2021年7月17—23日河南极端暴雨天气过程分析及对交通安全的影响

2024-01-01曾培培

农业灾害研究 2024年5期

摘要：利用常规气象观测资料、NCEP再分析资料等相关气象资料分析了2021年7月17—23日河南极端暴雨天气过程，并阐述了该次暴雨天气对交通安全的影响。结果表明：此次河南极端暴雨天气主要影响系统包括台风“烟花”、副热带高压、大陆高压、低涡和切变线的影响。此次河南暴雨天气降水强度大、影响范围广，给当地交通安全造成不良影响，导致河南省会郑州地铁全线停运、航班取消、高速公路被禁行、高铁列车被迫折返。

关键词：极端暴雨；环流形势；不稳定能量；交通安全

中图分类号：P458.121+1 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）05–0-03

暴雨是我国大多数地区汛期发生概率较高的一类气象灾害，经常给国家经济造成了巨大损失，甚至还会造成人员伤亡[1-4]。近年来，暴雨天气预报工作成为气象领域研究的一项重要课题。靖春悦等[5-7]分析了影响河南极端降水天气的台风系统，并且阐述了台风与中纬度系统相互作用，以及湿位涡、大值位涡带和暴雨落区之间的联系。周慧等[8]通过分析2016年7月初湖南省中部以北一次暴雨天气发现该次极端降水天气的主要影响系统为副热带高压、高空槽、西南低涡、切变线；高层水汽沿着西风带向降水落区输送；中层水汽以偏西南路径由孟加拉湾朝降水落区输送；低空水汽大体上由南海朝北传输至降水落区。周兆丁等[9]

对2015年5月下旬的广东大多数区域的一次强降雨天气开展分析，得出结论：此次降水属于华南前汛期降雨类型，有显著的两类性质的降水，即珠江口及其东边的暖区降水由主要为中尺度能量锋、西南低空急流、地面辐合线及地形脉冲共同造成的；广东粤西北降水主要由切变线、南支短波槽以及低涡共同形成的锋面降水。有学者对2016年7月上旬和7月中旬豫北两次特大暴雨过程进行分析发现，这两次天气的水汽条件均来自热带以及副热带的西南和东南两支水汽输送。还有学者分析了陕西4次台风远距离暴雨过程的水汽条件时发现：远距离台风出现时，暴雨落区的南部边界一直有水汽向其传输。

河南地处我国中东部，黄河中下游，境内地形地貌复杂多样，涉及平原、丘陵、山地、盆地地貌，气候属于大陆性季风气候。鉴于其地形和大气环境的影响，河南夏季时常出现暴雨天气。一旦发生暴雨天气，极易给当地交通运输造成不良影响。基于此，加强河南省暴雨天气的研究十分必要。以2021年7月中下旬的一次极端暴雨天气过程为例，分析了该次极端暴雨天的环流背景、物理量特征，并阐述了此次暴雨天气给交通安全造成的影响，为今后发生同类暴雨灾害性天气的预报预警和应急管理提供指导。

1 天气实况

2021年7月17—23日，河南省多地发生一次极端暴雨天气（图1）。7月17—18日暴雨天气集中在河南省北部区域；7月19—20日强降水中心主要处在郑州及其周边区域，并且郑州出现罕见降水过程；7月21—22日河南北部暴雨持续出现，7月24日此次降水过程停止。统计显示，此次极端暴雨天气过程中全省有39个县市累计雨量达年降雨量的50%，其中郑州、淇县、辉县等10个县市均超过常年的年降雨量。累计降水量大于250 mm的覆盖面积几乎占河南面积的1/3。接连3年雨量突破历史极值的地区达32个县市；小时最大雨强为201.9 mm（7月20日16：00～17：00），出现在郑州，超过1975年8月8日河南林庄暴雨天气过程小时最大雨强（198.5 mm），刷新了我国内陆小时气象观测降水量的纪录。此次极端暴雨天气给河南地区造成严重的人员伤亡和经济损失。灾情调查资料显示，河南省因此次暴雨灾害导致死亡失踪398人，造成的直接经济损失达1 200.6亿元。

2 环流背景分析

200 hPa形势场上，此次极端暴雨天气发生之前， 2021年7月16日 08：00（图2a），环流背景以纬向性气流为主，我国新疆、青海一带的高压与东海低压均对河南省造成影响，东海低压高空辐合气流控制河南省大部，东南风速为 12.0 m/s。7月17 （图2b）—18日08：00（图2c），新疆、青海一带的高压中心气压是1 264 hPa，东海低压不断朝东边发展，“烟花”在我国东部沿海地区登陆，导致我国江苏、安徽、浙江、河南等多个省份发生降水天气；7月19日08：00（图2d），台风中心逐渐朝西北一带发展，这为此次河南省降水天气提供了充沛的水汽资源。

分析2021年7月19日14：00与7月20日14：00的200 hPa、500 hPa、850 hPa形势场后发现，200 hPa上（图2e、图2f）环流形势呈“2槽1脊”型，台风“烟花”的西南方向气流为河南及其周边省份带来了充足的水汽；河南主要受槽前脊后的辐散气流影响，有2个低涡分别出现在广东和安徽，由于河南省地形呈东高西低的特点，太行山、伏牛山海拔均较高，2股气流汇集，在河南大部产生暴雨天气。500 hPa形势场上，副热带高压588脊线逐渐北抬，“烟花”强度越来越强，最大风速为20 m/s，台风偏东气流对河南造成影响。850 hPa形势场上，台风“烟花”东南气流影响河南省，给该区带来大量水汽；在新疆、青海一带的低层分布暖低压中心，暖湿强度大，并且低层辐合，高层辐散，持续的水汽供应为此次暴雨天气的持续发生提供了有利条件。

7月21日08：00，200 hPa形势场上（图略），西南急流朝北延伸至河南省，同时“烟花”带来向河南及其周边省份带来大量水汽；500 hPa形势场上，在副热带高压与“烟花”的影响下，河南地区及其周边水汽充足；850 hPa 形势场上我国东部一带主要受台风“烟花”与大陆高压系统的共同控制，该区域最高风速为22.0 m/s，再加上受太行山、伏牛山地形的抬升作用，这些共同导致河南出现此次极端降水天气。

3 探空资料分析

分析郑州探空站资料可知，2021年7月18日08：00，郑州探空站整层饱和，空气较湿；地面为东风，风向随高度顺时针旋转，600 hPa风向逐渐转变为西南风；此外，郑州探空站CAPE值为1 600 J/kg，风垂直切变较大，K指数达到35 ℃以上，不稳定能量很强，具备降水发生的潜势。7月19日08：00，郑州探空站的露点、温度两条线相接近的高度是300 hPa，整层水汽丰富，上层为西南风，地面为偏东风，地面风速最大达16.0 m/s；7月20日08：00，3条曲线十分接近，由925 hPa低层至300 hPa高层均受东南风和偏南风影响，台风“烟花”作用下，有大量的水汽向河南郑州一带传输，为极端降水天气的形成提供了有利条件。

4 河南极端暴雨天气对交通安全的影响

此次河南暴雨天气降水强度大、过程累计降水量大、影响区域广、持续时间长。暴雨灾害的发生造成的破坏较大，其中最主要的是交通。灾情资料统计显示，此次暴雨天气导致郑州地铁全线停运；郑州、新乡、安阳、鹤壁等市道路运输、出租汽车、公共交通及车均受到一定的影响。在铁路运输方面，河南省3条高铁（徐兰、郑太、京广）和7条普铁（焦柳、京广、侯月、新兖、新焦、陇海、太焦）出现1 100余处受到暴雨洪涝影响，全国各个地区往返或途经郑州方向的列车均停运。高速公路75个路段、2 630处发生水毁，干线公路水毁路段6 458个，农村公路冲毁路基7 524 km，还有内河损毁航道护坡护岸、航标、渡口、码头也受到不同程度的影响。其中，农村区域的交通受到的损害最严重，给社会大众的正常出行均造成极大不便。

5 结论

（1）此次河南极端暴雨天气主要影响系统包括台风“烟花”、副热带高压、大陆高压、低涡和切变线的影响。在副高偏北的环境形势下，台风“烟花”给我国东部带来充足水汽，并与本地上空对流系统叠加，而且在太行山、伏牛山地形抬升作用下产生了此次极端降水天气。

（2）此次暴雨过程中，台风“烟花”东南气流影响河南省，给该地区带来大量水汽；并且低层辐合、高层辐散的配置，促使持续的水汽向河南降水落区供应，为此次暴雨天气的持续发生提供了有利的水汽和动力条件。

（3）此次暴雨天气发生前，整层水汽趋于饱和状态，具备良好的水汽条件；风垂直切变较大，K指数、CAPE均较高，河南一带具备大量的不稳定能量，为此次极端降水的出现提供了有利的条件。

（4）此次河南暴雨天气降水强度大、影响范围广，给当地交通安全造成不良影响，导致河南省会郑州地铁全线停运、航班取消、高速公路被禁行、高铁列车被迫折返。

参考文献

[1] 郭大梅，方建刚，侯建忠.陕西一次远距离台风暴雨天气分析[J].干旱气象，2013，31（1）：138-143.

[2] 孙建华，赵思雄，傅慎明，等.2012年7月21日北京特大暴雨的多尺度特征[J].大气科学，2013，37（3）：705-718.

[3] 张芳丽，李国平，罗潇.四川盆地东北部一次突发性暴雨事件的影响系统分析[J].高原气象，2020，39（2）：321-332.

[4] 王红燕，陈海山，王军，等.登陆台风“温比亚”（1818）引发豫东特大暴雨的特征分析[J].中国科技论文，2020，15（5）：563-576.

[5] 靖春悦，寿绍文，贺哲，等.台风海棠造成河南暴雨过程的位涡分析[J].气象，2007（4）：58-64.

[6] 张霞，王咏青，王君，等.台风海棠与中纬度系统相互作用对河南暴雨的影响[J].气象科技，2008（1）：55-62.