張入財， 田金華， 陳超輝， 李振鋒， 付偉基，周洪亮， 陳紅霞， 王琨鴻

(1.中國人民解放軍78127部隊，成都 610031； 2.鄭州市氣象局，鄭州 450007；3.國防科技大學(xué)氣象海洋學(xué)院，長沙 410073； 4.中國人民解放軍63898部隊，河南 濟源 459000；5.中國人民解放軍96606部隊，河南 洛陽 471000； 6.洛陽市氣象局, 河南 洛陽 471000)

引 言

2021年7月18-22日鄭州地區(qū)出現(xiàn)罕見極端強降水天氣[1-2]。極端降雨在鄭州市造成了災(zāi)難性洪水，因災(zāi)死亡失蹤380人，直接經(jīng)濟損失409億元。鄭州及附近地區(qū)在20日降水量猛增，16-17時鄭州國家站出現(xiàn)了201.9 mm的極端小時雨量，突破我國大陸氣象觀測記錄歷史極值(198.5 mm,1975年8月5日河南林莊)。這次極端強降水是在西太平洋副熱帶高壓、中國西部的青藏高壓、東海的“煙花”臺風(fēng)和南海“查帕卡”臺風(fēng)共同作用下發(fā)生的。但是，業(yè)務(wù)數(shù)值模式和業(yè)務(wù)預(yù)報對于此次降水中心預(yù)報有偏差，對于降水強度和極端性估計不足[3]。

河南的極端強降水事件主要是由低渦、切變線和臺風(fēng)造成的[4]?！?5·8”特大洪水災(zāi)害世界矚目[5-6]，2018年8月“溫比亞”給河南造成的影響是近40年來最大的，其日降水強度僅次于“75·8”臺風(fēng)暴雨的降水強度[7]；受低渦切變線影響，2003年、2007年和2020年7月，淮河上游河南段出現(xiàn)持續(xù)性強降雨天氣，致使王家壩水位超警戒并泄洪[8]。遠(yuǎn)距離臺風(fēng)登陸促成了一條伸向內(nèi)陸的暖濕氣流輸送帶,并在豫北太行山東麓迎風(fēng)坡喇叭口處匯聚，形成長達(dá)6 h以上的超強水汽輻合傾斜上升運動，為極端強降水的發(fā)生提供了充足的水汽條件[9]。衛(wèi)星云圖產(chǎn)品顯示，強降水產(chǎn)生在MCS快速發(fā)展與合并時期，位于TBB低值中心高梯度帶內(nèi)，梯度越大，降水越強[10]。400 hPa附近的高位渦中心下傳至近地面，激發(fā)中尺度系統(tǒng)發(fā)展，是引發(fā)極端降水的重要機制[11]。針對我國不同地區(qū)的暴雨極端事件，已有業(yè)內(nèi)專家從多尺度診斷分析、環(huán)境場特征等不同角度進行了較為深入細(xì)致的廣泛研究分析[12-17]。

1 資料與方法

1.1 資料說明

文中使用的多源觀測資料：(1)中國探空觀測資料和地面國家觀測站資料，用于環(huán)流形勢和對流環(huán)境條件分析；(2)河南省2611個區(qū)域自動站逐小時觀測降水資料(鄭州市193個站)；(3)洛陽SA雙偏振天氣雷達(dá)VCP21模式下逐6 min體掃資料；(4)歐洲中期天氣預(yù)報中心第五代大氣再分析資料(ERA-5，水平分辨率0.25°×0.25°，時間間隔1 h)，用于環(huán)流分析及物理量診斷。

1.2 CSI條件對稱不穩(wěn)定診斷分析

確定CSI區(qū)域的方法是使用相當(dāng)位渦(EPV),計算公式為

(1)

(2)

當(dāng)EPV<0，并且大氣是對流穩(wěn)定的，則大氣是對稱不穩(wěn)定的。

1.3 等熵面水汽輸送診斷方法

等熵面上的水汽分析能清晰、直觀地描繪天氣系統(tǒng)中的氣塊運動和三維氣流，包括垂直運動和水汽輸送。等熵面上的垂直運動可由下式來計算：

(3)

式(3)中右邊的第一項表示局部氣壓趨勢，這是壓強對時間的局部導(dǎo)數(shù)，解釋了在固定位置上等熵面垂直運動的原因。為了診斷對流層低層的垂直運動，通常選擇在研究區(qū)域上空850-700 hPa層之間的等熵面是最有用的。等熵面上氣壓與風(fēng)場的分布有助于了解氣流的升降，與等壓面分析相比，等熵面上的分析更能直觀地判斷降水落區(qū)，預(yù)報效果優(yōu)于等壓面分析結(jié)果。

(4)

(5)

2 降水特征分析

2021年7月17日08時-23日08時，河南安陽、鶴壁、新鄉(xiāng)、焦作、鄭州、開封、平頂山等地累積降雨量普遍在250.0 mm以上(圖1a)，最大雨量1122.6 mm出現(xiàn)在鶴壁淇濱區(qū)科創(chuàng)中心，鄭州新密市白寨氣象站的降雨量次之，為993.1 mm。主要降雨時段集中在19日20時-20日20時(圖1b)，該時段有172個站的雨量達(dá)到特大暴雨量級，最大的為鄭州市二七區(qū)尖崗的681.0 mm，鄭州站為552.5 mm。鄭州市為此次極端暴雨天氣事件的中心。此次極端暴雨具有雨量大、范圍廣、持續(xù)時間長、短時雨強大、降雨極端性突出等特點。從20日小時雨量(圖1c)及分鐘雨量(圖1d)可知，15-18時3 h降雨量達(dá)310.8 mm，16-17時1 h降雨量達(dá)201.9 mm，15:48-17:07的80 min降雨量達(dá)245.2 mm，平均每分鐘雨量為3 mm，可見降水效率特別高且非常集中。

圖1 河南省2021年7月18日08時-22日08時累積降雨量(a)、19日20時-20日20時降雨量(b)及鄭州站7月20日逐小時(c)、逐分鐘(d)降雨量變化

3 大尺度環(huán)流背景及中尺度影響系統(tǒng)分析

3.1 大尺度環(huán)流形勢分析

由18日08時-20日14時500 hPa環(huán)流形勢演變(圖略)可看出，西部大陸高壓、東部副熱帶高壓和臺風(fēng)“煙花”、南部臺風(fēng)“查帕卡”是主要的天氣尺度影響系統(tǒng)，最重要的是大陸高壓、副熱帶高壓包圍的緩慢北移的黃淮氣旋，它是此次特大暴雨的直接參與者。在上述系統(tǒng)的共同作用下，黃淮氣旋在穩(wěn)定少動中略向西北方向移動，致使河南出現(xiàn)了極端暴雨事件。

3.2 中尺度影響系統(tǒng)分析

利用歐洲中心ERA-5 0.25°×0.25°再分析資料，對鄭州7月20日特大暴雨及201.9 mm/h的極端小時雨強的中尺度影響系統(tǒng)進行追蹤分析。

19日20時500 hPa圖上，陜西、河南交界處有一個500 km左右的α中尺度低渦C(圖2a)，鄭州地區(qū)為一致的東南偏南風(fēng)，低層850 hPa處在東南急流和偏東北急流的暖鋒式切變線[20]附近，受此影響，19日白天出現(xiàn)38個站點的大暴雨。19日夜里至20日，蒙古高壓穩(wěn)定少動，副高繼續(xù)西伸，在上下游系統(tǒng)擠壓下，低渦C明顯向東北方向移動，形狀由圓形演變?yōu)闁|北-西南向的橢圓形。20日08時(圖2b)，蒙古高壓底部有冷空氣侵入低渦C的南側(cè)，在洛陽附近分裂出中尺度低渦C1，形成人字形切變，此時鄭州附近的東南風(fēng)速明顯增大到14 m/s，該時段鄭州范圍內(nèi)降水顯著增強，大于250 mm的站點數(shù)量由10個站躍增到44個站。

20日08-12時，低渦C1呈現(xiàn)穩(wěn)定少動態(tài)勢，有弱的干冷空氣從低渦C1西北部侵入(圖2c，藍(lán)色箭頭為冷空氣方向)；16-17時(圖2d、e)，低渦C1強度略減弱，但干冷空氣侵入增強，干冷空氣沿低渦C1南部的偏西氣流侵入到鄭州西南部(圖2d、e中的紅色箭頭)，形成了有利于鄭州附近強對流發(fā)生、發(fā)展的背景條件，造成15-18時3 h降雨量達(dá)310.8 mm、16-17時小時雨量達(dá)201.9 mm的特大暴雨；18時(圖2f)，鄭州以東的大部分地區(qū)已轉(zhuǎn)為西南急流，降水強度減小。

3.3 中尺度對流云團活動和雷達(dá)回波演變特征

高時空分辨率衛(wèi)星、雷達(dá)資料的運用已成為揭示中尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展機制，提高特大暴雨預(yù)報能力中必不可少的數(shù)據(jù)支撐因素[21-22]。

從FY-4A云頂亮溫TBB演變可以看出，20日08-12時，β中尺度低渦C1在洛陽地區(qū)穩(wěn)定少動，TBB云圖上有大片對流云區(qū)位于低渦C1東部，位置少動。12:30,在鄭州西南方向汝州附近新生成了TBB在-36 ℃以上的小尺度對流云團(圖3a中箭頭所指)，對流活動較弱；14:30,隨著低渦C1的進一步發(fā)展，汝州對流云團迅速發(fā)展,TBB達(dá)-60 ℃以下(圖3b)，對流活動加強，鄭州西南部地區(qū)產(chǎn)生強降水；15:30-18:30(圖3c-f),在低渦C1東南部一致的西南氣流東北移動過程中，快速發(fā)展構(gòu)成東北-西南向的帶狀云帶，16:30左右發(fā)展到最強盛階段(圖3d)。由可見光云圖疊加TBB和小時雨量圖發(fā)現(xiàn)，14:30可見光云圖上云團發(fā)展并不強烈(圖3g)，疊加14-15時雨量尚未出現(xiàn)≥160 mm的降水，但16:30可明顯看出云團發(fā)展旺盛，首次出現(xiàn)≥160 mm的降水，鄭州位于低于-64 ℃的TBB大值中心上沖對流云砧的后部(西南部，圖3h)，導(dǎo)致鄭州出現(xiàn)了1 h降雨量達(dá)201.9 mm的大暴雨；18時后對流明顯減弱。

以上利用衛(wèi)星資料分析了中尺度對流云團云頂亮溫發(fā)展演變的特征，下面用分辨率更高的雷達(dá)資料對中尺度對流云團的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征作進一步分析。

從洛陽多普勒雙偏振雷達(dá)組合反射率和速度圖(圖略)演變來看，20日08-15時，在大片30～35 dBZ回波逆時針緩慢旋轉(zhuǎn)向東北方向移動的過程中，有強回波在氣旋東南部的汝州附近生成，并向鄭州以西的滎陽移動。15:00，鄭州位于滎陽50～55 dBZ

較強回波的東部邊緣，15:30位于滎陽東南部的強回波旋轉(zhuǎn)北上,并出現(xiàn)60 dBZ的強中心，開始影響鄭州，12 min后，即15:48再次出現(xiàn)強中心。由16-17時的回波演變可看出，>50 dBZ的大片回波鑲嵌多個>55 dBZ的強中心的橢圓狀回波，緩慢移動,滯留在鄭州上空，主體自南向北旋轉(zhuǎn)北上，造成鄭州201.9 mm的小時強降雨。17時以后回波主體東移減弱，降水強度明顯減小。

分析1.5度仰角的速度圖發(fā)現(xiàn)，15時開始在滎陽、鄭州交界處有輻合，最大速度達(dá)-7 m/s，之后該輻合區(qū)自西向東緩慢東移影響鄭州，16時開始速度明顯增大到-11.5 m/s，維持到17時，此時出現(xiàn)-19.5 m/s的偏東風(fēng)，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正速度。氣流的強烈輻合使對流單體在鄭州地區(qū)劇烈發(fā)展，導(dǎo)致短時強降雨的發(fā)生。該時段正是鄭州此次強降雨過程的極值點。

4 導(dǎo)致這次特大暴雨發(fā)生的極端性成因分析

4.1 有利的大尺度對流環(huán)境條件

4.1.1 對流、對稱不穩(wěn)定

條件對稱不穩(wěn)定是大氣穩(wěn)定狀態(tài)和條件不穩(wěn)定狀態(tài)之間的中間紐帶，大氣在穩(wěn)定、不穩(wěn)定之間相互演變過程中均通過條件對稱不穩(wěn)定來實現(xiàn)。對流、對稱不穩(wěn)定環(huán)流的形成與不穩(wěn)定的配置有關(guān)。當(dāng)?shù)蛯訛闂l件不穩(wěn)定而高層疊加深厚的條件對稱不穩(wěn)定時，低層出現(xiàn)垂直上升氣流，高層出現(xiàn)范圍較廣的傾斜上升氣流，對稱不穩(wěn)定能量釋放產(chǎn)生中尺度云帶。分析EPV(圖略)可知，20日08-20時鄭州上空中低層(900-600 hPa)為EPV<0區(qū)域，表明存在對稱不穩(wěn)定，且該層出現(xiàn)范圍較廣的傾斜上升氣流；對流層上部存在逆溫層，具有較強的對流穩(wěn)定性(?θe/?p<0)，對流層中部(850-500 hPa)為中性層結(jié)(?θe/?p≈0)，對流層低層(1000-850 hPa)暖濕空氣活躍，表現(xiàn)為對流不穩(wěn)定(?θe/?p>0)。

4.1.2 充沛的水汽及大尺度上升運動

水汽主要來自“煙花”外圍東南氣流及“查帕卡”東側(cè)的偏南氣流的輸送。從308 K等熵面(約相當(dāng)于800 hPa等壓面的高度)上的等壓線、等比濕線及風(fēng)場的演變特征來看，19日20時，在強降水發(fā)生前，河南西南部比濕為12～15 g/kg，河南南部為東南風(fēng)，鄭州處在東南偏東急流中，且東南急流從840 hPa等壓線向790 hPa等壓線穿越(圖4a中黃色箭頭處)。20日08時，在鄭州的西南方向有明顯的氣旋生成，西南偏南氣流和東南偏東氣流在鄭州地區(qū)存在明顯的匯流(圖4b中黃色箭頭所指)，鄭州處于該氣旋頂部的東南風(fēng)急流中，該急流從等壓線大值的820 hPa向低值的770 hPa穿越，存在明顯的爬升過程(等熵面風(fēng)場由氣壓高值區(qū)向低值區(qū)穿越)，為暴雨產(chǎn)生提供了豐沛水汽和上升運動。由此說明19日夜里隨著“查帕卡”北上和“煙花”西進，在中低層形成了水汽持續(xù)輸送和上升運動條件。

4.2 中尺度低渦快速發(fā)展且移動緩慢

低渦的發(fā)展加強是這次大暴雨的直接影響系統(tǒng)。對比分析20日08時、16時500 hPa位勢高度、

圖4 2021年7月19日20時(a)、20日08時(b)等熵面的風(fēng)場、氣壓和比濕等熵面θ=308 K，風(fēng)速單位：m/s,氣壓單位：hPa,比濕單位：g/kg；為鄭州站

圖5 2021年7月20日08時(a)、16時(b)500 hPa位勢高度和矢量及矢量散度，08時(c)、13時(d)FY-4A云頂亮溫和850 hPa流場及矢量散度，14時(e)、16時(f)FY-4A云頂亮溫和矢量及矢量散度位勢高度單位：矢量單位：矢量散度單位：10-18 m·kg-1·s-1,云頂亮溫單位：℃；為鄭州站

4.2.2 高低空位渦異常使中尺度低渦加強

分析中低層(900-700 hPa)位渦特征，發(fā)現(xiàn)中尺度低渦與其有很好的對應(yīng)關(guān)系。19日08時(圖6a),河南與湖北交界處有一個中尺度低渦生成，對應(yīng)有一個強度為1 PVU的正位渦中心，鄭州處在低渦外圍的偏東氣流中；19日20時(圖6b)，低渦緩慢向西北方向移動，強度減弱。20日08時(圖6c)，低渦移至洛陽市區(qū)，強度再次加強，位渦中心強度由1PVU迅速增大到1.5 PVU，在低渦的第一、第四象限形成了空間尺度較小的偏南與偏東急流的匯合區(qū)，鄭州位于急流匯合區(qū)；20日14時(圖6d)，低渦向西北方向移動到洛陽西部，強度加強，位渦中心增大到2.0 PVU，位渦與加強的低渦基本重合，鄭州地區(qū)東南風(fēng)急流明顯增大，并處于暖式切變線附近，自此開始，降水強度明顯增大，16-17時，鄭州出現(xiàn)了201.9 mm的極端小時雨量；17時之后，低渦迅速減弱，至20時低渦中心消失(圖6e)，位渦中心也減小到1PVU，鄭州處于一致的東南風(fēng)急流中，鄭州地區(qū)的降水逐漸減弱。21日08時(圖6f)，低渦北移，并再次加強，影響新鄉(xiāng)出現(xiàn)強降水。鄭州為一致偏南氣流，降水明顯減小。

圖6 2021年7月19日08時(a)、20時(b)和20日08時(c)、14時(d)、20時(e)及21日08時(f)中低層(900-700 hPa)的位渦、850 hPa風(fēng)場和比濕黑色等值線為位渦，單位：1 PVU=10-6 m2·K·s-1·kg-1；風(fēng)速單位：m/s；綠色陰影為比濕，單位：g/kg;為鄭州站

從以上分析可以看出，伴隨著中尺度低渦的快速發(fā)展、緩慢移動，在7月20日08時至21日08時，給鄭州站24 h帶來了624.1 mm的極端降雨量。下面從位渦高低空的演變特征來分析促使中尺度低渦快速發(fā)展的原因。

圖7是經(jīng)過鄭州的位渦、位溫與風(fēng)的剖面圖，其中19日20時(圖7a)代表低渦初始生成階段，對流層高層系統(tǒng)發(fā)展強盛，而對流層中低層位渦擾動尚不明顯。對流層高層108°-110°E為位渦高值區(qū)(棕色箭頭處，這是由于平流層下部干冷空氣沿等熵面下傳所造成的)，對應(yīng)300 hPa為冷槽。20日08時高層位渦明顯加強東移并向下伸展至600 hPa附近，在108°-110°E處生成漏斗狀位渦異常區(qū)(圖7b中棕色箭頭處)，另外在其下游東南部的鄭州地區(qū)，在對流層中低層也有明顯的位渦異常區(qū)(圖7b中桔黃色箭頭處)。14時高層位渦進一步向下滲透的同時，不斷向東南發(fā)展，與此相對應(yīng)，鄭州地區(qū)對流層中低層的位渦異常明顯增強，出現(xiàn)了大片位渦大值區(qū)(圖7c)。對應(yīng)濕度場(圖略)分析結(jié)果表明，在大值位渦區(qū)中，高層相對濕度很小，中低層相對濕度很大，達(dá)到80%以上，表明這是兩塊性質(zhì)不同的位渦大值區(qū)。由位渦方程可知，位渦的局地變化是由等熵面上的平流過程、非絕熱過程及湍流摩擦過程造成的，此次過程中，高層大值位渦主要是由于平流層的干冷空氣沿等熵面下傳造成的，而中低層大值位渦區(qū)是由邊界層湍流摩擦和氣旋上升運動區(qū)中的潛熱釋放造成的。中低層大值位渦區(qū)中心位于900 hPa以上，說明中低層位渦的增強主要由于凝結(jié)潛熱釋放過程所致，因此，該位渦異常就成為直觀地描述凝結(jié)潛熱效應(yīng)的有效工具，使隱蔽的不可見凝結(jié)潛熱轉(zhuǎn)化為中低層位渦異常的直觀圖像，揭示出凝結(jié)潛熱釋放過程對氣旋的快速發(fā)展的促進作用。20日20時在鄭州西北部(氣旋所在位置)，高層及中低層位渦大值區(qū)上下貫通為一略向西北傾斜的高值位渦柱(圖7d中紅色箭頭處)。通過以上對等壓面位渦的分析可知，在氣旋的發(fā)展過程中，高層位渦異常向下注入，對氣旋加深所起的作用是顯著的。

圖7 2021年7月19日20時(a)和20日08時(b)、14時(c)、20時(d)位渦、位溫和風(fēng)沿40°N、106°E至29°N、120°E的剖面圖藍(lán)色等值線為位渦，單位：1 PVU=10-6m2·K·s-1·kg-1;黑色等值線為位溫，單位：K；風(fēng)速單位：m/s;為鄭州站

綜合以上氣旋在不同階段位渦和位溫場演變特征的分析可以看出，當(dāng)發(fā)展并東移南下的高空冷渦低槽移近低層暖鋒式切變區(qū)上空時，就會促使低層鋒區(qū)擾動發(fā)展，進而促成氣旋的初始生成，主要是由于斜壓擾動發(fā)展所致，此時潛熱釋放的作用尚不明顯。在氣旋發(fā)展階段，斜壓擾動發(fā)展仍然是氣旋發(fā)展的主要機制，但凝結(jié)潛熱釋放明顯增強，這兩種物理過程相互作用，共同導(dǎo)致氣旋的快速發(fā)展[23]。

4.2.3 高層強迫對加速對流發(fā)展起著關(guān)鍵作用

對流層頂(1.5 PV面高度)下降有利于強對流的發(fā)生。分析20日16：15的6.2 μm衛(wèi)星水汽圖像(圖8a)發(fā)現(xiàn)，有動力干暗區(qū)的存在，位于鄭州西北部的淺灰色區(qū)域(青綠色虛線所示)為PV異常區(qū)域。在位渦的剖面(圖8b)中，棕色和黃色箭頭所指的區(qū)域中也清晰地揭示出了1.5 PV等值線向下伸展，說明位于鄭州西北部的高層PV異常的強迫是導(dǎo)致鄭州強對流發(fā)生的重要因素。

中高層干冷空氣侵入，增強了大氣的不穩(wěn)定性。16:15水汽圖像中的干暗區(qū)，標(biāo)志著干空氣的存在，說明在中高層可能有干冷空氣侵入；在500 hPa環(huán)流和相對濕度(圖8e)中的藍(lán)色箭頭處，可以看到有濕度小于75%的相對干空氣從低渦環(huán)流的西北部向鄭州附近的相對濕度為95%的大濕度區(qū)侵入。在剖面圖上，鄭州上空有一干舌(圖8c中的綠色箭頭處)從200 hPa向500 hPa伸展，表明PV異常區(qū)(圖8b中黃色箭頭處)有干冷空氣侵入到低層的濕空氣上空，低層濕空氣被高空干空氣層覆蓋，特別有利于深對流單體的快速生長。在中低層中尺度系統(tǒng)的共同作用下，有干冷空氣侵入的鄭州產(chǎn)生了對流單體的氣旋式弧線狀組織形態(tài)。干冷空氣帶來的擾動使大氣的斜壓性增大，由干冷的下沉氣流與暖濕的上升氣流造成對流及輻合旋轉(zhuǎn)上升，垂直渦度拉伸使輻合進一步加強，降水得以維持和增強。

圖8 2021年7月20日16時等1.5 PVU位渦面氣壓和FY-4A 6.2 μm通道水汽亮溫(a)和沿圖(a)白色線的位渦(b)、相對濕度和假相當(dāng)位溫θse(c)、垂直于剖面的風(fēng)速(d)、散度(f)的水平-高度剖面及500 hPa流線、風(fēng)場、相對濕度(e)(a)中白色斜線為圖(b)(c)(d)(f)的垂直剖線，(c)中藍(lán)色、紅色等值線分別為相對濕度、假相當(dāng)位溫，(e)中綠色陰影為相對濕度；水汽亮溫單位：K，氣壓單位：hPa，位渦單位：1 PVU=10-6 m2·K·s-1·kg-1，相對濕度單位為百分號，假相當(dāng)位溫單位：K，風(fēng)速單位：m/s，散度單位：10-5s-1；為鄭州站

圖8(d)為垂直于剖線(圖8e中的紅色線段)的風(fēng)速剖面圖，鄭州位于800 hPa附近12 m/s東北急流(桔黃色箭頭處)的左側(cè)。在200-300 hPa之間有一垂直于剖面的16 m/s的西南大風(fēng)速帶(藍(lán)色箭頭處)，鄭州位于該大風(fēng)速帶的右側(cè)。鄭州位于低空東北急流的左側(cè)、高空西南大風(fēng)速帶的右側(cè)，有較強的垂直風(fēng)切變，有利于強對流的發(fā)生發(fā)展。

圖8(f)為沿剖線(圖8e中的紅色線段)的散度垂直剖面，由圖8(f)可看出，鄭州上空800-700 hPa高度上有一輻合區(qū)(粉色箭頭處)，在400-300 hPa高度上有一輻散區(qū)(棕色箭頭處)，顯示了鄭州低層有輻合、高層有輻散的耦合，十分有利于鄭州強對流的發(fā)生、發(fā)展和維持。

從以上分析可以看出，高層強迫對加速對流發(fā)展起著關(guān)鍵作用。因此，鄭州地區(qū)發(fā)生的強烈的深對流天氣，與高層強迫密切相關(guān)。

5 總結(jié)與討論

本文利用常規(guī)氣象觀測資料、區(qū)域氣象自動站觀測資料、FY-4A云頂亮溫資料和6.2 μm衛(wèi)星水汽圖像、洛陽雙偏振天氣雷達(dá)資料及ERA-5 0.25°×

(1)雙臺風(fēng)建立了良好的水汽輸送通道，水汽條件充沛。從20日08時到20時≥12 g/kg比濕的分布可以看出，鄭州強降水水汽的輸送主要來自“查帕卡”臺風(fēng)外圍偏南氣流和副高與“煙花”之間的偏東氣流，大量水汽向我國內(nèi)陸地區(qū)輸送，為河南強降雨提供了充沛的水汽來源。同時暖濕氣流的增強，使鄭州低層對流不穩(wěn)定性增強。

(2)深厚穩(wěn)定的低渦是河南極端暴雨事件的主要影響系統(tǒng)。在北上臺風(fēng)“查帕卡”、西進臺風(fēng)“煙花”、西伸加強的副熱帶高壓及中心位置穩(wěn)定少動的蒙古高壓共同作用下，蒙古高壓和副熱帶高壓包圍的α中尺度黃淮低渦在向東北方向移動的過程中發(fā)生分裂,在高空位渦異常、低層明顯的暖鋒式切變及大尺度降水產(chǎn)生的凝結(jié)潛熱作用下，在洛陽附近生成了深厚穩(wěn)定的β中尺度低渦。該中尺度低渦是鄭州極端暴雨事件的主要影響系統(tǒng)。

(4)凝結(jié)潛熱的釋放對低渦的發(fā)展有著十分重要的作用。中低層位渦異常的直觀圖像成為描述隱蔽的不可見凝結(jié)潛熱效應(yīng)的有效工具，使隱蔽的不可見凝結(jié)潛熱表現(xiàn)成為中低層位渦異常的直觀圖像，簡潔地揭示出凝結(jié)潛熱釋放過程對低渦快速發(fā)展的促進作用。

本文著重分析了產(chǎn)生此次特大暴雨大尺度環(huán)境的水汽、不穩(wěn)定和動力條件及引發(fā)此次特大暴雨的中尺度低渦發(fā)生、發(fā)展的機理，但還需要進一步研究以下問題：(1)高空位渦異常對中低層中尺度低渦發(fā)生發(fā)展的定量分析；(2)低空急流的形成和維持機理；(3)極端雨強中關(guān)鍵云微物理過程和產(chǎn)生高降水效率的機理等。這些問題需要進一步通過數(shù)值敏感性試驗開展深入研究。