2012年北京“7·21”特大暴雨过程机制分析外文翻译资料

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2012年北京“7·21”特大暴雨过程机制分析

摘要：2012年7月21日在北京发生的一场特大暴雨，是自1961年以来最严重的暴雨。本文在分析降水特征的基础上，还分析了暴雨过程的形成机理。结果表明，当降水过程发生时，500hPa形势为东高西低，中低层水汽输送稳定，700hPa呈强烈的垂直上升运动。物理量场的分布表明各物理量（相对湿度，涡度和散度）都有利于暴雨的形成。然后分析了暴雨雨带分布和雨带运动，以及降水的发生、发展和减弱过程。最后根据环流形势和每层物理量分布，物理量垂直分布以及水汽和急流的分布，总结了“7·21”暴雨模型。

关键词：特大暴雨;机制分析;暴雨模式;中国

北京位于华北平原北部。其西南是太行山，东北是燕山，属于温带大陆性气候。人口密度大，城市道路密集，是中国的政治，经济文化中心，也是全国主要的交通运输中心。2012年7月21日，北京发生了一场特大暴雨。当天，北京气象台连续发出了五次暴雨警报。从21日10：00至22日06：00，全市平均降水量为190.3mm，城区平均降水量为215.0mm，石景山模式口降水量达328.0mm，打破了1951年以来北京最大气象观测记录，几乎全市降水等级都达到了暴雨，大部分地区达到了大暴雨，西南部和东部地区达到了特大暴雨。房山区河北镇降水量达到460.0mm，为500年来首次。部分地区由于暴雨发生洪灾，受灾严重。

北京受灾面积达1.6times;10⁴km^2，受灾人口约为1.9times;10⁶，其中房山区人口为8.0times;10⁵人，共有79人死亡，损失超过1000亿元。

1 降水特征分析

该过程的主要特点是大的降水过程。三个空军机场（机场A，B和C）都达到了大暴雨的等级，其中A甚至达到了特大暴雨。通过比较这三个机场近十年七月份降水极值和1961-2007年七月日降水极值，发现这三个机场2012年的降水过程不仅超越了其近十年七月降水极值，也是历史上最大的月降水极值。

表1 机场A，B和C近十年7月份降水极值以及1961 - 2007年七月日降水极值（mm）

该过程的另一个主要特点是很强的降水强度。表2给出了北京自动站从21日10:00至22日05:00每小时降水特征和对降水最大值的分析。可以从表2总结出四个特征。首先,降水带的整体趋势是从西向东南方向移动。其次,特大暴雨的站点主要集中在北京的西北、西南和东南地区。第三,整个北京市区的降水是从21日13:00到22日04:00。第四,降雨强度大,在14:00-21:00 6小时内达到了暴雨等级。

表2 21日10：00到22日05：00北京自动站每小时降水特征的最大极值

2 500hPa环流形势和物理量分析

2.1 500 hPa冷涡,槽线和副热带高压分析

研究表明,影响华北地区暴雨的天气系统包括高层的槽、蒙古高原低涡、西南涡、中国华北地区西北低涡、黄河气旋、冷锋和西风急流。夏季中期500hPa天气图上有利于我国华北地区暴雨的主要天气形势为东高西低。

图1给出了19日到21日08：00的500hPa环流形势的演变。从19日08：00至20日08：00，冷涡和槽线稳定在贝加尔湖附近并且移动很小。从20日08：00至21日08：00，冷涡缓慢地向东移动，槽线明显转为垂直，但是向东移动速度仍然很慢，使北京西部地区的辐合明显加强。从19日08：00至21日08：00，日本东北海表面的强冷涡移动缓慢，对西边的系统向东移动起阻断作用。从19日08：00至21日08：00，副高西北侧缓慢西伸北抬，并不断加强。可以明显看到，21日08：00北京处于从蒙古高原到河套地区西部缓慢移动的冷涡槽前，和不断西伸北抬、加强的副高西北部。这是一个很稳定的东高西低的形势。北京处于一个不断加强的辐合过程中，这次辐合过程有利于21日特大暴雨的发生。

图1 500hPa环流形势演变（黑色，绿色和蓝色实线分别代表19日，20日和21日08：00的等值线。棕色折线，虚线和实线分别代表了19日，20日和21日08：00的槽线位置。）

2.2 500hPa风场和相对湿度分析

图2给出了19日至21日08：00500hPa风场和相对湿度分布。能明显看到，19日08：00北京南部500hPa风向还是混乱的，风速在2-6m/s甚至更小。在20日08：00，北京南部500hPa风向转变为一致的西南风，并且风速开始增大（4-10m/s）。在21日08：00，北京南部500hPa上为一致的西南风，并且风速增大到6-18m/s。从图二看，大气中的水汽主要是来自于孟加拉湾。相对湿度的大值区有一个明显的向东移动和北抬过程，并在21日08：00到达北京，并带来了充足的温度和湿度条件。

图2 19日（a），20日（b）和21日（c）500hPa风场和相对湿度

3 700-850hPa物理量分析

3.1 700hPa垂直速度分析

暴雨发生的一个重要机制是700hPa上强烈的上升运动。用T511上700hPa每6小时（21日11：00，17：00，23：00和22日05：00）垂直速度预测图来进行分析（图3）。在21日11：00，北京处于弱的上升运动区，在河套地区东部有一个强的上升运动区，中心值达到-1.2Pa/s.在17：00，强上升运动区移动到了北京的西北部，中心值达到-2.6Pa/s。在23：00，强上升运动区继续向东北方向移动，并且中心值达到-3.8Pa/s，强中心区略微偏北。22日05:00,强上升运动区离开了北京。可以明显看到，700hPa上垂直上升运动的移动和强度基本上与雨带和降水量保持一致。

图3 21日11：00（a），17：00（b）和23：00（c）以及22日05：00（d）700hPa风速（单位：x10^-1Pa/s）

3.2 700hPa和850hPa风场和相对湿度分析

700和850hPa风场的相对湿度的变化与500hPa十分接近。从19日08：00至21日08：00，风速从2-4m/s增大到6-10m/s，相对湿度的大值区也向东移动和向北抬升。上述分析表明，从850到500hPa有着源源不断的水汽输送，这也是造成特大暴雨的另一个很重要的因素。

4 物理量诊断分析

为了分析暴雨的形成机制，用机场A为例，用21日08：00的T511分析和预测数据，对从21日08：00到22日05：00每3小时850，700，500，300和200hPa上的相对湿度，涡度和散度进行分析。

图4展示了相对湿度的演变情况。除了08：00到11：00的700hPa相对湿度，各层和各时段的相对湿度基本都超过了80%。从14：00开始，各层相对湿度达到了90%,有时接近100%。这说明大气中相对湿度非常大，高湿度值层很深厚，这是暴雨发生的必要条件。

图4 机场A从21日08：00到22日05：00各层每小时相对湿度变化

图5展示了涡度的演变情况，有三个特征。首先，在200和300hPa，北京在脊后，并且槽在北京后方很远的地方。涡度为负，并且数值变化不大。第二，在17：00之前，涡度从低层到高层没有明显的变化。在17：00之后，500hPa涡度明显提升，这与17：00到20：00北京强下沉运动相一致。以北京紫竹院自动站为例，17：00到18：00，18：00到19：00和19：00到20：00降水量分别为29.7（大雨），51.9（暴雨）和28.5（大雨）mm。第三，850和700hPa涡度在23：00之后有一个提升的阶段，这时底层的冷涡接近北京，且地面的冷锋向北京移动。地面风向突然从南转向北，因此降水量突然降低。

图5 机场A从21日08：00到22日05：00各层每小时涡度变化

图6展

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