京津冀地区一次极端暖区暴雨成因分析

doi:10.11755/j.issn.1006-7639-2026-01-0115

干旱气象 ›› 2026, Vol. 44 ›› Issue (1): 115-125.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2026-01-0115

京津冀地区一次极端暖区暴雨成因分析

董琪如¹^,²(), 王莹³, 李英华¹(), 杨旭⁴, 梁康壮¹

1.天津市海洋气象重点实验室，天津市气象科学研究所，天津 300074
2.中国气象局水文气象重点开放实验室，北京 100081
3.天津市气象台，天津 300074
4.天津市环境气象中心，天津 300074

收稿日期:2025-04-27 修回日期:2025-05-28 出版日期:2026-02-28 发布日期:2026-03-25
通讯作者: 李英华（1981—），女，高级工程师，主要从事数值模拟研究。E-mail： liyinghua05@163.com。
作者简介:董琪如（1992—），女，高级工程师，主要从事资料同化技术及灾害性天气分析研究。E-mail： dongqiru77@163.com。
基金资助:
灾害天气科学与技术全国重点实验室开放课题(2025KFA19);天津市科技重大专项(25ZXSFSN00060);中国气象局水文气象重点开放实验室开放研究课题(23SWQXM004);海河流域气象科技创新项目(HHXM-TD202504);天津市海洋气象重点实验室开放基金项目(2023TKLOM02);湖南省气象局创新发展专项(CXFZ2025-MSXM68)

Causes analysis of an extreme warm-sector rainstorm in Beijing-Tianjin-Hebei region

DONG Qiru¹^,²(), WANG Ying³, LI Yinghua¹(), YANG Xu⁴, LIANG Kangzhuang¹

1. Tianjin Key Laboratory for Oceanic Meteorology，Tianjin Institute of Meteorological Science，Tianjin 300074，China
2. China Meteorological Administration Hydro-Meteorology Key Laboratory，Beijing 100081，China
3. Tianjin Meteorological Observatory，Tianjin 300074，China
4. Tianjin Environmental Meteorological Center，Tianjin 300074，China

Received:2025-04-27 Revised:2025-05-28 Online:2026-02-28 Published:2026-03-25

摘要/Abstract

摘要：

随着华北暖区暴雨事件增多，研究暖区暴雨过程中尺度对流系统发生及演变机制对提升暖区暴雨预报能力具有重要意义。基于高分辨率（3 km）WRF（Weather Research & Forecasting Model）中尺度模式，结合欧洲中期天气预报中心第五代全球气候再分析数据集（ERA5）0.25°×0.25°再分析资料，利用常规、雷达观测数据快速更新同化，对京津冀地区一次极端暖区暴雨过程的环流背景、热动力结构、水汽输送特征进行数值模拟研究。结果表明：（1）经快速更新同化观测资料的高分辨率WRF模式能较好地模拟此次暖区暴雨过程，对中小尺度系统回波及传播机制有很好体现，验证了模式对暖区暴雨关键过程的表征能力；（2）此次过程动力特征表现为“3支急流”协同作用：950 hPa超低空急流、850 hPa低空急流配合200 hPa高空急流右侧出口区的强辐散，形成垂直抽吸结构。低层阶段性演变特征（超低空急流的建立-低空急流强度脉动-低空急流的增强与维持）是强降水过程发生并维持的关键因素。（3）在低空急流强度脉动及辐合造成的上升运动增强下，暖湿气流不断被抬升，促进水汽凝结并产生降水。同时中层弱干空气向下侵入高暖湿区，触发不稳定能量释放对此次过程也有加强作用。（4）低层高湿环境为暴雨提供了充沛水汽条件，随着低空东南急流的增强，促使来自渤海湾的水汽不断汇入京津冀地区。强水汽聚集再配合强有力的动力条件，是局地短时强降水发生的主要原因。

关键词: 暖区暴雨, 低空急流, 高空急流, 数值模拟

Abstract:

With the increasing frequency of warm-sector heavy rain events in North China, it is of great significance to study the occurrence and evolution mechanism of mesoscale convective systems during warm-sector heavy rain processes to improve the forecasting ability of warm-sector heavy rain. This research conducts a numerical simulation on the circulation background, thermodynamic structure, and moisture transportation characteristic of an extreme warm-sector rainstorm event in the Beijing-Tianjin-Hebei region using the high-resolution (3 km) WRF (Weather Research & Forecasting Model) mesoscale model, combined with the 0.25°×0.25° reanalysis data from the fifth generation global climate reanalysis dataset (ERA5) of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, along with conventional and radar observation data for rapid assimilation updates. The results demonstrate that: (1) The high-resolution WRF model, which has been rapidly updated with assimilated observational data, can effectively simulate this warm-sector rainstorm process, accurately representing the radar echo characteristics and propagation mechanisms of meso-small scale systems, verifying the model’s capability to characterize key processes of warm-sector rainstorms. (2) The dynamic characteristics of this process are characterized by synergy of “three jet streams”: the 950 hPa ultra-low-level jet, the 850 hPa low-level jet, coupled with the strong divergence in the exit region on the right side of the 200 hPa upper-level jet, forming a vertical suction structure. The phased evolution characteristics of the low level (the establishment of the ultra-low-level jet, the fluctuation of the low-level jet intensity, the enhancement and maintenance of the low-level jet) are the key factors for the occurrence and maintenance of the heavy precipitation process. (3) Enhanced upward motion induced by low-level jet intensity fluctuation and convergence continuously lifts warm-moist airflow, promoting water vapor condensation and precipitation. Meanwhile, downward intrusion of mid-level weak dry air into high warm-moisture areas triggers the release of unstable energy, further intensifying the process. (4) The low-level high-humidity environment provides abundant water vapor conditions for the heavy rain. With the strengthening of the low-level southeast jet stream, water vapor from the Bohai Bay continuously flow into the Beijing-Tianjin-Hebei region. The strong accumulation of water vapor, combined with powerful dynamic conditions, is the main cause of local short-term heavy precipitation.

Key words: warm-sector rainstorm, low-level jet, upper-level jet, numerical simulation

中图分类号:

P456
P458

董琪如, 王莹, 李英华, 杨旭, 梁康壮. 京津冀地区一次极端暖区暴雨成因分析[J]. 干旱气象, 2026, 44(1): 115-125.

DONG Qiru, WANG Ying, LI Yinghua, YANG Xu, LIANG Kangzhuang. Causes analysis of an extreme warm-sector rainstorm in Beijing-Tianjin-Hebei region[J]. Journal of Arid Meteorology, 2026, 44(1): 115-125.

图/表 10

表1 模式主要参数化方案

Tab.1 Main parameterization schemes of the model

物理方案	选项设置
微物理方案	新Tompson
近地面方案	MM5相似理论
陆面方案	Noah
行星边界层方案	ACM2 PBL
积云参数化方案	Kain-Fritsch（d02区无）
长波辐射方案	RRTM
短波辐射方案	Dudhia

图1 快速更新同化系统预报内层3 km区域（阴影为地形高度，单位：m）

Fig.1 The 3 km inner forecast area of rapid update assimilation system （The shaded for terrain height，Unit： m）

图2 2020年8月12日00：00—13日00：00 24 h累计降水量（R）（单位：mm）空间分布

Fig.2 The 24 h accumulative precipitation （R） from 00：00 August 12 to 00：00 August 13，2020 （Unit： mm）

图3 2020年8月12日06：00（a、c）和15：00（b、d）500 hPa位势高度（实线，单位：dagpm）、风场（箭矢，单位：m·s-1）和200 hPa高空急流（阴影，单位：m·s-1）（a、b），以及850 hPa位势高度（等值线，单位：dagpm）、风场（箭矢，单位：m·s-1）和低空急流（阴影，单位：m·s-1）（c、d）

Fig.3 The 500 hPa geopotential height （contour lines，Unit： dagpm），wind field （arrow vectors，Unit： m·s-1） and 200 hPa high-level jet （the shaded，Unit： m·s-1）（a，b），and 850 hPa geopotential height （contour lines，Unit： dagpm），wind field （arrow vectors，Unit： m·s-1），and low-level jet （ the shaded，Unit： m·s-1）（c，d） at 06：00 （a，c） and 15：00 （b，d） August 12，2020

图4 2020年8月12日10：00（1 h）（a、b）和09：00—15：00（6 h）（c、d）实况（a、c）与模拟（b、d）累计降水量（单位：mm）分布（AB线段为雨带走向6 h累计降水量大值中心区）

Fig.4 Distribution of observed （a，c） and simulated （b，d） accumulated precipitation at 10：00 （1 hour）（a，b） and from 09：00 to 15：00 （6 hours）（c，d） August 12，2020 （Unit： mm）（The AB line denotes the core region of the 6-hour accumulated precipitation maximum along the orientation of the rainfall belt）

图5 2020年8月12日10：00—15：00不同预报时次模拟的最大雷达反射率（单位：dBz）（黑色方框为影响此次暴雨的中尺度对流系统）

Fig.5 Simulated maximum radar reflectivity （Unit： dBz） at different forecasting time from 10：00 to 15：00 on August 12，2020 （The black box represents the mesoscale convective system that influenced the rainstorm）

图6 2020年8月12日11：00（a）、13：00（b）、15：00（c）模拟的850 hPa风场（风矢，单位：m·s-1）及散度（填色，单位：10-4s-1）（黑色方框为强辐合区，椭圆为风场辐合处）

Fig.6 The simulated 850 hPa wind field （wind vectors，Unit： m·s-1） and divergence （the color shaded，Unit： 10-4 s-1） at 11：00 （a），13：00 （b），15：00 （c） on August 12，2020 （The black box indicates the area of strong convergence，and the ellipses represent the convergence point of the wind field）

图7 2020年8月12日10：00—15：00模拟的沿图4（d）中AB线段风矢量（风矢，单位：m·s-1）、垂直速度（填色，单位：m·s-1）和风速（等值线，单位：m·s-1）的垂直剖面（a）10：00，（b）11：00，（c）12：00，（d）13：00，（e）14：00，（f）15：00 （红色方框为低层东风逐渐增强区，紫色方框为低空急流强度脉动区）

Fig.7 The simulated vertical cross sections of wind vectors （wind vectors，Unit： m·s-1），vertical velocity （the color shaded，Unit： m·s-1） and wind velocity （isolines，Unit： m·s-1） along the AB line of the Fig.4（d） from 10：00 to 15：00 on August 12，2020 （a）10：00，（b）11：00，（c）12：00，（d）13：00，（e）14：00，（f）15：00 （The red box indicates the area where the low-level easterly wind is gradually strengthening，and the purple box indicates the intensity pulsation zone of the low-level jet）

图8 2020年8月12日模拟的11：00（a）、13：00（b）、15：00（c）沿图4（d）中AB线段的假相当位温（等值线，单位：K）和散度（填色，单位：10-4s-1）的垂直剖面

Fig.8 The simulated vertical cross sections of potential pseudo-equivalent temperature （isolines，Unit： K） and divergence （the color shaded，Unit： 10-4s-1） along the AB line of the Fig.4（d） at 11：00 （a），13：00 （b），15：00 （c） on August 12，2020

图9 2020年8月12日11：00（a）、13：00（b）、15：00（c）模拟的950 hPa水汽通量散度（填色，单位：10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1）、风场（风矢，单位：m·s-1）、比湿（绿色等值线，单位：g·kg-1）、地形（线段填充区域，单位：m）（黑框为水汽强辐合区）

Fig.9 The simulated water vapour fux divergence （the color shaded，Unit： 10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1），wind field （wind vectors，Unit： m·s-1），specific humidity （green isolines，Unit： g·kg-1） and terrain height （the area filled with line segments，Unit： m） at 950 hPa at 11：00 （a），13：00 （b），15：00 （c） on August 12，2020 （The black box denotes the region of intense water vapor convergence）

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