Characteristics of Minute- and Hourly-Rate Rainfall of the"21·7"Extreme Precipitation Event in Henan
-
摘要: 利用2018—2024年夏季中国区国家站和区域自动站分钟及小时降水资料，分析了“21·7”河南极端降水分钟及小时雨量特征和郑州极端小时雨量的极端性。结果发现：河南强降水期间，超过80 mm的小时雨量主要出现在河南中部和北部地区，7月19日郑州以西地区和21日河北西南部地区小时雨量较小。14 mm以上的5 min雨量也主要位于河南中部和北部地区。5 min雨量频数分布显示，当小时雨量增强时，5 min雨量总体上存在增强趋势。对于超过20 mm的强5 min雨量，随着小时雨量的增大，强5 min雨量未出现增大的趋势，主要体现在1 h内超过20 mm的5 min雨量次数的增多。进一步对7年夏季中国区强小时降水事件(小时雨量大于等于50 mm)分钟雨量进行统计，结果表明郑州极端小时雨量的5 min和1 min降水强度为异常事件，但不是极端异常事件，而强分钟降水在1 h内的累计时间达极端异常，表明郑州极端小时雨量主要是强分钟降水长时间作用的结果，分钟降水强度的影响次之。雷达回波演变表明，向东北方向移动的多单体风暴影响郑州站后向北移动停滞，进而转向并向东偏南方向缓慢移动，转向后风暴强度增强并发展为弓状。在风暴强度增强、移向改变、移动缓慢的共同影响下，导致强分钟降水持续较长时间。因此，强分钟降水的长时间作用可能与多单体对流风暴在郑州向北移动停滞、转向和加强有关。Abstract: Using minute- and hourly-rate rainfall data from national and regional automatic stations across China during the summers of 2018-2024, this study analyzes the characteristics of minute-rate and hourlyrate rainfall in the"21×7"Henan extreme precipitation event, with a focus on the extremity of Zhengzhou' s extreme hourly rainfall. The results show that hourly rainfall over 80 mm was predominantly observed in central and northern Henan, while lower amounts occurred west of Zhengzhou on 19 July and in southwestern Hebei on 21 July. Five-minute rainfall over 14 mm was also concentrated in central and northern Henan. The frequency distribution of five-minute rainfall reveals that the mode increases with the magnitude of hourly rainfall, indicating a general trend of intensified five-minute rainfall as hourly rainfall increases. However, for strong five-minute rainfall exceeding 20 mm, there is no trend of increasing intensity with higher hourly rainfall; instead, the increase is reflected in a higher frequency of such fiveminute rainfall events within an hour. A statistical analysis of heavy hourly rainfall events (hourly rainfall exceeding 50 mm) across China over seven summers shows that the five-minute and one-minute rainfall intensities during Zhengzhou's extreme hourly rainfall were abnormal but not extremely so. In contrast, the cumulative duration of strong minute-scale precipitation within the hour reached extreme abnormality, suggesting that Zhengzhou's extreme hourly rainfall resulted primarily from the prolonged occurrence of strong minute-scale precipitation, with minute-scale rainfall intensity playing a secondary role. Radar echo dynamics reveal that a northeast-moving multicellular storm stagnated after moving northward over Zhengzhou, then turned and moved slowly southeastward, intensifying into an arc-shaped structure after the turn. The combined effects of storm intensification, direction change, and slow movement led to prolonged strong minute-scale rainfall. Thus, the prolonged effect of strong minute-scale precipitation may be related to the stagnation, turning, and intensification of multicellular convective storms as they moved northward over Zhengzhou.
-
图 1 2021年7月19日09时—23日08时大于等于50 mm的日降水量(单位：mm)空间分布
a. 19日09时—20日08时；b. 20日09时—21日08时；c. 21日09时—22日08时；d. 22日09时—23日08时。
图 2 2021年7月19日09时—23日08时日最大小时雨量(单位：mm)空间分布
a. 19日09时—20日08时；b. 20日09时—21日08时；c. 21日09时—22日08时；d. 22日09时—23日08时。
图 4 2021年7月19日09时—22日08时小时雨量超过20 mm的站日最大5 min雨量(单位：mm)空间分布
a.19日09时—20日08时；b.20日09时—21日08时；c.21日09时—22日08时。
图 5 2021年7月19日09时—23日08时小时雨量为20~50 mm(a)、50~80 mm(b)、80~100 mm(c)和100 mm以上时(d)5 min雨量频数分布
图 6 2021年7月19日09时—23日08时大于等于20 mm的5 min雨量(黑色)与相应小时雨量(灰色)对比(a)及其出现的时间和位置(b，虚线为200 m海拔高度)
图 7 2021年7月20—21日大于等于20 mm的5 min雨量在相应的1 h内1 min雨量随时间的变化
虚线为5 min雨量，柱状为1 min雨量。a. 20日16时郑州站(57083)；b. 20日17时郑州瑞锦小学站(795162)；c. 21日15时驻马店遂平站(792834)；d. 21时15时驻马店确山县薄山水库站(792548)；e. 21日12时石家庄鹿泉区李村站(661235)
图 9 2021年7月20日16时郑州站(57083)、20日17时郑州瑞锦小学站(795162)及21日15时驻马店遂平站(792834)5 min(a)和1 min(b)降水距平随时间的变化
图 10 2021年7月20日14:30(a)、15:00(b)、15:30(c)、16:30(d)、17:00(e)及17:30(f)时雷达组合反射率(单位：dBZ)和地面自动站10 m风(单位：m·s-1)
图 11 雷达组合反射率(单位：dBZ)沿34.7 °N(郑州)的经度-时间剖面(a)以及沿113.55 °E(郑州以西)(b)、113.65 °E(郑州)(c)、113.7 °E(郑州以东)(d)的纬度-时间剖面
▲为郑州所在位置。
-
[1] 高涛, 谢立安. 近50年来中国极端降水趋势与物理成因研究综述[J]. 地球科学进展, 2014, 29(5): 577-589. [2] 孙继松, 雷蕾, 于波, 等. 近10年北京地区极端暴雨事件的基本特征[J]. 气象学报, 2015, 73(4): 609-623. [3] 陈海山, 陈健康. 东亚夏季风指数的分类及物理特征分析[J]. 大气科学学报, 2017, 40(3): 299-309. [4] 张梦珂, 金大超. 2015年夏季东亚和南亚降水异常与热带太平洋海温异常的联系及机理[J]. 大气科学学报, 2019, 42(5): 745-754. [5] 雷蕾, 孙继松, 何娜, 等. "7×20" 华北特大暴雨过程中低涡发展演变机制研究[J]. 气象学报, 2017, 75(5): 685-699. [6] 曾智琳, 谌芸, 王东海. 2018年8月华南超历史极值降水事件的观测分析与机理研究[J]. 大气科学, 2020, 44(4): 695-715. [7] 徐珺, 毕宝贵, 谌芸, 等. "5×7" 广州局地突发特大暴雨中尺度特征及成因分析[J]. 气象学报, 2018, 76(4): 511-524. [8] 刘晶, 周雅蔓, 杨莲梅, 等. 伊犁河谷 "7×31" 极端暴雨过程不稳定性及其触发机制研究[J]. 大气科学, 2019, 43(6): 1 204-1 218. [9] 陈豫英, 苏洋, 杨银, 等. 贺兰山东麓极端暴雨的中尺度特征[J]. 高原气象, 2021, 40(1): 47-60. [10] 史文茹, 李昕, 曾明剑, 等. "7×20" 郑州特大暴雨的多模式对比及高分辨率区域模式预报分析[J]. 大气科学学报, 2021, 44(5): 688-702. [11] 张霞, 杨慧, 王新敏, 等. "21×7" 河南极端强降水特征及环流异常性分析[J]. 大气科学学报, 2021, 44(5): 672-687. [12] 杨浩, 周文, 汪小康, 等. "21×7" 河南特大暴雨降水特征及极端性分析[J]. 气象, 2022, 48(5): 571-579. [13] XU J, LI R M, ZHANG Q H, et al. Extreme large-scale atmospheric circulation associated with the"21.7"Henan flood[J]. Sci China Earth Sci, 2022, 65(10): 1 847-1 860. [14] 汪小康, 崔春光, 王婧羽, 等. "21×7" 河南特大暴雨水汽和急流特征诊断分析[J]. 气象, 2022, 48(5): 533-544. [15] 李超, 崔春光, 徐慧燕, 等. 河南 "21×7" 特大暴雨水汽输送、收支和转化特征对局地强降水的影响机制研究[J]. 气象, 2022, 48(12): 1 497-1 511. [16] 布和朝鲁, 诸葛安然, 谢作威, 等. 2021年 "7×20" 河南暴雨水汽输送特征及其关键天气尺度系统[J]. 大气科学, 2022, 46(3): 725-744. [17] 冉令坤, 李舒文, 周玉淑, 等. 2021年河南 "7×20" 极端暴雨动、热力和水汽特征观测分析[J]. 大气科学, 2021, 45(6): 1 366-1 383. [18] 谢作威, 布和朝鲁, 诸葛安然, 等. "21×7" 河南暴雨暖湿季风输送带加强及关键天气流型的准地转位涡反演[J]. 大气科学, 2022, 46(5): 1 147-1 166. [19] 孙跃, 肖辉, 杨慧玲, 等. 基于遥感数据光流场的2021年郑州"7×20" 特大暴雨动力条件和水凝物输送特征分析[J]. 大气科学, 2021, 45 (6): 1 384-1 399. [20] 梁旭东, 夏茹娣, 宝兴华, 等. 2021年7月河南极端暴雨过程概况及多尺度特征初探[J]. 科学通报, 2022, 67(10): 997-1 011. [21] 蔡芗宁, 陈涛, 谌芸, 等. 对流层高层冷涡对 "21×7" 河南持续性极端暴雨影响分析[J]. 气象, 2022, 48(5): 545-555. [22] 孔期, 符娇兰, 谌芸, 等. 河南"21×7" 特大暴雨过程中尺度低空急流和低涡的演变特征及成因分析[J]. 气象, 2022, 48(12): 1 512-1 524. [23] 齐道日娜, 何立富, 王秀明, 等. "7×20" 河南极端暴雨精细观测及热动力成因[J]. 应用气象学报, 2022, 33(1): 1-15. [24] YIN J F, GU H D, LIANG X D, et al. A possible dynamic mechanism for rapid production of the extreme hourly rainfall in Zhengzhou city on 20 July 2021[J]. J Meteor Res, 2022, 36(1): 6-25. [25] SUN J, LI R M, ZHANG Q H, et al. Mesoscale factors contributing to the extreme rainstorm on 20 July 2021 in Zhengzhou, China, as revealed by Rapid Update 4DVar Analysis[J]. Mon Wea Rev, 2023, 151(8): 2 153-2 176. [26] WEI P, XU X, XUE M, et al. On the key dynamical processes supporting the 21.7 Zhengzhou record-breaking hourly rainfall in China[J]. Adv Atmos Sci, 2023, 40(3): 337-349. [27] RAO J, XIE J, CAO Y, et al. Record flood-producing rainstorms of July 2021 and August 1975 in Henan of China: Comparative synoptic analysis using ERA5[J]. J Meteor Res, 2022, 36(6): 809-823. [28] CHEN G, ZHAO K, LU Y H, et al. Variability of microphysical characteristics in the "21×7" Henan extremely heavy rainfall event[J]. Sci China Earth Sci, 2022, 65(10): 1 861-1 878. [29] WANG J, CHEN Y, NIE J, et al. On the role of anthropogenic warming and wetting in the July 2021 Henan record-shattering rainfall[J]. Sci Bull, 2022, 67(20): 2 055-2 059. [30] ZHU K F, ZHANG C Y, XUE M, et al. Predictability and skill of convection-permitting ensemble forecast systems in predicting the recordbreaking "21.7" extreme rainfall event in Henan province, China[J]. Sci China Earth Sci, 2022, 65(10): 1 879-1 902. [31] 战云健, 鞠晓慧, 范邵华, 等. 1965—2019年中国夏季分钟降水空间分布与长期趋势分析[J]. 气象学报, 2021, 79(4): 598-611. [32] SCHWERTMAN N C, OWENS M A, ADNAN R. A simple more general boxplot method for identifying outliers[J]. Comput Statist Data Anal, 2004, 47(1): 165-174. -
下载:
点击查看大图
计量
- 文章访问数: 5
- HTML全文浏览量: 5
- PDF下载量: 1
- 被引次数: 0
粤公网安备 4401069904700003号