2024年7月15-16日河南省特大暴雨成因分析

II绪论研究意义从全球范围来看，气候变暖背景下极端降水事件的频率和强度持续上升（IPCC,2021；Wuetal.,2023）。特大暴雨常引发严重灾害，导致河流湖泊水位暴涨、洪水泛滥，冲毁房屋、道路与农田等基础设施，严重威胁人民生命财产安全。在城市中易造成内涝，交通瘫痪，地下设施被淹；山区则易导致山体滑坡和泥石流。因此，深入研究特大暴雨的形成机制与演变规律，对于完善气象模型、提升预报能力、加强防灾减灾有重要意义。2024年7月15日至16日，河南省遭遇一场罕见的特大暴雨过程，降水范围覆盖豫南、豫中至豫北多个地区，部分地区降水远超常年同期，引发城市内涝、河流决堤和滑坡等灾害，威胁居民安全，造成重大经济损失。其中南阳东北部、漯河、周口北部等地尤为严重，降水强度已达极端水平。河南省位于中国中部过渡地带，兼具暖温带与北亚热带气候特征，地势西高东低，山地与平原交错，地理与地形复杂多样，是我国暴雨灾害高发区域。“75·8”暴雨与“21·7”郑州暴雨等事件均造成巨大损失，导致了严重的人员伤亡以及财产损失（丁一汇等，1978；姚秀萍和李若莹，2023；张霞等，2021），且具有降水强度高、预报难度大等特点（谷秀杰等，2024；苏爱芳等，2021；杨浩等，2022）。已有研究表明，河南暴雨的形成机制复杂，常受到大气环流、水汽输送、动力结构与地形等多因素综合影响（张霞等，2021；姚秀萍和李若莹，2023；丁一汇，2015；丁一汇等，1978；汪小康等，2022）。尽管相关研究已取得诸多成果，但不同年份和区域暴雨过程的成因仍存在差异，需进一步探讨。2024年此次特大暴雨为研究河南地区极端降水机制提供了新的典型案例，有助于深化理论理解，完善区域暴雨成因模型，并为未来极端天气监测与预警提供更有力的科学支撑。国内外研究现状暴雨作为一种严重的气象灾害，其形成机制一直是大气科学领域的重要研究方向。国内外众多学者从不同角度对河南及其他地区的暴雨过程开展了大量研究，取得了丰硕成果，为理解2024年7月15-16日河南省特大暴雨的成因奠定了理论基础。关于暴雨形成的综合机制，丁一汇等（1978）指出，“75·8”河南特大暴雨是多尺度天气系统共同作用的结果，低空急流为暴雨区输送大量水汽，地形对水汽的抬升与辐合作用显著。胡燕平等（2009）对2008年河南黄淮暴雨的研究表明，水汽由500hPa槽前西南气流引导，西南涡沿切变线移动，弱冷空气触发不稳定能量释放。“21·7”河南极端强降水中，南亚高压东伸、副热带高压异常偏北偏强，配合地形与动力条件，促进暴雨的产生（张霞等，2021；张智煜等，2024）。姚秀萍等（2024）对“23·7”华北极端降水研究表明，副热带高空急流、西太平洋副高异常偏北，以及台风残余环流和低空急流的共同作用，引发强降水的发生。这些研究为研究复杂天气系统下的暴雨的成因提供了思路。在环流背景方面，副热带高压异常活动和行星尺度扰动促进暴雨的生成。丁一汇等（1978）指出，大尺度环流的变化会促使副热带高压与其他天气系统相互作用，激发中小尺度系统，引发极端降水。“21·7”事件中，南亚高压东伸与副高北抬异常显著，为水汽输送和系统维持提供背景条件（张霞等，2021；杨浩等，2022），同时台风和中β尺度对流涡旋亦发挥重要作用（Zhangetal.,2023）。在2023年7月的华北暴雨过程中也出现了相似的环流形势（姚秀萍等，2024；Baoetal.,2024）。副高异常也被认为是“7·15-7·16”铜川暴雨形成的关键（倪闻等，2024）。在水汽输送方面，其输送的路径和水汽含量是暴雨过程发生的基础。孙力等（2016）研究表明，东北地区暴雨过程中存在三支主要水汽通道，水汽来源与暴雨类型密切相关。“21·7”事件中，水汽主要来源于西太平洋和南海，台风与热带低压共同构建三条输送通道（李哲等，2024；Wuetal.,2024），并且在切变线、低涡等系统的作用下，水汽强烈辐合（汪小康等，2022）。在“21·7”暴雨中，水汽则由“杜苏芮”残余环流和“卡努”输送至华北（姚秀萍等，2024），水汽通道配置会影响暴雨强度和持续时间。在动力和热力条件方面，垂直上升运动运动和热力条件促使降水生成。丁一汇等（1978）指出，“75·8”暴雨期间，暴雨区低层辐合、高层辐散，上升运动强而深厚，有利于中小尺度系统发展。“21·7”暴雨中也存在高层辐散、低层辐合配置，形成持续的上升运动（张芳华，2024；冉令坤等，2021；Weietal.,2023；Yinetal.,2021）。此外，副高西伸与弱冷空气入侵共同引发低空急流与低涡，增强对流层低层辐合，形成强上升运动（孔期等，2022）。在地形方面，山地地形会抬升气流并使水汽汇聚。王丛梅等（2017）指出，太行山地形会增强气流辐合和垂直风切变，利于短时强降水的发生。在“75·8”暴雨中，河南西部山地对偏东气流产生显著抬升与辐合效应，促使山前区域水汽聚集并增强降水（丁一汇等，1978；丁一汇，2015）。在“21·7”暴雨中，由于地形的抬升作用，在太行山与伏牛山东侧是强降水集中区（张霞等，2021）。在研究方法方面，主要学者们通过降水、风场等数据，分析暴雨过程中的时空分布（胡燕平等，2009；汪小康等，2022），使用天气形势、水汽、垂直速度等多种数据对降水成因进行分析。李哲等（2024）使用WRF模式分析暴雨过程的系统演变和地形、水汽等条件。此外，诊断分析方法用于分析暴雨形成过程中的动力和热力特征，了解暴雨过程中的物理机制（张霞等，2021；胡燕平等，2009）。综上所述，国内外学者已从环流背景、水汽输送、动力结构、地形作用及方法手段等多方面对河南及周边区域暴雨过程进行了较深入研究（丁一汇，2019；罗亚丽等，2020）。上述研究成果为深入探讨2024年7月河南特大暴雨的成因提供了坚实理论支撑，也为揭示该事件的特殊机制与科学规律奠定了基础。研究内容学者们在研究河南地区暴雨成因方面取得了丰硕成果。然而，暴雨形成机制极为复杂，对于不同年份、不同区域的暴雨过程，各因素的具体作用及其相互关系仍需进一步研究。对于此次2024年7月15-16日河南省尤其是南阳市和漯河市的特大暴雨成因研究较少，因此本研究旨在研究此次特大暴雨的形成机制以及发展条件。根据以上思路，本研究的主要内容包括以下几个方面：1）本次暴雨过程：（1）暴雨过程概述：简要论述本次暴雨过程，包括降雨量、影响范围、河流洪水情况以及洪涝灾害的具体影响等。（2）暴雨极端性分析：分析此次暴雨的累计降水量、降水强度、持续时间等方面，评估其此次暴雨的严重程度。2）本次暴雨成因分析：（1）大气环流背景：分析暴雨期间500hPa、200hPa等不同高度层的位势高度场、风场等气象要素，研究副热带高压、高空槽等系统的位置、强度和移动路径，确定其异常特征，探讨副热带高压西伸北抬以及与高空槽相互作用对暴雨区域环流的影响，明确其为暴雨形成提供的动力条件。（2）水汽输送条件：通过水汽通量值，结合风场，观测不同高度层的水汽通道，确定水汽的来源地，分析水汽输送的路径和强度，以及水汽的辐合辐散。（3）动力、热力条件：通过涡度、散度、垂直速度等参数，分析暴雨区域的垂直运动特征，确定上升运动和下沉运动的分布和强度，研究高低空辐散辐合的配置情况，以及对流有效位能等热力条件的影响。（4）地形条件：南阳处于南阳盆地，其地形四周高、中间低，周围山脉环绕，漯河等地位于山脉的东北侧平原地区，利用地形数据，结合降水数据、垂直速度和水汽数据，分析山脉走向、地形起伏等对气流运动的影响，分析地形对暴雨强度和分布的影响。数据与方法数据美国国家航天局（NASA）全球降水测量计划（GPM）数据本研究选用美国国家航空航天局（NASA）全球降水测量计划（GPM）的IMERG系列最终运行产品（IMERG-F）作为降水数据来源。空间分辨率约为0.1°×0.1°，每30分钟更新一次，该产品充分利用GPM平台上所有卫星传感器提供的数据，包括主被动微波传感器和各类红外数据传感器等。这种高精度的降水数据对于本研究中降水过程的准确分析和相关机制的探讨提供了坚实的数据基础，能够有效提升研究结果的准确性和科学性（/data/directory）。风云四号B星卫星天气数据真彩色合成图本文使用风云四号B卫星（FY-4B）AGRI获取的可见光波段数据合成的真彩色合成图，空间分辨率约为500m-1km，每15分钟更新一次。能够获得丰富的气象信息，如云图、降水估计、大气运动矢量等，这些数据对于研究暴雨过程中的云系发展、降水分布以及大气环流形势具有重要意义（/nsmc/cn/home/index.html）。ECMWF-ERA5再分析数据集本研究中使用了ERA5再分析数据，该数据集是欧洲中期天气预报中心（ECMWF）哥白尼气候变化服务（C3S）的产品，提供了全球范围内高时空分辨率的大气、陆地和海洋气候变量信息。ERA5数据水平分辨率为0.25°×0.25°，垂直分辨率为1000hPa~1hPa共37层，每小时更新一次，覆盖了从1950年至今的时间范围，是研究暴雨等极端天气事件的重要数据来源。本文主要使用的是逐小时的经向和纬向风场、比湿、位势高度、垂直速度等资料用于分析此次暴雨的成因（https://cds.climate.copernicus.eu/datasets）。方法物理量诊断分析美国国家航空航天局全球降水测量计划的降水数据，研究降水的空间分布和时间分布。基于ERA5再分析数据，选取相对湿度、相对涡度等关键物理量进行诊断分析。通过对相对湿度场和水汽通量散度的分析，探究水汽在空间上的分布与输送特征，明确水汽输送通道及其对暴雨区域的水汽供应条件。同时借助相对涡度及垂直速度的计算与分析，从动力和热力角度阐释其对暴雨形成和发展的影响机制，以深入理解动力条件在此次暴雨天气过程中的作用。通过地形数据结合降水区域的分析，研究地形因素对本次暴雨事件的影响。卫星云图分析运用风云四号卫星天气应用平台所提供的云图，对此次暴雨过程进行分析。通过对云图的逐时监测，详细记录云系的生消演变、空间分布特征以及移动趋势，进而明确与暴雨相关的云系结构和发展过程。分析大气的运动轨迹和速度场，揭示降水区域的分布规律及其与大气运动的内在联系，全面剖析此次暴雨过程中的云系发展和降水分布特征。大气环流形势分析为剖析7月15-16日暴雨天气过程的环流形势，本研究分别绘制200hPa、500hPa和850hPa等关键等压面的位势高度场和风场。通过对这些高度场和风场的分析，深入分析副热带高压的位置、强度，切变线的空间分布与特征，以及高空槽的移动路径、强度变化等关键要素，以此全面揭示此次暴雨天气过程的环流形势背景。本次暴雨过程研究表明，“七下八上”（7月16日—8月15日）时期，西太平洋副热带高压稳定维持，热带地区台风活动频繁发生，是华北地区全年最容易发生强降水的时段（姚秀萍和李若莹，2023）。1975年“75・8”和2021年“21・7”河南极端强降水均发生在该时期，而此次河南省发生的强降水也同样发生在该时期。暴雨过程概述2024年7月15日至16日，南阳东北部、漯河、周口北部、许昌南部出现特大暴雨，两日累计最大降水量在漯河市郾城区达438.8mm，并且南阳东北部、漯河市、周口市等多地的两日累计降水量均达到320mm以上（图1）。根据降水的主要区域，将降水区分为图1所示的区域1和区域2，其中区域1为南阳东部地区，区域2为以漯河市为主要降水中心的区域。根据每12h的累计降水量变化，分析降水区域的演变规律：对于区域1，降水时段主要集中在15日，特别是15日12点至16日00时，12时累计降水量在160mm以上（图2a、b）；对于区域2，降水持续时间较长且范围较大，降水时段主要为15日00时至16日12时，其中漯河市有小部分区域在15日00时至12时的累计降水量达到160mm以上（图2a、b、c）。在16日12时以后两区域降水均明显减小，主要降水区域移至河南省的东部，但漯河市中心仍存在降水量在120mm以上的较大降水（图2d）。因此区域1的短时降水的极端性较强，而区域2的两日累计降水量更大。2024年7月15日至16日两日全省累计降水量（单位：mm）的空间分布（区域1：112.6~113.7°E，32.6~33.3°N；区域2：113.5~115.4°E，33.2~34.0°N）每12小时累计降水量（单位：mm）的空间分布：(a)7月15日00时-15日12时；(b)7月15日12时-16日00时；(c)7月16日00时-16日12时；(d)7月16日12时-17日00时通过研究两区域平均降水量的逐小时变化（图3），详细探究本次暴雨过程的时间变化。对于7月15-16日，区域1的一小时区域平均降水量大值区在15日15时至16日00时，降水量最大值在15日18时，达到22mm（图4a）；区域2一小时区域平均降水量极大值在15日00时和23时，分别达到20mm和19mm（图4b），并且其降水相对较为持续，因此累计降水量较大。同时结合两市逐小时平均降水量的变化，可知降水大多集中在下午至夜间。2024年7月14日16时至17日00时区域平均降水量（单位：mm）的逐小时变化:区域1（112.6~113.7°E，32.6~33.3°N）；(b)区域2（113.5~115.4°E，33.2~34.0°N）根据风云四号B星观测得到的卫星云图，分析其云系变化。7月14日云团在青藏高原上空的南亚高压和副热带高压的控制下，向河南南阳地区汇聚（图4a），并在14日夜间形成较厚的云团，根据卫星云图（图4e、b），15日至16日南阳市和漯河市等地附近均存在较厚的云团，影响着河南中部和南部地区，雨带呈西南-东北走向。15日夜间，云团集中于漯河市及其东侧（图4c），由于夜间低空急流迅猛，在16日01时以后有一明显云团存在于南阳社旗县上空，并逐渐扩大范围（图4d），在04时以后开始向周围扩散，不再集中于河南南阳社旗县附近，但云层仍较为深厚。16日夜间和17日白天云层厚度较前两日减小（图4f、g），降水仍在持续，降水强度有所减小，17日白天在商丘市永城市及其东部上空的云团更密集。在17日夜间（图4h），云团密集区向远离河南省的东北方向移动，降水极端性有所缓解。2024年7月风云四号B星云图（蓝色区域为河南省，来自国家卫星气象中心风云四号卫星天气应用平台）：(a)14日20时；(b)15日08时；(c)15日20时；(d)16日02时；(e)16日08时；(f)16日20时；(g)17日08时；(h)17日20时暴雨极端性分析12小时内降雨量大于或等于140mm的降水为特大暴雨等级，对于7月15-16日发生的降水过程，南阳东部在15日12时至16日00时的12小时降水量在160mm以上（图2b），而漯河市以及附近地区在15日00时至16日12时的每12小时的累计降水量均存在部分地区在140mm以上（图2a、b、c），均达到了特大暴雨等级，对各地影响严重。另外据中国天气消息：由于夜间低空急流增强，导致夜雨对流性突出、强度大，最大小时降水量也出现在大冯营，高达148.3mm（16日1时至2时），根据图4d中7月16日02时的卫星云图可以看出，有一明显云团在河南省南阳市社旗县上空汇聚，云系范围广且浓密，表明水汽含量高，为降水提供了充足的物质基础。同时观测云图动态发现，深厚浓密云系逆时针旋转汇聚，出现气旋性环流，意味着存在较强垂直上升运动，有利于此次夜间特大暴雨的形成。据报道，受降雨影响，洪河、唐河出现超保洪水，汝河、洪汝河、颍河出现超警洪水，丹江、白河、淮干、沙河、澧河、汾泉河、贾鲁河出现涨水过程。受持续强降雨影响，7月15日，河南省南阳市宛城区官庄镇周边忽桥村、何上寨村、李营村、苏埠口村发生洪涝灾害，房屋被淹、道路受阻、电力中断、群众被困。其中南阳社旗县大冯营镇受灾最为严重，多地路段积水严重，城区出现内涝。据不完全统计，暴雨导致南阳多地受灾，部分农田被淹，农作物受损严重。此外，受降雨影响，唐河上游再次形成洪水，唐河、唐白河将遭遇1975年以来的最大洪峰。成因分析大气环流背景分析暴雨期间200hPa、500hPa、850hPa等不同高度层的位势高度场、风场等气象要素。研究发现，副热带高压在此次暴雨过程中起到了重要作用，其位置和强度的异常变化影响了水汽的输送和环流形势。与“21・7”河南极端强降水过程中副热带高压异常偏强偏北类似（张霞等，2021），此次暴雨期间副热带高压也对降水地区产生影响，引导水汽稳定输送至河南地区。图5a、b为7月15日08时和16日08时在200hPa高度层的环流形势场，15日08时在我国东北部出现高压中心，在朝鲜出现低压中心。在16日08时，高低压中心东移，分别移至我国黑龙江省东侧和朝鲜东侧海域。在青藏高原上空存在南亚高压，其位置变化较小。同时南阳市和漯河市等地处于高空辐散区域对应的下方，并且受南亚高压的影响，高空辐散场为中低空系统的发展提供有利的抽吸作用，使得中低空上升运动得以维持和加强，从而为降水提供垂直运动条件。图5c、d为500hPa的环流形势场，在15日08时，南阳和漯河等地位于槽附近，在16日08时槽东移，南阳位于高空槽后，受西北气流影响，漯河市仍位于槽附近。西太平洋副热带高压在河南省南部地区摆动，且距离南阳市较近，15日08时在南阳市东北部附近，16日08时在南阳市南部。副热带高压的位置与强度，决定了暖湿气流的北上路径，西南气流能够持续不断地把南方的暖湿水汽向内陆输送，并受副高影响，风向转为由偏西气流，向南阳、漯河等地输送水汽，增强河南南部的水汽供应。图5e、f为850hPa的环流形势场，南阳、漯河等地在15日和16日均处于较强的南西南暖湿气流控制，暖湿气流携带大量水汽从西南方向到达南阳和漯河等地，同时在15日08时，可以看出漯河等地主要受低空急流影响，风速为12-15m/s，在16日08时，风速达到15m/s以上。同时东南气流由海上到达陆地之后，受25°N附近切变线的影响，风向转变为西南，从而向河南各地提供充足的水汽。此外在15日08时，切变线在35°N附近，16日08时切变线北移至47°附近，均距离河南较近，切变线附近气流辐合，有利于水汽汇聚。2024年7月15日08时（a、c、e）和7月16日08时（b、d、f）在各高度层上的风场（蓝色箭头，单位：m/s）和位势高度场（黑色等值线，单位：gpm）的空间分布（河南省界为红色，副热带高压用红色表示，850hPa低空急流用填色表示，槽线为棕色）：(a)200hPa；(b)500hPa；(c)850hPa；(d)200hPa；(e)500hPa；(f)850hPa综合来看，7月15日至16日，河南南部地区降水系统的维持与加强受多尺度环流影响：200hPa河南主要受南亚高压控制，高空辐散抽吸作用促进垂直上升运动；500hPa西太副高摆动引导西南暖湿气流持续输送水汽，同时受高空槽的影响；850hPa强南西南暖湿气流与低空急流（>15m/s）结合，配合切变线引发气流辐合，共同为河南南部提供充足水汽和动力条件，导致降水加剧。水汽输送条件研究表明，水汽在暴雨形成过程中起着关键作用，其来源和输送路径对暴雨的强度和持续时间有重要影响（孙力等，2016；汪小康等，2022）。河南省2024年7月15-16日各时刻的整层可降水量的最大值中心均在在漯河市附近（图6），即大气中水汽含量充足，降水潜力较大，其与有利的环流形势相互配合，维持水汽的供应和上升运动的持续，促进降水的生成。对于漯河市，其整层可降水量在15日00时最强（图6a），从而产生15日凌晨的降水，之后整层可降水量减小，又于15日20时达到较大水平（图6b），促进15日夜间和16日凌晨的降水，在16日02时，可降水量的范围扩大，但数值有所减小（图6c），在16日下午减小到更低水平，16日17时整层可降水量数值降低到0附近（图6d）。整层可降水量（单位：kg/m2）的空间分布(a)7月15日00时；(b)7月15日20时；(c)7月16日02时；(d)7月16日17时根据水汽通量的大小和方向可以判断水汽的来源。在850hPa高度层，根据水汽通量的分布可知，河南省的水汽主要来源于南海，水汽通道从南海出发，经过广东、广州、湖南、湖北等地到达河南。并且在河南南侧的水汽通量较强，水汽的运输较为充沛，为本次降水提供物质基础。在7月14日20时，南阳、漯河等地均有水汽辐合，其中南阳市水汽辐合更为明显（图7a），对应其15日的极端降水；在15日18时，南阳市和漯河市均有较强的辐合区（图7b），对应15日夜间至16日凌晨的极端降水；而15日21时，南阳市水汽辐散，漯河市附近水汽辐合（图7c），对应区域1降水减小，而区域2降水增大（图3）；在16日16时，南阳市和漯河市存在水汽辐合（图7d），对应16日夜间的降水。850hPa水汽通量散度（填色，单位：10-6kg·m-2·hPa-1·s-1）和水汽通量（黑色箭头，单位：kg·m-1·hPa-1·s-1）的空间分布：(a)7月14日20时；(b)7月15日18时；(c)7月15日21时；(d)7月16日16时根据图1中降水区域1和区域2的范围，分别选取区域的纬度范围的中间值33°N和33.6°N，沿纬度方向进行绘制剖面图（图8）。在15日02时和17时，区域1的降水均较强（图3a），比湿大值区较为深厚（图8a、b），即水汽含量较高，其中15日17时的比湿更深厚，从1000hPa延伸至850hPa（图8b），对应的降水量更大。同样，对于区域2，在15日02时和21时，对应降水也较大（图3b），并且对于15日21时，低层的比湿更大，且更为集中于主要降水区域。在7月16日，湿层厚度均开始减弱，后续降水减小。沿33°N（a、b）、33.6°N（c、d）方向的比湿（单位：g/kg）的垂直分布（黑色虚线之间区域为区域1:112.6~113.7°E和区域2：113.5°E~115.4°E）(a)7月15日02时；(b)7月15日17时；(c)7月15日02时；(d)7月15日21时漯河和南阳地区的水汽供应十分充足，为暴雨的形成提供了充沛的水汽条件。可以说，水汽的来源和输送路径的共同作用，决定了此次暴雨的强度和持续时间。动力、热力条件动力条件和热力条件是触发和维持暴雨的重要因素（姚秀萍和李若莹，2023；张霞等，2021；Yao，etal，2023）。极端强降水过程与对流层高层强辐散、低层强辐合密切相关，其增强和维持与上层动能密切相关，且上升运动将水汽抬升形成深厚湿层并长时间辐合，利于强降水维持形成特大暴雨。热力条件则通过影响大气不稳定度决定对流发展程度，还能促使水汽蒸发与凝结，热量充足能增加水汽含量，水汽上升冷却凝结形成降水。图9为2024年7月15-16日相对涡度在200hPa和850hPa高度层上的分布，可以看出，在各主要降水时刻，降水区均存在高层辐散、低层辐合的配置，深厚层次中有强上升运动，为中小尺度系统发展提供了有利触发机制，促进上升运动的发生，再结合充足的水汽条件，这种动力条件使水汽不断抬升、冷却，最终成云致雨，并且这种高低空辐合辐散配置的持续，促进了水汽的垂直输送，有利于降水持续和增强。在7月15日01时，在对流层低层南阳市、漯河市等地区处于相对涡度辐合区，其中漯河市及其周围地区位于相对涡度值的极大值区，相应在对流层高层也有明显辐散（图9a、d）。在15日20时，南阳市和漯河市北部均存在明显的低层涡度辐合和高层涡度辐散，其中南阳市的影响区域更大，其在15日夜间的降水也更强。在16日03时，两市均存在有利的涡度配置，但相对涡度的极端性有所减弱，相对涡度极大值区东移至河南东侧。在200hPa（a、b、c）和850hPa（d、e、f）高度层相对涡度（单位：10-5s-1）的空间分布：(a)15日01时；(b)15日20时；(c)16日03时；(d)15日01时；(e)15日20时；(f)16日03时根据主要降水中心的经纬度，与比湿剖面图类似，分别绘制了过33°N和33.6°N的垂直速度剖面图。对于区域1（图10），在7月15日04时，112°E到114°E上空均有上升运动，主要为唐河县、新野县附近，上升运动较强区由700hPa延伸至300hPa（图10a）。15日04时之后，上升运动减弱，在12时开始形成深厚的上升运动层次，并且垂直速度于16时达到最低值，此时上升运动较强，由850hPa延伸至150hPa，且集中于113°E附近（图10b），即为唐河县上空，有利于在15日下午至夜间形成集中于唐河县的降水。之后在周围地区也出现上升运动，17时之后开始减弱，22时在113°E附近底层开始加强上升运动，并发生倾斜，且由1000hPa延伸至150hPa，影响112°E~113°E（图10c），即唐河县和新野县上空有强上升运动，影响16日凌晨降水。16日下午发生较强降水前，16日10时在112°E至112.5°E，即南阳市新野县附近出现强上升运动，由850hPa延伸至150hPa（图10d），对应16日12时至17日00时南阳市小部分区域的较强降水（图2d）。对于区域2（图11），在15日00时，漯河市平均降水量较大，此时漯河市（113.5°E~114.2°E）上空出现持续的强上升运动，由1000hPa延伸至200hPa（图11a）。15日夜间至16日上午的降水量均较大，在15日20时，出现大范围的强上升运动，影响漯河市和周口市等地（113°E至115°E），由900hPa延伸至150hPa（图11b），之后在16日00时强上升运动区域发生倾斜（图11c），促进漯河市等地（113°E至114°E）降水，之后上升运动持续至16日06时。16时开始发展大范围的上升运动，其中20时上升运动最强，但强度相比之前减弱，影响漯河市、平顶山市、周口市等多地降水。沿33°N展开的垂直速度（单位：Pa/s）的垂直分布（黑色虚线之间区域降水区域1：112.6°E~113.7°E）：(a)15日04时；(b)15日16时；(c)16日01时；(d)16日10时沿33.6°N展开的垂直速度（单位：Pa/s）的垂直分布（黑色虚线之间为降水区域2：113.5°E~115.4°E）(a)15日00时；(b)15日20时；(c)16日00时；(d)16日20时对流有效位能（CAPE）是衡量大气对流潜力的一个重要指标，反映了大气的不稳定程度，通过观察不同时间节点的CAPE值的空间分布，能够更好的了解促使此次暴雨过程形成的热力条件。在7月14日白天，河南省的CAPE值均较小，夜间河南省南部部分地区的CAPE值逐渐增大（图12a），影响范围向北延伸，为15日夜间的降水提供热力条件。15日06时河南省CAPE值大值区范围扩大（图12b），影响着南阳市、信阳市以及驻马店市，其对流有效位能在2000~3000J/kg之间，处于大气不稳定状态，可能发生对流运动。15日下午CAPE值逐渐增大（图12c），并向东北方向延伸，于15日18时达到较大水平（图12d），大值中心在南阳市东部，CAPE值达到4000J/kg以上，同时南阳市东部、漯河市南部和驻马店市西部区域的CAPE值均在3000J/kg以上，大气处于高度不稳定状态，可能会出现强烈的对流运动，为15日下午至夜间的暴雨提供了较强的热力条件。16日河南省的CAPE值均开始逐渐减小（图12e），并减小到较低水平（图12f）。对流有效位能CAPE（单位：J/kg）的空间分布：(a)15日08时；(b)15日16时；(c)16日06时；(d)16日10时；(e)16日16时；(f)16日22时总的来说，动力与热力条件相互配合促进暴雨形成。动力层面，形成低层辐合高层辐散的配置，驱动上升运动（延伸至150hPa），持续抬升水汽并促进凝结；热力层面，对流有效位能主导对流强度，CAPE高值区引发极端对流。地形条件研究表明，地形的差异会导致降水在不同区域的分布不均（王丛梅等，2017）。如“21・7”河南极端强降水过程中，地形与动力条件相互配合，使得强降水集中在太行山东麓和伏牛山东侧（张霞等，2021）。而此次集中在河南省的暴雨过程中，亦受山脉影响，如图13所示，南阳市地处南阳盆地，其地形四周高、中间低，北部有伏牛山和太行山，西部有秦岭余脉，东南部有桐柏山，类似于“喇叭口”形状，开口朝向西南方向，在西南暖湿气流进入盆地后，盆地地形使得水汽不易扩散，会在盆地内汇聚，为暴雨的形成提供了充足的水汽条件。而漯河市位于山脉的东北侧平原，其北部有太行山山脉（图13）。地形（填色，单位：m）和7月14日20时至16日20时48小时累计降水量（等值线，单位：mm）在2024年7月15日18时，过南阳市的降水中心（113°E）的径向剖面图显示，在33°N附近垂直上升运动强烈，这一区域为主要降水发生区域，集中于伏牛山（34°N~35°N）和太行山（35°N~45°N）南侧的较低地形区，同时山脉南侧水汽含量也更为充足（图14a），表明地形对低层气流产生了强迫抬升，进而引发强烈的垂直对流发展，这与山前降水机制一致。在2024年7月15日20时，对于过漯河市的降水中心（114°E）的径向剖面图显示，在33°N附近同样有较强的垂直上升运动和充足的水汽条件（图14b），为漯河市的强降水区域，漯河市位于太行山（35°N~45°N）的南侧平原地区，太行山地形使得垂直运动增强，进而引发迎风坡前的极端降水。垂直速度（填色，单位：Pa/s）、比湿（绿色等值线，单位：kg/kg）和地形（黑色阴影）的垂直分布（20~45°N）：沿113°E方向，7月15日18时；(b)沿114°E方向，7月15日20时以上研究表明，河南省极端强降水的空间分布与地形密切相关。南阳市所在的南阳盆地呈“喇叭口”状，四周山脉阻挡使西南暖湿气流在盆地内汇聚，提供充沛水汽；同时，伏牛山和太行山南侧地形强迫抬升低层气流，触发强烈垂直对流，导致山前区域出现强降水。类似地，漯河市位于太行山南侧，地形抬升作用同样增强了垂直运动和水汽输送，促使迎风坡前平原地区形成极端降水。这表明地形通过“水汽汇聚”和“动力抬升”双重机制，是河南暴雨空间的关键因素。总结与讨论研究成果总结本研究围绕2024年7月15日至16日河南省发生的特大暴雨过程，系统分析其成因机制，取得以下主要成果：（1）暴雨特征显著：此次暴雨过程强度大、范围广、持续时间长，多地降水量达到特大暴雨等级，其中漯河市郾城区两日累计降水达438.8mm，属于典型的极端强降水事件。暴雨导致多地城市内涝、河流超警水位以及山体滑坡，造成了人员伤亡与财产损失。（2）大气环流背景：河南省上空200hPa受南亚高压控制，并形成了气流辐散，配合500hPa高空槽和副热带高压的活动，以及850hPa低空急流与切变线增强水汽输送与辐合，各层天气系统相互作用，共同维持强烈的上升运动，是本次强降水得以持续的关键。（3）水汽输送条件：暴雨过程中，南海为主要水汽源区，西南气流与低空急流输送大量水汽至河南南部，850hPa高度层出现持续水汽辐合，同时比湿垂直结构深厚，为降水提供了稳定而丰富的水汽基础。（4）动力与热力条件：高低层辐合-辐散结构明显，垂直速度剖面显示出深厚而强烈的上升运动，与CAPE高值区大气不稳定性增强，提供有有利的热力条件，促进并维持了强对流发展。（5）地形条件：南阳盆地地形和结构促使西南暖湿气流在盆地内汇聚，增强了局地降水强度；同时，南阳、漯河等地位于伏牛山和太行山迎风坡前，促进西南气流抬升和汇聚，增强上升运动和暴雨强度。综上，本次极端降水是多种因素相互影响共同作用的结果，包括大气环流异常、水汽充沛供应、动力触发、热力不稳定和地形强迫等因素共同促进了本次极端暴雨的发生发展。不足与展望尽管本研究在暴雨成因诊断方面进行了较为系统的分析，但仍存在一些不足之处。首先，对于各类天气系统、水汽路径、动力与热力要素等在暴雨形成中所占比重尚未进行定量评估，缺乏对关键影响因子的深入探究。其次，对于局地强对流系统的细节演变和小尺度系统的特征的揭示存在一定盲区。此外，研究未借助数值模拟手段对所提出的成因机制进行实验验证，缺乏过程再现的研究与理论证明。未来的研究应进一步提升研究方法与数值模拟能力，借助高分辨率观测资料和先进数值模式，对暴雨过程中各因素的贡献率占比，以及微观结构与局地反馈机制进行深入研究，量化各要素在降水过程中的具体作用，从而更准确地了解本次暴雨的触发机制与演变过程。此外，还可以结合多个典型暴雨案例开展对比研究，分析河南暴雨的普遍成因特征，为河南各地的极端天气预报与灾害防控提供更加坚实的科学基础。参考文献：WuPl,RobinC,KalliF,etal.AcasestudyoftheJuly2021Henanextremerainfallevent:Fromweatherforecasttoclimaterisks[J].WeatherandClimateExtremes,2023,40:100571.丁一汇,蔡则怡,李吉顺.1975年8月上旬河南特大暴雨的研究[J].大气科学,1978,(04):276-289.姚秀萍,李若莹.河南“21.7”极端暴雨的研究进展[J].气象学报,2023,81(06):853-865.张霞,杨慧,王新敏,等.“21·7”河南极端强降水特征及环流异常性分析[J].大气科学学报,2021,44(05):672-687.谷秀杰,郝晓珍,田金华,等.河南区域暴雨时空分布特征[J].沙漠与绿洲气象,2024,1(9):12-31.苏爱芳,吕晓娜,崔丽曼,等.郑州“7.20”极端暴雨天气的基本观测分析[J].暴雨灾害,2021,40(05):445-454.杨浩,周文,汪小康,等.“21·7”河南特大暴雨降水特征及极端性分析[J].气象,2022,48(05):571-579.丁一汇.论河南“75.8”特大暴雨的研究:回顾与评述[J].气象学报,2015,73(03):411-424.汪小康,崔春光,王婧羽,等.“21·7”河南特大暴雨水汽和急流特征诊断分析[J].气象,2022,48(05):533-544.胡燕平,单铁良,殷广亚,等.2008年河南黄淮地区暴雨过程个例分析[J].气象科学,2009,29(06):821-826.张智煜,黄安宁,黄丹青,等.从气候学角度理解“21.7”河南特大暴雨的形成机理[J].大气科学学报,2024,47(05):681-700.姚秀萍,黄逸飞,包晓红,等.“23·7”华北极端强降水特征和水汽条件研究[J].气象学报,2024,82(05):585-599.ZhangG,MaoJ,HuaW,etal.SynergisticEffectofthePlanetary-scaleDisturbance,TyphoonandMeso-β-scaleConvectiveVortexontheExtremelyIntenseRainstormon20July2021inZhengzhou[J].AdvancesinAtmosphericSciences,2023,40(03):428-446.BaoXH,SunJS,YinJF,etal.WhatcausedthedifferencesbetweentheJuly2023andAugust1996extremerainfalleventsinNorthChinaundersimilarsynopticbackground?[J].JournalofMeteorologicalResearch,2024,38(5):861-879.倪闻,王琳,张淑敏,等.“7·15-7·16”铜川强降水过程中的短时暴雨特征及成因分析[J].农业开发与装备,2024,(10):121-123.孙力,马梁臣,沈柏竹,等.2010年7～8月东北地区暴雨过程的水汽输送特征分析[J].大气科学,2016,40(03):630-646.李哲,魏璐,王津宇,等.“21·7”河南特大暴雨成因分析及三维概念模型的构建[J].气象科学,2024,44(01):73-81.W