郑州“7·20”特大暴雨卫星云图和双偏振雷达特征分析

喻谦花， 吕哲源， 李姝霞， 姚 远

(1.开封市气象防灾减灾重点实验室，河南 开封 475004； 2.开封市气象局，河南 开封 475004； 3.郑州市气象局，郑州450000)

引 言

极端暴雨常引起严重的洪涝、泥石流等自然灾害。近年来，我国大城市极端暴雨频繁发生，引起城市内涝、交通瘫痪等，经济损失和社会影响巨大，受到社会的普遍关注。多位学者对北京市2012年“7·21”和华北2016年“7·20”大暴雨过程[1-5]分析后认为，极端降水过程发生在高层辐散、中低层低涡切变和地面辐合线等高低空系统耦合的背景下。针对广州市2017年“5·7”极端暴雨过程[6-8]的研究表明，在天气尺度的动力、热力和水汽条件等极端性不显著条件下，强降水是由中尺度对流系统直接产生的。济南2007年“7·18”大暴雨发生在大气层结十分不稳定和高、低空急流耦合的有利大尺度环流背景下，由强烈发展的中尺度对流云团直接造成；低空强盛的西南急流直抵黄河下游一带，形成快速水汽输送通道，使降水得以持续和加强[9-10]。

卫星和雷达资料已被广泛应用到暴雨形成机理研究和短时强降水预报中[11-14]。李伶杰等[15]综合分析了南京及周边地区2017年6月10日一次破历史纪录的极端性强降水过程的5种近实时卫星降水数据表明，卫星降水数据对中小尺度极端性强降水过程的监测有积极效果，但捕捉降水落区及追踪降水动态变化的能力尚需改进。曾勇等[16]对新疆西部一次极端特大暴雨过程进行分析，认为中尺度对流云团生成后在引导气流的作用下不断向北移动发展，是造成暴雨的直接系统。阿迈德·迪狄安·迪阿罗等[17]利用卫星雷达联合重构的降水场，比卫星估计的降水有更高的精度。刘帆等[18]对陕西关中地区一次突发性暴雨的雷达回波特征分析认为，强回波中心(45～55 dBZ)高度在6 km以下,为低质心结构,径向速度图上零速度线呈“S”型,风向辐合辐散和逆风区等特征均有利于短时强降水的发生。

此外，我国在双偏振天气雷达业务应用方面也做了大量研究工作，主要包括冰雹识别、强雷暴云微物理过程、数值模拟、强降水监测等[19-25]。潘佳文等[26]利用厦门双偏振雷达探测数据对2018年5月7日发生在闽南地区的一次特大暴雨的强降水超级单体风暴分析表明，ZDR柱位置与地面雨强中心存在较好的对应关系。张红梅等[27]对福建西南部一次特大暴雨的双偏振雷达特征分析认为，大范围的差分相移率(KDP)指示了强降水的影响时间和降雨强度。郑铮等[28]分析了台风“利奇马”造成浙江沿海极端强降水的双偏振雷达回波演变特征发现，ZH、ZDR和KDP大值区一致，有利于强降水的产生。

2021年7月19-20日，郑州出现特大暴雨过程(简称“7·20”)，发生严重洪涝灾害。据国务院灾害调查组发布的调查报告显示，河南省因灾死亡失踪398人，其中郑州市380人。此次过程降雨强度历史罕见，预报难度极大，是一次非常值得研究和分析的过程。因此,本文利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2G静止卫星及郑州和洛阳CIN-RAD/SA雷达资料，结合地面逐小时区域自动站资料，对导致极端暴雨发生的大尺度环流背景及强降水发生期间的中尺度系统特征进行分析，并利用卫星和雷达资料，解析天气系统发展演变和短时强降水的对应特征，以多角度了解此次极端暴雨的成因。

1 降水实况

2021年7月19日08时-21日08时，郑州地区出现历史罕见的特大暴雨过程(图1a)，累计降水量大于250 mm的测站达174站，其中大于400 mm的为129站，大于600 mm的为31站，最大累计降水量为新密白寨站的860.8 mm。19日特大暴雨位于郑州市区西南部，最大降水量为379.2 mm；20日特大暴雨主要位于郑州市中部，范围和强度较19日的增幅明显，日最大降水量为侯寨的663.9 mm(图 1b)；1 h最大雨量为郑州市国家气象站的201.9 mm(7月20日16-17时，图 1c)，突破了我国大陆气象观测记录的历史极值(198.5 mm，1975年8月5日河南林庄)。由白寨最大累计降水量逐小时降水时序图可见(图1c)，郑州主要降水集中在19日14时-20日23时，占过程总降水的80%以上。

图1 2021年7月19日08时-21日08时(a)、20日08时-21日08时(b)郑州市累计降雨量和19日08时-21日08时郑州国家气象站和新密白寨站逐小时降雨量演变(c)

2 环流背景分析

2.1 环流背景

2021年7月19-20日500 hPa上(图2a、b)，西太平洋副热带高压(副高)异常强盛，588位势什米脊线到达40°N附近，同时在青藏高原维持一大陆高压。河南处于副高和大陆高压之间的低值区。低纬地区第6号台风“烟花”和第7号台风“查帕卡”分别位于西太平洋和南海，台风外围水汽分别从东南沿海和南海向河南输送。200 hPa河南北中部受河套低槽和鲁东低涡之间的高压脊控制；由图2(b)散度场可以看出，20日08时河南郑州上空散度达到120×10-6/s，较19日的明显加强，有利于低层辐合系统的发展。

19日，700 hPa暖切变线和850 hPa倒槽由豫西南伸向豫北，在郑州上空交汇(图2c)，形成较强的动力抬升作用；850 hPa上，8～10 m/s的偏东显著气流将水汽由台风“烟花”外围持续向豫中地区输送。20日(图2d)，850 hPa上，河南西部形成一深厚的低涡，台风“烟花”外围水汽通过10～14 m/s的东南和偏南气流向暴雨区输送；由925 hPa水汽通量场也可看出，水汽通量大值区由台风“烟花”外围伸向河南，郑州附近的水汽通量较19日的明显增强(图2d)。

图2 2021年7月19日14时(a)、20日08时(b)500 hPa高度场、500 hPa风矢、200 hPa散度及19日14时(c)和20日08时(d)700 hPa高度场、850 hPa风场、925 hPa水汽通量黑色等值线为位势高度，黑色箭头为风矢，黑色圆圈为郑州高空强辐散，红色实线为倒槽，D为低涡中心，(a)(b)中色斑为散度，(c)(d)中色斑为水汽通量；位势高度单位：gpm，风速单位：m/s，散度单位：/s，水汽通量单位：g/(cm·hPa·s)

2.2 探空物理量分析

由郑州探空站资料(表1)可看出，19日08时降水开始初期，大气环境具有较高的CAPE和热力不稳定度，极有利于短时强降水的发生。20日CAPE较前日的下降，抬升指数LI增大。郑州20日14时加密探空显示，潜在不稳定能量CAPE仅有91.5 J/kg，这是因为在19日的对流性降水过程中，CAPE已由浮力能转化为动能，但K指数是持续增大的，20日14时达最大(39.3 ℃)。K指数计算公式包含温度直减率和低层湿度两个部分，由t850 hPa-500 hPa变幅较小可以看出，空中无明显冷平流，K增大的主要原因是低层湿平流持续输送。

由于郑州市区无地基GPS大气可降水量(GPS Pwv)资料，选取嵩山站(高山站)和汝州站的GPS Pwv资料进行分析,分析结果见表1。由表1可以看出，19日08时至20日14时，GPS Pwv呈持续上升的趋势，特别是20日16时，汝州站GPS Pwv达到78.3 mm,极端性明显。

表1 2021年7月19日08时-20日20时郑州探空站环境参数和嵩山、汝州站GPS大气可降水量

2.3 地面加密风场中尺度分析

20日地面加密自动站风场显示， 01-08时(图3a、b)，受地形影响，郑州西南部维持东北-西南向的中尺度辐合线，使这一区域近地面水汽聚集和动力抬升作用增大，导致郑州西南部出现强降水。20日08时和14时，新密站6 h累计降水量分别达113 mm和185 mm。随后中尺度辐合线东移北伸(图3c)，13-16时郑州中部持续出现较强的3 h负变压，其中15时郑州国家气象站变压达到-2.5 hPa，16时辐合线北部郑州附近出现中尺度辐合中心(图3d)，促使地面辐合进一步增强，致郑州国家气象站出现201.9 mm/h的极端雨强。郑州中部雨强≥100 mm/h的特强雨团与辐合中心对应较好。

3 卫星云图分析

19日上午，在河南到华南之间有大范围低云带，它的南端与台风“查帕卡”外围云团相联接。在低云带中，受低空东南急流和切变线影响，郑州南部形成一条西北—东南向对流云带(图略)；郑州出现分散的中尺度雨团。19日下午可见光云图上(图 4a)，对流云带的东部出现数条密集云线，持续向河南中部移动。云线排列方向与低层风向一致，是低层含水量极高的偏东急流在移动中形成的轨迹，能够清晰反映出水汽持续输送的动态。在午后近地面热力和丰沛的水汽输送条件下，黄淮到华南区域对流泡呈暴发式增长。红外云图上，14-17时河南到江苏形成一条NW-SE向对流云团带；经过发展合并，18-22时形成近3×104km2的带状MαCS(图 4b)，中心最低TBB为-68 ℃。郑州南部位于MαCS西北部的TBB高梯度带内，有6个时次小时雨强超过50 mm/h。23时后，该MαCS逐渐减弱。

7月20日00-06时河南中西部有2个中β尺度对流云团快速发展合并，形成一个近1×104km2的MαCS(图略)。这是因为中低层加强的东、东南气流在河南西部山脉迎风坡汇合，地形抬升致辐合加强，有利于形成中尺度对流辐合系统。地面图上(图略)，该区域02时和03时的3 h变压均达-1.6 hPa，对应850 hPa和700 hPa出现低涡；中低层强烈的辐合上升运动，促使MβCS在短时间内增强合并，发展成MαCS。20日07-12时红外云图上(图 4c)，MαCS逐渐发展成“块”状；可见光云图上(图略)，低层表现为结构清晰的涡旋云系，高层有向四周伸出的短卷云羽，表明整层风垂直切变小，有利于湿对流的进一步增强。13：30“块”状云系在向西北移动的同时，产生后向传播，在其后部形成一对流云体(图 4d)，14-16时发展成半封闭的螺旋状弯曲云带，云带的曲率中心四周为边界清晰的稠密云区(图 4e、f)。中低层低涡东部强烈的正涡度作用致云系呈螺旋状发展，形成半封闭状的弯曲云带，其内侧TBB梯度高达61 ℃/60 km。16-18时郑州连续3个时次出现100 mm以上的特强雨团，都产生在弯曲云带内。

图4 2021年7月19日15时可见光云图(a)及19日20时(b)、20日10时(c)、13：30(d)、15时(e)、16时(f)红外云图(a)中红色箭头为云线移动方向，(d)(e)(f)中黑色圆圈内为云团后向传播产生的对流云体和螺旋弯曲云带；反照率单位：%，红外气温单位：K

20日18-19时，位于郑州上空已变形的涡旋MαCS，与南部的多个中β尺度对流泡合并，20-22时发展成为MCC(中尺度对流复合体)，-32 ℃冷云盖面积超过了1×105km2,-52 ℃的面积达6×104km2(图略)，并持续至21日01时。MCC边发展边向东移动，21日23时左右MCC后部移出郑州，郑州的降水明显减弱。

综上分析，郑州此次特大暴雨主要由2个MαCS和1个MCC所致。MCS发展主要分为4个阶段：第一阶段为19日上午，在郑州南部有MβCS发展，降水以分散的中尺度雨团为主。第二阶段为19日13-23时，对流云团呈暴发式增长合并，发展成为第1个MαCS，郑州受其西部高TBB梯度带影响，出现多个时次强雨团；可见光云图有密集云线，能较好地反映水汽持续输送动态。第三阶段为20日00-18时，地面中尺度辐合中心的发展和中低层低涡的形成，促使2个MβCS快速发展合并形成第2个MαCS；随着低涡气旋性环流风的增大，MαCS由“带”状发展为“块”状，再发展为螺旋状半封闭的弯曲云带，郑州特强降雨(≥100 mm/h)发生在螺旋状弯曲云带内。第4阶段为20日19时-21日08时，MαCS发展成为MCC,并持续至21日早晨，这一阶段，郑州位于MCC后部，降水逐渐减弱。

4 雷达特征分析

4.1 反射率因子和径向速度综合分析

郑州雷达站组合反射率因子图上，19日上午河南中部以层状云回波为主，降水强度相对稍弱(图略)。13时后，受中低空较强东南气流影响，河南东南部不断涌现γ或β尺度的絮状或片状回波(图5a)。0.5°-2.4°径向速度图上(图略)，14：42-16：12和18-20时， 河南东南部上空先后2次出现中心达-26～-17 m/s的极值区(图 5b)，并持续向郑州移动。地面加密风场上(图略)，13-15时和17-20时在开封尉氏一带有中尺度辐合线发展，与中低空负径向速度极值区移动产生的风速辐合共同作用，促使絮状和片状回波不断合并加强，在较强东南气流引导下，持续移向郑州，造成郑州上空反复出现≥50 dBZ的积云回波，形成“列车”效应，是第二阶段强降水产生的主要原因。21-23时河南东南部出现一西北-东南向宽度约50～100 km的层云为主的回波“输送带”(图 5c)，带内回波不断向郑州移动，致使郑州上空≥50 dBZ的强回波长时间维持。20日00时后，层云回波带向西北方向收缩，郑州上空以50 dBZ以下的层云回波为主，降水也较前期有所减弱。

20日03-12时，郑州上空长时间维持大面积层积云混合回波，在原地呈气旋式旋转，但强回波区域(≥50 dBZ)相对分散(图 5d)。对应时段地面加密风场上(图 3)，郑州西南部有中尺度辐合系统长时间维持，与中低层逐渐增强的低涡共同作用，促使回波长时间维持在郑州上空，并呈气旋式旋转。13时后，在郑州层积云混合回波区南部出现弱回波缺口，并逐渐发展成倒“V”状；同时分散的积云回波逐渐向郑州中部聚集。对应时段地面加密风场上，郑州国家气象站附近形成一中尺度辐合中心(图 3d)。地面中尺度辐合中心促使近地面水汽大量聚集并强烈抬升。雷达组合反射率因子图上(图5e)，15-16时，郑州中部上空强回波发展成团状强风暴，中心达65 dBZ。0.5°仰角基本反射率图上(图略)，团状强风暴回波东南部的“V”型弱回波区尾端已伸至郑州雷达站附近；对应0.5°径向速度图上(图 5f)，“V”型缺口前侧入流速度达到16～18 m/s。16-17时，“V”型缺口尾端持续指向郑州，将东部和南部水汽和热量快速输送至郑州，促使风暴回波强度长时间维持在55～65 dBZ，致郑州7个区域站小时雨量超过100 mm，最大小时雨量达201.9 mm。强风暴前侧“V”型缺口是风暴前强入流所致。由于入流导致的上升气流太强，使小水滴不能在其中增长为大水滴，因此表现为弱回波区。在风暴的早期和成熟阶段，低层进入风暴的上升气流主要在弱回波区或无回波区中，是强风暴最值得注意的特征[29]。

由于郑州雷达站观测静锥区影响，仅能观测到0.9 km以下回波发展情况。因此，应用洛阳雷达进一步分析回波的结构。从洛阳雷达的组合反射率因子可看出(图略)，20日16-17时，郑州上空团状回波顶高为14～15 km，50 dBZ以上强回波主要分布 8 km以下；从0.5°仰角基本速度图上(图略)，可见明

图5 郑州雷达站2021年7月19日15：18组合反射率因子(a)、径向速度(b)及19日21：42(c)、20日09：42(d)、16时(e)组合反射率因子和20日16时0.5°径向速度(f)(a)中红色方框内为絮片状回波，(a)(b)中白色双箭头为负径向速度大值区和对应的强回波，(c)中红色箭头为回波移动方向，即回波“输送带”，(e)中红色实线为“V”型弱回波缺口

显正负速度对，速度差最大达25 m/s，3.4°仰角以上有较强的风速辐散，由于距离较远，未观测到悬垂回波和中气旋特征。

20日17-20时，郑州雷达资料缺失。由洛阳远距离雷达观测显示，郑州上空积云团状结构的强回波区东移至郑州东部，并逐渐减弱。由地面加密风场也可看出(图略)，中尺度辐合线移至郑州东部。18时后，郑州区域以≤45 dBZ回波为主。19-22时，郑州南部有西北-东南向积云回波逐渐增强并向北移动；从郑州0.5°速度图上(图略)，可见较大范围的逆风区，郑州东部的开封市观测到多个时次有中气旋和TVS龙卷涡旋；此阶段，郑州市最大雨强为76 mm/h(19-20时)。23时以后较强回波带东移出郑州，降水较前一时期明显减弱。

综上分析，强回波(≥50 dBZ)在河南中部持续维持，导致极端降水产生。与低层风向一致的絮状或片状回波群和层云回波“输送带”，及速度图上与之配合的移动大风速区，较好地反映了水汽持续输送和急流脉动情况，是强回波在郑州上空长时间维持的主要原因。风暴低层前部出现的“V”型弱反射率回波缺口，入流速度达到16～18 m/s，促使分散的积云回波向郑州中部上空聚集形成“团”状强风暴。强入流促使于大量水汽和热量持续向郑州汇聚，在地面中尺度辐合线和中低层低涡的作用下，快速被抬升至空中凝结，是强风暴中心回波强度长时间维持在55～65 dBZ和郑州极端小时雨强达201.9 mm/h产生的主要原因。

4.2 双偏振雷达参数特征

4.2.1 差分反射率因子ZDR

差分反射率因子ZDR是水平偏振的反射率因子和垂直偏振的反射率因子之比，其比值的大小与降水粒子大小和形状的扁圆程度密切相关[30]。正圆形粒子ZDR接近于0 dB，雨滴越大，形状越扁平，则ZDR越高。本次强降水过程期间，郑州上空差分反射率因子为1～3 dB。从小时降水强度40 mm和100 mm的ZDR对比来看，差别不明显。但ZDR大值区域对判断风暴发展有一定指示意义。风暴云在快速加强期间，其低层入流一侧ZDR增大明显，往往出现成片≥2 dB的区域。如20日13：48 郑州雷达站0.5°仰角(图6a)，新密市西部出现一ZDR≥3 dB的半圆弧，对应偏小的KDP。利用洛阳雷达站0.5°仰角观测(图6b)，16：12-16：42郑州上空的强风暴东南部持续有ZDR强度为2～3 dB的半圆弧，伸展高度达到2.2 km，对应区域为大值KDP边沿的相对小值区，而在ZDR弧内侧则对应大的KDP和强回波。表明在风暴强入流的上升气流区域分布着少数液态降水大粒子，而更多的液态降水粒子主要聚集在上升气流的前侧。

4.2.2 差分相移率KDP

差分相移率KDP是单位距离的差分相移参量，对识别强降水区很有作用，其正值大小和强降水的扁平大雨滴数量的正相关性非常好，可以很好地估算液态含水量，它通常用于强降水估测、冰雹识别、降水类型识别等[31-33]。本次过程，郑州站上空KDP≥0.5°/km的区域演变与雨团发展对应较好。下面针对20日下午最强降雨时段进行详细分析。

20日13-15时，郑州雷达1.5°仰角显示(图略)，新密市西部连续5～7个体扫(每体扫6 min)出现大范围 KDP ≥1.7°/km的回波，并有≥2.4°/km的连片回波区，少量3.1°/km以上回波伸展到1.8 km；对应区域最大小时雨强达93 mm/h。同时段，新密东部出现大范围KDP为3.1°/km的回波，并持续多个时次，最大值达到5.9°/km；对应区域2个时次最大降水量分别达到76 mm和98 mm。15-16时(图6c)，郑州市区西部被KDP≥1.7°/km的回波覆盖，并出现大面积的KDP≥2.4°/km的回波，3.1°/km以上回波面积也逐时次增大，高强的KDP持续时长超过30 min，造成郑州西部出现雨强超过100 mm/h的特强雨团。16-17时，郑州上空低层出现大范围KDP≥3.1°/km 的回波；从洛阳雷达站(图6d)也可以看出，2.2 km高度也有成片KDP≥3.1°/km的区域;据直方图(图略)统计，KDP≥3.1°/km的回波面积最大时，达130 km2，最大值达5.4°/km；对应区域ZDR≥2.5 dB，说明雨滴直径大而且数量特别高，造成郑州国家气象站201.9 mm/h的极端雨强。17时以后，低层0.6 km以下，KDP≥3.1°/km的区域移至郑州东部，并逐渐减弱。21时之后，郑州区域内有分散的KDP为0.5～1.1°/km的回波，对应区域内小时雨量为10～40 mm。

KDP与传统的反射率因子估算降水相比，对于强降水识别更为精确。在此次强降水过程中，小时最大雨量≥40 mm时，对应区域有连成片的KDP为1.7～2.4°/km的回波。过程期间，雨强达100 mm/h以上的有3个时次，低层对应区域有连成片的KDP≥3.1°/km的回波。同时，2.2 km高度上有大范围2.1～3.0°/km的回波。过程最大雨强201.9 mm/h对应的区域，KDP值为3.1～5.5°/km，回波伸展高度超过4 km，并且在同一区域至少持续30 min以上。

图6 2021年7月20日13：48郑州雷达站0.5°ZDR(a)、16：30 洛阳雷达0.5°ZDR(b)、15：30郑州雷达站1.5°KDP(c)、16：30 洛阳雷达0.5°KDP(d) (a)(b)中黑色半圆弧为ZDR半圆弧

5 结 论

(1)“7·20”极端暴雨发生期间，500 hPa郑州处在副高和大陆高压之间的低值区，高层200 hPa有强辐散，与中低层低涡、切变线共同作用，为特大暴雨产生提供持续的动力条件；台风“烟花”和“查帕卡”外围的偏南、东南急流将印度洋、南海、西太平洋水汽持续向河南输送，为特大暴雨提供了充沛的水汽条件。19日强降水开始初期，CAPE值大，大气环境有较高的潜在不稳定能量；20日强降水发生期间，K指数持续上升至39.3 ℃，均有利于对流发生发展。而郑州西南部嵩山站、汝州站GPS Pwv呈持续上升的趋势，特别是20日16时，汝州站GPS Pwv达到78.3 mm,极端性明显，反映此时大气整层水汽达到极端。

(2)卫星云图上，郑州特大暴雨主要由2个MαCS和1个MCC所致。在中低层低涡发展阶段，郑州上空有2个MβCS发展合并形成MαCS；随着低涡气旋性环流风的增大，MαCS发展为“块”状和半封闭的螺旋状弯曲云带，郑州中尺度特强雨团(≥100 mm/h)发生在螺旋状弯曲云带内。

(3) 强回波(≥50 dBZ)在河南中部持续维持，导致极端降水产生。与低层风向一致的絮状或片状回波群和层云回波“输送带”，及速度图上与之配合的移动大风速区，促使强回波在郑州上空长时间维持，较好地反映了水汽持续输送和急流脉动情况。郑州201.9 mm/h的极端雨强是由“团”状强风暴所致，风暴前侧低层出现持续时间较长的“V”型弱回波强入流缺口，有利于大量水汽和热量向郑州汇聚，在地面中尺度低压和中低层低涡的作用下，被快速抬升至空中凝结形成极端雨强。

(4)本次强降水过程期间，郑州上空ZDR为1～3 dB；风暴云在快速加强期间，其低层强入流促使大量水汽被快速抬升，形成2～3 dB的ZDR弧，水汽在ZDR弧内侧聚集，形成KDP≥3.1°/km和反射率≥55 dBZ的强回波区。极强入流促使大量水汽在郑州上空被抬升，形成高密度和大直径雨滴聚集区，是郑州极端雨强(201.9 mm/h)产生的直接原因。大范围的强KDP，能很好地反映降水强度。暴雨过程中，小时最大雨量≥40 mm时，对应区域KDP值为1.7～2.4°/km；小时最大雨量≥100 mm时，KDP ≥3.1°/km的回波连成片，伸展高度超过2.2 km，并持续30 min以上。

(5)卫星云图与雷达回波相结合，能够很好地解析天气系统的发展演变。如在东南风急流脉动过程中，对应卫星云图有与低层风向一致的云线发展，雷达图上表现为持续移动的絮状或片状回波群；在水汽输送较强时段，则形成明显的层状云回波“输送带”。低涡增强阶段，可见光云图上高层有向四周伸展的卷云羽，中低层云系涡旋特征明显；对应的MαCS发展为“块”状和的螺旋状弯曲云带，对预测超强降水的发生有指示意义。综合应用ZDR和KDP，利于准确判断强降水区域；在判断雨强时，需要综合分析强度、伸展高度和持续时间。