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利用观测资料和WRF模式水平分辨率1公里40小时的模拟数据，研究了2021年7月19日至20日导致郑州及其附近发生灾难性洪水的破纪录极端降雨事件。结果表明，数值模拟成功地再现了（1）主要天气系统（即西太平洋副热带高压、青藏高压、两个台风和黄淮气旋），（2）沿嵩山东至北边缘的地形抬升触发的对流，及（3）在郑州及附近形成的极端降水。模拟的最大小时降水率和40小时累积降水量分别为233 mm h⁻¹ 和704 mm，与观测的201.9 mm h⁻¹ 和818 mm接近。重要的是，数值模拟再现出了一个准静止、高度组织化的中γ尺度对流系统，且在对流系统的周围存在约四分之三圆的辐合带，与该辐合带相对应的是弧形上升气流带。该上升气流带类似于多个方向的“水泵”，源源不断地将上升气流带中形成的降水输送到对流系统的后部。多方向输送的降水相叠加，从而在郑州及周边地区产生了极端小时强降水。研究发现，高度组织化的中γ尺度对流系统的独特动力结构对本次创纪录极端小时降水有重要贡献。最后，提出了一种可能的短时极端降水产生的动力机制，即弧形辐合带像多个方向的“水泵”一样，快速地将降水从不同方向输送到对流系统尾流区域；多方向输送的所有降水叠加，从而形成短时极端强降水。本研究结果可为更好地理解和预报短时极端强降雨提供新的思路。点这里看详细中文解读。

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基于ERA5再分析和降水观测数据，本文比较了河南省史上两次（即1975年8月的“75·8”和2021年7月的“21·7”）特大暴雨过程。结果表明，两次过程ERA5资料日降雨量主要由稳定的天气尺度降水贡献，而对流降水只会间歇性出现强脉冲。“21·7”期间强降水中心以大约2 m s⁻¹的速度自南向北移动；“75·8”期间雨带几近停滞在河南省南部。两次特大暴雨过程期间都观测到了双台风型环流，且副高在渤海-黄海上空逗留并阻止台风东移北上。“21·7”前期水汽由台风Cempaka东侧南风急流供应，后期由台风In-Fa北侧东风急流补给，两条水汽输送带合并加强进入中原地区；“75·8”由登陆台风Nina螺旋雨带和内区降水引发，倒槽区降水的累积效应是造成此次灾难的主要原因。“21·7”期间大陆上空有高位涡（PV）冷空气侵入；“75·8”期间高层主要由台风辐散气流控制，对应负PV环流，有利于南亚高压增强偏北。本研究为理解河南暴雨产生的天气尺度条件提供了新视角，对指导暴雨预报也具有现实意义。

本文借助最新的、最精细的再分析资料ERA5，研究了“21·7”和“75·8”河南两次特大暴雨演变和相关天气系统和过程。本文主要从天气尺度角度系统分析了两次暴雨过程的异同点。两次暴雨的主要共同点是：均观测到双台风，且渤海–黄海有高压坝存在，对台风起到一定的锚定作用；降水主要由稳定的天气尺度降雨所贡献，对流在暴雨初期和末期对总降水的贡献较大；复杂地形强迫抬升运动明显，平坦区地形作用微弱。两次暴雨的主要差别在于：降水与台风的配置不同；台风造成的对流层高层环流不同；来自于中高纬的高PV空气活跃程度不同；引发的灾难不同（“21·7”以城市内涝为主；“75·8”造成驻马店大坝决堤）；社会响应程度不同。“75·8”大暴雨受突发性、预报水平和信息传递等多因素限制，造成的生命财产损失显然更大；“21·7”大暴雨期间和之后，国家和气象部门迅速响应，人民和企业捐资捐物，已尽力将损失降到了最低。点这里看详细中文解读。

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本文以21·7河南特大暴雨过程为例，分析了数值模式中质量守恒形式对预报结果的影响。首先，对比分析了采用全空气（TMC）质量守恒的ECMWF IFS和干空气（DMC）质量守恒的YHGSM全球谱模式预报结果；然后，开展了基于YHGSM模式的TMC和DMC敏感性试验。结果表明：YHGSM模式提前84、60和36小时对2021年7月20日和21日的大暴雨以上量级预报比IFS更准确和稳定；敏感性试验也证实采用DMC在强降雨落区及强度预报上比采用TMC更好。这种结果可能与采用DMC的动力内核中考虑了水汽源/汇有关。进一步诊断发现，水汽损失引起的空气质量减少带来地面气压的额外下降，由此导致的非平衡气压梯度强迫促使地面风场气旋性旋转，并增强低层辐合，从而进一步加强垂直运动；在水汽充足的情况下，这种正反馈效应将使降雨增强。

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利用实况资料和ERA5再分析资料对“21·7”河南极端暴雨过程的锋生作用、大气非绝热加热和水汽净收支进行了深入分析，揭示此次过程天气尺度系统发展维持机制。结果表明：本次极端暴雨过程中，河南位于西北太平洋副热带高压（副高）和大陆高压之间的鞍型场中，低层辐合高层辐散的配置有利于500 hPa低压系统的发展和维持；锋生作用主要发生在对流层低层且与θse密集区有较好的对应关系，水平散度项和水平变形项起主导作用，两者的贡献基本相当；视热源⟨Q1⟩和视水汽汇⟨Q2⟩水平分布与强降雨落区较为吻合，二者的垂直分布有明显差异，Q1最强加热作用在对流层中高层，而Q2垂直分布较为均匀但强度明显小于Q1，Q1中位温垂直输送项起主导作用，而Q2中比湿水平平流项发挥着主导作用，这表明本次河南极端暴雨中，区域性强凝结潜热的释放对降水有正反馈作用。伴随来自台风烟花（2106）北侧偏东气流的不断加强西进，强风速切变及地形抬升引发异常强盛的边界层水汽辐合，总水汽收支主要受到东西向水汽净流入的主导，偏东路径边界层极强的水汽输送对极端暴雨过程的维持和加强起到十分关键的作用。