一場“打破次元壁”的雨

沈越婷

2021年7月17—22日，河南省普降暴雨、大暴雨，局地特大暴雨，全省遭遇大范圍極端罕見強降雨。7月19日，河南省內有794個站①出現大暴雨。7月20日8時至21日6時，鄭州、新密、嵩山、滎陽、偃師、鞏義、登封、伊川、孟津、溫縣共10個國家級氣象觀測站日雨量突破有氣象記錄以來歷史極值。

在此次大暴雨之前，鄭州站建站以來的單日降水量極值是189.4毫米（1978年7月2日），而7月20日下了552.5毫米，達原記錄的約3倍。新密建站以來的單日降水量極值是169.4毫米（2005年7月22日），而7月20日下了448.3毫米。

這些數字對于河南來說是什么概念？

我們可以簡單數一數廣東、廣西、海南、福建這些華南沿海省份歷史記錄能夠超過500毫米的站有多少，結果4個省加起來也就14個。此外，沿海城市每年的極值幾乎都在300?400毫米。一個內陸城市的降水量已經達到沿海城市的歷史極值，可以說是一種“打破了次元壁”的極端。

小時雨量打破全國紀錄

7月20日16時至17時，鄭州站1小時雨量201.9毫米，打破中國大陸小時降雨的原歷史紀錄198.5毫米（758特大洪水中河南林州）。一個緯度在北緯35度的內陸城市小時降雨量躍居全國第一，這簡直就是“給拖拉機裝上了風火輪”。

從“重現期”的角度解讀“千年一遇”

我們知道強降雨的特點就是不均勻，實況也是如此。只是一貫的面上小到中雨，部分地區大到暴雨，局地大暴雨，在這一次變成了：河南中北部降雨400?600毫米，部分地區600?800毫米，局地近1000毫米（250毫米以上為特大暴雨）。本次降雨過程中，河南有20個國家站觀測到的數據破歷史紀錄（河南國家站共119個）。

這的確是一場歷史罕見的極端特大暴雨。“千年一遇”這個詞應運而生，但這個詞并不是憑空想象出來的，而是根據現有資料估算出來的，這里有一個概念叫“重現期”。重現期指的是在一定年代的雨量記錄資料統計期間，大于或等于某暴雨強度的降雨出現一次的平均間隔時間。也就是說，根據現有的所有資料，出現一次30毫米的降水的平均時間間隔為0.05年，50毫米為0.15年，100毫米是0.8年……根據這些數據可畫出一條擬合曲線，從而估算出現此次暴雨的重現期在千年以上。需要注意的是，重現期根據現有資料估算，同樣它也會隨著資料的更新而變化，我們也沒有必要過分解讀。

自動觀測站——氣象數據監測的好幫手

自動觀測站也叫區域自動站，是指根據地區需要建設的能夠自動觀測、無需人工干預、定向傳輸探測數據的氣象站。根據觀測要素，觀測站中有只能測雨量的單雨量站，也有可以測溫、壓、濕、風等10多個要素的多要素站。河南省共有2000多個自動氣象站。

國家級氣象觀測站指根據行政區劃設置的觀測站，大致是每個縣都有一個，有的也有多個。國家級氣象站大多設立較早，目前全國有2707個;自動站根據需求設立，大多歷史不長，同時也在不斷更新中，目前全國大約6.7萬個。2018年，在中國氣象局開展的百年臺站認定中，共有433個臺站被認定為百年氣象站（建站歷史在50年以上）。

大暴雨為何形成

7月中旬至8月下旬，副高會到達一年中最北的位置，造成華北和東北的雨季，與此同時也會造成南方雨季。而要形成一場暴雨，光有本地水汽還不夠，還需要源源不斷的水汽供應。一般來說，七八月時華北雨季的水汽主要由副高西北側的西南氣流輸送，比如2018年“7·16”北京特大暴雨就是一次典型的副高異常偏北的特大暴雨過程。

而在河南特大暴雨中，由于臺風“煙花”日益增強，擠壓副高，使副高的位置又站在了一個新的高度。于是，就在副高和臺風“煙花”一起肩并肩、相互擠壓著前進的過程中，副高南側的偏東氣流和“煙花”北側的偏東氣流兩者強強聯合，形成了一條強有力的偏東水汽輸送通道，沿著副高外圍直達中原腹地。與此同時，在整層水汽輸送上我們也清晰地看到一條自南向北的水汽輸送帶，這條主要是來自“查帕卡”和西南季風。因此，此次降水過程中，西南季風、臺風“查帕卡”“煙花”共同給河南地區提供了有力而持久的水汽輸送。

然而，河南地勢西高東低，北有太行山，西有伏牛山，山地走向呈東北西南向。降雨期間，河南受偏東偏南急流持續影響，風向與山地地形夾角大，導致這兩條水汽通道輸送到中原，遇到山地后，出現強烈的輻合抬升，觸發對流。

由于對流反復在伏牛山前地區發展，并在中層偏南氣流的引導下向鄭州方向移動，形成“列車效應”，導致降水持續時間長、累計雨量大、極端特征明顯。