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2012年7月21日北京特大暴雨成因分析

俞小鼎  
【摘要】:2012年7月21日10时至22日02时,北京经历了自1963年8月8—9日极端降水事件以来最强的一次降水过程,导致人民生命和财产重大损失。文章对此次极端降水过程进行了详细分析和探讨,主要结论是:(1)高空低槽伴随地面冷锋东移,在华北遇到副热带高压和山西地形阻挡移动缓慢;另外2012年第8号台风韦森特登陆前,台风低压和副热带高压之间形成强气压梯度,导致通向华北地区的东南风/南风低空急流建立并加强,为华北地区输送了充分的水汽,为北京特大暴雨的发生提供了极为关键的条件。(2)导致北京极端暴雨的中尺度对流系统MCS起源于河套地区低层涡旋的发展。河套地区在7月20日20时左右类似热带气旋形态的α中尺度涡旋的形成有可能与涡旋自组织机制有关,而上述MCS系统是20日20时河套地区类似热带气旋形态的α中尺度涡旋的主要降水部分,该MCS系统从形成到消散历经44小时,其超长的生命史的主要原因包括:(a)其始终具有的明显的正垂直螺旋度(由正的垂直涡度和垂直上升气流组合而成)阻止了其动能向较小尺度串级输送;(b)低层暖湿平流、对流云团云顶辐射降温、下游地区正的对流有效位能这些使对流维持和加强的因素强过由对流垂直混合和非绝热加热等导致的对流消散的因素,或二者处于大致动态平衡的状态;(c)该MCS位于地面冷锋之前的暖区和地面的低压槽内,也始终位于500 hPa低槽前的正涡度平流区,那里盛行天气尺度上升气流。(3)21日北京及周边环境非常有利于大暴雨发生,包括500 hPa明显的正涡度平流、1000~2000 J·kg~(-1)的C APE值、深厚的湿层、强的低空急流、高的地面露点温度和异常大的可降水量。(4)21日08—20时,MCS主轴的走向与太行山和风暴承载层平均风(西南偏南风)大致平行,加上东部副热带高压的阻挡,使得MCS系统移动缓慢。中午之后加强的东南或偏南低空急流在向MCS区域输送大量水汽的同时,低空急流在太行山东坡强迫抬升,使得不断有新的单体在MCS强降水区的西南侧生成,在随后向东北偏北方向的移动过程中加强、维持和最终衰减,向西南方向的后向传播和速度更快向东北向的平流结合导致对流单体反复经过同一区域,形成列车效应,整个MCS系统在西风槽推动下缓慢东移的同时,不断有强回波移入北京地区,导致极端的降水。(5)21日12时以后逐渐增加的深层垂直风切变导致很多小型超级单体形成,其内部的旋转与环境垂直风切变的相互作用导致更强的上升气流、更大的雨强和更长的对流单体生命史,对极端降水事件的形成也起到一定作用。

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