ISSN 1004-4965

CN 44-1326/P

用微信扫描二维码

分享至好友和朋友圈

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于FLEXPART模拟的双台风背景下河南暴雨水汽输送特征分析

王德洋 杨恺 陈景华 赵天良 张郁青 陆阳皓 李智宽 鲁震

王德洋, 杨恺, 陈景华, 赵天良, 张郁青, 陆阳皓, 李智宽, 鲁震. 基于FLEXPART模拟的双台风背景下河南暴雨水汽输送特征分析[J]. 热带气象学报, 2026, 42(1): 14-24. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.002
引用本文: 王德洋, 杨恺, 陈景华, 赵天良, 张郁青, 陆阳皓, 李智宽, 鲁震. 基于FLEXPART模拟的双台风背景下河南暴雨水汽输送特征分析[J]. 热带气象学报, 2026, 42(1): 14-24. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.002
WANG Deyang, YANG kai, CHEN Jinghua, ZHAO Tianliang, ZHANG Yuqing, LU Yanghao, LI Zhikuan, LU Zhen. Water Vapor Transport to Henan's Extreme Rainfall with the Influence of Dual Typhoons: A FLEXPART-Modeling Study[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2026, 42(1): 14-24. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.002
Citation: WANG Deyang, YANG kai, CHEN Jinghua, ZHAO Tianliang, ZHANG Yuqing, LU Yanghao, LI Zhikuan, LU Zhen. Water Vapor Transport to Henan's Extreme Rainfall with the Influence of Dual Typhoons: A FLEXPART-Modeling Study[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2026, 42(1): 14-24. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.002

基于FLEXPART模拟的双台风背景下河南暴雨水汽输送特征分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.002
基金项目: 

国家重点研发计划 2023YFC3007504

温江国家气候观象台建设项目 BROP202406

灾害天气国家重点实验室开放课题 2023LASWB25

详细信息
    通讯作者:

    赵天良,男,加拿大籍,博士,教授,主要从事东亚季风气候分析与模拟、大气化学及气溶胶模式、空气质量观测分析及数值预测研究。E-mail:tlzhao@nuist.edu.cn

  • 中图分类号: P426.6

Water Vapor Transport to Henan's Extreme Rainfall with the Influence of Dual Typhoons: A FLEXPART-Modeling Study

  • 摘要: 2021年7月,河南发生了持续时间长、降水强度大且致灾严重的“7.20”极端暴雨事件。为了探明此次暴雨过程的水汽关键来源和主要传输通道,本研究利用多源气象数据结合FLEXPART模式开展了水汽轨迹模拟与聚类分析。结果表明,暴雨过程中主要有两条水汽通道,对极端降水的水汽收支有重要贡献。第一条水汽通道与远距离西北太平洋台风“烟花”相连,在降水最强的7月19—21日期间在1 000~700 hPa持续向河南输送大量水汽,输送的中心在1 000~900 hPa之间;第二条通道则与华南近海台风“查帕卡”相连,7月20日向河南输送水汽,主要输送层次位于950~800 hPa之间。两条通道的高度差异主要由地形驱动作用引起,而台风的存在和移动是造成水汽传输变化的关键因素。河南地区上空持续的水汽聚集直接导致了极端暴雨的形成,而双台风的水汽输送对暴雨过程的持续具有重要作用。

     

  • 图  1  每日0时—次日0时(UTC世界时)GPM累计降水量分布(单位:mm,紫色五角星为郑州,紫色五边形为安阳),时间为2021年7月17日(a)、18日(b)、19日(c)、20日(d)、21日(e)、22日(f)

    图  2  每日0时—次日0时(UTC世界时)平均IVT(单位:103 kg∙m-1·s-1)填色和流场图(时间为2021年7月17日(a)、18日(b)、19日(c)、20日(d)、21日(e)、22日(f),五角星为河南郑州,橙色线条为17—22日台风“烟花”和“查帕卡”的台风路径,紫色线条部分为当日台风移动路径)

    图  3  暴雨期间降水区域平均降水速率(单位:mm∙h-1)与区域水汽总收入速度(单位:108 kg∙s-1)的回归方程(a)(统计区域为图b黑色方框);降水区域平均降水速率(单位:mm∙h-1)与IVT(单位:kg∙m-1·s-1)回归系数的填色图(b)(打点部分通过99%置信度检验,五角星为郑州,黑色方框为降水区域,范围112~117 °E,33~37 °N);2021年7月17日0时—23日0时(UTC世界时)降水区域平均降水速率(单位:mm∙h-1)与水汽总收入速度的时间折线图(c)(单位:108 kg∙s-1,统计区域为图b黑色方框)

    图  4  K-means聚类得到的第一类水汽轨迹(a)和第二类水汽轨迹(b)的时空变化图(UTC世界时,图a、b的棕线分别对应图c、d剖面的位置),以及沿122 °E,30 °N到110 °E,36 °N方向(c)和沿114 °E,28 °N到113 °E,36 °N方向(d)的20日0时—次日0时(UTC世界时)平均VFD(填色和等值线,单位:kg∙m-2∙s-1)、水平风速(箭头,单位:m∙s-1)和垂直速度(箭头,单位:5×10-3 Pa∙s-1)的剖面

    图  5  FLEXPART输出的粒子距离地表高度(m)随时间的变化情况(UTC世界时,年份-月份-日期-时刻):第一条水汽通道(a);第二条水汽通道(b)

    图  6  900~700 hPa高度上每日0时—次日0时(UTC世界时)平均IVT(单位:kg∙m-1∙s-1)填色和流场图,时间为2021年7月17日(a)、18日(b)、19日(c)、20日(d)、21日(e)、22日(f)(五角星为河南郑州);台风“烟花”和“查帕卡”分别位于西北太平洋和南海

    图  7  1000~900 hPa高度上每日0时—次日0时(UTC世界时)平均IVT(单位:kg∙m-1∙s-1)填色和流场图,时间为2021年7月17日(a)、18日(b)、19日(c)、20日(d)、21日(e)、22日(f)(五角星为河南郑州);台风“烟花”和“查帕卡”分别位于西北太平洋和南海

  • [1] Myhre G, Alterskjær K, Stjern C W, et al. Frequency of extreme precipitation increases extensively with event rareness under global warming [J]. Scientific reports, 2019, 9(1): 16063.
    [2] Vazquez M, Nieto R, Liberato M L R, et al. Atmospheric moisture sources associated with extreme precipitation during the peak precipitation month[J]. Weather and Climate Extremes, 2020, 30: 100289.
    [3] Shearer E J, Afzali Gorooh V, Nguyen P, et al. Unveiling four decades of intensifying precipitation from tropical cyclones using satellite measurements[J]. Scientific reports, 2022, 12(1): 13569.
    [4] Guzman O, Jiang H. Global increase in tropical cyclone rain rate[J]. Nature communications, 2021, 12(1): 5344.
    [5] 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.
    [6] 崔晓鹏, 杨玉婷. "21·7"河南暴雨水汽源地追踪和定量贡献分析[J]. 大气科学, 2022, 46(6): 1 543-1 556.
    [7] Wang Z, Wu Y, Xi S, et al. Predictive study on extreme precipitation trends in Henan and their impact on population exposure[J]. Atmosphere, 2023, 14(10): 1484.
    [8] 陶诗言. 中国之暴雨[M]. 北京: 科学出版社, 1980.
    [9] 钟敏, 车钦, 张蒙蒙, 等. 华中区域极端降水天气形势及物理量异常度特征[J]. 气象, 2020, 46(04): 503-516.
    [10] 邱贵强, 武永利, 董春卿, 等. 太行山中南段暖季极端降水的水汽输送特征[J]. 应用气象学报, 2024, 35(3): 285-297.
    [11] 周璇, 孙继松, 张琳娜, 等. 华北地区持续性极端暴雨过程的分类特征[J]. 气象学报, 2020, 78(5): 761-777.
    [12] 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.
    [13] 苏爱芳, 席乐, 吕晓娜, 等. 豫北"21·7"极端暴雨过程特征及成因分析[J]. 气象, 2022, 48(5): 556-570.
    [14] Nieto R, Gimeno L. A database of optimal integration times for Lagrangian studies of atmospheric moisture sources and sinks[J]. Scientific Data, 2019, 6(1): 59.
    [15] Trenberth K E. Atmospheric moisture residence times and cycling: Implications for rainfall rates and climate change[J]. Climatic Change, 1998, 39: 667-694.
    [16] Numaguti A. Origin and recycling processes of precipitating water over the Eurasian continent: Experiments using an atmospheric general circulation model[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 1999, 104(D2): 1 957-1 972.
    [17] Wang N, Zeng X M, Zheng Y, et al. The atmospheric moisture residence time and reference time for moisture tracking over China[J]. Journal of Hydrometeorology, 2018, 19(7): 1 131-1 147.
    [18] Van Der Ent R J, Tuinenburg O A. The residence time of water in the atmosphere revisited[J]. Hydrology and Earth System Sciences, 2017, 21(2): 779-790.
    [19] 罗亚丽, 孙继松, 李英, 等. 中国暴雨的科学与预报: 改革开放40年研究成果[J]. 气象学报, 2020, 78(3): 32.
    [20] 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.
    [21] Xue M. Preface to the special collection on the July 2021 Zhengzhou, Henan extreme rainfall event[J]. Advances in Atmospheric Sciences, 2023, 40(3): 335-336.
    [22] 马长健, 李艳, 徐邦琪. 双低空急流对"21·7"河南极端暴雨的影响[J]. 大气科学, 2023, 47(5): 1 611-1 625.
    [23] 谷皓东. 河南"21·7"极端降水事件数值模拟研究[D]. 北京: 中国气象科学研究院, 2022.
    [24] 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.
    [25] Ying M, Zhang W, Yu H, et al. An overview of the China Meteorological Administration tropical cyclone database[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2014, 31(2): 287-301.
    [26] Lu X, Yu H, Ying M, et al. Western North Pacific tropical cyclone database created by the China Meteorological Administration[J]. Advances in Atmospheric Sciences, 2021, 38: 690-699.
    [27] Hersbach H, Bell B, Berrisford P, et al. The ERA5 global reanalysis[J]. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 2020, 146 (730): 1 999-2 049.
    [28] Muñoz-Sabater J, Dutra E, Agustí-Panareda A, et al. ERA5-Land: A state-of-the-art global reanalysis dataset for land applications[J]. Earth System Science Data, 2021, 13(9): 4 349-4 383.
    [29] Yilmaz M. Accuracy assessment of temperature trends from ERA5 and ERA5-Land[J]. Science of The Total Environment, 2023, 856: 159182.
    [30] Jiang Q, Li W, Fan Z, et al. Evaluation of the ERA5 reanalysis precipitation dataset over Chinese Mainland[J]. Journal of Hydrology, 2021, 595: 125660.
    [31] Skofronick-Jackson G, Petersen W A, Berg W, et al. The Global Precipitation Measurement (GPM) mission for science and society[J]. Bulletin of the American Meteorological Society, 2017, 98(8): 1 679-1 695.
    [32] 施丽娟, 冯婉悦, 雷勇, 等. GPM日降水产品在中国大陆的准确性评估[J]. 气象, 2022, 48(11): 1 428-1 438.
    [33] 李麒崙, 张万昌, 易路, 等. GPM与TRMM降水数据在中国大陆的精度评估与对比[J]. 水科学进展, 2018, 29(3): 303-313.
    [34] Stohl A, James P. A Lagrangian analysis of the atmospheric branch of the global water cycle. Part Ⅰ: Method description, validation, and demonstration for the August 2002 flooding in central Europe[J]. Journal of Hydrometeorology, 2004, 5(4): 656-678.
    [35] Stohl A, Hittenberger M, Wotawa G. Validation of the Lagrangian particle dispersion model FLEXPART against large-scale tracer experiment data[J]. Atmospheric Environment, 1998, 32(24): 4 245-4 264.
    [36] 陈斌, 徐祥德, 施晓晖. 拉格朗日方法诊断2007年7月中国东部系列极端降水的水汽输送路径及其可能蒸发源区[J]. 气象学报, 2011, 69(5): 810-818.
    [37] 朱丽, 刘蓉, 王欣, 等. 基于FLEXPART模式对黄河源区盛夏降水异常的水汽源地及输送特征研究[J]. 高原气象, 2019, 38(3): 484-496.
    [38] Pérez-Alarcón A, Sorí R, Fernández-Alvarez J C, et al. Moisture source for the precipitation of tropical cyclones over the Pacific Ocean through a Lagrangian approach[J]. Journal of Climate, 2023, 36(4): 1 059-1 083.
    [39] Sinaga K P, Yang M S. Unsupervised K-means clustering algorithm[J]. IEEE access, 2020, 8: 80 716-80 727.
    [40] Selvida D, Zarlis M, Situmorang Z. Analysis of the effect early cluster centre points on the combination of k-means algorithms and sum of squared error on k centroid[C]//IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2020, 725(1): 012089.
    [41] Qin Z, Yang J, Yang T, et al. Vertical transport of water in isolated convective clouds in the interior western United States as observed using airborne in-situ measurements[J]. Atmospheric Research, 2023, 285: 106629.
    [42] Jorgensen D P, LeMone M A. Vertical velocity characteristics of oceanic convection[J]. Journal of the Atmospheric Sciences, 1989, 46(5): 621-640.
    [43] Yang J, Wang Z, Heymsfield A J, et al. Characteristics of vertical air motion in isolated convective clouds[J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 2016, 16(15): 10 159-10 173.
    [44] Ralph F M, Iacobellis S F, Neiman P J, et al. Dropsonde observations of total integrated water vapor transport within North Pacific atmospheric rivers[J]. Journal of Hydrometeorology, 2017, 18(9): 2 577-2 596.
  • 加载中
图(7)
计量
  • 文章访问数:  3
  • HTML全文浏览量:  3
  • PDF下载量:  2
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2024-08-31
  • 修回日期:  2025-09-06
  • 网络出版日期:  2026-03-14
  • 刊出日期:  2026-02-20

目录

    /

    返回文章
    返回