• 科研進展

    AAS: 鄭州“21.7”極端暴雨降水效率研究

      2021年7月17-23日,河南遭遇了歷史罕見的特大暴雨。鄭州大部分地區累計雨量超過400mm,局部地區超過600mm。尤其是在7月20日16-17時,鄭州國家氣象站測得201.9mm的小時極端雨強,打破了中國大陸小時降雨量記錄。在國家自然科學基金等項目的資助下,中國科學院大氣物理研究所平凡研究員及合作者緊密合作,利用WRF數值模式,模擬和再現此次極端暴雨過程,并從降水效率角度分析了極端雨強形成的原因。該研究對于理解極端降水發生機理,揭示極端雨強形成中的高降水效率轉化具有重要的學術價值。Advances in Atmospheric Sciences 在線發表了這項研究。

      1. 大尺度降水效率和云微物理降水效率

      實際大氣中的降水主要由兩個過程組成:首先是大尺度水汽輸送、輻合到凝、凍結產生云;其次是由云產生降水。針對這兩個過程,學者提出了大尺度降水效率(LSPE)和云微物理降水效率(CMPE)的概念,分別定義為地面降水率與地面蒸發和輻合的水汽總量之比,以及地面降水率與水汽凝結率和凝華率之和的比。降水效率將地面降水、云微物理過程以及大尺度水汽輻合連接在一起,是研究降水過程的一個重要的物理參數。下圖是風暴不同發展階段降水效率演變的示意圖。

    降水效率(E)隨著風暴演變而變化的示意圖(圖片來源:Patrick和Allen 2003年發表在Weather and Forecasting上的文章Precipitation Efficiency of Warm-Season Midwestern Mesoscale Convective Systems)

      2.“21.7”鄭州極端暴雨的降水效率

      中國科學院大氣物理研究所平凡研究員團隊及合作者發現,受臺風煙花和副高影響,強勁的低空東南氣流將大量水汽源源不斷輸送至河南地區,同時臺風查帕卡的偏南氣流也向河南輸送水汽,兩股水汽輸送通道受太行山和伏牛山的阻擋,在鄭州形成強烈的水汽輻合中心,這是導致鄭州暴雨LSPE較大的原因。在云微物理過程方面,強降水階段水汽主要轉化成云水和冰相粒子,并通過雨水收集云水和霰融化轉化成雨水。同時鄭州對流層中高層存在干冷空氣侵入,干侵入導致對流層頂的高位渦區下傳,使降水區對流不穩定性增強,同時干冷空氣侵入導致水汽過飽和凝結,雨水收集云水效率提高,促進了極端雨強的發生。

    “21.7”鄭州暴雨極端雨強發生前(a)和發生時(b)概念模型(圖片來源:作者提供) 

      在未來工作中,可以考慮利用更多、更精細的觀測資料進行分析,比如通過偏振雷達觀測反演和診斷極端降水過程中水凝物分布和關鍵云微物理過程。同時需要研究更多的極端降水個例,驗證本研究得出的結論。 

      參考文獻:

      Yin, L., F. Ping, J. H. Mao, and S. G. Jin, 2022: Analysis on precipitation efficiency of the “21.7 ” Henan extremely heavy rainfall event. Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-022-2054-x Or http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/article/doi/10.1007/s00376-022-2054-x

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    怎么把水吸出来
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