2021年7月20日，中国河南省郑州市遭遇特大暴雨天气过程，24小时降水量达624.1mm。当地时间17时，201.9mm的小时降水量打破郑州气象站60年历史纪录，造成重大经济损失与人员伤亡。与此同时，西北太平洋台风“烟花”与南海台风“查帕卡”均移动至130°E以西区域，可能对该次暴雨带来远距离影响。充沛的水汽输送是台风远距离暴雨形成的必要关键条件。为此，本研究基于ERA5再分析资料、HYSPLIT轨迹模型和多时间尺度分析方法，着重探究了7月20日远距离台风影响下的郑州极端暴雨的水汽输送多时间尺度特征与贡献。

整层水汽条件分析表明存在两个水汽通道，分别是低层800 hPa以下东风和东南风通道、中层及以上的南风通道（图1）。在800 hPa以下的低层水汽通道中，900 hPa以下东风输送的水汽在郑州上空辐合；而900–800 hPa东南风输送的水汽经郑州上空输送而过。在800 hPa及以上中层水汽通道中，弱水汽辐合在20日晚转为弱辐散，说明当日下午中层水汽无法在郑州上空有效辐合。对20日极端暴雨区低层水汽收支的进一步分析表明，900 hPa以下水汽自东、南边界流入，西、北边界流出郑州上空。20日下午增强的流入与减弱的流出在郑州上空诱发强净水汽流入（图2）。

图1 2021年7月19日20时至7月21日08时（北京时）郑州站（34.43°N，113.39°E）水汽通量（矢量；单位：g s⁻¹ cm⁻¹ hPa⁻¹）与水汽通量散度（填色；单位：×10⁻⁷ g s⁻¹ cm⁻² hPa⁻¹）的时间-高度垂直剖面图。图中黑色垂直线标示7月20日17时（北京时）。

图2 极端降水区域，(a)地面至900 hPa（黑色）、900-800 hPa（红色）及800-500 hPa（蓝色）整层净水汽收支的时间序列（单位：× 10⁵ kg s⁻¹）；(b) 地面至900 hPa四个边界水汽收支的时间序列（单位：× 10⁵ kg s⁻¹）。时间范围为2021年7月19日20时至7月21日08时（北京时）。图中黑色垂直线标示7月20日17时（北京时）时刻。

基于HYSPLIT轨迹模型得到的20日17时的96小时后向轨迹表明，900 hPa以下水汽来自西北太平洋，800 hPa附近水汽来自南海。根据800 hPa以下平均风场，20日的低层水汽由来自西北太平洋台风“烟花”的东南风急流与来自南海台风“查帕卡”的南风气流输送，分别对应低层东南风通道和低层南风通道（图3）。通过多时间尺度分析，我们发现这两支低层通道的水汽输送均以季节内尺度为主。低层东南风通道位于30天以上时间尺度的季风槽的北侧，来自热带西北太平洋台风“烟花”的充沛水汽通过低层东南风通道输送至河南地区，并在郑州上空聚集。低层南风通道沿着河南东部10–20天时间尺度波列中的反气旋环流西侧，该通道中南风气流具有10–20天时间尺度特征，与台湾岛以东及南海海域气旋环流北侧东风相连，将活跃在其中的台风“烟花”和“查帕卡”的水汽输送至河南地区。但是，该通道输送的水汽未在20日下午于郑州上空辐合。因此，作为主要水汽源的台风“烟花”与900 hPa以下30天以上时间尺度的低层东南风气流水汽通道，是7月20日特大暴雨期间水汽输送的主要贡献者（图4）。

图3 (a) 2021年7月20日17时（北京时）的96小时后向轨迹图，展示了郑州站地面以上300米（红色三角线）、700米（蓝色矩形线）和1500米（绿色圆点线）高度气团运动路径，轨迹点时间间隔为6小时。轨迹中较大标记标示北京时08时对应位置。(b) 沿轨迹运动气团的（b）高度（单位：hPa）、（c）比湿（单位：g/kg）、（d）假相当位温（θ_se，单位：K）和（e）水汽通量（单位：g s⁻¹ cm⁻¹ hPa⁻¹)变化曲线。(f-h) 2021年（f）7月19日08时、（g）19日20时和（h）20日08时（北京时）800 hPa以下平均风场（矢量，单位：m/s）与海平面气压场（填色，单位：hPa）叠加三条后向轨迹的综合图示。轨迹中的黑色标记表示气团在当前时刻的位置，（f-h）图中的黑色台风符号标示台风中心位置。

图4 7月17-20日平均的(a) 30天以上时间尺度950 hPa平均水平风场（矢量，单位：m/s）与水汽通量（填色，单位：g s⁻¹ cm⁻¹ hPa），(b) 10-20天时间尺度的800 hPa平均水平风场（矢量，单位：m/s）与水汽通量（填色，单位：g s⁻¹ cm⁻¹ hPa），并叠加三条后向轨迹。带台风符号的黑色线条标示7月17-20日期间台风位置。

相较于已有研究中对台风“烟花”“查帕卡”及水汽通道影响的不确定性讨论，上述研究创新性地运用了台风研究中常用的多时间尺度分析方法，明晰了900 hPa以下东南风和以上南风季节内水汽输送双通道与台风“烟花”单一水汽源的贡献，同时量化了多时间尺度大气环流的作用。此外，多时间尺度水汽输送通道的识别为台风远距离极端暴雨预报提供了新思路，将此类特征纳入数值天气预报模型有望提升对这类极端降水事件发生时间、位置和强度的预测能力。目前相关成果已发表在《Advances in Atmospheric Sciences》上。

论文信息：

Liang, J., Y. H. Liu, and H. Wang 2025: Multi-timescale Water Vapor Transport for an Extraordinary Rainstorm in Zhengzhou, China, Impacted by Remote Tropical Cyclones on 20 July 2021, Adv. Atmos. Sci., 42, 2305-2317. doi: 10.1007/s00376-025-4419-4.