2021 年 7 月 17 日至 22 日，我国河南省郑州、卫辉、新乡、鹤壁等城市遭遇历史罕见特大暴雨，发生严重洪涝灾害，本次事件被命名为“21∙7”河南特大暴雨事件。国内外学者从不同方面对21∙7 特大暴雨进行了观测分析和数值模拟分析，但暴雨往往存在于复杂的环境条件中，同时受到多尺度相互作用，传统的尺度分离诊断分析工具（如Barnes滤波）很难将中小尺度、天气尺度和更大尺度（如副高等）系统严格地分离，且不能进行不同天气系统的相互作用的定量分析。为此，大气科学学院陶丽教授课题组运用Liang and Robinson（2005，2007）提出的多尺度子空间变换（Multiscale Window Transformation, MWT）和基于 MWT 的多尺度能量和涡度分析法（MS-EVA；）定量分析了 21∙7 特大暴雨时间的多尺度相互作用和能量传输过程。

应用梁湘三等（2005；2007）发展的严格的MWT、局地MS-EVA等方法工具，根据FNL再分析资料，我们定量分析了2021年7月郑州大暴雨过程中的多尺度相互作用。研究结果表明，此次暴雨发生在一个 8-64 天尺度的倒槽内，该倒槽可能是台风“烟花”在偏东风气流中激发所得。最突出的特征是西移的台风“烟花”西部有一高压（反气旋），这减缓了“烟花”的西移速度，导致水汽稳定地输送到河南郑州附近，再配合太行山和伏牛山的喇叭口地形抬升作用，造成了这次的持续性大暴雨。在暴雨发生前12 小时和发生期间，存在着从有效位能（APE）到动能（KE）的持续能量转换。在暴雨发生前 12 小时，潜热是有效位能的一个重要来源。在暴雨发生期间，中层的 APE 的降尺度能量级联过程（斜压不稳定）是 APE 的主要来源（图2）。除了浮力转换外，500hPa以上 KE 的降尺度能量级联过程（正压不稳定）是暴雨前 KE 的另一个来源。压力梯度力做功对于 KE 来说可以忽略不计。

该成果目前已在《Atmospheric Research》在线发表。

图1  天气涡旋尺度子空间（<8 天）内，7 月 19 日（左列）和 7 月 20 日（右列），（a，d）200 hPa，（b，e）500 hPa，（c，f）850 hPa 的位势高度（阴影；gpm）和水平风（矢量箭头；m/s）重构场

图2  7月19日12时（左列）和20日00时（右列），区域（34°–35°N, 113°–114°E）平均的暴雨尺度APE（第一行）和KE（第二行）各收支项（m2/s3）的垂直剖面图。图中的APE趋势和KE趋势乘以了10以突出其变化。

论文信息:

Liu J.Y., Tao L.*, Yang Y., 2023. Dynamical analysis of multi-scale interaction during the “21·7” persistent rainstorm in Henan. Atmospheric Research. 292, 106857. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2023.106857.