风云梦远｜为什么河南三天下了一整年的雨？

富强

自7月18日-20日，河南中北部的强降雨持续了三天之久。此中在20日，以嵩山为中心的河南中部成为了本次强降雨最严重区域，在郑州城区与嵩山北麓巩义、荥阳等地造成严重灾情。
在写这篇分析前，新闻已确认本次强降雨已造成了人员伤亡。向在本次强降雨里罹难的同胞表现深痛哀悼，祝愿伤者能早日康复；希望劫难早日过去，一定能重建故里。

全国降水实况图（7月22日08时-23日08时）
图片来自：@中央景象台
Q1
这次郑州在内的河南中北部特大暴雨
是什么概念？
对于郑州来说，从多年平均对比，郑州多年平均（取1981-2010年平均）的年总降雨量是640.9毫米。而在19日20时到20日20时，郑州国家景象站雨量达到552.5毫米，这24小时的降雨，相称于多年平均基准的全年雨量六分之五以上。
除了郑州市区，环嵩山地域的巩义、登封、新密、荥阳、偃师等地降雨也打破了24小时雨量记录。

河南省降水分布图
2021年7月19日12时-2021年7月20日20时
而从短时极端性来看，16:00-17:00这一个小时里，郑州国家景象站录得201.9毫米强降雨——这更是打破了本地国家级站点1小时降雨量的观测最大值；而且这样的雨量在全球观测历史里，从未在人口100万以上的大都会出现。
这样极端的强降雨，纵然做好了防范，还是会造成严重灾情。

Q2
这次强降雨是什么天气系统造成的？
造成这次强降雨的直接系统，是一个出现在对流层中低层的低涡。
它在气压（或等压面高度）上表现为一个低压中心（低值中心），在风场上表现为气旋式的流场。这样周边的水汽轻易汇入这个低涡，同时在低涡中心附近的上升气流作用下抬升，形成强降雨。

这个低涡的前身在上周末于东部苏鲁沿海一带形成，随后在北侧副热带高压引导下逐渐西移，来到了河南中部一带。
Q3
为什么它移动到河南时才造成强降雨？
要形成强降雨，除了低涡本身造成的上升运动外，还和水汽泉源与输送密切相关——这就和更大的环流形势关系密切了。
由于大部分水汽会合在对流层中低层（3000m以下），从这一高度层面的流场和水汽输送，造成这次强降雨的水汽输送有三条路径：
来自日本海一带副热带高压南侧东风的输送；
来自热带西太平洋的东风，被位于琉球群岛东南一带的第6号台风“烟花”助推，进一步深入中原大地；
来自北印度洋的西南季风，被广东西部近海的第7号台风“查帕卡”助推，向北来到中原大地。

图中标注1、2、3三条路径，蓝圈部分为低涡
从量级上来看，后两条经过台风助推加速的水汽输送更为关键。可以说，正是因为近来数日这两个台风的发展，大幅增强了水汽输送，导致了降雨的显著增强。
同时，嵩山作为沧海长风跋涉到中原的第一座显著高山，地形直接抬升导致了水汽冷凝致雨，加之山地地形激发了局地剧烈、造成短时强降雨的对流云团，也让嵩山和周边成为了此次强降雨的中心。

图中红圈部分为强降雨中心
Q4
为什么强降雨持续在这一带不走了？
因为......造成这个强降雨的低涡……被卡死在特殊的环流形势了。

前文提及，这个低涡是被日本海一带的副热带高压南侧的东风向西推，从沿海来到了河南中部一带。但是副热带高压连同大陆高压，并不是铁板一块；此中存在大量的局地环流中心。
于是我们细看就能发现，除了日本海的中心，在内蒙古高原上尚有一个高压中心——这下就麻烦了：由于这个低涡在日本海中心的西南侧，会有一个向北推的移动分量；但内蒙古高原的大陆高压中心，又给它一个向西南的分量。
而且由于低涡离二者都较远，这样的引导都不显著，于是在近乎相反又微弱的引导下（也被称作鞍形场），这个低涡陷入了“涡生迷茫”，只能非常缓慢地向西北推进，也造成了强降雨持续在河南中部稳定。

Q5
这次极端强降雨是否提前做出了预警？
当然有。
由于这个低涡与台风的水汽输送造成的强降雨，已在前些日的天气数值预报中大致分析出了，因此河南省是在强降雨前做好了应急预案的。

但是，强降雨的预报难度，不在于大范围环流背景的全局猜测（如直接的罪魁祸首低涡、台风水汽输送等），而在于小区域的变量。
比如一些看似影响面积不大但却极端的强对流云体、山地等地形等对水汽抬升和强对流云团的激发作用。这些云体和地形升沉，很可能比现有不少景象模式的分辨率还小，因而成了预报困难点；但它们会直接影响到具体强降雨过程的极端性，也往往是关键的致灾点——这也是景象学未来发展的重点。
可以说，景象局的分析已经做到了可猜测部分的极致，但对于局地、特殊的极端过程仍然是如今需要解决的困难—然而很不幸，这次的极端过程出现在了嵩山周边的地形影响区和郑州城区。
Q6
未来强降雨的动向如何？
这要继续从这个低涡的移动提及。
随着内蒙古高原的大陆高压中心东移与显著削弱，这样的鞍形场在昨日已宣告竣事，此时低涡受日本海的副热带高压引导明显北上，强降雨中心已转移到河南北部、山西东南部、河北中南部的太行山与山前平原地域。

全国降水量预报图
7月21日20时-22日20时
值得注意的是，这一带履历了前期的强降雨，土壤已高度饱和且表面松软，因此上述地域需要继续高度注意山洪与山体滑坡、泥石流等地质灾害。
随后，由于太行山的摩擦作用等，这个低涡终极将明显削弱消散，持续的强降雨也将在今天夜间宣告竣事。这次漫天骤雨终极会消散在夏日的澈朗晴空，受损的故里也定能重建，但逝者和苦难会是我们不可忘却的纪念。
季风天气差别于海洋性天气与地中海天气，它带给我们雨热同期的绝配与回归线绿洲的丰饶同时，也伴随着更剧烈的变率与更多的极端天气天气事件—大概会是洪泛横流，大概会是赤地千里。
在天然与天然灾害面前，人类始终是渺小的；但我们依然会去选择了解与探求天然，让灾害带来的悲痛与损失不停降低；也会在这样的渺小间，顽强也巨大地连续文明。
如今天气变革的背景，不但体现在平均温度的升高，更体现在这样的极端灾害频率与强度显著上升；作为景象学/天气学专业就读者，我们也定会走在迷茫时的未知最前沿，以积淀的理性与看破纷繁的勇魄，去飘散面前的混沌。
希望所有受到本次强降雨的人们，能平安度过本次灾情；希望我们在这样变革的未来漂泊时，能更多一份平安与自信。
本文经授权转载自微博@风云梦远
撰文 | 风云梦远
部分图片来自 | 风云梦远
微信编辑 | 高兴