冉令坤 李舒文 周玉淑 楊帥 馬淑萍 周括 申冬冬 焦寶峰 李娜

1 中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所，北京 100029

2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

1 引言

河南地處我國(guó)中部，是我國(guó)暴雨災(zāi)害較為嚴(yán)重的地區(qū)。河南省地勢(shì)西高東低，北、西、南三面被太行山、伏牛山、桐柏山和大別山環(huán)繞，西南部為南陽(yáng)盆地，由于地形抬升作用，河南暴雨多分布在太行山迎風(fēng)坡和山區(qū)，具有強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、突發(fā)性顯著等特點(diǎn)，經(jīng)常引發(fā)洪澇、泥石流和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全。1975年8 月河南南部及淮河上游發(fā)生罕見特大暴雨（“75·8”暴雨），最大過(guò)程雨量達(dá)到1631 mm，造成水庫(kù)大壩垮塌，數(shù)十萬(wàn)人員傷亡（陶詩(shī)言,1980）；2007 年三門峽市“7·29”大暴雨引發(fā)洪澇和山體滑坡，造成89 人死亡和失蹤，轉(zhuǎn)移安置5.7 萬(wàn)人，造成經(jīng)濟(jì)損失14.1 億元（任軼, 2013）;2016 年7 月9 日河南北部新鄉(xiāng)地區(qū)發(fā)生特大暴雨，暴雨中心7 h 累計(jì)雨量達(dá)到420.1 mm，共造成32.90 萬(wàn)人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失2.30 億元（徐姝等,2019; 劉冠華和?？〕? 2020）。有研究表明（張遠(yuǎn), 2014），河南暴雨日和大暴雨日數(shù)均呈弱增加的趨勢(shì)。

很多學(xué)者對(duì)導(dǎo)致河南暴雨的多種天氣尺度系統(tǒng)相互作用、中尺度系統(tǒng)活動(dòng)以及地形效應(yīng)開展深入研究。河南暴雨主要受到江淮氣旋、江淮倒槽、中低層低槽、鋒面、低渦和切變線等多尺度天氣系統(tǒng)的影響（梁鈺等, 2020）。丁一匯等（1978）研究指出天氣尺度系統(tǒng)為“75·8”暴雨提供有利條件，中尺度系統(tǒng)和地形對(duì)觸發(fā)暴雨起著重要作用；暴雨反過(guò)來(lái)又影響天氣尺度溫壓場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)分布, 改變后的氣象要素場(chǎng)使暴雨發(fā)展更強(qiáng)烈。蘇愛(ài)芳等（2016）指出低渦切變線、西南急流和南下弱冷空氣的共同作用是產(chǎn)生2010 年“8·13”黃淮北部暴雨的主要原因。胡燕平等（2009）分析認(rèn)為，2008 年7 月22 日河南黃淮地區(qū)暴雨是高低空急流耦合區(qū)內(nèi)西南渦沿切變線移出，弱冷空氣侵入暖倒槽觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放造成的。李博等（2009）分析了2007年6 月19～20 日入梅期首場(chǎng)強(qiáng)降雨，指出該降雨首先產(chǎn)生在湖北、河南南部地區(qū)，隨后迅速北跳至山東南部，500 hPa 橫槽對(duì)首場(chǎng)強(qiáng)降水的維持起重要作用，低層渦旋系統(tǒng)沿著鋒生帶在槽前氣流引導(dǎo)下向東北方向移動(dòng)，致使雨帶北跳。李宏宇等（2006）分析2002 年4 月4～5 日河南省冷鋒降水過(guò)程，指出云系存在明顯的“播種供給”云降水機(jī)制，鋒區(qū)附近擬降水效率達(dá)40%～60%，在積層混合區(qū)擬降水效率可高達(dá)70%以上。

中尺度系統(tǒng)是造成暴雨的直接影響系統(tǒng)，人們對(duì)中尺度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、發(fā)生發(fā)展動(dòng)力學(xué)問(wèn)題開展深入研究和探索（矯梅燕等, 2006）。栗晗等（2018）對(duì)2016 年“7·19”暴雨過(guò)程進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，中尺度輻合線發(fā)展維持、多個(gè)地面中尺度氣旋移動(dòng)造成的列車效應(yīng)是導(dǎo)致局地特大暴雨的主要原因。牛淑貞等（2001）分析指出2000 年7 月5～6日鄭州特大暴雨具有典型的中尺度擾動(dòng)及強(qiáng)對(duì)流特征。覃丹宇（2010）對(duì)中尺度云團(tuán)形態(tài)進(jìn)行分析，利用改進(jìn)Shuman-Shapiro 濾波方法有效地分離出中尺度擾動(dòng)，結(jié)果表明，近圓形中尺度云團(tuán)主要由低層中尺度氣旋組織形成，而寬帶狀云團(tuán)主要由低層中尺度切變線組織產(chǎn)生。孫建華等（2004）對(duì)2002 年中國(guó)暴雨試驗(yàn)期間南陽(yáng)盆地一次中尺度對(duì)流系統(tǒng)進(jìn)行分析和模擬，結(jié)果表明，由于對(duì)流層中層正渦度中心的強(qiáng)迫和潛熱釋放產(chǎn)生了氣旋，低層的暖平流可能是低渦東移發(fā)展的原因之一。

河南省西高東低的地形地貌對(duì)暴雨觸發(fā)和增幅發(fā)揮重要作用。蔡則怡和宇如聰（1997）利用ETA 坐標(biāo)有限區(qū)域數(shù)值模式對(duì)1975 年8 月河南特大暴雨進(jìn)行數(shù)值敏感性試驗(yàn)，結(jié)果表明，暴雨強(qiáng)度對(duì)山脈相對(duì)高度、陡峭程度和山脈相對(duì)位置等非常敏感，地形稍有改變，暴雨強(qiáng)度將減少3/4 以上。馬月枝等（2017）對(duì)2016 年7 月9 日新鄉(xiāng)暖區(qū)特大暴雨成因進(jìn)行綜合分析，結(jié)果表明，太行山地形抬升、中低層低渦和切變線使新鄉(xiāng)上空出現(xiàn)深厚垂直上升運(yùn)動(dòng)是暴雨形成的動(dòng)力機(jī)制。研究指出，業(yè)務(wù)數(shù)值模式對(duì)“7·21”極端暴雨預(yù)報(bào)失敗的主要原因可能是預(yù)報(bào)的低渦和地面倒槽強(qiáng)度和位置有較大誤差（孟智勇等, 2019）。

2021 年7 月17～22 日河南遭遇極端暴雨。7月20 日00 時(shí)至21 日00 時(shí)（協(xié)調(diào)世界時(shí)，下同），鄭州市內(nèi)24 小時(shí)降雨量達(dá)到624.1 mm，超過(guò)2019 年全年降水量（509.5 mm）。鄭州、新鄉(xiāng)、開封、周口、洛陽(yáng)等10 個(gè)國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站日雨量突破有氣象記錄以來(lái)歷史極值。由于暴雨突發(fā)性、極端性和不確定性，再加上業(yè)務(wù)數(shù)值模式對(duì)極端降水的模擬預(yù)報(bào)能力有限，增加了預(yù)報(bào)難度（王寧等, 2014; 莊瀟然等, 2017; 孟智勇等, 2019）。此次暴雨發(fā)生在多尺度系統(tǒng)相互作用背景下，受臺(tái)風(fēng)、副熱帶高壓（副高）和西北槽共同影響，高、低空急流耦合，中尺度渦旋長(zhǎng)期穩(wěn)定徘徊，在鄭州等地引發(fā)持續(xù)強(qiáng)降水，具有一定的典型性和代表性，值得進(jìn)行分析總結(jié)。為此本文利用多源數(shù)據(jù)，從降水特點(diǎn)、環(huán)境條件和中尺度系統(tǒng)演變等方面對(duì)此次河南極端暴雨進(jìn)行綜合分析，以期厘清動(dòng)、熱力學(xué)特點(diǎn)，歸納科學(xué)問(wèn)題，促進(jìn)對(duì)此次極端降水事件的認(rèn)識(shí)理解，為未來(lái)此類極端天氣的分析和預(yù)報(bào)提供參考。

2 資料說(shuō)明與降水實(shí)況

2.1 資料說(shuō)明

本文采用的資料包括中國(guó)氣象局MICAPS 系統(tǒng)自動(dòng)站降水觀測(cè)數(shù)據(jù)、FY-4A 衛(wèi)星云頂亮溫（TBB）資料和歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心ERA5 數(shù)據(jù)，其中MICAPS 自動(dòng)站降水?dāng)?shù)據(jù)覆蓋全國(guó)范圍，時(shí)間間隔1 小時(shí)。TBB 亮溫?cái)?shù)據(jù)是FY-4A 衛(wèi)星成像儀全圓盤4KML1 數(shù)據(jù)，由第12 通道掃描成像輻射計(jì)0 級(jí)源包數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢驗(yàn)、地理定位、輻射定標(biāo)處理后得到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，水平分辨率為4 km。ERA5 數(shù)據(jù)是歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心第五代大氣再分析數(shù)據(jù)，起始時(shí)間為 1979 年，并持續(xù)更新至實(shí)時(shí)5 天以內(nèi)，水平分辨率為0.25°、垂直方向37 層，逐小時(shí)間隔（https://confluence.ecmwf.int/display/CKB/ERA5%3A+data+documentation [2020-07-15]）（劉鴻波等, 2021）。

2.2 降水實(shí)況

2021 年7 月17～22 日河南中北部出現(xiàn)暴雨、大暴雨和局地特大暴雨，鄭州、鶴壁和新鄉(xiāng)等地局地累計(jì)降雨量超過(guò)900 mm，強(qiáng)降水中心位于鄭州，最強(qiáng)降水時(shí)段出現(xiàn)在20 日。此次過(guò)程最早發(fā)生在2021 年7 月17 日00 時(shí)河南東北部，隨后加強(qiáng)西移。如圖1 所示，19 日強(qiáng)降水中心移至鄭州附近，呈現(xiàn)中尺度雨團(tuán)狀，不斷增強(qiáng)，長(zhǎng)時(shí)間滯留，20日產(chǎn)生創(chuàng)紀(jì)錄日降水量；21 日降水中心位于河南東北部，降水落區(qū)成南北向帶狀，向河北西部伸展；22 日河南降水逐漸減弱，20 時(shí)降水結(jié)束。

圖1 2021 年7 月（a）18 日，（b）19 日，（c）20 日和（d）21 日24 小時(shí)累計(jì)降水量分布（單位：mm），棕色線為省界，黑點(diǎn)代表鄭州位置Fig. 1 Distribution of 24-hour cumulative precipitation on (a) July 18, (b) July 19, (c) July 20 and (d) July 21, 2021 (units: mm). The brown line represents the provincial boundary, and the black dot represents the location of Zhengzhou

此次過(guò)程屬極端降水事件，具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、小時(shí)雨強(qiáng)和累計(jì)雨量大、范圍廣、時(shí)段集中和極端性突出等特征。河南省境內(nèi)1923 個(gè)觀測(cè)站降水量大于100 mm，606 個(gè)測(cè)站大于250 mm；鄭州、嵩山、偃師、新密、伊川和登封等10 個(gè)站點(diǎn)突破建站以來(lái)日降水量歷史極值。20 日00 時(shí)至21 日00時(shí)最大降水量出現(xiàn)在鄭州市尖崗，達(dá)到696.9 mm，超過(guò)鄭州全年平均降水總量；最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在鄭州本站201.9 mm（20 日08～09 時(shí))，突破了中國(guó)大陸有氣象記錄以來(lái)小時(shí)雨強(qiáng)極值。20 日22 時(shí)至21 日22 時(shí)安陽(yáng)、鶴壁、新鄉(xiāng)和焦作等地出現(xiàn)局地特大暴雨，其中鶴壁市淇濱區(qū)科創(chuàng)中心最大降水量為675.5 mm，新鄉(xiāng)市牧野區(qū)最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到149.9 mm。

3 天氣形勢(shì)分析

此次極端暴雨發(fā)生在特殊天氣形勢(shì)下，由多尺度天氣系統(tǒng)共同作用造成。西太平洋副高和大陸高壓穩(wěn)定維持在日本海和我國(guó)西北地區(qū)，受其阻擋，低壓系統(tǒng)在黃淮和華北地區(qū)徘徊。深厚的東南風(fēng)低空急流和穩(wěn)定的低渦切變線在太行山區(qū)和嵩山等地形強(qiáng)迫作用下引起輻合抬升，降水系統(tǒng)穩(wěn)定少動(dòng)，在河南中北部造成長(zhǎng)時(shí)間降水。

3.1 大尺度環(huán)流

在200 hPa 等壓面上（圖2a），19 日12 時(shí)我國(guó)中部逐步建立“兩槽一脊”流型，20 日00 時(shí)高壓脊頂部位于河北與河南交界處，東西兩側(cè)為南北向低槽，西低槽大約位于105°E，東低槽大約位于125°E；受高壓脊影響，河南地區(qū)存在西南風(fēng)向西北風(fēng)轉(zhuǎn)換的反氣旋環(huán)流，位于高空急流區(qū)的南側(cè)，氣流輻散非常顯著。

在500 hPa 等壓面上（圖2b），20 日00 時(shí)短波槽影響我國(guó)西部地區(qū)。副高南部的臺(tái)風(fēng)“煙花”大約位于（23°N，132°E）。臺(tái)風(fēng)“查帕卡”在廣東陽(yáng)江登陸，黃淮氣旋位于陜西中部，河南位于黃淮氣旋的東部。副高和臺(tái)風(fēng)“煙花”之間的東南氣流向河南地區(qū)輸送水汽，與西南氣流匯聚在河南鄭州，為暴雨提供動(dòng)力和水汽輻合條件。

在700 hPa 等壓面上（圖2c），20 日00 時(shí)黃淮氣旋位于（33°N～36°N，112°E～115°E），鄭州位于其東北側(cè)，西南氣流（來(lái)自“查帕卡”）和東南氣流（來(lái)自副高西側(cè)）輻合明顯，鄭州附近東南風(fēng)速最大為12 m s-1。

受副高和臺(tái)風(fēng)“煙花”影響，20 日00 時(shí) 925 hPa等壓面上從東海至河南鄭州存在強(qiáng)勁的東南氣流（圖2d），把洋面水汽輸送到鄭州；同時(shí)“查帕卡”偏南氣流穿越水汽高值區(qū)，也向鄭州輸送部分水汽，這兩股輸送水汽的氣流受太行山阻擋，在山前迎風(fēng)坡（鄭州西部）堆積輻合抬升，促進(jìn)降水系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展。

圖2 2021 年7 月20 日00 時(shí)（協(xié)調(diào)世界時(shí)，下同）（a）200 hPa 位勢(shì)高度（等值線，單位：m）和風(fēng)速（填色，單位：m s-1）以及風(fēng)矢量（風(fēng)羽，單位：m s-1），（b）500 hPa 位勢(shì)高度（等值線；單位：m）和風(fēng)速（填色，單位：m s-1），（c）700 hPa 位勢(shì)高度（等值線，單位：m）和風(fēng)速（填色，單位：m s-1）以及風(fēng)矢量（風(fēng)羽，單位：m s-1）和（d）925 hPa 位勢(shì)高度（等值線，單位：m）和水汽比濕（填色，單位：g kg-1）以及風(fēng)矢量（風(fēng)羽，單位：m s-1）。紅點(diǎn)代表鄭州位置Fig. 2 (a) 200 hPa geopotential height (isoline, units: m), wind speed (shaded, units: m s-1) and wind vector (wind barb, units: m s-1), (b) 500 hPa geopotential height (isoline, units: m) and wind speed (shaded, units: m s-1), (c) 700 hPa geopotential height (isoline, units: m) and wind speed (shaded,units: m s-1) and wind vector (wind barb, units: m s-1) and (d) 925 hPa geopotential height (isoline, units: m) and water vapor specific humidity(shaded, units: g kg-1) and wind vector (wind barb, units: m s-1) at 0000 UTC 20 July 2021. The red dot represents the location of Zhengzhou

綜上所述，此次暴雨大尺度環(huán)流特點(diǎn)顯著，高空兩槽一脊流型創(chuàng)造高層強(qiáng)烈輻散的動(dòng)力條件；中層短波槽、西部大陸高壓、東部副高和臺(tái)風(fēng)“煙花”、南部臺(tái)風(fēng)“查帕卡”是主要的天氣尺度影響系統(tǒng)，最重要的是緩慢北移的黃淮氣旋，它是此次暴雨的直接參與者。低層西南氣流與副高和臺(tái)風(fēng)“煙花”之間的東南氣流長(zhǎng)時(shí)間控制河南地區(qū)，供應(yīng)充沛水汽。這種高、低空系統(tǒng)配置提供有利的動(dòng)、熱力和水汽條件，促使河南暴雨長(zhǎng)時(shí)間維持，產(chǎn)生極端降水量。

3.2 水汽條件

利用ERA5 再分析數(shù)據(jù)計(jì)算了整層大氣可降水量（簡(jiǎn)稱：PW），如圖3 所示，可降水量高值區(qū)呈南北向帶狀，從廣東和廣西向北伸展，經(jīng)過(guò)湖南、江西和湖北，伸展到河南北部，高值中心位于臺(tái)風(fēng)“帕查卡”和河南中部，臺(tái)風(fēng)倒槽和黃淮氣旋的西南氣流穿過(guò)這條高濕帶向河南輸送水汽。另一條相對(duì)較弱的可降水量高值區(qū)從東海經(jīng)浙江、江蘇和安徽，伸展到河南，副高和臺(tái)風(fēng)“煙花”引導(dǎo)東南氣流穿越該濕區(qū)，向河南輸送水汽。這兩條水汽輸送帶匯合在河南北部，在鄭州附近形成水汽通量輻合中心，為暴雨供應(yīng)水汽。

圖3 2021 年7 月20 日（a）00 時(shí)和（b）12 時(shí)大氣可降水量（填色，單位：mm）與850 hPa 風(fēng)矢量（箭頭，單位：m s-1），（c）00 時(shí)和（d）12 時(shí)1000～500 hPa 水汽通量的垂直積分（箭頭，單位：10 kg m-1 s-1）及其散度的垂直積分（填色，單位：10-4 kg m-2 s-1）的水平分布。紅點(diǎn)代表鄭州位置Fig. 3 Atmospheric precipitable water (shaded, units: mm) and 850 hPa wind vector (arrow, units: m s-1) at (a) 0000 UTC and (b) 1200 UTC 20 July 2021. 1000-500 hPa vertical integral of water vapor flux (arrow, units: 10 kg m-1 s-1) and its divergence (shaded, unit: 10-4 kg m-2 s-1) at (c) 0000 UTC and (d) 1200 UTC 20 July 2021. The red dot represents the location of Zhengzhou

在垂直剖面內(nèi)（圖4），20 日00 時(shí)在鄭州西側(cè)迎風(fēng)坡從近地面到500 hPa 都為水汽通量輻合區(qū)，強(qiáng)輻合中心位于950 hPa 附近，主要由邊界層?xùn)|風(fēng)急流輸送引起。鄭州近地面東風(fēng)分量比南風(fēng)分量更強(qiáng)勁，受西側(cè)地形阻擋，邊界層水汽通量輻合抬升，形成水汽通量輻合強(qiáng)中心。由于水汽濕層深厚，水汽輻合層從近地面伸展到550 hPa，為降水持續(xù)發(fā)展源源不斷供應(yīng)水汽。從流場(chǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)看，鄭州東側(cè)低層為東風(fēng)入流，沿鄭州西側(cè)山地迎風(fēng)坡爬升，在650 hPa 以下從后部流出，低層垂直運(yùn)動(dòng)主要由地形強(qiáng)迫抬升產(chǎn)生；在中高層，垂直運(yùn)動(dòng)發(fā)展旺盛，一支上升氣流在300 hPa 向后流出，另一支氣流在400～200 hPa 向前流出。這種流場(chǎng)結(jié)構(gòu)與典型強(qiáng)對(duì)流的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)類似。

圖4 2021 年7 月20 日（a）00 時(shí)和（b）08 時(shí)沿34.43°N 水汽通量散度（填色，單位：10-7 g cm-2 hPa-1 s-1）和風(fēng)矢量（箭頭，m s-1）的緯向—垂直分布，其中紅三角代表鄭州位置Fig. 4 Zonal-vertical distribution of moisture flux divergence (shaded, units: 10-7 g cm-2 hPa-1 s-1) and wind vector (arrow, units: m s-1) along 34.43°N at (a) 0000 UTC and (b) 0800 UTC on July 20, 2021, where the red triangle represents the location of Zhengzhou

一般情況下，環(huán)境相對(duì)濕度越高、雨滴蒸發(fā)率越小，降水效率越高。20 日08 時(shí)強(qiáng)降水開始前（圖5a），鄭州整層相對(duì)濕度已經(jīng)飽和，并且部分時(shí)段達(dá)到過(guò)飽和（相對(duì)濕度大于100%），在較低溫度下，更容易凝結(jié)，暖云發(fā)展更旺盛。20 日08～09 時(shí)隨著強(qiáng)降水的發(fā)生，大量水汽被消耗，低層和高層的相對(duì)濕度迅速降低，降到90%以下，但在邊界層急流持續(xù)輸送下，水汽得到快速補(bǔ)充，20 日 10 時(shí)相對(duì)濕度很快達(dá)到并超過(guò)飽和。如圖5b所示，20 日08 時(shí)鄭州上空暖云（雨水+云水）層非常厚，從近地面垂直伸展到400 hPa。研究表明，暖云層越厚，越有利于高降水效率的產(chǎn)生。

極端暴雨通常具有較高的降水效率。本文采用水汽保留率和水汽消耗率來(lái)分析水汽轉(zhuǎn)化效率，這兩個(gè)量與降水效率有一定的關(guān)聯(lián)。水汽保留率可表示為當(dāng)前時(shí)刻的可降水量和前一時(shí)刻的可降水量與水汽通量散度時(shí)間積分之差的比值，即，

如圖5c 和5d 所示，18 日01 時(shí)至19 日06 時(shí)，鄭州保持較高的水汽保留率和較低水汽消耗率。在19 日06 時(shí)至21 日08 時(shí)強(qiáng)降水時(shí)段，水汽保留率明顯下降，水汽消耗率上升到較高水平，平均接近8%，個(gè)別時(shí)刻達(dá)到20%；21 日08 時(shí)至22 日00 時(shí)隨著降水減弱結(jié)束，水汽消耗率也逐漸降到較低水平。水汽消耗率與降水效率有一定關(guān)系。水汽消耗主要來(lái)自水汽凝結(jié)和凝華；如果降水效率高，那么云水轉(zhuǎn)化和雪融化引起的雨水生成量會(huì)增大，需要水汽凝結(jié)補(bǔ)充云水，消耗大量的水汽，導(dǎo)致較高的水汽消耗率。

圖5 2021 年7 月19 日00 時(shí)至21 日00 時(shí)鄭州（34.43°N，113.39°E）（a）相對(duì)濕度、（b）液態(tài)水混合比含量（單位：10-4 kg kg-1）的高度—時(shí)間演變和2021 年7 月18 日01 時(shí)至22 日00 時(shí)（c）水汽保留率、（d）水汽消耗率的時(shí)間演變Fig. 5 Height-time evolution of (a) relative humidity, (b) mixing ratio content of liquid water (units: 10-4 kg kg-1) in Zhengzhou (34.43°N, 113.39°E)from 0000 UTC 19 July to 0000 UTC 21 July 2021, and time evolution of (c) water vapor reserved rate, (d) water vapor consumption rate from 0100 UTC 18 July to 0000 UTC 22 July 2021

上述分析表明，西南氣流和東南氣流輸送水汽到河南，在地形阻擋作用下輻合抬升。鄭州低層具有大范圍深厚濕層，可降水量異常偏高，其變化與降水演變有一定關(guān)聯(lián)。流場(chǎng)具有低層?xùn)|風(fēng)流入爬坡、高層后部流出和前部流出的典型強(qiáng)對(duì)流結(jié)構(gòu)特征。另外，大范圍高濕環(huán)境、深厚暖云層、水汽過(guò)飽和以及較高的水汽消耗率是鄭州高降水效率的有利條件。

3.3 不穩(wěn)定條件分析

楊博雷等（2016）研究結(jié)果表明，“7·21”暴雨前期對(duì)流層中高層高濕位渦的冷空氣擴(kuò)散南下，冷空氣到達(dá)華北地區(qū)上空時(shí)，在有利等熵面的引導(dǎo)下從穩(wěn)定層結(jié)向不穩(wěn)定層結(jié)快速下滑，產(chǎn)生了劇烈的正渦度個(gè)別變化，使得低渦得到發(fā)展加強(qiáng)。此次暴雨也存在干冷空氣侵入，影響低層大氣的穩(wěn)定性。在等壓坐標(biāo)系中位渦可寫為

其中，u和v為緯向和經(jīng)向風(fēng)速分量， θ為位溫，f0為科氏力參數(shù)。在位渦垂直剖面內(nèi)（圖6a），20日00 時(shí)鄭州附近位渦從100 hPa 高層位渦源區(qū)下傳到低層，代表干冷空氣侵入，有利于形成上干冷下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)；同時(shí)也有利于把高層渦度傳到低層，加強(qiáng)低層渦旋的發(fā)展。從相當(dāng)位溫垂直分布來(lái)看（圖6b），鄭州上空是弱層結(jié)不穩(wěn)定，其南側(cè)低層大氣是強(qiáng)層結(jié)不穩(wěn)定。鄭州925～500 hPa 相當(dāng)位溫等值線幾乎垂直伸展，表明大氣是近乎中性或者弱不穩(wěn)定層結(jié)。由于飽和濕絕熱過(guò)程中氣塊沿著等相當(dāng)位溫線運(yùn)動(dòng)，因此中性層結(jié)非常有利于垂直運(yùn)動(dòng)發(fā)展（許煥斌和丁正平, 1997; 李俊等, 2012）。

圖6 2021 年7 月20 日00 時(shí)沿113.39°E（a）位渦（單位：PUV）和（b）相當(dāng)位溫（等值線，單位：K）、層結(jié)穩(wěn)定度?θse/?p（填色，單位：10-4 K Pa-1）的經(jīng)向—垂直分布。紅三角形代表鄭州位置Fig. 6 Meridional-vertical distribution of (a) potential vorticity (units: PUV), (b) equivalent potential temperature (isoline; units: K) and stratification stability ?θse/?p (shaded, units: 10-4 K Pa-1) along 113.39°E at 0000 UTC 20 July 2021. The red triangle represents the location of Zhengzhou

在時(shí)間演變上（圖7），鄭州850 hPa 和600 hPa高度保持弱層結(jié)不穩(wěn)定，邊界層內(nèi)穩(wěn)定與強(qiáng)層結(jié)不穩(wěn)定交替出現(xiàn)。7 月18 日00 時(shí)至22 日00 時(shí)鄭州經(jīng)歷四次強(qiáng)層結(jié)不穩(wěn)定與低層弱層結(jié)不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)化。在強(qiáng)降水發(fā)生前期，19 日06 時(shí)大氣不穩(wěn)定度明顯增強(qiáng)；隨著強(qiáng)降水發(fā)展，19 日16 時(shí)不穩(wěn)定能量逐漸被消耗，大氣趨于弱不穩(wěn)定；當(dāng)弱不穩(wěn)定度減小到一定程度，降水減弱；20 日10 時(shí)不穩(wěn)定度又開始增強(qiáng)，為后續(xù)強(qiáng)降水積蓄能量。

層結(jié)不穩(wěn)定變化可以用層結(jié)穩(wěn)定度傾向方程來(lái)解釋（劉璐等, 2015）。該方程可以寫為

在方程（4）中，作為層結(jié)穩(wěn)定度個(gè)別變化的強(qiáng)迫項(xiàng)，位勢(shì)散度包括垂直切變項(xiàng)和散度項(xiàng)（周圍等,2018）。劉璐等（2015）研究表明臨近暴雨發(fā)生時(shí)刻及暴雨初期，大氣低層主要以對(duì)流不穩(wěn)定為主。計(jì)算結(jié)果表明（圖7），位勢(shì)散度在低層存在五個(gè)負(fù)高值區(qū)，與層結(jié)穩(wěn)定度減弱時(shí)段相對(duì)應(yīng)，主要作用是增強(qiáng)層結(jié)穩(wěn)定度；其中散度項(xiàng)的貢獻(xiàn)是削弱不穩(wěn)定層結(jié)，促進(jìn)穩(wěn)定度增強(qiáng)，這是因?yàn)榈匦巫钃跆沟媒孛媸冀K存在氣流輻合((?u/?x+?v/?y)＜0)，同時(shí)低層大氣又是層結(jié)不穩(wěn)定的（?θse/?p＞0），因此散度項(xiàng)(?u/?x+?v/?y)?θse/?p＜0，促使穩(wěn)定度增強(qiáng)。垂直切變項(xiàng)[－(?u/?p)(?θse/?x)－(?v/?p)(?θse/?y)]的高值區(qū)在低層，正負(fù)相間，由水平風(fēng)垂直切變和大氣的斜壓性共同作用造成。除此之外，層結(jié)穩(wěn)定度的水平平流項(xiàng)[－u(?2θse/?x?p)－v(?2θse/?y?p)]在低層900 hPa 以下促使穩(wěn)定度增強(qiáng)，在900～850 hPa 高度附近增強(qiáng)層結(jié)不穩(wěn)定，而垂直平流項(xiàng)[－ω(?2θse/?2p)]則幾乎與水平平流項(xiàng)反位相相關(guān)，二者在對(duì)流層中低層大部分相互抵消。

圖7 2021 年7 月18 日00 時(shí)至22 日00 時(shí)鄭州（34.43°N，113.39°E）（a）相當(dāng)位溫（等值線，單位：K）以及層結(jié)穩(wěn)定度（填色，單位：10-4 K Pa-1)、（b）層結(jié)穩(wěn)定度局地變化（單位：10-8 K s-1 Pa-1）、（c）水平平流項(xiàng)（單位：10-8 K s-1 Pa-1）、（d）垂直平流項(xiàng)（單位：10-8 K s-1 Pa-1）、（e）垂直風(fēng)切變強(qiáng)迫項(xiàng)（單位：10-8 K s-1 Pa-1）和（f）散度強(qiáng)迫項(xiàng)（單位：10-8 K s-1 Pa-1）的高度—時(shí)間演變Fig. 7 Height-time evolution from 0000 UTC 18 July to 0000 UTC 22 July 2021, over Zhengzhou (34.43°N, 113.39°E): (a) Equivalent potential temperature (isoline, units: K) and stratification stability (shaded, units: 10-4 K Pa-1); (b) local changes of stratification stability (units: 10-8 K s-1 Pa-1);(c) horizontal advection term (units: 10-8 K s-1 Pa-1); (d) vertical advection term (units: 10-8 K s-1 Pa-1); (e) vertical wind shear forcing term (units:10-8 K s-1 Pa-1); (f) divergence forcing term (units: 10-8 K s-1 Pa-1)

3.4 動(dòng)力抬升條件

20 日00 時(shí)至21 日00 時(shí)鄭州上空950～350 hPa為氣旋環(huán)流（圖8），近地面900 hPa 以下氣流持續(xù)輻合。20 日00 時(shí)垂直運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，從地面到200 hPa均為上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，強(qiáng)上升中心位于550 hPa；20 日08 時(shí)由于降水粒子下沉拖曳作用，鄭州上空800 hPa以上垂直運(yùn)動(dòng)以下沉為主，伴有輻散，10 時(shí)轉(zhuǎn)為上升運(yùn)動(dòng)。

圖8 2021 年7 月19 日00 時(shí)至21 日00 時(shí)鄭州（34.43°N，113.39°E）（a）渦度（單位：?jiǎn)挝唬?0-4 s-1），（b）散度（單位：10-4 s-1）和（c）垂直速度（單位：Pa s-1）的高度—時(shí)間演變Fig. 8 Height-time evolution of (a) vorticity (units: 10-4 s-1), (b) divergence (units: 10-4 s-1), and (c) vertical velocity (units: Pa s-1) in Zhengzhou(34.43°N, 113.39°E) from 0000 UTC 19 July to 0000 UTC 21 July 2021

如圖9 所示，20 日08 時(shí)500 hPa 在黃淮氣旋內(nèi)部存在多個(gè)中尺度渦旋（圖9a），其中鄭州西側(cè)的中尺度渦旋較強(qiáng)。700～850 hPa 湖北至河南中北部存在東北—西南向的切變線，其北端有中尺度渦旋生成發(fā)展，該渦旋非常深厚，從950 hPa 垂直伸展到350 hPa，并且高值區(qū)位于800～540 hPa。在整個(gè)強(qiáng)降水時(shí)段，切變線和中尺度渦旋在鄭州地區(qū)穩(wěn)定少動(dòng)，其西南氣流與副高西側(cè)的東南氣流形成輻合區(qū)。925 hPa 鄭州地區(qū)北側(cè)為氣旋性環(huán)流，風(fēng)速約為12～16 m s-1，達(dá)到邊界層急流標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，東北—西南向的太行山與東西向的嵩山形成喇叭口地形（圖9d），氣旋性急流灌入喇叭口地形，遇到地形阻擋，在鄭州西側(cè)山前形成風(fēng)速輻合（圖9f）；輻合層深厚，從950 hPa 伸展到500 hPa，輻合中心位于迎風(fēng)坡950 hPa，輻散中心位于350 hPa。這種深厚的中尺度渦旋和輻合層穩(wěn)定存在，有利于垂直運(yùn)動(dòng)維持，促使暴雨長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展。

圖9 2021 年7 月20 日00 時(shí)（a）200 hPa、（b）500 hPa、（c）700 hPa、（d）925 hPa 風(fēng)羽和渦度（填色，單位：10-4 s-1）水平分布以及（e）沿34.43°N 渦度（單位：10-4 s-1）和（f）散度（單位：10-4 s-1）的緯向—垂直分布。箭頭代表風(fēng)矢量（單位：m s-1) ，紅點(diǎn)和紅三角代表鄭州位置，藍(lán)色實(shí)線代表地形高度（單位：m）Fig. 9 Horizontal distribution of wind barbs and vorticity (shaded, units: 10-4 s-1) at 0000 UTC July 20 2021: (a) 200 hPa; (b) 500 hPa; (c) 700 hPa;(d) 925 hPa. Zonal-vertical distribution along 34.43°N: (e) vorticity (units: 10-4 s-1); (f) divergence (units: 10-4 s-1). The arrow represents the wind vector (units: m s-1), the red dot and triangle represent the location of Zhengzhou, blue lines indicate the terrain height (units: m)

K=(u2+v2)/2

水平動(dòng)能 [] 分析表明（圖10a），20 日00 時(shí)鄭州上空動(dòng)能高值區(qū)垂直伸展，高、低空動(dòng)能中心分別位于875 hPa 和175 hPa，分別對(duì)應(yīng)著低空急流和高空急流，二者耦合產(chǎn)生低層輻合和高層輻散的動(dòng)力抽吸效應(yīng)，加強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)。利用動(dòng)能傾向方程可分析低空急流的產(chǎn)生機(jī)制，在等壓坐標(biāo)系中，水平動(dòng)能方程可寫為

圖10 2021 年7 月20 日00 時(shí)沿34.43°N（a）K（等值線，單位：m2 s2）和 ?K / ?t（填色，單位：10-3 m2 s）、（b）－u·?φ/?x（單位：10-3 m2 s）、（c）－v·?φ/?y（單位：m2 s）的緯向—垂直分布以及925 hPa（d） φ（單位：m2 s-2）、（e） u（單位：m s-1）和（f）?φ/?x（單位：m s-2）的水平分布（填色）。藍(lán)色線為地形高度（單位：m）等值線，紅點(diǎn)和紅三角代表鄭州位置Fig. 10 Latitude-vertical distribution of (a) K (isoline, units: m2 s2) and ?K/?t (shaded, units: 10-3 m2 s), (b)－u·?φ/?x (units: 10-3 m2 s),(c)－v·?φ/?y (units: 10-3 m2 s) along 34.43°N and horizontal distribution (shaded) of (d) φ(units: m2 s-2), (e) u (units: m s-1), and (f) ?φ/?x (unit:m s-2) 925 hPa at 0000 UTC 20 July 2021. Blue lines indicate the terrain height (units: m), and the red dot and triangle represent the location of Zhengzhou

鄭州西部為屬于伏牛山系的嵩山（海拔350～1512 米），與河南西北部太行山余脈（海拔高度1000～1600 m）構(gòu)成喇叭口地形。如圖11 所示，20 日00 時(shí)近地面東北氣流和偏東氣流灌入喇叭口地形，在中尺度渦旋（中心位于34.75°N）引導(dǎo)下，氣流在嵩山北側(cè)和東側(cè)爬坡，地形阻擋強(qiáng)迫產(chǎn)生輻合上升運(yùn)動(dòng)。20 日09 時(shí)中尺度渦旋北移至35°N，引導(dǎo)偏東氣流灌入喇叭口，在底部爬升，強(qiáng)勁東風(fēng)從嵩山的東側(cè)和北側(cè)爬坡，風(fēng)速達(dá)到8～12 m s-1，使得山前大量水汽和動(dòng)能堆積，激發(fā)和加強(qiáng)對(duì)流發(fā)展，促使降水明顯增幅。

圖11 2021 年7 月20 日（a）00 時(shí)和（b）09 時(shí)地形追隨坐標(biāo)系模式面第一層的風(fēng)矢量（單位：m s-1）。填色代表地形高度（單位：km），紅點(diǎn)代表鄭州位置Fig. 11 Wind vector (units: m s-1) of the first layer on the model plane of the terrain-following coordinates at (a) 0000 UTC and (b) 0900 UTC 20 July 2021. The shaded represents the terrain height (units: km), and the red dot represents the location of Zhengzhou

綜上所述，降水開始前及其期間，高、低空急流耦合加強(qiáng)抽吸效應(yīng)，中低層切變線和黃淮氣旋內(nèi)部中尺度渦旋發(fā)展，偏東風(fēng)低空急流遭遇地形阻擋產(chǎn)生強(qiáng)烈持續(xù)的輻合，這些動(dòng)力條件促使河南鄭州上空長(zhǎng)時(shí)間存在大范圍深厚上升運(yùn)動(dòng)，地形抬升作用在鄭州暴雨中發(fā)揮重要作用。

4 中尺度對(duì)流系統(tǒng)的演變特征

此次暴雨有明顯的中尺度對(duì)流系統(tǒng)活動(dòng)，為了揭示中尺度系統(tǒng)特征，利用FY-4A 衛(wèi)星紅外云圖和廣義濕位渦對(duì)中尺度對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)展演變進(jìn)行分析。

4.1 云團(tuán)特征

在衛(wèi)星云圖上中尺度對(duì)流系統(tǒng)定義為水平尺度在20～200 km 之間、生命史3 h 或以上、云頂亮溫（TBB）小于或等于-32°C 的云團(tuán)（趙思雄等,2007）。FY-4A 衛(wèi)星TBB 分析表明（圖12），河南省中部和東北部始終存在中尺度對(duì)流系統(tǒng)，并經(jīng)歷三次發(fā)展過(guò)程，7 月19 日00～20 時(shí)、19 日21時(shí)至20 日16 時(shí)和20 日17 時(shí)至21 日12 時(shí)。20日00 時(shí)西南氣流和東南氣流匯聚在河南中部和東北部，形成強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)密實(shí)的中尺度云團(tuán)，呈現(xiàn)獨(dú)立團(tuán)狀，TBB 中心值降至-56°C，穩(wěn)定少動(dòng)，降水開始明顯增大。20 日09 時(shí)湖北和安徽有小云團(tuán)生成，在西南氣流引導(dǎo)下，向東北方向移動(dòng)，不斷地匯入河南中尺度云團(tuán)，使其不斷加強(qiáng)，中心TBB降到-60°C，長(zhǎng)時(shí)間停滯在河南中北部，造成20日08～09 時(shí)鄭州1 h 降水量達(dá)到201.9 mm。16 時(shí)云團(tuán)緩慢南移，同時(shí)有較強(qiáng)的小云團(tuán)從西部移入合并，中心TBB 進(jìn)一步下降到-64°C。21 日00 時(shí)云團(tuán)恢復(fù)到孤立結(jié)構(gòu)密實(shí)階段，中心移到河南東南部，鄭州脫離其影響。中尺度云團(tuán)的三次發(fā)展過(guò)程類似，都是在經(jīng)歷長(zhǎng)達(dá)十幾小時(shí)緩慢發(fā)展，合并西南方向移入的小尺度云團(tuán)后，形成尺度較大的孤立、結(jié)構(gòu)密實(shí)的中尺度云團(tuán)。此次暴雨是中尺度云團(tuán)三次迭代發(fā)展的結(jié)果，云團(tuán)合并有利于降水增幅，20 日08～09 時(shí)鄭州強(qiáng)降水主要發(fā)生在中尺度和小尺度云團(tuán)合并期間。

圖12 2021 年7 月20 日（a）00 時(shí)、（b）09 時(shí)、（c）16 時(shí)和（d）7 月21 日00 時(shí) FY-4A 云頂亮溫（小于-32 °C，單位：°C）分布。紅點(diǎn)代表鄭州位置Fig. 12 Distribution of FY-4A cloud-top brightness temperature (less than -32°C, units: °C) at (a) 0000 UTC, (b) 0900 UTC, and (c) 0000 UTC 20 July 2021 and at (d) 0000 UTC on 21 July 2021. The red dot represents the location of Zhengzhou

這些中尺度系統(tǒng)在動(dòng)、熱力學(xué)上如何表達(dá)刻畫呢？廣義濕位渦是利用廣義位溫定義的位渦，可以綜合描述中尺度系統(tǒng)的動(dòng)、熱力學(xué)特點(diǎn)，其表達(dá)式為

其中，φ(T)為凍結(jié)概率函數(shù)，qv為水汽比濕，qs為飽和水汽比濕，k=9為經(jīng)驗(yàn)指數(shù)（Wang and Huang, 2018）。計(jì)算結(jié)果表明（圖13），20 日00 時(shí)鄭州附近為廣義位溫高值區(qū)，說(shuō)明存在較強(qiáng)的潛熱釋放，與降水區(qū)相對(duì)應(yīng)。在垂直結(jié)構(gòu)上，鄭州上空廣義位溫高值柱顯著，從300 hPa 垂直下探到近地面，由于包含凝結(jié)和凍結(jié)過(guò)程的潛熱釋放，因此廣義位溫能夠更好地表征降水系統(tǒng)高濕和高溫的熱力狀況，與降水落區(qū)和移動(dòng)關(guān)系密切。

圖13 2021 年7 月20 日00 時(shí)（a）925 hPa 廣義位溫（單位：K）水平分布和（b）沿113.39°E 廣義位溫的經(jīng)向—垂直分布。紅點(diǎn)和紅三角代表鄭州的位置Fig. 13 Generalized potential temperature (units: K) at 0000 UTC 20 July 2021: (a) Horizontal distribution at 925 hPa; (b) meridional-vertical distribution along 113.39°E. The red dot and triangle represent the location of Zhengzhou

如圖14a 和14b 所示，20 日00 時(shí)和09 時(shí)廣義濕位渦在降水區(qū)上空表現(xiàn)為異常高值區(qū)，從100 hPa 位渦源區(qū)向下延伸到近地面層，在925 hPa形成廣義濕位渦異常中心，主要與邊界層急流垂直風(fēng)切變、中尺度渦旋和濕斜壓性等密切相關(guān)。高層位渦源與低層廣義濕位渦異常的性質(zhì)不同。由于高層水汽含量很小，廣義位溫退化為位溫，因此100 hPa以上的位渦源主要是位溫垂直梯度和反氣旋環(huán)流的耦合作用造成的。在位渦下傳過(guò)程中性質(zhì)發(fā)生改變，由于降水區(qū)上空水汽相變釋放潛熱，廣義位溫變?yōu)橄喈?dāng)位溫，等值線密集，造成降水區(qū)低層廣義濕位渦異常。如圖14c-f 所示，廣義濕位渦的異常區(qū)覆蓋觀測(cè)降水落區(qū)，二者對(duì)應(yīng)關(guān)系良好，表明廣義濕位渦對(duì)降水區(qū)有一定的指示意義，可以為降水趨勢(shì)預(yù)報(bào)提供參考，這主要是因?yàn)閺V義濕位渦可以表征降水區(qū)上空中尺度系統(tǒng)的垂直風(fēng)切變、渦度以及大氣濕斜壓性和層結(jié)不穩(wěn)定等動(dòng)、熱力垂直結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

圖14 2021 年7 月20 日（a）00 時(shí)和（b）09 時(shí)沿113.39°E 廣義位渦（單位：PVU）經(jīng)向—垂直分布以及（c）00 時(shí)、（b）11 時(shí)、（e）13 時(shí)和（f）22 時(shí) 廣義位渦絕對(duì)值的垂直積分（填色，單位：PVU）和觀測(cè)1 小時(shí)降水量（等值線，單位：mm）的分布。紅點(diǎn)和紅三角代表鄭州的位置Fig. 14 Meridional-vertical distribution of generalized potential vorticity (units: PVU) along 113.39°E on 20 July 2021: (a) 0000 UTC and (b) 0900 UTC. Vertical integration of absolute values of generalized potential vorticity (shaded, units: PVU) and distribution of observed 1-hour precipitation(isoline, units: mm) on 20 July 2021: (c) 0000 UTC; (b) 1100 UTC; (e) 1300 UTC; (f) 2200 UTC. The red dot and triangle represent the location of Zhengzhou

綜上所述，此次暴雨合并小尺度云團(tuán)后形成孤立、結(jié)構(gòu)密實(shí)的中尺度云團(tuán)。由于降水區(qū)上空較強(qiáng)的潛熱釋放，廣義位溫高值柱顯著。廣義濕位渦在降水區(qū)上空為異常高值，主要與邊界層急流垂直風(fēng)切變、中尺度渦旋和濕斜壓性等密切相關(guān)。由于廣義濕位渦可以表征降水區(qū)上空動(dòng)、熱力垂直結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)降水區(qū)有一定的指示意義，可以為降水趨勢(shì)預(yù)報(bào)提供參考。

5 結(jié)論

利用MICAPS 觀測(cè)數(shù)據(jù)、ERA5 再分析數(shù)據(jù)和FY-4A 衛(wèi)星云頂亮溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)2021 年7 月20 日河南極端暴雨的動(dòng)、熱力和水汽特征進(jìn)行診斷分析，初步得到以下結(jié)論：

（1） 大尺度環(huán)流特點(diǎn)顯著，高層兩槽一脊環(huán)流型、中層短波槽、西部大陸高壓、東部西伸北抬的副高和西移的臺(tái)風(fēng)“煙花”以及南部剛登陸的臺(tái)風(fēng)“查帕卡”是主要天氣影響系統(tǒng)，中部黃淮氣旋是直接參與者，其西南氣流與副高和“煙花”之間的東南氣流輸送水汽到河南，在地形阻擋作用下輻合抬升。

（2） 降水區(qū)上空濕層非常深厚、可降水量異常偏高，存在水汽過(guò)飽和、暖云層深厚、水汽消耗率高的特點(diǎn)，為高降水效率創(chuàng)造有利條件。邊界層內(nèi)弱層結(jié)不穩(wěn)定與強(qiáng)層結(jié)不穩(wěn)定交替出現(xiàn)，位勢(shì)散度主要貢獻(xiàn)是增強(qiáng)層結(jié)穩(wěn)定度，低空垂直風(fēng)切變和氣流輻合輻散對(duì)層結(jié)穩(wěn)定度變化有重要影響。

（3）黃淮氣旋內(nèi)部中尺度渦旋發(fā)展，偏東風(fēng)低空急流遭遇地形阻擋產(chǎn)生強(qiáng)烈持續(xù)的輻合，這些動(dòng)力條件促使河南鄭州上空長(zhǎng)時(shí)間維持大范圍深厚上升運(yùn)動(dòng)。

（4）孤立、結(jié)構(gòu)密實(shí)的中尺度云團(tuán)合并小尺度云團(tuán)對(duì)暴雨發(fā)展有重要影響。降水區(qū)上空廣義濕位渦異常，由于廣義濕位渦可以表征中尺度系統(tǒng)的垂直風(fēng)切變、渦度以及濕斜壓性和層結(jié)不穩(wěn)定等動(dòng)、熱力垂直結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因而廣義濕位渦異常對(duì)降水區(qū)有一定的指示意義。

本文著重分析此次暴雨的水汽、不穩(wěn)定和動(dòng)力條件，但還有一些重要科學(xué)問(wèn)題需要進(jìn)一步研究，包括：此次暴雨中尺度對(duì)流系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間維持的機(jī)制，多尺度天氣系統(tǒng)相互作用的貢獻(xiàn)，地形和邊界層急流作用以及極端雨強(qiáng)中關(guān)鍵云微物理過(guò)程和產(chǎn)生高降水效率的機(jī)理等等，這些科學(xué)問(wèn)題需要進(jìn)一步通過(guò)數(shù)值敏感性試驗(yàn)開展深入研究。