“6·13”濮阳特大暴雨的中尺度特征及成因分析

王春玲，宗 川，张亚春，崔 力，王 聪，刘 伟

(1.濮阳市气象局，河南 濮阳 457000；2.河南省气象服务中心，郑州 450003；3.河南省气象台，郑州 450003)

引 言

暴雨是我国夏季主要自然灾害之一，每年都会给人民的生命、财产造成巨大损失，尤其是突发性的局地特大暴雨，常常造成城市瞬时积涝、交通瘫痪，损失更加惨重。多年来气象工作者[1-6]从不同的角度对特大暴雨进行了大量研究，并取得了丰硕的研究成果。随着极端天气的日益增多，近些年对突发性局地强降水的中尺度研究[7-20]亦取得较大进展。俞小鼎[7]在对短时强降水临近预报的思路与方法研究中指出，在有利于强降水的环境条件下，含有中气旋或更大尺度涡旋的β中尺度对流系统会明显增大强降水的可能。何立富等[8]对北京“7·10”暴雨 β中尺度对流系统分析结果表明，对流层中层的短波槽及低层西风槽前西南气流与暖切变线北侧东南气流的汇合，为其发生提供了良好的环境条件。赵培娟等[9]对7·13郑州大暴雨成因与可预报性分析后认为，对流层底层加强的东风气流提供的水汽输送和动力抬升作用，促进了对流发展。刘慧敏等[10]通过对 2017年7月25日陕北局地特大暴雨过程的β中尺度特征分析发现，中尺度低压的西部和东部分别形成冷性辐合和暖性辐合，不断触发γ对流单体生成，不同中尺度对流云团的合并导致了降水的强烈发展。陈双等[11]在对北京香山“7·29”γ中尺度短时局地大暴雨过程综合分析结果表明，较低的抬升凝结高度和自由对流高度使新生雷暴的触发不需要太强的辐合抬升机制。陈豫英等[12]在贺兰山东麓极端暴雨的中尺度特征中提到，700 hPa东南急流将暖湿水汽输向暴雨区，提供了低层高温、高湿的大气不稳定层结与动力触发机制。

2021年6月13日12时—14日08时，豫北局部地区出现一次罕见特大暴雨天气过程(以下简称“6·13”暴雨过程)，降水中心位于濮阳市区及周边，其主要特点是强降水范围小、雨强大、局地性强，伴随的强降水频次高、移动慢、极端性强，导致濮阳市出现严重积涝。濮阳市区平均积水30 cm，华龙区胜利路街道和黄河路街道部分村庄和小区积水严重，最深达120 cm，地下车库被淹。据濮阳市应急管理局统计，此次特大暴雨全市61874人受灾，紧急转移安置7319人；损坏房屋28户48间；农作物受灾4015.07公顷、成灾1385.65公顷，直接经济损失4.247亿元。如此罕见的突发性局地强降水，数值模式产品预报能力非常有限，主观预报量级也明显偏小，其环流配置和中尺度特征及成因值得探讨。本文利用常规观测资料、卫星云图、雷达产品、区域自动站资料，分析了“6·13”特大暴雨过程的中尺度特征及成因和大气层结、环境物理量特征，以期提高对极端特大暴雨物理机制的认识，为今后河南极端暴雨的可预报性研究提供参考。

1 资料与方法

本文选用资料包括MICAPS常规高空和地面实况资料、郑州市探空T-lnp图及层结物理量值、河南省区域自动站加密观测资料、FY-4A红外云图、郑州市多普勒天气雷达资料，采用天气学、动力学、中尺度分析方法进行综合分析。

2 降水分布特征

2021年6月13日下午到14日凌晨，豫北局地出现一次罕见特大暴雨天气过程，100 mm 以上的站点有17个(含区域站，濮阳市占16个)，其中有3个站雨量超过250 mm，均位于濮阳市中部(图1a)。鉴于此，本文重点分析濮阳市的降水。13日夜间到14日凌晨濮阳市大部分地区为中到大雨，在市区及周边(濮阳县北部、范县西部、清丰县东南部)出现暴雨、大暴雨、特大暴雨。全市降水量分布(图1b)显示，濮阳县国家气象观测站(以下简称濮阳站)降水量为145.1 mm，刷新1971年以来历史同期极值纪录(2000年6月21日降水量119.0 mm)。全市13站出现100.0～250.0 mm的大暴雨，250.0 mm以上的特大暴雨出现在3个区域站，分别是华龙区人民办站(321.9 mm)、华龙区龙源站(279.2 mm)、濮阳县柳屯站(276.6 mm)。

图1 2021年6月13日12时-14日08时河南省(a)和濮阳市(b)降水量分布图

从小时雨强分布(图略)可见，50 mm·h-1以上的强降水站点集中在濮阳市区和濮阳县北部，濮阳站雨强为77.8 mm·h-1，华龙区区域站雨强为80.3 mm·h-1，人民办、龙源和柳屯3个特大暴雨站点的最大雨强分别达120.8、125.4、132.8 mm·h-1，均超过了80 mm·h-1的短时强降水标准[21]。

从濮阳市3个特大暴雨的区域自动站主要降水时段逐小时降水量变化图可知(图2)，强降水主要集中在13日20时-14日00时。其中，13日21-23时，人民办站逐小时降水量分别为75.0、120.8、96.9 mm，龙源站逐小时降水量分别为46.3、83.4、125.4 mm；13日22时-14日00时，柳屯站逐小时降水量分别为39.9、76.3、132.8 mm。

图2 2021年6月13日17时-14日02时濮阳市3个特大暴雨区域自动站逐小时降水量变化图

上述3个特大暴雨站点的主要降水时段10 min降水量变化见图3。人民办站和龙源站位于濮阳市区南部，两站相距约5 km，10 min降水量大于10 mm的强降水，两站开始与结束时间一致，强降水发生在13日20:30—23:10，持续了160 min；柳屯站位于濮阳县东北部与濮阳市区交界处，较人民办站偏东18 km，强降水开始与结束时间较另两站偏晚1 h，发生在13日21:30—14日00:10，同样持续了160 min。其中，人民办站和柳屯站分别有6次10 min降水量大于20.0 mm，龙源站有2次10 min降水量约30.0 mm。人民办站、龙源站、柳屯站的10 min最大降水量为25.3、30.0、24.4 mm，分别出现在21:20-21:30、22:10-22:20、23:20-23:30。

图3 2021年6月13日20:00-14日00:30濮阳市3个特大暴雨区域自动站10 min降水量变化图

3 环流形势背景和影响系统特征

极端强降水是由中小尺度系统直接影响产生的，但都离不开一定的环流背景支持。下面利用常规天气图对环流形势背景和影响系统特征进行分析。

6月13日08时(图4a)，500 hPa上，40°N以北欧亚地区为两槽一脊型，中纬度多低槽携带弱冷空气东移，河套西北部临河站到民勤站有一低槽，槽前在东胜站有一个-10 ℃的冷中心并伴有温度槽，温度槽超前于高度槽，濮阳市处于584 dagpm线边沿西南气流中。700 hPa上，延安、郑州到阜阳有一西南风与东南风的暖切变线，河北南部为干区，邢台站td=-12 ℃，t-td=23 ℃，郑州站td=7 ℃,济南站td=1 ℃，邢台站与相邻的郑州站和济南站之间td相差分别达19 ℃和13 ℃，冀、鲁、豫三省交界处存在露点温度中尺度锋区，濮阳市受露点温度锋区控制，容易产生对流。850 hPa上，暖切变线位置与700 hPa的接近重合，华北为温度脊，河北省南部到山东省西部有一个20 ℃的暖中心，河南为t-td≤2 ℃的饱和高湿区(郑州站td=16 ℃)，华北、东北850 hPa与500 hPa温度差Δt85≥26 ℃，濮阳市在热力不稳定区内。925 hPa上，湖南省北部、河南省东部到山东省西部有一条8～10 m·s-1的西南显著风速带，濮阳市处于其左侧。

13日20时(图4b)，200 hPa上，山东省南部到江苏省北部有大于32 m·s-1的西北风急流，濮阳处于高空急流入口区右后侧辐散区，有利于低层辐合发展。500 hPa上，河套低槽东移至濮阳市西部，温度槽移过濮阳市，中层有冷空气扩散。700 hPa上，暖切变线东移至邢台市、台前县到徐州市，其西侧在四川省东部、陕西省南部到河南省北部有10 m·s-1以上的西南气流，其中安康站到郑州站有12～14 m·s-1的西南气流大风速带发展，濮阳市处于出口区。850 hPa上，暖切变线东移至邢台市、濮阳县到阜阳市。切变线西侧西南风风速达6～8 m·s-1，东侧南东南风风速达10 m·s-1。濮阳市处于东侧南东南气流与700 hPa暖切变线西侧西南气流叠加区，两条暖切变线之间构成辐合上升区，为对流发生提供了动力条件，有利于β中尺度对流系统发生、发展。925 hPa上，南东南大风速带位于河南省东部到山东省西部，濮阳市处于低空、超低空南东南气流大风速带左侧，为多条气流交汇区，并且存在明显的风向切变，为对流系统发展壮大提供了有利的辐合条件。08-20时，500 hPa以下没有西南或东南急流，但有西南、东南两条水汽通道存在。随着系统东移，济南站850 hPa以下偏南风增大，风向顺转，鲁西到豫东北低层暖平流加强，使豫东北暖湿气流输送增强，加剧了濮阳市对流层低层高温、高湿环境场的发展,为此次强降水提供了充沛的水汽和不稳定能量。

2021年6月13日08时地面图上(图略)，我国中东部为东高西低形势，濮阳市处于偏东南气流中。郑永光等[22]研究指出，地面露点温度也可以用来表征整层大气的水汽含量，地面露点温度达到26 ℃就足以表明大气非常暖湿，这时根据探空资料计算的大气可降水量可达60 mm左右。14时，濮阳市西部t=32 ℃，td为25～26 ℃，高于周边的，为高温、高湿区，有利于对流发展及强降水产生。20时随着系统东移，地面气压呈下降趋势，在河北省东部、山东省西部、河南省东北部出现Δp3≥2 hPa的负变压区，濮阳市中北部的清丰站和南乐站Δp3达-2.1 hPa，有利于辐合线和变压辐合区发展。18-20时，浚县、内黄县南部到濮阳市区西部出现明显降水，致使气温比周边低1 ℃。降水形成的冷池出流与其前部的东南风形成地面中尺度辐合线，并在21-23时维持在濮阳县北部与濮阳市区交界处，辐合抬升加强，使濮阳市区及周边降水增强。14日02时，濮阳全市转为东南风，风速减小，辐合线消失，降水减弱。

综上，本次强降水过程的影响系统是500 hPa低槽和中低层暖切变线。500 hPa低槽、700 hPa和850 hPa暖切变线提供了动力条件，同时暖切变线两侧的西南和东南气流形成的两条水汽输送通道在濮阳市汇合，提供了水汽和不稳定能量，濮阳市区南部到濮阳县北部形成的地面中尺度辐合线，触发并加强了市区对流发展，本地偏高的温湿环境场与适宜的高低空系统配置,为对流性暴雨的发生、发展提供了有利的环流背景。

4 大气层结及环境物理量特征

“6·13”特大暴雨局地性强,具有明显的对流性特征。为了更准确地揭示濮阳本地的大气层结特征，使用13日14、20时濮阳站地面气压、温度、露点温度对13日08、20时郑州站探空资料进行订正。下面利用距濮阳市最近的郑州探空站13日08、20时及用14、20时濮阳站地面资料订正郑州站的探空资料，分析豫北水汽、能量、气层稳定度等环境物理量特征。

4.1 郑州探空资料分析

13日08时郑州站探空T-lnp图(图5a)显示：t与td线接近平行，420 hPa以下t-td在3 ℃左右，对流层中低层湿度接近饱和，690 hPa以下比湿大于8 g·kg-1，气层绝对水汽含量大。20时(图5b)，比湿大于8 g·kg-1的气层升高到630 hPa，水汽含量偏大、湿层深厚是显著的环境特征；抬升指数(LI)明显增强，0-3和0-6 km垂直风切变突然增大是另一环境特征，同时500 hPa以上有干区移入,加大了层结不稳定度。

图5 2021年6月13日08时(a)和20时(b)郑州站探空图

探空物理量值(表1)显示，13日08-20时，CAPE由1383.3 J·kg-1加强为3172.3 J·kg-1，对流有效位能偏大；K指数维持在较大值,约35 ℃；抬升指数(LI)由-3.4 ℃降低为-5.3 ℃，说明大气处于极不稳定状态；925 hPa比湿由14.7 g·kg-1上升至17.0 g·kg-1，850 hPa比湿由13.1 g·kg-1上升到14.6 g·kg-1，空气绝对含水量增大；湿层厚度由3.3 km增加到4.4 km；0 ℃层高度由4.9 km伸展至5.1 km，深厚的暖云层和湿层有利于大降水产生；抬升凝结高度(LCL)由980.3 hPa降低为985.9 hPa，自由对流高度(LFC)由980.3 hPa降低为988.7 hPa，二者异常偏低并且接近地面，说明几乎不需要环境动力抬升就能成云致雨，这在苏爱芳等[1]对郑州“7·20”特大暴雨研究中已得到证实。-20 ℃层高度由8.7 km略降低为8.5 km，温度垂直递减率增大，气层不稳定度增加；0-3 km和0-6 km垂直风切变20时突增至15.1 m·s-1、15.7 m·s-1，对极端强降水起到了促进作用。多项物理量值的异常表现为极端强降水提供了有利的环境条件。

表1 2021年6月13日郑州站08和20时探空物理量值

4.2 濮阳订正探空资料分析

用13日14时和20时濮阳站地面气压、温度、露点温度订正的郑州站08时和20时的探空资料(图5中斜线阴影部分为订正后的对流有效位能)显示，14时订正后的对流有效位能(CAPE)高达2526 J·kg-1，抬升指数(LI)为-10.2 ℃，豫北上空能量较大且极不稳定。因13日下午濮阳出现分散性雷阵雨，部分能量提前释放，20时订正的CAPE值有所下降，但仍达830.6 J·kg-1，这为强降水区对流系统的发生、发展提供了能量基础，郑永光等[23]的研究中有此阐述；抬升指数(LI)大幅增强至-17.3 ℃，表示正的不稳定能量面积明显增大, 出现对流的可能性在增大；整层可降水量(PW)高达65 mm，比湿垂直递减率加大(图略)，使对流降水强度加强。

值得注意的是，14时订正的T-lnp图上，低层没有明显的逆温层，并不利于能量积累，CAPE值很大，抑制能量CIN值为0，这时只需要非常弱的抬升强迫就能够产生热对流，郑永光等[22]研究中有此观点。实况是13日下午濮阳对流发展并不旺盛，只出现了分散性雷阵雨。此外，13日10时起濮阳上空云系逐渐增多，12时左右出现阵雨，影响午后气温升高，下午出现的雷雨天气使部分能量提前释放。据此可以推断，13日夜里发生的对流性强降水与地面受热升温所产生的午后强对流形成机制有区别。

总之，深厚的湿层和偏高的整层可降水量(PW)、偏低的抬升凝结高度(LCL)和自由对流高度(LFC)、偏强的抬升指数(LI)、中层偏大的垂直风切变是显著的层结特征，有利的湿度条件支持产生和维持高效率对流性强降水，导致了本次强降水形成。

5 产生特大暴雨的中尺度特征及成因

此次强降水过程具有明显的中尺度特征。据降水时空分布特点，本文利用FY-4A红外云图和国家、区域自动站降水量及10 min地面极大风速，雷达产品等资料，分析3个特大暴雨站点强降水集中时段，中尺度对流云团和MCS的发生发展、中尺度对流多单体的发展演变、地面中尺度辐合线的移动等系统与强降水形成的关系。

5.1 对流云团和地面风场中尺度分析

从6月13日FY-4A红外云图和国家站及区域自动站10 min地面极大风速叠加图(图6)可以看到，受500 hPa槽前云系东移影响，13日白天上游地区不断有云系东移影响濮阳市，19:00(图略)内黄县南部、濮阳市区西部、濮阳县西北部、滑县北部有对流云团发展。20:00(图6a)，对流云团东移位于濮阳市区、清丰县南部到濮阳县，龙源站附近最低云顶亮温为214 K，在对流云团后部，濮阳市区西南部到内黄县东南部地面出现东北风与东南风的中尺度辐合线，两侧风速达4 m·s-1左右。20:30(图6b)辐合线略向东北伸展，风速无明显变化，对流云团进一步发展，云顶亮温降至210 K,并向东移至柳屯站附近，濮阳市区及周边自西向东降水开始增大。21:00(图6c)地面辐合线稳定，两侧风速增大至6 m·s-1，辐合增强，对流云团缓慢东移，同时在内黄县中部、清丰县到濮阳市区有新的对流云发展。20-21时，位于濮阳市区西部的人民办站和龙源站1 h降水量分别达75.0和46.3 mm。地面辐合线北侧东北风与其南侧东南风风速大、辐合强的区域降水明显，且位于对流云团后部云顶亮温大梯度区，即强降水出现在雷暴云后部含水量累积区，因为雷暴云中前部是对流发展区域，上升气流随高度向前倾斜，发展最旺盛的部位位于中部偏前，云顶亮温最低，雷暴云后部是对流发展成熟区域，通常是大风、冰雹、强降水发生的区间，与文献[24]图示类型相似。21:30(图6d)地面辐合线向东北伸展，两侧的风速维持在6 m·s-1左右，内黄县中部、清丰县到濮阳市区的对流云单体东移加强，与濮阳县东北部的对流云团和山东省西南部的对流云团衔接，形成一条西北-东南向的β中尺度对流云带，对流发展旺盛，云顶亮温降至205 K(位于柳屯站附近)，濮阳市区、濮阳县北部、清丰县南部对流性降水增大。22:00(图6e)地面流场上，辐合线再次向东北扩展为中β尺度，气流出现气旋性弯曲，辐合线南侧的东南风极大风速增大到9.6 m·s-1，北侧的东北风极大风速为6.3 m·s-1，辐合明显增强。此时云顶亮温为209 K的低中心东移至范县西部。强辐合对触发新生对流单体起到关键作用，在云顶亮温低中心后部的温度大梯度区不断有新对流云单体发展，并沿辐合线东移补充，使对流云带进一步发展壮大，在辐合线右前方形成近似圆形的β中尺度对流系统(MCS)。中尺度对流系统的形成、发展与地面中尺度辐合线发展、700 hPa和850 hPa暖切变线密切相关，对流系统覆盖了濮阳市区大部、清丰县南部、范县大部、濮阳县大部，致使21-22时人民办站、龙源站和柳屯站1 h降水量分别达到120.8、83.4和39.9 mm，人民办站最大小时雨强出现在对流系统后部云顶亮温大梯度区、地面辐合线北侧东北气流中。22:45(图6f)濮阳市区出现人字形辐合线,并伴有完整的中尺度气旋性环流，两辐合线北侧龙源站附近的极大风速为7 m·s-1左右，中尺度对流系统略东移，位于濮阳市区中东部到范县，云顶亮温210 K低中心仍位于范县西部。22-23时，人民办站、龙源站和柳屯站1 h降水量分别达到96.6、125.4和76.3 mm，龙源站最大小时雨强出现在地面人字形辐合线顶部的东北气流中、气旋曲率最大处，同样是对流系统后部云顶亮温大梯度区。随着对流系统的缓慢东移，人民办站、龙源站逐渐转入气旋性环流后部(图略)，降水开始减弱；位于气旋性环流前部的柳屯站附近东南风极大风速增大到10.3 m·s-1，局地充沛的水汽输送和动力抬升条件使中尺度对流系统稳定维持，濮阳市区中东部降水强度明显增大，位置偏东的柳屯站降水再次进入强盛期。13日23时-14日00时，人民办站、龙源站和柳屯站降水量分别为23.8、19.2和132.8 mm，柳屯站最大小时雨强发生在地面人字形辐合线右前方东南气流大值区。14日00:00(图略)，气旋性环流闭合线不再完整，濮阳市区东部东南风速减小，辐合减弱，中尺度对流系统结构出现松弛，强度明显减弱，云顶亮温升至215 K。此时对流系统主体已进入山东省，其后部位于濮阳市区东部、濮阳县东北部、范县，对濮阳市区的影响接近尾声。14日00:23(图略)辐合线减弱东移，对流云团全部移出强降水区，濮阳市区降水基本停止。对流云团从濮阳市西部移入东部后移出，在濮阳市区影响了4 h之久，在濮阳市区及周边造成多站次出现80 mm·h-1以上的极端强降水，最大雨强达到132.8 mm·h-1(柳屯站)。

图6 2021年6月13日FY-4A红外云图和国家站及区域自动站10 min地面极大风速叠加图

综上所述，该强降水过程是因上游(内黄县中南部、清丰县中南部)及濮阳市区本地不断有小块对流云单体生成，并在缓慢东移中强烈发展成新的对流云团，由于新生对流云团的不断合并补充使濮阳市区到濮阳县北部的对流云团发展壮大，进而形成中β尺度对流系统，并在濮阳市中部影响4 h之久所造成的。强降水发生在中尺度对流系统后部云顶亮温大梯度区。加密自动站中尺度分析结果表明，辐合线、人字形辐合线顶部气旋曲率最大处及右前方的东南气流大值区加大了地面辐合，触发并促进对流发展，对流云单体发展、合并、加强并向东传播，导致降水增强。

5.2 雷达回波中尺度演变分析

由于强降水发生在濮阳市区雷达站附近，考虑到静锥区的影响，选用郑州雷达组合反射率因子产品对影响濮阳市区的中尺度对流多单体进行分析。

5.2.1 郑州雷达组合反射率因子演变特征

雷达回波的演变可以更清晰地反映云图上中尺度对流系统的细微变化特征。13日白天濮阳市上游地区不断有分散性对流单体发展东移影响濮阳市，并产生阵性降水。20:30(图7a)，内黄县南部、濮阳市区南部和濮阳县南部分别有对流单体存在，中心强度为51 dBZ，濮阳市区南部降水开始增强。21:12(图7b)在对流云团后部温度大梯度区，受地面辐合线作用，对流单体得到发展，濮阳市区南部和濮阳县南部两个对流单体发展合并,形成西北-东南向带状对流多单体，位于濮阳市区南部到濮阳县北部，中心强度为52 dBZ，内黄县南部的对流单体T1原地加强。21:30(图7c)内黄县南部的对流单体T1略向东移，其前沿进入清丰县西南部。在地面辐合线作用下，濮阳市区到濮阳县北部的带状对流多单体强烈发展并缓慢东移，面积增大，强度增强，大面积回波在50 dBZ以上，中心强度为53 dBZ。人民办站21:10-21:30连续2个10 min降水量分别达24.8 mm和25.3 mm，龙源站和柳屯站21:30-21:40降水量分别为19.7 mm和13.4 mm，降水自西向东依次增强。22:12(图7d)，内黄县南部的对流单体T1东移与濮阳市区的带状对流多单体合并，此时地面辐合线两侧风速增大，辐合加强，在本地高温、高湿环境中及地面辐合线作用下，在濮阳县西北部有γ中尺度新对流单体T2生成，中心强度为58 dBZ。22:18(图略)，在云图上中尺度对流系统后部温度大梯度区控制的区域，新对流单体T2发展东移，与濮阳市区带状对流多单体合并，并加强为60 dBZ，形成中β团状对流多单体。22:36(图7e)合并后的中β强团状对流多单体东移，强度多为52～57 dBZ，中心强度达63 dBZ，其东部已影响到柳屯站。22:10-22:20人民办站、龙源站和柳屯站10 min降水量分别达20.8、30.0和14.6 mm，龙源站22:50的10 min降水量仍达29.6 mm。22：50内黄县南部又有新对流单体T3发展东移，并在23:00与濮阳市区的中β团状对流多单体合并，在内黄县南部、濮阳市区西部到濮阳县北部一带新生的γ中尺度对流单体，不断与濮阳市区团状对流多单体合并，在向东移动过程中具有列车效应和后向传播特征。23:00(图7f)，随着地面气旋性环流的东移，柳屯站的东北风转为东南风，水汽输送及辐合加强，柳屯站附近的回波强度达到52 dBZ，降水再次加强，人民办站和龙源站的降水则开始减弱。23:30(图7g)，气旋性环流前部东南风进一步增大,辐合增强，中β强团状对流多单体中心增强至55 dBZ以上。14日00:00(图7h)中β强团状对流多单体回波开始减弱，但强度仍在50 dBZ以上。因中β强团状对流多单体稳定滞留在市区东部，致使柳屯站13日23:10-14日00:10连续60 min的每10 min降水量均在20 mm以上，23:20-23:30的10 min降水量最大，达24.4 mm。14日00:23团状对流多单体移出濮阳市区，濮阳市中部的强降水结束。对流单体13日20:30从西部移入，14日00:23从东部移出，在濮阳市区影响了约4 h，造成人民办站、龙源站、柳屯站多次出现10 min降水量大于10 mm的强降水。过程期间强降水区对流单体回波强度多在50 dBZ以上，中心强度达60 dBZ以上。地面中尺度气旋性环流的生成，导致带状对流多单体、中β团状对流多单体等对流性降水回波东移缓慢，强降水回波长时间滞留在濮阳市中部，产生高效率对流性强降水，造成濮阳市区及周边局部特大暴雨。

5.2.2 郑州雷达回波顶高特征

从郑州雷达回波顶高演变(图略)可以看到，20:06位于濮阳市区西南部的人民办站回波顶高为14.1 km；21:12该回波顶高上升至14.7 km，龙源站回波顶高达14.9 km；21:30柳屯站回波顶高达到16.0 km；22:12柳屯站回波顶高仍达15.6 km，22:18该回波南移位于柳屯站以南到文留站西北，近16.0 km的回波顶高在柳屯站附近维持了约50 min；22:36该回波东南移至文留站附近，直到23:24濮阳县东北部王称固站最后一次出现15.0 km的回波顶高为止。20:06-23:24,对流单体最大回波顶高维持在14.0 km以上。整个强降水区域回波顶高在10.0 km以上，最大回波顶高在14.0 km以上，强盛时达16.0 km。最大回波顶高与卫星云图上最低云顶亮温位置相吻合。分析对应降水实况可知，人民办站、龙源站和柳屯站最大回波顶高出现时刻均超前于最大小时雨强出现的时刻。

由以上分析可以看出，过程前期受对流多单体影响，后期由于濮阳市区到濮阳县北部不断有中γ尺度新生对流单体与带状对流多单体合并加强形成中β强团状对流多单体且移动缓慢，在濮阳市中部长时间滞留并持续影响，造成多频次、高效率对流性强降水，造成濮阳市区及周边特大暴雨。

6 结论与讨论

本文利用多种观测资料，对2021年“6·13”濮阳特大暴雨过程的中尺度特征及成因和大气层结、环境物理量特征进行了综合分析，揭示了一些观测事实，得到以下几点主要结论：

(1)“6·13”特大暴雨过程是500 hPa低槽、700 hPa和850 hPa暖切变线及地面中尺度辐合线等系统共同影响所致。500 hPa低槽携带冷空气东移、与700 hPa和850 hPa暖切变线共同为强降水提供动力条件；暖切变线两侧的西南和东南气流在濮阳市汇合，提供了水汽和不稳定能量，位于濮阳市的地面中尺度辐合线、辐合区起到触发、维持和加强对流的作用。

(2)深厚的湿层和偏高的整层可降水量、偏低的抬升凝结高度和自由对流高度、极不稳定的大气层结、中层较大的垂直风切变，为濮阳市对流性高效率强降水提供了有利的环境条件。

(3)强降水发生在地面中尺度辐合线北侧东北气流中或人字形辐合线顶部气旋曲率最大处及右前方的东南气流大值区，中尺度辐合线、辐合区的存在使濮阳市区成为对流云团的触发和加强区域。卫星云图上濮阳市区及上游不断有小块对流云单体生成，并在缓慢东移中，强烈发展成新对流云团。由于新对流云团的不断补充，使该地区对流云团不断发展壮大，进而形成β中尺度对流系统，并在濮阳市区持续影响4 h。强降水位于β中尺度对流系统后部云顶亮温大梯度区。

(4)雷达回波显示，过程前期受中γ尺度对流单体或中β尺度对流多单体影响，后期是由于本地不断有中γ尺度新生对流单体与带状对流多单体合并加强，形成中β尺度团状对流多单体，并滞留在濮阳市中部，前后持续影响约4 h，造成多频次、高效率对流性强降水，形成特大暴雨。

此次天气过程河南降水分布极不均匀，仅在濮阳市、南阳市、周口市和商丘市出现局地暴雨、大暴雨，尤其是濮阳县出现了极端、超历史同期极值的强降水。数值模式对局地强降水预报能力非常有限，预报员也很难把握其具体落区和量级，极端强降水是日常预报业务中的难点。本文主要对极端强降水的中尺度特征及成因和环境条件等进行初步分析，极端暴雨的形成机理还需要深入研究。通过数值模拟、诊断分析等技术手段可进一步揭示极端暴雨的成因，从而提高对此类暴雨的认识。预报业务中可通过相似个例研究其共同特征，局地暴雨、大暴雨和特大暴雨等中尺度指标分析，也是今后需要加强研究的内容之一。