河南“21.7”特大暴雨的区域集合预报检验和预报偏差分析

河南“21.7”特大暴雨覆盖范围广、强度大、降水时间段集中,造成了严重损失.利用中国气象局(China Meteorological Administration,CMA)多源融合降水分析产品(CMA Multisource Precipitation Analysis System,CMPASV2.1)和欧洲中期天气预报中心ERA5再分析数据,对CMA区域集合预报系统(Regional Ensemble Prediction System,CMA-REPS)在此次暴雨事件中降水最强时间段(2021年7月20日14-20时,北京时)的预报结果进行了评估与分析.研究结果显示,预报时效越短,集合平均和概率预报的降水效果越好,但降水强度与大值落区依然存在较大的预报偏差.结合多种降水预报评分筛选出最好和最坏的集合成员,并通过对比环流形势、水汽条件等因素,探讨了降水预报偏差的成因.好成员在郑州地区预测了占总降水30%的对流性降水,而坏成员则未能预报出对流性降水,两者总降水的偏移与非对流性降水的表现一致.好成员预测的降水区域偏向东北,与预报的副高位置偏东、台风“查帕卡”路径偏北以及南风偏强有关;坏成员预测的降水区域偏西,与相对湿度的大值区偏移一致,可能是因为预报的台风“烟花”引导的低层东风更强.在925 hPa上,好成员成功预测出郑州西部山脉迎风侧的强辐合区,导致超过25 mm·(6 h)^(-1)的强降水从山前延伸至地形高度800 m以上的迎风坡.相比之下,由于预报的辐合区域小、强度弱,坏成员的强降水仅分布在600 m以下的山前区域.总体而言,CMA-REPS对此次强降水过程的预报偏差主要源自大气环流的模拟偏差以及复杂地形作用.

“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。

“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。

2021年夏季我国气候异常特征及成因分析

2021年夏季我国天气气候异常特征突出,极端天气气候事件多,东部主要多雨区在我国北方,降水的季节内变化显著,华南前汛期开始偏晚、江淮流域梅雨和华北雨季开始偏早。东亚大气环流季节内变化对降水异常的空间分布影响较大。6月,东北冷涡活动频繁,导致东北及邻近区域降水异常偏多,黑龙江、嫩江流域发生严重汛情;东北冷涡的异常活跃可能受到前期北大西洋三极子海温持续正位相的影响。7月,长江下游至内蒙古东部的经向型多雨带及河南特大暴雨,主要受到台风烟花长时间维持和北上、偏强的大陆高压和偏东偏北的西太平洋副热带高压的综合影响;副热带大气环流表现出对前期La Ni a事件衰减的滞后响应可能是重要原因。8月,副热带高压异常偏强、偏南,水汽输送异常辐合区位于我国长江流域,导致持续时间长的“倒黄梅”天气;8月热带大气低频振荡处于印度洋达22 d,平均强度偏强,可能是导致副热带大气环流季节内转折的重要原因。

河南“21·7”特大暴雨水汽输送、收支和转化特征对局地强降水的影响机制研究

针对河南“21·7”特大暴雨的极端降水天气过程,利用FNL大气再分析资料、国家基准站降水观测数据和高分辨率的数值模拟结果,开展了暴雨多尺度系统协同作用下水汽输送、收支及转化特征对极端降水的影响机制研究。结果表明:通过强盛稳定的台风烟花与中高纬稳定的大气环流形势共同影响下建立的远距离水汽输送通道,使海上的水汽源源不断地被输送到内陆极端降水区。在局地中尺度低值系统产生的动力辐合和迎风坡地形的阻挡作用的共同影响下,远距离输送到极端降水区附近的水汽被有效地汇聚在极端降水区附近,并且依靠低层水汽动力辐合机制,使局地汇聚的水汽被进一步输送至对流层中高层,以此促进对流的发展。在对流上升运动和迎风坡地形抬升作用的共同影响下,通过增强气流的垂直上升运动,使更多的水汽被输送到对流层中高层,促使水汽向云冰粒子和雹粒子的凝华转换过程增强,最终导致降水效率得到显著提升,降水效率在地形迎风坡处显著增强表征的水汽向雨水的高效转化,对极端降水的演变起到了极好的指示作用。上述研究不仅系统性揭示了暴雨多尺度系统影响下极端降水区内局地水汽的主要来源与消耗过程,而且从水汽诊断的角度加深了对极端降水发生机理的认识。

河南中南部持续性暴雨水汽输送特征分型

通过分析1961～2010年发生在河南中南部持续性暴雨的水汽输送特征，从水汽输送角度对河南省中南部（河南省黄河以南地区）的持续性暴雨进行分型，总结出3种水汽输送类型，即西南气流型、螺旋型和“S”型。对比分析这3种类型代表个例的水汽输送和水汽收支特征后发现，河南中南部的持续性暴雨主要是由西南气流型的水汽输送造成的：“S”型和螺旋型水汽输送也是造成河南中南部持续性暴雨的原因之一。西南气流型和螺旋型的水汽输送是造成淮河上游洪涝的主要水汽输送类型，其对应的天气影响系统分别是：高层低槽（低涡）、中低层切变线和台风低压（台风倒槽）。

“21·7”河南特大暴雨过程的维持机制

利用地面观测站降水观测数据、CRA再分析数据、NCEP再分析数据,采用天气分析与诊断的方法,研究了“21·7”河南特大暴雨过程的维持机制。研究结果表明:本次过程有暴雨持续时间长、累积雨量大的特点。在过程期间,河南省对流层中、低层受低压系统控制和切变线的影响。台风稳定少动,环流形式难以调整,过程得以维持。在副高南侧和“烟花”北侧有一条强东南风速带,将西北太平洋上的水汽不断输送至内陆,为“21·7”河南特大暴雨过程提供了充沛的水汽;河南省上空低层辐合、高层辐散,在大气的“抽吸”作用下产生了强烈的上升运动,为此次过程提供了有利的动力条件;河南省西部山地丘陵地形的抬升作用,对强降水起到促进作用;对流层低层为上冷下暖的不稳定层结,为暴雨的发生、发展提供了有利的对流不稳定条件。湿位涡的分析表明,925 hPa上湿位涡对降水的落区和层结状况有指示作用。“列车效应”对此次强降水过程具有重要的影响。

鲁西北灾害性暴雨的环境场特征

对1971—2000年德州市灾害性暴雨进行统计,总结其天气气候特征,分析了鲁西北灾害性暴雨的环流特点并对其环境场物理量进行计算,其结论对鲁西北灾害性暴雨的分析与落区预报具有指导意义。