2021年7月17—23日河南極端暴雨天氣過程分析及對交通安全的影響

2024-01-01 00:00:00曾培培

農業災害研究 2024年5期

摘要：利用常規氣象觀測資料、NCEP再分析資料等相關氣象資料分析了2021年7月17—23日河南極端暴雨天氣過程，并闡述了該次暴雨天氣對交通安全的影響。結果表明：此次河南極端暴雨天氣主要影響系統包括臺風“煙花”、副熱帶高壓、大陸高壓、低渦和切變線的影響。此次河南暴雨天氣降水強度大、影響范圍廣，給當地交通安全造成不良影響，導致河南省會鄭州地鐵全線停運、航班取消、高速公路被禁行、高鐵列車被迫折返。

關鍵詞：極端暴雨；環流形勢；不穩定能量；交通安全

中圖分類號：P458.121+1 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）05–0-03

暴雨是我國大多數地區汛期發生概率較高的一類氣象災害，經常給國家經濟造成了巨大損失，甚至還會造成人員傷亡[1-4]。近年來，暴雨天氣預報工作成為氣象領域研究的一項重要課題。靖春悅等[5-7]分析了影響河南極端降水天氣的臺風系統，并且闡述了臺風與中緯度系統相互作用，以及濕位渦、大值位渦帶和暴雨落區之間的聯系。周慧等[8]通過分析2016年7月初湖南省中部以北一次暴雨天氣發現該次極端降水天氣的主要影響系統為副熱帶高壓、高空槽、西南低渦、切變線；高層水汽沿著西風帶向降水落區輸送；中層水汽以偏西南路徑由孟加拉灣朝降水落區輸送；低空水汽大體上由南海朝北傳輸至降水落區。周兆丁等[9]

對2015年5月下旬的廣東大多數區域的一次強降雨天氣開展分析，得出結論：此次降水屬于華南前汛期降雨類型，有顯著的兩類性質的降水，即珠江口及其東邊的暖區降水由主要為中尺度能量鋒、西南低空急流、地面輻合線及地形脈沖共同造成的；廣東粵西北降水主要由切變線、南支短波槽以及低渦共同形成的鋒面降水。有學者對2016年7月上旬和7月中旬豫北兩次特大暴雨過程進行分析發現，這兩次天氣的水汽條件均來自熱帶以及副熱帶的西南和東南兩支水汽輸送。還有學者分析了陜西4次臺風遠距離暴雨過程的水汽條件時發現：遠距離臺風出現時，暴雨落區的南部邊界一直有水汽向其傳輸。

河南地處我國中東部，黃河中下游，境內地形地貌復雜多樣，涉及平原、丘陵、山地、盆地地貌，氣候屬于大陸性季風氣候。鑒于其地形和大氣環境的影響，河南夏季時常出現暴雨天氣。一旦發生暴雨天氣，極易給當地交通運輸造成不良影響。基于此，加強河南省暴雨天氣的研究十分必要。以2021年7月中下旬的一次極端暴雨天氣過程為例，分析了該次極端暴雨天的環流背景、物理量特征，并闡述了此次暴雨天氣給交通安全造成的影響，為今后發生同類暴雨災害性天氣的預報預警和應急管理提供指導。

1 天氣實況

2021年7月17—23日，河南省多地發生一次極端暴雨天氣（圖1）。7月17—18日暴雨天氣集中在河南省北部區域；7月19—20日強降水中心主要處在鄭州及其周邊區域，并且鄭州出現罕見降水過程；7月21—22日河南北部暴雨持續出現，7月24日此次降水過程停止。統計顯示，此次極端暴雨天氣過程中全省有39個縣市累計雨量達年降雨量的50%，其中鄭州、淇縣、輝縣等10個縣市均超過常年的年降雨量。累計降水量大于250 mm的覆蓋面積幾乎占河南面積的1/3。接連3年雨量突破歷史極值的地區達32個縣市；小時最大雨強為201.9 mm（7月20日16：00～17：00），出現在鄭州，超過1975年8月8日河南林莊暴雨天氣過程小時最大雨強（198.5 mm），刷新了我國內陸小時氣象觀測降水量的紀錄。此次極端暴雨天氣給河南地區造成嚴重的人員傷亡和經濟損失。災情調查資料顯示，河南省因此次暴雨災害導致死亡失蹤398人，造成的直接經濟損失達1 200.6億元。

2 環流背景分析

200 hPa形勢場上，此次極端暴雨天氣發生之前， 2021年7月16日 08：00（圖2a），環流背景以緯向性氣流為主，我國新疆、青海一帶的高壓與東海低壓均對河南省造成影響，東海低壓高空輻合氣流控制河南省大部，東南風速為 12.0 m/s。7月17 （圖2b）—18日08：00（圖2c），新疆、青海一帶的高壓中心氣壓是1 264 hPa，東海低壓不斷朝東邊發展，“煙花”在我國東部沿海地區登陸，導致我國江蘇、安徽、浙江、河南等多個省份發生降水天氣；7月19日08：00（圖2d），臺風中心逐漸朝西北一帶發展，這為此次河南省降水天氣提供了充沛的水汽資源。

分析2021年7月19日14：00與7月20日14：00的200 hPa、500 hPa、850 hPa形勢場后發現，200 hPa上（圖2e、圖2f）環流形勢呈“2槽1脊”型，臺風“煙花”的西南方向氣流為河南及其周邊省份帶來了充足的水汽；河南主要受槽前脊后的輻散氣流影響，有2個低渦分別出現在廣東和安徽，由于河南省地形呈東高西低的特點，太行山、伏牛山海拔均較高，2股氣流匯集，在河南大部產生暴雨天氣。500 hPa形勢場上，副熱帶高壓588脊線逐漸北抬，“煙花”強度越來越強，最大風速為20 m/s，臺風偏東氣流對河南造成影響。850 hPa形勢場上，臺風“煙花”東南氣流影響河南省，給該區帶來大量水汽；在新疆、青海一帶的低層分布暖低壓中心，暖濕強度大，并且低層輻合，高層輻散，持續的水汽供應為此次暴雨天氣的持續發生提供了有利條件。

7月21日08：00，200 hPa形勢場上（圖略），西南急流朝北延伸至河南省，同時“煙花”帶來向河南及其周邊省份帶來大量水汽；500 hPa形勢場上，在副熱帶高壓與“煙花”的影響下，河南地區及其周邊水汽充足；850 hPa 形勢場上我國東部一帶主要受臺風“煙花”與大陸高壓系統的共同控制，該區域最高風速為22.0 m/s，再加上受太行山、伏牛山地形的抬升作用，這些共同導致河南出現此次極端降水天氣。

3 探空資料分析

分析鄭州探空站資料可知，2021年7月18日08：00，鄭州探空站整層飽和，空氣較濕；地面為東風，風向隨高度順時針旋轉，600 hPa風向逐漸轉變為西南風；此外，鄭州探空站CAPE值為1 600 J/kg，風垂直切變較大，K指數達到35 ℃以上，不穩定能量很強，具備降水發生的潛勢。7月19日08：00，鄭州探空站的露點、溫度兩條線相接近的高度是300 hPa，整層水汽豐富，上層為西南風，地面為偏東風，地面風速最大達16.0 m/s；7月20日08：00，3條曲線十分接近，由925 hPa低層至300 hPa高層均受東南風和偏南風影響，臺風“煙花”作用下，有大量的水汽向河南鄭州一帶傳輸，為極端降水天氣的形成提供了有利條件。

4 河南極端暴雨天氣對交通安全的影響

此次河南暴雨天氣降水強度大、過程累計降水量大、影響區域廣、持續時間長。暴雨災害的發生造成的破壞較大，其中最主要的是交通。災情資料統計顯示，此次暴雨天氣導致鄭州地鐵全線停運；鄭州、新鄉、安陽、鶴壁等市道路運輸、出租汽車、公共交通及車均受到一定的影響。在鐵路運輸方面，河南省3條高鐵（徐蘭、鄭太、京廣）和7條普鐵（焦柳、京廣、侯月、新兗、新焦、隴海、太焦）出現1 100余處受到暴雨洪澇影響，全國各個地區往返或途經鄭州方向的列車均停運。高速公路75個路段、2 630處發生水毀，干線公路水毀路段6 458個，農村公路沖毀路基7 524 km，還有內河損毀航道護坡護岸、航標、渡口、碼頭也受到不同程度的影響。其中，農村區域的交通受到的損害最嚴重，給社會大眾的正常出行均造成極大不便。

5 結論

（1）此次河南極端暴雨天氣主要影響系統包括臺風“煙花”、副熱帶高壓、大陸高壓、低渦和切變線的影響。在副高偏北的環境形勢下，臺風“煙花”給我國東部帶來充足水汽，并與本地上空對流系統疊加，而且在太行山、伏牛山地形抬升作用下產生了此次極端降水天氣。

（2）此次暴雨過程中，臺風“煙花”東南氣流影響河南省，給該地區帶來大量水汽；并且低層輻合、高層輻散的配置，促使持續的水汽向河南降水落區供應，為此次暴雨天氣的持續發生提供了有利的水汽和動力條件。

（3）此次暴雨天氣發生前，整層水汽趨于飽和狀態，具備良好的水汽條件；風垂直切變較大，K指數、CAPE均較高，河南一帶具備大量的不穩定能量，為此次極端降水的出現提供了有利的條件。

（4）此次河南暴雨天氣降水強度大、影響范圍廣，給當地交通安全造成不良影響，導致河南省會鄭州地鐵全線停運、航班取消、高速公路被禁行、高鐵列車被迫折返。

參考文獻

[1] 郭大梅，方建剛，侯建忠.陜西一次遠距離臺風暴雨天氣分析[J].干旱氣象，2013，31（1）：138-143.

[2] 孫建華，趙思雄，傅慎明，等.2012年7月21日北京特大暴雨的多尺度特征[J].大氣科學，2013，37（3）：705-718.

[3] 張芳麗，李國平，羅瀟.四川盆地東北部一次突發性暴雨事件的影響系統分析[J].高原氣象，2020，39（2）：321-332.

[4] 王紅燕，陳海山，王軍，等.登陸臺風“溫比亞”（1818）引發豫東特大暴雨的特征分析[J].中國科技論文，2020，15（5）：563-576.

[5] 靖春悅，壽紹文，賀哲，等.臺風海棠造成河南暴雨過程的位渦分析[J].氣象，2007（4）：58-64.

[6] 張霞，王詠青，王君，等.臺風海棠與中緯度系統相互作用對河南暴雨的影響[J].氣象科技，2008（1）：55-62.