“720”郑州极端降水过程机理初步分析

“720”郑州极端降⽔过程机理初步分析2021年7⽉17⽇以来，河南省遭遇极端强降⾬，7⽉20⽇08时⾄21⽇08时(北京时)，郑州市内24
⼩时降⾬量达到624.1毫⽶，远超2019年全年的降⽔量（509.5毫⽶），郑州此次极端强降⾬过程最⼤降⽔强度为201.9毫⽶/⼩时，已超过1975年的“758特⼤暴⾬”（198.5毫⽶/⼩时），这相当于有150个单位的西湖⽔于⼀⼩时内倾倒在郑州⼤地上，导致城市内涝，灾情严重（图1）。

图1 2021年河南郑州“7.20”暴⾬灾情严重（来⾃⽹络图⽚）
此次极端降⽔事件，是在怎样的天⽓背景条件下形成的呢？中国科学院云降⽔物理与强风暴重点实验室对此进⾏了全⾯解读。

1、南亚⾼压东伸
从⾼空环流场来看（图2），此次河南极端降⽔事件发⽣于南亚⾼压东伸的过程中，同时河南东侧200hPa⾼度处存在⼀⼩⾼压，两⾼压之间挤压形成狭窄的⾼空槽深⼊中原腹地，河南郑州恰好位于槽前，这种⾼空槽脊配置，导致来⾃⾼纬的⼲冷⽓流向南侵⼊到中纬度地区，为暴⾬的发⽣提供了良好的⾼空辐散条件，有利于低层辐合抬升对流发展。

图2 2021年7⽉20⽇20时200hPa位势⾼度场（蓝⾊线）和风场红⾊三⾓形为郑州位置
2、西太平洋副热带⾼压（副⾼）西伸北抬
500hPa⽓压⾯上（图3），华北地区是典型的“西低东⾼”暴⾬环流形势，同时副⾼西伸，位置偏北，强度偏强，河南正好位于⼤陆⾼压和西太副⾼之间的低压区，很容易形成低层辐合，⾼空辐散的配置。

⾼层辐散风与低层旋转风的分布（图4）也明显反映出这种动⼒结构。

这种经典⾼低空配置促使对流层中上升运动增强，为暴⾬的发⽣创造了有利的动⼒条件。

图3 2021年7⽉20⽇20时500hPa位势⾼度场（蓝⾊线），其中红⾊三⾓形代表郑州位置图4 2021年7⽉20⽇20时（a）200hPa辐散风和（b）925hPa旋转风，其中填⾊为1h降⽔量
3、⽔汽通道稳定维持
此外，恰逢副⾼南侧有台风“烟花”相伴，华南地区有台风“查帕卡”登陆。

从图5⽔汽通量分布可明显体看出，台风“烟花”北侧和“查帕卡”东侧⽓旋性暖湿⽓流西进北上，合并后携带⼤量⽔汽西北向输送⾄内陆，恰好在河南郑州附近形成强烈⽔汽辐合区（蓝⾊阴影）。

稳定维持的副⾼（图3）阻挡了台风北上，使得⽔汽供给稳定维持。

早在暴⾬发⽣前，副⾼外围的⽓流就与双台风环流共同作⽤，形成的东南暖湿⽓流中携带了⼤量⽔汽，这⽀暖湿低空急流⼀路北上，将⽔汽源源不断的从洋⾯输送到河南地区，为后续暴⾬的发⽣打开了⽔汽通道。

图5 2021年7⽉20⽇20时1000hPa-500hPa积分⽔汽通量（⽮量）及其散度（填⾊区代表负值），其中红⾊三⾓形为郑州位置
4、地形作⽤
受伏⽜⼭和太⾏上地形的抬升和阻挡作⽤（图6），边界层东南急流携带⽔汽输送⾄郑州北侧时，风向发⽣偏转，并与来⾃南⽅的⽓流汇聚在郑州上空及其西侧，形成了明显的切变线，这种变化导致降⽔区域不再北移，⽽是⽔汽堆积在此，为后续的极端降⽔提供了充⾜的⽔汽来源。

图6 华北地形（灰度）和近地⾯风场，其中红⾊三⾓形代表郑州位置
5、⾼低空、⾼低纬相互作⽤
此次暴⾬过程中贯穿着⾼低空、⾼低纬之间天⽓系统的相互作⽤，以图7中位涡的输送为
例，200hPa⾼度上河南西侧有明显的⾼纬、⾼空位涡沿狭窄的⾼空槽（图2）向低纬、低层输送的现象，加强了河南郑州附近的⽓旋性环流（表现为旋转风和涡度增长，图4b)。

⾼纬和对流层顶的⾼位涡⼲冷空⽓⼊侵到对流层中层和低纬度地区，在启动对流触发暴⾬的同时，也加剧了⼤⽓的不稳定性，使降⽔⾜以达到相当⼤的强度和规模。

图7 2021年7⽉20⽇20时（a）200hPa位涡（填⾊），位势⾼度场（蓝⾊线），其中，红⾊三⾓形代表郑州位置，（b）沿郑州的位涡（填⾊）垂直剖⾯图
由此可见，这次极端强降⾬事件集合了南亚⾼压东伸、副热带⾼压西伸北抬、强台风打开⽔汽通道、低空急流发展及地形抬升和阻挡作⽤等多种因素的共同影响，从⾼空到低层，⾼纬到低纬，多尺度系统协同作⽤，共同导致了郑州特⼤暴⾬事件的发⽣。