(约占2.8%)和较大比例的过渡谱(约占60.5%)。极端暴雨降水中没有平衡谱,但过渡谱有极高比例(约占83.9%),表明雨滴破碎过程在极端暴雨降水中有更广泛的作用。

郑州“7·20”暴雨的精细化特征及主要成因分析

为研究2021年7月20日郑州地区历史罕见暴雨洪涝灾害的精细化特征及其成因,基于实况观测和再分析资料,采用合成分析、距平分析等统计方法对此次暴雨过程进行了分析。结果表明:郑州“7·20”暴雨过程具有突发性极强、短时雨量极强、降水极端性突出的特征;200 hPa存在异常偏强且稳定的高空槽及高空冷涡,使暴雨区上空高层具备强的辐散条件;偏强偏北的副热带高压、台风“烟花”和“查帕卡”向暴雨区持续输送了大量水汽;郑州上空回波发展旺盛,且有对流性回波不断汇聚,呈现明显的“列车效应”;在地形作用下,郑州具备比周边更强烈的低层辐合及上升运动条件,对降水量的增幅起到了重要作用;高、中、低空极为有利的环流配置、极强的水汽条件,以及地形的增幅作用共同导致了此次致洪暴雨过程。

基于GIS的城市暴雨洪涝模拟分析——以郑州市石佛镇“7·20”特大暴雨为例

针对极端暴雨洪涝灾害缺乏全流程系统性研究的问题,提出了基于GIS的城市暴雨洪涝模拟分析方法,在划分子流域的基础上,以降雨—径流—淹没为序,对河南省郑州市“7·20”特大暴雨灾害进行了推演模拟,并对试验区内的建筑及交通进行了受灾评估。将模型计算结果与卫星影像数据对比,表明其与洪涝的实际范围、深度基本吻合,可见本文所提模型能够在数据精度不高或缺失的应急情况下,快速地推演与模拟郑州市石佛镇大范围洪水淹没情况,为城市极端雨洪灾害模拟提供参考,具有实际应用价值。

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。

“倒7”形高压脊后部广西暖区暴雨成因分析

通过对"倒7"形高压脊后部暖区暴雨的5个例子对比分析,发现500hPa长江中下游出现"倒7"形高压脊时,在其后部的广西上空易造成风场切变,并引起中低空风场气旋性转变,当华南西部低空偏南风加强时,常由于风向切变和风速辐合,引发成片暴雨,而预报人员对这类暴雨的产生常常缺乏警惕,容易造成漏报。

查干木伦河“7·25”特大暴雨洪水影响分析

为分析查干木伦河2011年"7·25"特大暴雨洪水对德日苏宝冷水库防洪产生的影响,本文采用1957—2015年洪水系列,并将"7·25"洪水作为历史特大洪水考虑,对坝址设计洪水成果进行了全面复核分析,重新提出了较为合理的最新设计洪水成果,复核结果表明德日苏宝冷水库设计洪水发生了大幅度变化。

河北省特大暴雨特征及致灾原因分析

分析"16·7"特大暴雨特征及致灾原因。"16·7"特大暴雨降雨量为河北省有气象记录以来第二多,暴雨覆盖范围刷新历史记录,日降雨量突破7月极值,降雨多集中在太行山区,且小时雨强大,持续时间长。共造成全省1 043.6万人受灾,直接经济损失约574.57亿元,从受灾行业来看,基础设施损失最为严重;从受灾区域看,中南部太行山区最重,尤以石家庄、邢台和邯郸3市最为严重。造成此次灾害的主要原因有:降雨强度大,持续时间长,山区部分地区达到百年一遇;太行山海拔落差大,地形因素导致易发山洪,是致灾的次要因素;多种灾害性天气并发,太行山区暴雨伴随强风,沿海大风引发风暴潮,加重灾害发生;不科学的人类活动,占据行洪河道,也是灾害扩大的原因之一。