開(kāi)封“7·19”大暴雨天氣過(guò)程的極端性分析

冀翠華， 李姝霞

(1.開(kāi)封市氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 開(kāi)封 475004； 2.開(kāi)封市氣象局，河南 開(kāi)封 475004)

引 言

近年來(lái)，我國(guó)極端降水、干旱、高溫等異常天氣事件頻發(fā)[1-4]。暴雨作為夏季最常見(jiàn)的災(zāi)害性天氣，不僅會(huì)造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)易引發(fā)城市內(nèi)澇、滑坡、泥石流、山洪等重大災(zāi)害，直接威脅到人們的生存環(huán)境和生命安全。譬如，1975年8月上旬河南省的重大洪災(zāi)過(guò)程，傷亡人數(shù)直逼唐山大地震[5]。2016年7月中旬華北大范圍暴雨過(guò)程，不僅引發(fā)多起滑坡和泥石流，河南安陽(yáng)、新鄉(xiāng)部分地區(qū)還出現(xiàn)山洪，影響巨大。

關(guān)于暴雨極端性及其成因方面的研究已有很多[6-7]。劉學(xué)華等[8]研究發(fā)現(xiàn)，近40年全國(guó)極端降水指數(shù)和年降水量均呈線性增加趨勢(shì)。沈陽(yáng)等[9]分析夏季極端降水事件指出，極端降水事件與副熱帶高壓異常密切相關(guān)。俞小鼎[10]對(duì)2012年7月21日北京特大暴雨成因分析結(jié)果表明，高空低槽伴隨地面冷鋒東移，在華北遇到副熱帶高壓和山西地形阻擋移動(dòng)緩慢，臺(tái)風(fēng)低壓和副熱帶高壓之間形成強(qiáng)氣壓梯度，導(dǎo)致通向華北地區(qū)的東南風(fēng)、南風(fēng)低空急流建立并加強(qiáng)。諶蕓等[11]分析北京“7·21”特大暴雨中尺度對(duì)流系統(tǒng)的環(huán)境場(chǎng)條件發(fā)現(xiàn)，極端降水過(guò)程發(fā)生在高層輻散、中低層低渦切變和地面輻合線等高低空系統(tǒng)耦合的背景下。張芳華等[12]對(duì)冬季暴雨研究結(jié)果顯示，鋒生過(guò)程是構(gòu)成有利于極端暴雨過(guò)程的天氣尺度環(huán)流背景。王君[13]和栗晗等[14]指出中尺度輻合線的生成、發(fā)展和維持及多個(gè)地面中尺度氣旋移動(dòng)造成的列車效應(yīng)，是導(dǎo)致局地特大暴雨的主要原因。孫軍等[15]研究證明，極端降水不僅發(fā)生在高低空、地面等多層系統(tǒng)耦合的背景下，而且具有極高的整層可降水量、強(qiáng)低層水汽輻合等水汽條件。王婧羽[16]、田紅[17]等研究發(fā)現(xiàn)，極端降水與異常水汽輸送具有一定關(guān)系。江志紅[18]、劉國(guó)強(qiáng)[19]等分析強(qiáng)降水過(guò)程水汽輸送特征時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同降水階段水汽輸送軌跡、水汽源地及貢獻(xiàn)等存在差異。以上對(duì)極端暴雨的研究成果，為進(jìn)一步開(kāi)展研究和業(yè)務(wù)應(yīng)用提供了條件。

開(kāi)封地處豫東平原，北臨黃河，地勢(shì)低洼，河道下泄水流緩慢，一旦出現(xiàn)大暴雨事件，容易引發(fā)城市內(nèi)澇、農(nóng)田漬澇、交通癱瘓、人員傷亡等重大風(fēng)險(xiǎn)。2016年“7·19”大暴雨過(guò)程，造成開(kāi)封7000余萬(wàn)元農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失、4萬(wàn)余人受災(zāi)、嚴(yán)重的城區(qū)內(nèi)澇和2人死亡。以往開(kāi)封暴雨研究多集中于個(gè)例的形勢(shì)特征分析及物理量的診斷[20-21]，缺少環(huán)境場(chǎng)物理量的異常特征分析。本文分析“7·19”大暴雨的降水量極端性和環(huán)流背景，并從水汽和動(dòng)力因子較氣候態(tài)的偏離程度等方面探討本次大暴雨過(guò)程環(huán)境場(chǎng)的極端性特征，利用HYSPLIT-4水汽軌跡模型[22-23]探究水汽來(lái)源及輸送特征，以期提高對(duì)此類極端降水發(fā)生發(fā)展過(guò)程的認(rèn)識(shí)，提高對(duì)極端暴雨的預(yù)報(bào)能力。

1 降水實(shí)況和極端性分析

1.1 降水實(shí)況

2016年7月19日，受低渦氣旋共同影響，開(kāi)封出現(xiàn)一次暴雨到大暴雨天氣過(guò)程，大暴雨主要出現(xiàn)在開(kāi)封市區(qū)、杞縣東南部及蘭考局部地區(qū)(圖1a)。全市80個(gè)區(qū)域雨量站中降雨量超過(guò)50 mm的站點(diǎn)有60個(gè)，超過(guò)100 mm的站點(diǎn)有14個(gè)，其中排名前三的降水均出現(xiàn)在市區(qū)的站點(diǎn)，分別為杏花營(yíng)站(163.7 mm)、北郊站和開(kāi)封國(guó)家站(下文均簡(jiǎn)稱開(kāi)封站，159.7 mm)、柳園口站(142.8 mm)。由7月19日08：00-20日08：00開(kāi)封站逐小時(shí)降水量變化(圖1b)可知，開(kāi)封市區(qū)的強(qiáng)降水集中時(shí)段為19日17：00-19：00，短時(shí)強(qiáng)降水特征顯著。杏花營(yíng)站最大小時(shí)雨強(qiáng)為79.0 mm·h-1，開(kāi)封站最大小時(shí)雨強(qiáng)為64.6 mm·h-1，均出現(xiàn)在19日18：00，其中開(kāi)封站最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到2011-2016年開(kāi)封本站極大值。20：00后降雨明顯減弱,并逐漸結(jié)束。降水效率高,小時(shí)雨強(qiáng)大，是開(kāi)封大暴雨的主要特征。

圖1 2016年7月19日08時(shí)-20日08時(shí)開(kāi)封降雨量分布(a)和開(kāi)封站逐小時(shí)降雨量(b)

1.2 日降水量極端性分析

利用百分位法對(duì)開(kāi)封“7·19”暴雨日降水量進(jìn)行極端性分析。百分位法[24]是將某站點(diǎn)逐年降水序列(日降水量≥ 0.1 mm)第95個(gè)百分位值的30年平均值，定義為該站點(diǎn)的極端降水閾值。由于開(kāi)封主汛期在7、8月份，本文計(jì)算了1981—2010年開(kāi)封站逐年7、8月降水日的24 h降水量序列的95分位值；再計(jì)算其30年算術(shù)平均，得到開(kāi)封極端暴雨閾值為70.9 mm。將日雨量≥70.9 mm的暴雨定義為開(kāi)封極端暴雨。1981以來(lái)開(kāi)封極端暴雨日數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可看出，1981—2016年開(kāi)封極端暴雨共有27例，其中7月、8月共有23例(占比85.2%)，9月有2例，4月、6月各有1例。開(kāi)封歷史最大日降水量為1992年8月11日的217.8 mm，其次是1984年8月9日的200.6 mm。2016年“7·19”大暴雨過(guò)程開(kāi)封站日降水量為150.1 mm，達(dá)開(kāi)封極端暴雨閾值的2倍及以上，居1981年以來(lái)開(kāi)封日雨量的第四位，居近20年首位，降水具有明顯極端性特征。

表1 1981-2016年開(kāi)封極端暴雨日(日雨量≥70.9 mm)統(tǒng)計(jì)

2 大暴雨環(huán)流背景和環(huán)境場(chǎng)的極端性分析

2.1 大暴雨環(huán)流背景

降水開(kāi)始前，19日08時(shí)500 hPa，我國(guó)中緯度地區(qū)以經(jīng)向環(huán)流為主，內(nèi)蒙古至陜南及四川地區(qū)均存在一低槽，槽后有明顯冷平流，有利于低槽加深發(fā)展，副熱帶高壓和高空低槽前高壓脊穩(wěn)定加強(qiáng)西北伸，對(duì)低槽的東移形成阻擋，低槽移動(dòng)緩慢，河南持續(xù)受槽前西南氣流影響。700 hPa、850 hPa上，陜西南部均有低渦，從低渦中心伸出“人字型”切變線(圖2a)，河南處于東西向切變線北側(cè)，中低層在東西向切變線的南側(cè)存在風(fēng)速大于12 m/s的西南風(fēng)急流，急流出口區(qū)位于湖北東部，充沛的水汽不斷向北輸送至暴雨區(qū)。副熱帶高壓與高空低槽形成的強(qiáng)氣壓梯度力使地面氣旋強(qiáng)烈發(fā)展，有利的天氣系統(tǒng)配置為開(kāi)封大暴雨提供了持續(xù)的水汽輸送和上升運(yùn)動(dòng)條件。衛(wèi)星云圖上，南段低槽、切變線與中低層急流之間形成帶狀云系，北段山西中南部也有云系發(fā)展(圖3a)，14：00—17: 00帶狀云系北抬，與山西中南部發(fā)展東移的云系相互作用，在開(kāi)封上空發(fā)展加強(qiáng)(圖3b、c)。19日20：00，500 hPa高空低槽東移至山西中部到四川一線，700 hPa、850 hPa低渦移動(dòng)到河南中北部上空，中低空西南急流和超低空偏南急流北伸至河南山東交界，輻合上升運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)的區(qū)域移出開(kāi)封，開(kāi)封降水明顯減弱。

圖3 2016年7月19日08:15(a)、14:15(b)、17:15(c) FY-2E紅外云系亮溫分布圖

地面圖上，由逐3 h氣壓場(chǎng)演變及自動(dòng)站加密風(fēng)場(chǎng)分析可知，19日08：00-20：00，河南受西南低壓外圍暖倒槽(又稱長(zhǎng)江中下游暖性倒槽[25])的影響，倒槽東北伸，影響開(kāi)封,使開(kāi)封偏東風(fēng)氣流加強(qiáng)并形成輻合；20：00后形成黃淮氣旋[26]，影響河南北部和河北地區(qū)。開(kāi)封地區(qū)強(qiáng)降雨出現(xiàn)期間，暖倒槽穩(wěn)定維持在河南中東部地區(qū)，在加密風(fēng)場(chǎng)上顯示出中小尺度輻合中心及輻合線(圖2b)。17：00-19：00輻合中心及輻合線維持在開(kāi)封市區(qū)到尉氏一線，強(qiáng)烈的動(dòng)力抬升運(yùn)動(dòng)，為大暴雨的產(chǎn)生提供了觸發(fā)機(jī)制。

圖2 2016年7月19日08時(shí)-20時(shí)高空系統(tǒng)演變(a)和19日17時(shí)地面氣壓形勢(shì)(b)

綜上，開(kāi)封“7·19”大暴雨是在副熱帶高壓穩(wěn)定加強(qiáng)的形勢(shì)下，高空低槽東移加深,引導(dǎo)中低層低渦切變線加強(qiáng)東北移,地面倒槽發(fā)展，誘發(fā)中小尺度輻合中心及輻合線引發(fā)的。

2.2 大暴雨過(guò)程的環(huán)境場(chǎng)極端性分析

2.2.1 暴雨過(guò)程的物理量統(tǒng)計(jì)特征

極端暴雨的發(fā)生往往具有異常的水汽和動(dòng)力條件[27]。為保證再分析資料格點(diǎn)精度的一致性，本文選取2000-2015年的暴雨個(gè)例，利用NCEP 1°×1°逐6 h間隔再分析資料，以開(kāi)封站為代表站，統(tǒng)計(jì)開(kāi)封歷史暴雨過(guò)程中多種物理量環(huán)境參數(shù)日均值和最大值的特征，并將診斷分析的2016年“7·19”大暴雨過(guò)程特征與之對(duì)比，分析水汽條件和動(dòng)力條件的極端性。

2000-2015年開(kāi)封7、8月份共有21例暴雨過(guò)程，統(tǒng)計(jì)動(dòng)力因子(垂直速度)和水汽因子(水汽通量、整層可降水量、比濕)的變化特征，日均值、最大值分別表示每例暴雨過(guò)程前一日20時(shí)至當(dāng)日20時(shí)5個(gè)時(shí)次(前一日20：00、當(dāng)日02：00、08：00、14：00、20：00)所選物理量的算術(shù)平均值和絕對(duì)值最大的數(shù)值，再對(duì)21例暴雨過(guò)程中各物理量的日均值和最大值的變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，則得到表2。表2中平均值(Avg)、標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)的計(jì)算公式如下：

Avg=(x1+x1+…+xn)/n

(1)

(2)

式中,x1、x2、xn分別為2000-2015年開(kāi)封歷史暴雨過(guò)程對(duì)應(yīng)的環(huán)境參數(shù)的日均值或最大值，n為暴雨例數(shù)。

由表2環(huán)境參數(shù)日均值和最大值的值域范圍和標(biāo)準(zhǔn)偏差可知，開(kāi)封2000年以來(lái)的暴雨過(guò)程中，700 hPa和850 hPa垂直速度極值均達(dá)-21.5×10-1Pa·s-1，日均值極值分別為-7.1×10-1、-5.4 ×10-1Pa·s-1；850 hPa和925 hPa水汽通量極值分別達(dá)到36.0、31.2 g·cm-1·hPa-1·s-1，日均值極值則分別達(dá)到16.5、18.5 g·cm-1·hPa-1·s-1。整層可降水量日均值為37～71 mm，極值達(dá)73 mm；比濕的大小具有隨高度遞減的特征，925-700 hPa比濕極值分別為20.5、17.1和12.4 g·kg-1，各層比濕平均值自925-700 hPa分別為15.4、13.6和9.4 g·kg-1。

表2 2000-2015年開(kāi)封歷史暴雨過(guò)程物理量日均值和最大值

2.2.2 暴雨過(guò)程的動(dòng)力條件極端性

圖4為開(kāi)封站上空垂直速度的時(shí)間—高度剖面圖。由圖4可看出，7月18日20：00-20日02：00，暴雨區(qū)上空的動(dòng)力條件呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的變化特征。19日14：00，高空三層切變線系統(tǒng)及地面倒槽均開(kāi)始影響開(kāi)封，動(dòng)力條件達(dá)到最強(qiáng)，700 hPa垂直速度最大達(dá)-40.6 ×10-1Pa·s-1，850 hPa垂直速度達(dá)-24.7 ×10-1Pa·s-1，說(shuō)明中低層切變線和低空急流的共同作用為大暴雨提供了強(qiáng)的動(dòng)力條件。19日20：00地面形成氣旋，開(kāi)封處于氣旋后側(cè)，隨著系統(tǒng)北抬，動(dòng)力條件減弱，整層垂直速度均減小。

圖4 2016年7月18日20時(shí)-20日08時(shí)開(kāi)封垂直速度時(shí)間-高度剖面圖

對(duì)比開(kāi)封2000年以來(lái)暴雨過(guò)程物理量，“7·19”大暴雨過(guò)程中700 hPa和850 hPa垂直速度最大值均超過(guò)2000年以來(lái)的暴雨過(guò)程垂直速度極值，居第一位；850 hPa垂直速度平均值、700 hPa垂直速度平均值分居2000年以來(lái)開(kāi)封暴雨過(guò)程平均垂直速度的第一位和第二位。

將“7·19”大暴雨過(guò)程的垂直速度與2000年以來(lái)21例暴雨過(guò)程垂直速度(日均值和最大值)的平均值(Avg)進(jìn)行比較，計(jì)算兩者之差(以下簡(jiǎn)稱差值)，并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)偏差的倍數(shù)，用于探討動(dòng)力條件的極端性。結(jié)果表明，當(dāng)差值超過(guò)2 σ時(shí)可定義為極端值，若多個(gè)環(huán)境參數(shù)的差值均超過(guò)2 σ，則預(yù)示著極端天氣的出現(xiàn)[28]。通過(guò)計(jì)算“7·19”大暴雨700 hPa、850 hPa垂直速度極值，同歷史暴雨過(guò)程的差值分別達(dá)到-6.9 σ和-4.7 σ；700 hPa、850 hPa垂直速度平均值，同歷史暴雨過(guò)程的差值達(dá)到-4.9 σ和-4.6 σ。因此，“7·19”大暴雨過(guò)程中，開(kāi)封站的動(dòng)力條件具有強(qiáng)極端性。

2.2.3 暴雨過(guò)程的水汽條件極端性

分析“7·19”暴雨過(guò)程中開(kāi)封站上空比濕、水汽通量時(shí)間-高度剖面圖(圖5a、c)可知，7月18日20：00-20日08：00，比濕、水汽通量呈先增大后減小的趨勢(shì)，且水汽通量的極大值分布在850-925 hPa之間，說(shuō)明隨著低層急流的東移北推，開(kāi)封地區(qū)上空水汽條件呈先增強(qiáng)后減弱的變化。19日14：00比濕、水汽通量達(dá)到極值，700 hPa、850 hPa和925 hPa比濕分別為12.2、16.0和18.0 g·kg-1，水汽通量分別為16.2、25.6和25.8 g·cm-1·hPa-1·s-1，且水汽輸送大值區(qū)集中在850 hPa以下。圖5(d)為水汽通量散度時(shí)間剖面圖，顯示19日14：00開(kāi)封上空900-1000 hPa的水汽通量散度達(dá)到最大,為-6×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1。綜上分析，14：00開(kāi)封上空的水汽輸送和水汽輻合均達(dá)最強(qiáng)，開(kāi)封強(qiáng)降水正是14：00之后顯著增強(qiáng)，小時(shí)雨強(qiáng)更是有2個(gè)時(shí)次超過(guò)了50 mm·h-1；20：00后水汽輸送和水汽通量散度均減弱，開(kāi)封站的降水也呈明顯減弱趨勢(shì)。

將“7·19”暴雨過(guò)程中比濕和水汽通量與開(kāi)封2000年以來(lái)的歷史暴雨過(guò)程進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，“7·19”暴雨過(guò)程中850 hPa比濕最大值居第三位，700 hPa比濕最大值僅次于歷史暴雨過(guò)程的極大值，居第二位。850 hPa、925 hPa水汽通量最大值在2000年以來(lái)暴雨過(guò)程中分別處于第三位和第二位，水汽通量日均值(850 hPa和925 hPa)超過(guò)2000年以來(lái)暴雨過(guò)程平均水汽通量的極大值。

整層可降水量對(duì)極端強(qiáng)降水事件具有一定的指示意義。開(kāi)封“7·19”暴雨過(guò)程平均整層可降水量達(dá)到71 mm，大于開(kāi)封歷史暴雨過(guò)程整層可降水量均值60 mm。同時(shí)，19日14：00整層可降水量值達(dá)75 mm(圖5b)，超過(guò)2000年以來(lái)歷史暴雨過(guò)程該物理量的極大值。

圖5 2016年7月18日20時(shí)—20日08時(shí)開(kāi)封比濕(a)、整層可降水量(b)、水汽通量(c)和水汽通量散度(d)

對(duì)“7·19”大暴雨水汽因子與2000年以來(lái)暴雨過(guò)程的同一物理量均值進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，“7·19”大暴雨700 hPa比濕最大值的差值達(dá)1.5 σ，925 hPa比濕日均值差值達(dá)2.9 σ；850 hPa水汽通量日均值的差值達(dá)1.5 σ,925 hPa的達(dá)1.9 σ，創(chuàng)2000年以來(lái)暴雨過(guò)程水汽通量均值之最。綜上分析，“7·19”大暴雨的水汽輸送和邊界層水汽輻合均表現(xiàn)出強(qiáng)極端性特征。

2.2.4 暴雨的水汽來(lái)源和貢獻(xiàn)率

為分析“7·19”大暴雨的水汽來(lái)源和不同層次水汽輸送的貢獻(xiàn)率，利用HYSPLIT-4軌跡在線模型，繪制開(kāi)封大暴雨上空4個(gè)高度、5個(gè)時(shí)刻的水汽后向軌跡曲線(圖6)，模擬高度為5000 m、3000 m、1500 m和500 m，模擬站點(diǎn)為開(kāi)封站，后向模擬時(shí)長(zhǎng)為72 h，初始時(shí)刻選擇20日08時(shí)，每6 h后向追蹤分析一次，每6 h輸出一次軌跡點(diǎn)的位置。由圖6可知，19日08：00-20：00，所有高度層次上，隨著時(shí)間變化，水汽軌跡曲線均呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，且后向軌跡曲線也逐漸增長(zhǎng)，說(shuō)明隨著急流的加強(qiáng)北推，水汽通道也越來(lái)越長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)了開(kāi)封降水增強(qiáng)時(shí)段；20日02：00-08：00，中低層水汽軌跡由東南向轉(zhuǎn)為西北向，經(jīng)分析，與中低層偏東急流建立和黃河氣旋生成有關(guān)，高層轉(zhuǎn)為偏西或西北通道，輸送偏干冷空氣，這種高層偏西風(fēng)、低層西北風(fēng)的配置不利于強(qiáng)降水的持續(xù)，19日20：00后，開(kāi)封降水明顯減弱。為追蹤水汽源地，將模擬時(shí)間增加到120 h(圖略)，發(fā)現(xiàn)開(kāi)封最強(qiáng)降水時(shí)段的19日17：00-19：00，5000 m水汽后向軌跡源地為孟加拉灣，3000 m、1500 m和500 m 3個(gè)高度上，水汽后向軌跡源地均為南海，說(shuō)明開(kāi)封“7·19”大暴雨水汽源地主要為南海，其次是孟加拉灣。

圖6 2016年7月19日08時(shí)—20日08時(shí)開(kāi)封5000 m (a)、3000 m (b)、1500 m (c)、500 m (d)逐6 h水汽后向軌跡模擬圖

參考文獻(xiàn)[29]對(duì)水汽貢獻(xiàn)率的定義，利用公式(3)計(jì)算不同水汽源地或通道的水汽貢獻(xiàn)率QS。其中比濕qlast是根據(jù)軌跡模式輸出最終位置的物理量(包括氣壓lev、溫度TMPprs、相對(duì)濕度RHprs)，通過(guò)公式(4)(5)(6)計(jì)算得到:

(3)

es=6.112×exp[17.67×(TMPprs-273.15)-(TMPprs-29.65)]

(4)

qs=0.622×es-(lev-0.278×es)×1000

(5)

q=qs×RHprs/100

(6)

式中,QS為通道水汽輸送貢獻(xiàn)率，qlast為通道上最終位置的比濕，m為該通道所包含軌跡的條數(shù)，n為所有軌跡的總條數(shù)，m、n分別取1、4；es為飽和水汽壓(單位:hPa)，qs為飽和比濕(單位:g·kg-1)，q為比濕(單位:g·kg-1)。5000 m、3000 m、1500 m和500 m 4個(gè)高度的軌跡比濕分別為18.15、16.65、11.31和7.12 g·kg-1，代入公式(1)，得出4個(gè)高度上的水汽輸送貢獻(xiàn)率分別為13.38%、21.24%、31.27%和34.95%?？梢?jiàn)水汽輸送的貢獻(xiàn)層次深厚，從低層到高層水汽輸送的貢獻(xiàn)率逐漸減小，且3000 m高度以下水汽輸送總貢獻(xiàn)率達(dá)85%以上。

3 開(kāi)封極端暴雨物理量閾值設(shè)定

根據(jù)1.2節(jié)中對(duì)開(kāi)封夏季極端暴雨閾值的定義(日雨量≥70.9 mm)，2000-2016年7、8月開(kāi)封的極端暴雨共有12例、普通暴雨10例。統(tǒng)計(jì)其動(dòng)力因子(垂直速度)和水汽因子(水汽通量、整層可降水量、比濕)的變化特征發(fā)現(xiàn)，除850 hPa和925 hPa水汽通量極大值在極端暴雨過(guò)程中的極端性不明顯外，其他物理量(日均值和最大值)的極值均表現(xiàn)為極端暴雨過(guò)程值明顯強(qiáng)于普通暴雨值，尤其是整層可降水量，其日均值和最大值在極端暴雨過(guò)程中值域范圍更加集中。

綜合以上特點(diǎn)，將極端暴雨物理量(日均值和最大值)絕對(duì)值最小的數(shù)值作為極端暴雨出現(xiàn)的最低指標(biāo)，則得到開(kāi)封夏季極端暴雨的物理量閾值(見(jiàn)表3)。由表3可以看到，對(duì)于開(kāi)封夏季極端暴雨的判別，要求低層700和850 hPa的垂直速度最大值分別小于-0.2×10-1和-1.3×10-1Pa·s-1；850和925 hPa水汽通量最大值分別大于11.4和8.0 g·cm-1·hPa-1·s-1，日均值分別大于6.4和5.3 g·cm-1·hPa-1·s-1；對(duì)于整層可降水量，日均值指標(biāo)與最大值指標(biāo)差別不大，分別要求在57 mm和60 mm以上。比濕閾值要求700-925 hPa比濕逐漸增加，且700 hPa比濕達(dá)到9 g·kg-1，850 hPa比濕達(dá)到13 g·kg-1以上，925 hPa比濕達(dá)到12 g·kg-1以上。

表3 開(kāi)封夏季極端暴雨物理量閾值指標(biāo)

上述開(kāi)封站極端暴雨閾值的設(shè)定，可為極端暴雨預(yù)報(bào)提供參考。因暴雨尤其極端暴雨機(jī)理復(fù)雜，實(shí)際預(yù)報(bào)中還需綜合分析不同尺度影響系統(tǒng)和多個(gè)環(huán)境參數(shù)，以做出正確判斷。

4 結(jié) 論

(1)開(kāi)封“7·19”大暴雨過(guò)程是在副熱帶高壓穩(wěn)定加強(qiáng)的形勢(shì)下，高空低槽東移加深,引導(dǎo)中低層低渦切變線加強(qiáng)東北移,地面倒槽發(fā)展，誘發(fā)中小尺度輻合中心及輻合線引發(fā)的。

(2)采用1981—2010年7、8月份降水序列的95%分位定義了開(kāi)封夏季極端暴雨閾值，“7·19”大暴雨日降水量達(dá)到開(kāi)封夏季極端暴雨閾值(70.9 mm)的2倍以上，且居近20年首位和1981年以來(lái)第四位，降水具有明顯極端性特征。

(3)把“7·19”大暴雨物理量特征與2000-2015年開(kāi)封歷史暴雨過(guò)程物理量特征進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，開(kāi)封站上空動(dòng)力條件具有強(qiáng)極端性，700 hPa、850 hPa垂直速度最大值為-40.6×10-1、-24.7×10-1Pa·s-1，正態(tài)差值分別達(dá)到-6.9 σ、-4.7 σ，均超出2000年以來(lái)暴雨過(guò)程的物理量極值。水汽輸送條件整體較強(qiáng)，850 hPa、925 hPa水汽通量最大值均≥25 g·cm-1·hPa-1·s-1以上。整層可降水量達(dá)75 mm，創(chuàng)下2000年以來(lái)暴雨過(guò)程中該物理量的極值。

(4)利用后向軌跡模擬“7·19”大暴雨過(guò)程中的水汽輸送情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，開(kāi)封大暴雨事件的水汽來(lái)源主要是南海，其次是孟加拉灣；水汽輸送貢獻(xiàn)隨高度遞減，3000 m高度以下水汽輸送貢獻(xiàn)率達(dá)到85%以上。

(5)通過(guò)比較2000年以來(lái)開(kāi)封極端暴雨過(guò)程與普通暴雨過(guò)程物理量差異，定義開(kāi)封夏季極端暴雨過(guò)程的物理量閾值，得到部分動(dòng)力因子和水汽因子的極端指標(biāo)，其普適性還需在實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中進(jìn)一步驗(yàn)證完善和改進(jìn)。

致謝：本文寫作過(guò)程中，河南省氣象臺(tái)正高級(jí)工程師張霞老師給予了大力幫助和指導(dǎo)，在此深表感謝！