河南特大暴雨,从何而来

2021-07-22 15:53 / 查看:948

2021年7月20日,河南省会城市城市郑州普降暴雨,很快便打破了中国单小时降雨量的最大值的记录。引发了严重的城市内涝,低洼地区的内涝很快便从没过小腿,上升到齐腰深,进而没过车顶。一座省会城市的正常生产生活秩序被打断,公交、地铁、航班停运。


顷刻之间,一座城市便成汪洋

(图:网络)

而郑州作为中国重要的铁路交通枢纽,受灾后也导致大量经过郑州的火车停运。郑州市内汽车、仓库、一层底商浸泡在水中。这场暴雨造成的经济损失难以估量。


多辆高铁及火车因暴雨停运,火车站及高铁站内滞留了大量旅客

(图:网络)

郑州位于中国北方,并不是气候态降水的中心大值区。出现如此持续时间长、累积降水量大、强降水范围广、降水时段集中且极端性足够强的降水,确实是令所有人都始料不及的事。

那么郑州为什么会出现如此强烈且集中的降水?气象预报起不到作用吗?


换做谁估计都顶不住啊(7月20日下午4点状况)

前所未有的暴雨

对于中国北方来说,7月末与8月初副热带气压带北移,季风从海洋中带来湿润的水汽,本来就是传统的汛期。这一阶段北方通常会迎来几场大雨,城市中可能会出现内涝,有相关生活经验的老者对此早已习惯。

热带气旋是季风气候的重要参与者,每到夏季,一个接一个的台风逼近大陆并形成大量降水,不过绝大部分都在登陆后减弱,很少能深入内陆

(图:NASA)

郑州靠近中国地形二、三级阶梯的交界处,正好处在地形过渡区。地形抬升气温降低,空气中所能承载的水蒸汽最大容量相应减小(气象里的专业术语叫饱和水汽压降低),水蒸气就容易凝结成雨滴形成降雨。同时郑州又处在北方相对靠南的位置,来自海洋的水汽更容易输送到这里,所以每年这个时候连续几天出现阴雨天气是在正常不过的事

由于南方遍布丘陵的缘故,第二、第三阶梯的分界在南方并不明显,但在北方,从河北到河南,分界非常明显

事实上这次暴雨也并不是突然来临的,自17日起,南起南阳盆地,北抵太行山,河南西部、中部和北部都出现了较大范围的强降雨天气。其中嵩山、偃师、新密、伊川、登封五个气象站打破了建站以来单日降水最大值的记录,部分站点的新纪录直接翻倍。其中新密站相当于一天下了往年大半年的降水量。

在郑州暴雨让城市部分运转陷入崩溃之前,多地都已出现了不同程度的洪涝灾害

(图:微博@映象网)

气系统复杂多变、而降水的形成发展所涉及的物理过程多且复杂,因此即使在超算与芯片被看作强国科技竞赛重点的今天,对于强降水等灾害性天气“定时、定点、定量”的精细化预报服务仍旧是当今的难点和重点。对于本次强降水,气象部门早已发出相关强降水预报并进行监测预警服务,只是预报的降水中心相较于实况观测更偏北。

7月21日下午7点状况:降水中心确实靠北了,豫北以及河北沿太行山一线的压力增加了很多

理论上讲,在太行山山脚下的焦作可能会成为重灾区,因为一方面受地形抬升影响,这里会迎来较大的降水量,另一方面山地巨大的降雨量形成地表径流,变成山洪,最终流入平原时很可能经过焦作。泥石流、滑坡等次生灾害对焦作周边的村民来说也异常危险。所以焦作确实更需要对强降雨严加防范。

太行山以南,焦作、新乡、郑州、开封这个范围,正好是本次极限降水的核心区

17日晚上焦作有关部门就下发了紧急通知,预计18~19日焦作市会迎来500毫米左右的强降雨,建议转移财产到安全的地方,准备2~3天食品和饮用水,减少不必要的外出。20日暴雨的中心郑州市距离预测地点并不远,仅仅相隔一百千米。

7月19日08时~20日08时降水预报(郑州距离预报中心有一段距离)

20日,很多郑州人依旧早早起床准备上班,只是发现内涝足以打湿裤腿,很多原本驾车出行的人选择转换交通方式,所以那天地铁的乘客尤其多。然而,接下来的暴雨超乎了绝大多数人的预料。

20日晚,多人因特大暴雨而被困于地铁中,即使是救援及时反应进行施救,但仍有不幸遇难者

然而雨一直没有停,下午4点至5点之间,郑州本站1小时累计降水量达到201.9毫米,相当于去年郑州总降水量的三分之一。远超2002年7月2日广东茂名创造的168.3毫米的记录。成为遍布中国大陆的2418个国家级气象站中,单小时雨量最大的一个。同时也创造了全球大中城市单小时降雨量的记录。到了下班的时间恰逢水位上涨,几百万郑州人的回家路变得异常艰险。

最终,20日凌晨两点到次日凌晨两点,一天的时间,郑州降水622毫米,相当于下了往年一年的降水量。作为对比,近日德国暴雨的重灾区科隆,一天降水量尚未到达200毫米。本次郑州大雨的夸张程度与危害性可见一斑。

这个极其罕见的降水量高峰,一下子拉高了郑州当天降雨量

气候异常的综合影响

不久前我局曾经介绍过今年北美洲异常高温。全球气候是一个整体,受北美这一事件的影响,副热带高压提前大幅度北移,7月20日副高中心脊线位于中国东北,强盛的季风环流控制了南起三亚,北至北戴河的广大区域。富含太平洋水汽的东南风在中国大部分区域畅通无阻。副高异常偏北是本次河南暴雨的大气环流基础。

此时副热带高压偏北,季风环流可以在以南的区域畅行无阻

至于在季风畅通无阻的情况下,水汽为什么偏偏被输送到了河南,就与最近在东海出现的台风“烟花”、南海出现的台风“查帕卡”有关了。两个台风正在发展过程中,对于水汽的控制能力还不够强。尤其是台风“烟花”其外围形成的偏东低层急流,从太平洋上空源源不断带来充沛的水汽,大幅加强了对于陆地的水汽输送,成为本次河南强降水的弹药储备。

在台风烟花与郑州之间事实上形成了一条水汽走廊,将大量太平洋上的水搬到了郑州上空,相当于远距离空运巨量的降水弹药

其中台风烟花的特殊性,是本次郑州强降雨出现的重要因素。热带风暴烟花于7月18日生成,当时烟花还比较弱,无法牢牢控制周边的水汽,而是在副高北移的基础上变成了太平洋水汽的大型水泵,在副热带高气压带与台风之间形成了一条稳定的水汽输送带,将太平洋的水汽加速运送至中国。

然而因为周边其他台风的出现,烟花变得非常稳定,滞留于暖流黑潮附近,吸收黑潮的能量迅速膨胀。

将台风的一小部分搬到郑州,那就是大灾害

在7月18日水汽被台风加速输送到北京西部地区,引发了一场大暴雨。而这仅仅是“烟花”牛刀小试。到20日,“烟花”中心附近的风力已达12级,输送水汽的强度进一步增加,以至于在它的加持下,郑州上空5000米以内的大气都被强劲的东南风控制。

同理,来自印度洋的西南季风通常对中国大部分地区影响有限,如今被台风“查帕卡”影响,长驱直入2000千米,来到中原大地与太平洋的水汽会师,对郑州暴雨起到推波助澜的作用。

7月20日晚6点半大致状况

当水汽遇到伏牛山、熊耳山以及太行山后,遇地形强迫抬升,偏东急流携带的的暖湿气团温度快速下降,水蒸气凝结成水滴,形成密集降水。同时,郑州当地形成的低涡加剧了此次暴雨的强度。

在副高北移、台风、地形、当地形成利于降水的局地天气系统的总和综合影响下,郑州暴雨就这样发生了。

 

本文来自微信公众号:地球知识局,作者:斯文的樊学长

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