南京大学学报(自然科学版) ›› 2024, Vol. 60 ›› Issue (2): 194–208.doi: 10.13232/j.cnki.jnju.2024.02.002

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模拟启动时间和双台风对“21.7”河南极端暴雨事件的影响研究

张心怡1, 张熠1(), 刘昊炎2, 王其伟1, 王迪3   

  1. 1.中尺度灾害性天气教育部重点实验室，南京大学大气科学学院，南京，210093
    2.自然资源部海洋灾害预报技术重点实验室，河海大学海洋学院，南京，210098
    3.中国气象局河南省农业气象保障与应用技术重点实验室，河南省气象台，郑州，450003
  • 收稿日期:2024-02-01 出版日期:2024-03-30 发布日期:2024-03-29
  • 通讯作者: 张熠 E-mail:yizhang@nju.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(42192555)

Study on the impacts of simulation start time and binary typhoons on the "21.7" Henan extreme rainfall event

Xinyi Zhang1, Yi Zhang1(), Haoyan Liu2, Qiwei Wang1, Di Wang3   

  1. 1.Key Laboratory of Mesoscale Severe Weather of Ministry of Education, and School of Atmospheric Sciences, Nanjing University, Nanjing, 210093, China
    2.Key Laboratory of Marine Hazards Forecasting, Ministry of Natural Resources, College of Oceanography, Hohai University, Nanjing, 210098, China
    3.Henan Key Laboratory of Agrometeorological Support and Applied Technique, China Meteorological Administration, Henan Meteorological Observatory，Zhengzhou, 450003, China
  • Received:2024-02-01 Online:2024-03-30 Published:2024-03-29
  • Contact: Yi Zhang E-mail:yizhang@nju.edu.cn

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PDF (PC)

1592

摘要：

对发生在2021年7月18日至21日的河南极端暴雨事件（“21.7”河南暴雨）进行集合模拟数值试验，旨在探究模拟启动时间以及台风“烟花”和“查帕卡”对此次暴雨事件的影响.不同模拟启动时间的试验组分析表明，在降水峰值发生前24 h启动的一组试验能够最准确地模拟双台风的路径和强度演变特征，其再现了“21.7”河南暴雨中心位置、强度及时间演变特征，这主要是由于该试验很好地再现了低层东南风急流及其动力辐合特征，基于此最优试验移除台风环流后，副热带高压西伸南压且水汽输送路径随之发生调整.通过定量分析降水关键区的整层水汽通量发现，在降水最大峰值出现的时段内，台风“烟花”和“查帕卡”分别削弱了东南风和偏南风的水汽输送，表明台风的存在对降水的影响存在不确定性，某些时段内反而减缓了河南地区的极端降水.

关键词: “21.7”河南暴雨, 水汽输送, 台风“烟花”（2021）, 模拟启动时间

Abstract:

This study utilized the WRF model to conduct ensemble experiments on the Henan record?breaking rainfall event that occurred from July 18th to 21st,2021 ("21.7" Henan rainfall event),aiming to explore the impact of the simulation start time and typhoons "In?fa" and "Cempaka" on this precipitation event. Analysis of different experimental groups with varying simulated initial times showed that the experiment initiated 24 hours before the peak precipitation occurred could most accurately simulate the path and intensity evolution characteristics of the two typhoons,as well as reproduce the center position,intensity,and temporal evolution characteristics of the "21.7" Henan rainfall event. This is mainly because this experiment well reproduced the low?level southeasterly jet and its dynamic convergence characteristics. Based on this optimal experiment,after removing the typhoon circulation,the subtropical high extended westward and southward,with the water vapor transport path adjusting accordingly. Through quantitative analysis of the vertically integrated water vapor transport in the key precipitation area,it was found that during the time period when the maximum peak of precipitation occurred,typhoons "In?fa" and "Cempaka" weakened the water vapor transport of southeasterly and southerly flows,indicating that the existence of the two typhoons had an uncertain impact on precipitation,and in certain periods,they even reduced the extreme precipitation in Henan region.

Key words: "21.7" Henan rainfall event, water vapor transport, typhoon "In?fa" (2021), simulation start time

中图分类号: 

  • P445

图1

(a)模拟试验区域，图中同时放大展示了台风“烟花”和“查帕卡”的路径轨迹，黑色点线为2021年7月18日00时至21日00时观测的台风路径，其他颜色的点线分别对应于CTL不同模式启动时刻的轨迹，相应的最低海平面气压(单位：hPa)演变分别显示在(b)“烟花”和(c)“查帕卡”"

表1

数值模式试验方案"

台风试验组CTL对ERA5数据插值得到初始条件
RM_IN⁃FA同CTL，但移除台风“烟花”
RM_CEM同CTL，但移除台风“查帕卡”
RM_BTC同CTL，但同时移除台风“烟花”和“查帕卡”
模拟启动时间18002021年7月18日00时(UTC)
18062021年7月18日06时(UTC)
18122021年7月18日12时(UTC)
18182021年7月18日18时(UTC)
19002021年7月19日00时(UTC)

图2

2021年7月20日00时至21日00时24 h (a)观测，(b) CTL1800, (c) CTL1806, (d) CTL1900, (e) CTL1818,(f) CTL1812的累积降水量(单位：mm), 黑色矩形框为关键区 (33°~37°N, 111°~115°E)"

图3

(a) 7月20日关键区平均的24 h累积降水量的TS评分（阈值为50 mm），黑色竖线代表观测的24 h累积降水量,(b) 7月19日00时至21日00时观测和模拟的关键区平均小时降水量时间演变(单位：mm)"

图4

2021年7月20日00时至21日00时24 h平均的500 hPa位势高度(588 dagpm等值线)、整层水汽通量矢量(箭头)及其大小(填色，单位：100 kg·(m·s)-1)：(a) ERA5， (b) CTL1900， (c) CTL1800， (d) CTL1818， (e) CTL1806， (f) CTL1812(a) ERA5， (b) CTL1900， (c) CTL1800， (d) CTL1818， (e) CTL1806 and (f) CTL1812"

图5

2021年7月20日00时至21日00时24 h平均的950 hPa散度场(填色，单位：10-5 s-1)、200 hPa散度场(等值线，从4×10-5 s-1起始，每2×10-5 s-1递减)、24 h累积降水量超过200 mm的位置(点), (a)中风羽矢为CTL1900的950 hPa水平风场(全长对应4 m·s-1)，(b~e)中风羽矢为CTL1900与各敏感试验950 hPa水平风场的差异"

图6

2021年7月20日00时至21日00时500 hPa位势高度(等值线，单位：dagpm)、整层水汽通量矢量(箭头)及其大小(填色，单位：100 kg·(m·s)-1)： (a) CTL1900， (b) RM_IN?FA1900， (c) RM_CEM1900， (d) RM_BTC1900(a) CTL1900， (b) RM_IN?FA1900， (c) RM_CEM1900 and (d) RM_BTC1900"

图7

2021年7月20日00时至21日00时24 h累积降水量(单位：mm)：(a) CTL1900，(b) RM_IN?FA1900，(c) RM_CEM1900，(d) RM_BTC1900以及关键区面积平均的小时降水量演变(e)The black boxes in Fig.7a~d represent the key areas for calculating the average evolution of area in (e) and Fig.8."

图8

2021年7月19日06时至21日00时降水关键区四个边界上整层水汽通量及净水汽通量的时间演变(单位：107 kg·s-1)"

图9

2021年7月20日15时至21日00时9 h平均的控制试验与移除台风的敏感性试验的差异：(a) CTL1900?RM_IN?FA1900, (b) CTL1900?RM_CEM1900, (c) CTL1900?RM_BTC1900 500 hPa位势高度(填色，单位：dagpm)和整层水汽通量(箭头，>0.3 kg·(m·s)-1)的差异；(d) CTL1900?RM_IN?FA1900, (e) CTL1900?RM_CEM1900, (f) CTL1900?RM_BTC1900整层水汽通量(箭头，>0.3 kg·(m·s)-1)及其大小(填色，单位：kg·(m·s)-1)的差异The black boxes represent the key region (33°~37°N，111°~115°E) used in Table 2. The dashed and solid lines in (a~c) correspond to the 588 dagpm contour lines in the control experiment and sensitivity experiment,respectively."

表2

2021年7月20日15时至21日00时9 h平均的控制试验与三个敏感性试验在关键区四个边界上整层水汽通量差值 (105 kg·s-1)"

CTL1900⁃RM_IN⁃FA1900CTL1900⁃RM_CEM1900CTL1900⁃RM_BTC1900
东-31.418.3-10.0
南2.3-13.1-17.2
西17.2-8.3-0.9
北12.1-0.415.1
净0.2-3.4-13.8
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