干旱气象 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (6): 920-930.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-06-0920
收稿日期:2025-03-07
修回日期:2025-08-25
出版日期:2025-12-31
发布日期:2026-01-19
通讯作者:
李荣(1973—),河南南阳人,正高级工程师,主要从事灾害性天气预报预警技术研究。E-mail:lrong_ZZ@163.com。作者简介:崔慧慧(1988—),河南郑州人,高级工程师,主要从事灾害性天气预报预警技术研究。E-mail:huihuismile2008@126.com。
基金资助:
CUI Huihui1,2(
), LI Rong1,2(
), SUN Cunyong1,2
Received:2025-03-07
Revised:2025-08-25
Online:2025-12-31
Published:2026-01-19
摘要:
为深入认识郑州复杂地形下短时强降水的精细特征,基于2013—2022年国家站和区域站逐小时降水数据,常规观测资料以及高精度地理信息数据,分析郑州短时强降水的多时间尺度和空间变化规律,探讨降水强度、发生频次与地形因子的关系;并结合郑州2021年7月(“21·7”)的极端特大暴雨事件,揭示地形对短时强降水触发和增强的热动力机制。结果表明,郑州短时强降水站次呈波动增加趋势,7—8月为高发期,14:00—20:00(北京时,下同)为活跃时段,峰值出现在18:00—20:00,白天山区发生概率显著高于平原;≥20 mm·h?¹的短时强降水主要出现在山区,而≥50 mm·h?¹的极端强降水更易发生在郑州主城区及新密市一带,反映出山区频次高但强度相对偏弱、城区极端性更强的空间分布特征;环流分型显示,弱天气尺度强迫背景下,山区短时强降水站次明显多于平原;地形对短时强降水强度分布影响不显著,但对发生站次有明确影响。“21·7”暴雨过程中,地形辐合线的触发作用以及迎风坡抬升与下垫面热力差异共同导致的对流增强机制较为突出。
中图分类号:
崔慧慧, 李荣, 孙存永. 郑州短时强降水精细时空分布特征及地形影响[J]. 干旱气象, 2025, 43(6): 920-930.
CUI Huihui, LI Rong, SUN Cunyong. Fine-scale spatio-temporal characteristics of short-term heavy precipitation and topographic influences in Zhengzhou[J]. Journal of Arid Meteorology, 2025, 43(6): 920-930.
图2 2013—2022年郑州短时强降水逐年(a)和5—8月逐月(b)发生站次变化
Fig.2 The yearly (a) and monthly (May to August) (b) variations of the number of stations occurring short-term heavy precipitation from 2013 to 2022 in Zhengzhou
| 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 | 2021 | 2022 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5月 | 52.3 | 72.6 | 29.3 | — | 77.8 | 68.6 | 27.7 | — | 39.2 | — |
| 6月 | 61.6 | 92.5 | — | 85.2 | 45.7 | 38.9 | 37.3 | 48.4 | 39.9 | 61.9 |
| 7月 | 121.8* | 60.9 | 41.8 | 79.2* | 58.3 | 84.7* | 64.9 | 56.1 | 201.9* | 103.7* |
| 8月 | 97.6 | 92.5* | 58.1* | 45.9 | 77.9* | 78.9 | 88.2* | 92.4* | 71.4 | 49.6 |
表1 2013—2022年5—8月郑州各月短时强降水最大雨强
Tab.1 Maximums of short-term heavy precipitation intensity from May to August during the period of 2013-2022 in Zhengzhou
| 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 | 2021 | 2022 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5月 | 52.3 | 72.6 | 29.3 | — | 77.8 | 68.6 | 27.7 | — | 39.2 | — |
| 6月 | 61.6 | 92.5 | — | 85.2 | 45.7 | 38.9 | 37.3 | 48.4 | 39.9 | 61.9 |
| 7月 | 121.8* | 60.9 | 41.8 | 79.2* | 58.3 | 84.7* | 64.9 | 56.1 | 201.9* | 103.7* |
| 8月 | 97.6 | 92.5* | 58.1* | 45.9 | 77.9* | 78.9 | 88.2* | 92.4* | 71.4 | 49.6 |
图3 2013—2022年郑州短时强降水逐小时站次和最大雨强变化
Fig.3 Hourly variation of the number of stations occurring short-term heavy precipitation and maximum rainfall intensity from 2013 to 2022 in Zhengzhou
图4 2013—2022年郑州小时雨量≥20 mm(a、c)、≥50 mm(b、d)的短时强降水站次(a、b)和降水强度(c、d)空间分布
Fig.4 Spatial distributions of station numbers (a, b) and precipitation intensity (c, d) for short-term heavy precipitation events with hourly rainfall equal to or greater than 20 mm (a, c) and equal to or greater than 50 mm (b, d) from 2013 to 2022 in Zhengzhou
图5 郑州短时强降水强度(a)、站次(b)与海拔的箱线图 (R代表短时强降水强度;F代表短时强降水站次)
Fig.5 The box plots of short-term heavy precipitation intensity (a), station numbers (b) and altitude in Zhengzhou (The R represents precipitation intensity, F represents the number of stations occurring short-term strong precipitation)
图6 郑州短时强降水的天气学概念模型 (a)副热带高压内部型,(b)高空西北气流型,(c)台风低压型,(d)高空槽型
Fig.6 Meteorological conceptual model of short-term heavy precipitation in Zhengzhou (a) internal type of subtropical high pressure, (b) high-altitude northwest airflow type, (c) typhoon low pressure type, (d) high altitude trough type
|
表2 通过显著性检验的短时强降水个例的影响系数和显著性值(α=0. 05)
Tab. 2 Influence coefficients and significance values for short-term heavy precipitation cases passing the significance test (α=0. 05)
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图7 2021年7月19日08:00(a)和20日08:00(b)925 hPa水平风场(箭矢,单位:m·s-1)及水汽通量(填色,单位:g·cm-1·hPa-1·s-1)分布 (图中●表示郑州)
Fig.7 The 925 hPa horizontal wind field (arrow vectors, Unit: m·s-1) and water vapor flux (the color shaded, Unit: g·cm-1·hPa-1·s-1) at 08:00 July 19 (a) and 08:00 July 20 (b), 2021 (The ● represents the location of Zhengzhou)
图8 2021年7月18日20:00—21日08:00巩义文化站逐小时雨量变化
Fig.8 Variation of hourly precipitation at Gongyi Wenhuazhan Station from 20:00 July 18 to 08:00 July 21, 2021
图9 2021年7月19日08:00郑州地面风场(a)和09:00雷达组合反射率因子(b,填色,单位:dBZ) [图9(a)中红色方框表示中尺度辐合区、图9(b)中红色方框表示山区对流反复触发区]
Fig.9 Surface wind field at 08:00 (a) and composite radar reflectivity at 09:00 (the color shaded, Unit: dBZ) (b) over Zhengzhou on 19 July 2021 (The red rectangle in figure 9 (a) denotes a mesoscale convergence zone, and the red rectangle in figure 9 (b) indicates an area with repeatedly triggered convection over the mountainous region)
图10 2021年7月19日08:30(a)、09:12(b)、10:00(c)郑州雷达组合反射率因子(单位:dBZ) (图中黑框表示嵩山东段迎风坡区)
Fig.10 Radar composite reflectivity (Unit: dBZ) in Zhengzhou at 08:30 (a), 09:12 (b), and 10:00 (c) on 19 July 2021 (The black rectangle indicates the area of the windward slope in the eastern section of the Songshan Mountain)
图11 2021年7月19日08:00郑州地面温度(a)、露点(b)(等值线,单位:℃)与地形高度(填色,单位:m)分布
Fig.11 Distribution of surface temperature (isolines, Unit: °C) (a) and dew point (isolines, Unit: °C) (b)overlaid on topography (the color shaded, Unit: m) in Zhengzhou at 08:00 on 19 July 2021
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