河南“21.7”极端暴雨的研究进展*

姚秀萍 李若莹

1.中国气象局气象干部培训学院，北京，100081

2.中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室，北京，100081

1 引 言

2021 年7 月17 日08 时—22 日08 时（北京时，下同），河南省发生了一次自1975 年以来最强的暴雨事件，被称为“21.7”极端暴雨。本次事件持续时间长、暴雨范围广、降水极端性强，小时降水强度尤为突出。最大小时降水量出现在郑州，达201.9 mm，打破了中国大陆气象观测站的小时降水量纪录（张霞等，2021）。“21.7”极端暴雨造成了严重的人员伤亡和财产损失，调查①国务院灾害调查组.2022.河南郑州“7·20”特大暴雨灾害调查报告.应急管理部，44pp显示，河南省全省有398 人死亡或失踪，直接经济损失超过1200 亿元，间接经济损失约为2444 亿元。

通常，“七下八上”（7 月16 日—8 月15 日）时期，西太平洋副热带高压（以下简称西太副高）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，许多极端降水事件，如河南1975 年的“75.8”特大暴雨，京津冀2012 年的“7.21”特大暴雨及河南2021 年的“21.7”极端暴雨均发生在该时段（孙建华等，2013；丁一汇，2015；Nie，et al，2022；Rao，et al，2022）。在西风带异常和中尺度双台风系统的作用下，暖湿气流通过西太副高从多个路径持续输送到河南地区，河南西侧的太行山和南侧的伏牛山有助于气流的辐合抬升并触发中尺度对流系统，最终产生了“21.7”极端暴雨（段汀等，2022；靳冰凌等，2022；Gao，et al，2022）。同时，气候变暖和城市化加快背景下，大气的水汽含量及其不稳定性增大，使全球极端降水的频率和强度增强，可能加剧了该过程（高涛等，2014；Hegerl，et al，2019；Huang X W，et al，2022）。

虽然中国已基本建立起现代化的气象预报业务体系，但暴雨和大暴雨的预报一直是业务预报的难点，2021 年中央气象台对暴雨和大暴雨预报的TS 评分分别为0.223 和0.134（数据来源于中央气象台网站）。在“21.7”极端暴雨过程中，河南省气象台对此次暴雨过程做出了有价值的预报，但是业务预报对暴雨和大暴雨的预报准确率总体偏低，预报降水的最大值区域比实际区域偏西，全球和区域数值天气预报模式预测的降水最大值位置和强度均存在较大偏差（史文茹等，2021）。研究（张云济等，2022；朱科锋等，2022； Luo Y L，et al，2023）发现，“21.7”极端暴雨预报不确定性可能与对不同空间尺度上天气系统的预测偏差、微物理过程与下垫面效应的认识不足等有关。

“21.7”极端暴雨既具有与过去中国极端暴雨相同的特征，也具有其独特性，如太平洋的水汽贡献的显著增大、影响台风远离河南并未登陆等（徐珺等，2022；Chen，et al，2023）。 因而，对“21.7”极端暴雨进行研究可以进一步完善中国极端暴雨的研究成果，尤其是在气候变暖和城市化加快背景下，更具有研究价值。

关于“21.7”极端暴雨已有不少学者进行了相关研究，为了使今后的学者能快速认识该过程，文中从河南“21.7”极端暴雨的降水特征、影响天气系统、发生和发展机制、下垫面效应、气候变化效应和数值模式预报等方面梳理和总结“21.7”极端暴雨的研究进展，并与“75.8”特大暴雨研究成果进行一定对比，给出未来研究的方向。

2 “21.7”极端暴雨的降水特征

“21.7”极端暴雨发生于2021 年7 月17—22 日，持续时间长达6 d，其中河南中部和北部连续4 d 出现大暴雨，郑州市和新乡市连续2 d 出现特大暴雨（图1a）。暴雨覆盖范围广，河南省5.43×104km2面积的累计雨量超过250 mm，287 个气象观测站的累计降水量超过500 mm（宝兴华等，2022；梁旭东等，2022；钱维宏等，2022；杨浩等，2022）。图1b 显示，暴雨落区集中分布在河南中部的郑州和北部的鹤壁，累计雨量最大值发生在鹤壁科创中心站，为1122.6 mm，其次为郑州新密白寨观测站，为993.1 mm（苏爱芳等，2021；梁旭东等，2022）。暴雨时段集中在19—21 日，河南中部集中时段为19 日08 时—21 日08 时，郑州的2 d 累计降水最大值达860.8 mm，约占过程累计雨量的87%；河南北部集中时段为20 日08 时—22 日08 时，鹤壁的2 d累计降水最大值达976.0 mm，约为过程总降水量的93%（梁旭东等，2022；施闯等，2022）。

“21.7”极端暴雨代表气象站的1 h、3 h、6 h、1 d、3 d 最大降水量及过程累计降水量远超气候态7 月平均降水，在河南省历史上典型强降水过程中仍呈现出显著的极端性（汤彬等，2023），尤其所观测到的201.9 mm 的小时降水量，刷新了有气象观测记录以来中国大陆小时降水量的纪录。

除了气象雨量站的观测结果外，卫星遥感和天气雷达监测资料也揭示了“21.7”极端暴雨更精细的特征。对比多种卫星降水产品与气象雨量站的观测结果显示，卫星降水产品能再现暴雨的空间分布特征，但低估了本次暴雨中心的降水量和降水强度峰值（郭鹏等，2022；刘松楠等，2022；朱慧琴等，2022；Gan，et al，2023）。雷达定量降水估测也具有此特征，其中暴雨峰值的最高估测仅为实际降水量的72.3%（李梦迪等，2022；张哲等，2022）。卫星和雷达降水反演算法对卫星遥感和天气雷达监测资料的精度影响相对较大，低估了本次暴雨中心的降水量和降水强度（李梦迪等，2022；Liu，et al，2022）。

总之，气象雨量站观测结果显示，“21.7”极端暴雨具有持续时间长、降水范围广、降水落区和时段集中及降水极端性强的特点；业务预报、数值预报、卫星遥感和天气雷达监测资料均低估了本次暴雨峰值。

3 影响“21.7”极端暴雨的天气系统

极端暴雨的形成需要不同尺度天气系统在特定时、空内的相互作用和互相协同，下面分别介绍影响“21.7”极端暴雨不同尺度（包括大尺度、天气尺度和中小尺度）天气系统，从多尺度天气系统相互作用和协同效应的角度揭示本次极端暴雨的形成原因。

3.1 大尺度环流

“21.7”极端暴雨过程在对流层不同高度上具有特定的环流形势。如图2 所示，在对流层高层（200 hPa，图2a）上，南亚高亚、河套低槽和冷涡构成“两低一高”的高层环流形势，其中中国东海海区上空对流层高层冷涡的增强有利于河套低槽槽前的辐散环流增强，引起大范围的垂直上升运动（梁旭东等，2022；苏爱芳等，2022；祝传栋等，2022）。在对流层中层（500 hPa，图2b），偏北偏强的西太副高和中国东海上空的台风“烟花”以及中国南海上空的台风“查帕卡”构成“北高南低”的中层环流形势，该特征是由西北太平洋季风槽经向位置的异常偏北和西太平洋暖池及印度洋海温暖异常导致的（Huang S H，et al，2022；汤彬等，2023），其中台风“烟花”和“查帕卡”分别与河南地区建立低空东风和东南急流（图2a），低空急流为极端暴雨的发生供应水汽（崔晓鹏等，2022；李威等，2022；谢作威等，2022）。

图2 2021 年7 月17 日08 时—23 日08 时 （a） 200 hPa 和 （b） 500 hPa 上6 d 平均的位势高度场分布 （等值线，单位：gpm）及其相对气候态的标准化异常 （色阶） （字母“H”“L”分别表示高、低压中心，黑色虚线表示槽线，图2b 中的灰色阴影表示5 km以上地形） （梁旭东等，2022）Fig.2 Distributions of 6 d averaged geopotential height from 08:00 BT 17 to 08:00 BT 23 July 2021 （contour，unit：gpm） and their standardized anomalies （shading） （a.200 hPa，b.500 hPa；letters "H" and "L" denote High and Low，respectively；black dashed curves represent trough axes；gray shadings denote terrain height greater than 5 km in Fig.2b） （Liang， et al，2022）

总之，“21.7”极端暴雨过程的大尺度环流场，在对流层高层和中层分别为“两高一低”和“北高南低”的配置，为极端暴雨的发生、发展提供有利的环流背景。

3.2 天气尺度系统

影响“21.7”极端暴雨的主要天气尺度系统包括高空急流、台风“烟花”和“查帕卡”以及低空急流，它们协同作用所产生的水汽辐合主导了“21.7”极端暴雨峰值阶段（7 月20 日）的降水，是日极端值出现的主要原因（Hsu，et al，2023）。

本次极端暴雨的高空急流由对流层高层冷涡产生，东侧急流增强台风“烟花”的高层辐散，台风加强，增强暴雨的水汽输送；西侧西北风急流增强两条高值位涡带之间的高空辐散环流，激发河南中、低层的中尺度对流系统，并使其向东倾斜，有助于暴雨增幅。高空急流有利于激发对流层中、低层系统，从而间接影响暴雨过程（蔡芗宁等，2022；Zhang，et al，2023）。

台风“烟花”和“查帕卡”通过供应水汽和与其他系统相互作用，是极端暴雨形成的重要原因之一。台风“烟花”和“查帕卡”分别构建起东南和偏南的水汽通道，将西北太平洋和中国南海的水汽、能量输送至河南省上空。台风“烟花”起主要作用，对“21.7”极端暴雨过程的平均贡献可达42%，对郑州市极端降水的贡献达68.8%（布和朝鲁等，2022；崔晓鹏等，2022；王军等，2022；Yu，et al，2022；Liu X，et al，2023）。台风“烟花”通过阻碍西太副高南移来增强河南500 hPa 高度上南风和低空急流，使南北向水汽输送占主导，形成南北向雨带并加强降水强度（饶晨泓等，2022；于腾飞等，2022）。台风“查帕卡”通过与台风“烟花”相互作用，影响彼此的路径、强度和外部环流，增强南风气流并有利于黄淮气旋维持，从而影响本次极端降水的结构和分布（Deng，et al，2022；Xu，et al，2022a，2022b）。

低空急流与暴雨的发生和发展密切相关。动力上，低空急流的出口区可产生辐合，加强上升运动；热力上，低空急流输送暖湿空气，供应水汽并使大气不稳定增强（程佳佳等，2022；汪小康等，2022；齐道日娜等，2023）。“21.7”极端暴雨期间，900 hPa以下的边界层急流与900—700 hPa 的低空急流通过耦合驱动水汽输送（Liu H Y，et al，2023）。然而，其在河南中部和北部的耦合机制不同：河南中部降水期间，西太副高与低涡形成低空急流，其左侧正涡度区与边界层急流的出口区重合；河南北部降水期间，低涡演变为倒槽并向北移动，低空急流北移，其入口区产生中层辐散，与边界层急流出口区产生的低层辐合耦合（Luo Y H，et al，2023）。双低空急流耦合使对流层中、低层建立更深厚的水汽辐合层和上升运动区，有利于极端暴雨的形成和维持。

总之，高空急流的辐散作用、双台风供应水汽并与河南上空环流相互作用以及双低空急流耦合对水汽辐合和上升运动的增强作用，共同为极端暴雨提供有利的水汽条件和动力条件。

3.3 中小尺度天气系统

天气尺度系统的影响可以解释日降水的极端性，而小时降水的极端性则需讨论中小尺度天气系统的作用（徐珺等，2022；Rao，et al，2022）。

天气雷达观测和数值模拟结果显示，“21.7”极端暴雨的关键中尺度天气系统为单一、准静止和高度组织化的中尺度对流系统（MCS），在卫星云图上表现为河南上空的中尺度云团不断与小尺度云团合并形成结构密实、稳定少动的孤立云团（高洋等，2022；齐道日娜等，2022；喻谦花等，2022；Wei，et al，2023）。对流层中、低层深厚的水汽辐合层和上升运动区由双低空急流的耦合建立，为MCS 的形成提供有利的水汽和动力条件，MCS 周围的弧形辐合带将多方向水汽叠加并快速沉降，内部水汽倾斜向东上升，积聚在郑州市上空，形成了郑州201.9 mm/h的短时极端强降水（孙跃等，2021；Yin J F，et al，2022a）。MCS 的形成及其产生极端暴雨的动力、热力机制将在4.1 节中详细讨论。

在有利的大尺度环流背景影响下，高空急流的辐散对对流层中、低层天气系统有激发作用，台风“烟花”和“查帕卡”与河南建立起水汽通道，低空急流与边界层急流耦合，再由中尺度对流系统叠加协同输送水汽，最终造成“21.7”极端暴雨（图3）。

图3 “21.7”极端暴雨期间不同尺度天气系统相互作用示意 （Yin J F，et al，2022a）Fig.3 Schematic diagram of interaction between multiplescale weather systems （Yin J F，et al，2022a）

4 “21.7”极端暴雨的发生和发展机制

4.1 动力、热力诊断

自“75.8”特大暴雨以来，利用动力学和热力学方程诊断暴雨关键天气系统及其环境条件成为揭示极端暴雨发生、发展机制的重要途径（丁一汇，2015）。

MCS 是“21.7”极端暴雨过程的关键天气系统，其形成及发展的有利环境条件为：对流层高层的天气尺度扰动主导了高位涡下传，引起局部较强的上升运动，对流层低层的风垂直切变及气流辐合主导了大气的对流不稳定（冉令坤等，2021；Zhao，et al，2023）。

MCS 与其产生的中尺度对流涡旋（MCV）发生耦合，是“21.7”极端暴雨的关键发生和发展机制。对流层中层的水平位涡平流增强了对流层低层的水汽辐合，使正涡度的向上输送和与辐合作用有关的垂直拉伸项加强，从而激发MCS 并产生降水；降水释放凝结潜热，通过位温垂直输送项加热对流层中、高层，使高位涡出现在对流层低层（齐道日娜等，2023；Zhang，et al，2023）。同时，MCV 内的强上升运动加强了正涡度的向上输送和向内水平平流，使MCV 与MCS 发生耦合，二者的耦合增强了对流层低层气流的垂直运动和凝结潜热，使对流层低层的高位涡加强，形成了凝结潜热与对流层低层的高位涡之间的正反馈，促使“21.7”极端暴雨的发生、发展（Fu，et al，2022）。

在强上升运动和对流不稳定的作用下，位温垂直输送项控制的凝结潜热与低空高值位涡形成正反馈，加强了气旋式涡度的向上输送和内水平平流，使中尺度对流系统与中尺度对流涡旋发生耦合，是“21.7”极端暴雨发生、发展的关键动力、热力过程。

4.2 微物理过程

“21.7”极端暴雨期间的水汽由动力输送和微物理过程产生（Yin J F，et al，2022a），动力、热力机制仅能解释动力输送，结合微物理过程能更全面揭示极端暴雨的发生和发展机制（罗亚丽等，2020）。

水汽主要转化为云水和云冰粒子，然后通过霰粒子的融化和雨水对云水的收集转化为雨滴，其中前者的贡献更大（Yin J F，et al，2022b）。在中、高层干冷空气侵入作用下，水汽过饱和凝结，提高了雨水收集效率，微物理过程产生的水汽与MCS 上升气流区水平输送的水汽叠加，最终形成极端暴雨（Yin J F，et al，2022a；Yin L，et al，2023；Zhang，et al，2023）。

分析此过程的地面雨滴谱分布发现，直径为2—3 mm 的中等粒子对总雨量贡献最大，达36.7%；降水强度可分为10—100 mm/h 和超过100 mm/h两类，前者由直径大于3.0 mm 的粒子决定，后者则需各种尺度粒子的浓度同时增大，这由平原区的深对流系统内部活跃的冰相微物理过程和高效的暖雨碰并过程产生（陈刚等，2022；周丹等，2022）。

受强上升运动和对流不稳定的影响，潜热释放与低空高值位涡的反馈作用使中尺度对流系统和中尺度对流涡旋的耦合增强，有利于局地水汽的辐合上升，再通过霰粒子的融化，促使各种尺度粒子增长，最终引发“21.7”极端暴雨并使其发展（图4）。

图4 向东倾斜的中尺度涡旋引发“21.7”极端暴雨的机制示意 （Zhang，et al，2022）Fig.4 Schematic diagram showing how the eastwardsloping MCV gave rise to "21.7" extremely torrential rainfall （Zhang，et al，2022）

5 下垫面效应

下垫面效应可分成地形效应和城市化效应，了解它们对“21.7”极端暴雨的影响，有助于提高数值模式预报极端降水的能力（Wang Y J，et al，2022）。

地形效应主要通过动力、热力和微物理过程影响“21.7”极端暴雨。动力上，河南省西部的山脉迫使辐合的暖湿空气抬升，加强边界层急流，有利于MCV 形成；热力上，太行山、伏牛山和嵩山通过地形的不均匀加热影响低空急流的日变化（冉令坤等，2021；Luo Y H，et al，2023）；微物理过程上，地形起伏处的对流系统发展高度下降，限制冰相过程，使雨滴平均粒径减小，降水强度减弱，因而极端暴雨向山脉东侧的平原地区集中（陈刚等，2022）。

城市化效应由局地地区和上游城镇对“21.7”极端暴雨的影响组成，局地城区的热力扰动和地表粗糙度的增大，促进了上升运动和水汽辐合，使风暴系统位置改变并在主城区停滞，增强了郑州主城区及其南部、开封西部和许昌西部的降水，最大增量高达304.4 mm，给主城区及其南部带来更提前和更集中的降水（Huang S H，et al，2022）。郑州南部、东南部和东部城镇下垫面的热力扰动和地表粗糙度增大，促进了上游地区边界层内及其上方的上升运动和地表摩擦力，使边界层大气变干并减小风速，减少了从南边界和东边界输入的水汽和能量，进而削弱了极端暴雨的总雨量（Luo Y L，et al，2023）。

地形效应通过加强边界层急流及中尺度对流涡旋的强度并限制山脉上空的微物理过程，对极端暴雨的强度和分布产生影响；由于上游城镇和局地城镇的共同作用很复杂，城市化效应对“21.7”极端暴雨影响的不确定性较大。

6 气候变暖对“21.7”极端暴雨的增幅效应

近一个世纪以来全球平均温度升高了近1℃，全球极端降水的频率和总量明显增大（Hegerl，et al，2019），在此背景下，“21.7”极端暴雨平均总降水量增加了约7.5%，其中部分地区高达15%—20%（Wang J，et al，2022）。

气候变暖可能会通过增强大气环流对热带环流及热带海洋的响应和对流的潜热反馈使“21.7”极端暴雨增幅。西北太平洋季风槽经向位置的异常偏北，使西北太平洋天气尺度波列向更高纬度传播（图5），增强了中纬度纬向环流（Huang S H，et al，2022），使局地的正涡度平流加强，进而加强垂直运动。同时，西太平洋暖池异常偏暖加强了哈得来环流下沉支和越赤道气流，有助于西北太平洋天气尺度波列的北传（汤彬等，2023）。气候变暖使大气不稳定增强，可能会加强中纬度纬向环流对西北太平洋季风槽和西太平洋暖池的响应，为降水异常提供更有利的强对流活动条件（Cheng，et al，2022；Peng，et al，2022）。此外，地表温度的升高能加强地表蒸发，降低感热通量，使大气的相对湿度和边界层高度升高（陈玥等，2023）。因此，大气的凝结潜热释放增强，增大了水平温度梯度，使风的垂直切变加强，有利于对流组织化，从而使依赖于线状对流的区域尺度降水增幅（秦汉等，2022）。

图5 （a） 2021 年7 月19—21 日和 （b） 气候态在850 hPa 上垂直涡度的水平分布 （蓝色和橙色曲线分别为2021 年7 月和气候态天气尺度波列的传播路径） （Huang S H，et al，2022）Fig.5 Synoptic-scale wave train represented by 850 hPa relative vorticity （a） during 19–21 July 2021 and （b） in climatology （blue curve represents the propagating pathway of the synoptic-scale wave train in July 2021 and orange curve represents the climatological propagating pathway） （Huang S H，et al，2022）

气候变暖可能增强了中纬度纬向环流对西北太平洋季风槽、西太平洋暖池的响应和对流的组织化，加强局地的上升运动和潜热反馈，从而使“21.7”极端暴雨增幅，其中区域尺度极端降水的增幅效应比台站尺度更显著。

7 数值模式预报

数值模式是预报极端天气不可或缺的工具，在“21.7”极端暴雨预测中发挥了重要作用。

次季节-季节预报模式成功预测出月尺度上中国“北湿南干”的异常降水模态，全球中期预报模式预报出周尺度上河南暴雨过程，区域中尺度数值模式对日尺度和小时尺度降水极端性预报效果较好，但仍存在预测降水落区偏西、降水强度偏弱的情况，这是由现阶段数值模式对天气系统的移动和强度的模拟有偏差以及对复杂地形动力作用和微物理过程的描述能力不足所致的（史文茹等，2021；李泽椿等，2022；栗晗等，2022；童颖睿等，2022；Yan，et al，2023）。

对流层高层冷涡、西太副高、台风“烟花”和“查帕卡”路径及强度的不确定性使日极端降水被低估，而低空急流和黄淮低涡的位置及强度的不确定性使局地水汽辐合和垂直运动的模拟效果不好，进而影响了小时降水量的预报结果（蔡芗宁，2022；Huang Q J，et al，2022 ；Wang X J，et al，2022；Hu，et al，2023）。

对卫星资料如FY-4A 的水汽通道和对流层高层风场进行同化，能改善数值模式的初始场，尤其针对海洋高空风场进行调节，减小了数值模式对日降水和小时降水极值的预报偏差（Xie，et al，2022；Yin R Y，et al，2022；Xu，et al，2023）。数值模式的初始场对天气系统代表性的差异，使数值模式预报具有不确定性（张云济等，2022），利用集合预报能估计这种不确定性，提高日降水的预报效果（朱科锋等，2022）。

然而，小时降水量的可预报性仍较低，因为数值模式尚无法准确预报每一个中小尺度过程。概率匹配平均能进一步改进集合预报的结果，且预报时效越长，改进效果越明显（刘扬等，2022）。朱科锋等（2022）提出了一种新的基于邻域的降水概率预报方法，显著提升了日降水和小时降水的概率预报效果。

总之，数值预报对“21.7”极端暴雨在日尺度和小时尺度上的降水预报仍存在较大偏差，卫星资料同化和集合预报可以改进数值模式初始场及其对天气系统的代表性，从而提升预报效果。

8 “21.7”极端暴雨的研究成果与“75.8”特大暴雨的比较

“21.7”极端暴雨与“75.8”特大暴雨虽同样出现在河南并引发了空前的灾难，但在雨带特征、降水与台风配置、对流层高层环流与中、高纬度的冷空气活跃程度上均存在显著差异（Rao，et al，2022）。Rao 等（2022）已对比了两次暴雨过程的天气系统及物理条件，因此文中主要对二者当前的研究成果进行比较。

对于二者的研究成果，主要体现在研究方法、气候变暖以及城市化背景3 个方面的差别（丁一汇，2015；李泽椿等，2022）：在研究方法方面，观测资料时、空精度的提高和数值模式技术的改进，使降水和天气系统特征更加精细，并深化了对极端暴雨期发生和发展机制尤其是微物理过程方面的认知；城市化高速发展改变了下垫面的吸热能力、储水能力和粗糙度，城市内涝灾害越发严重，增加了“21.7”极端暴雨发生期间的下垫面与大气相互作用过程的复杂性，使极端暴雨机理研究的不确定性增大；在全球显著变暖的背景下，“21.7”极端暴雨有关研究定量估计了气候变暖的增幅效应及其影响机制，发现“21.7”极端暴雨可能受到比“75.8”特大暴雨更显著的热带大气环流和海洋的影响，并具有更强的对流组织化，有利于上升运动和潜热反馈的加强，可能是“21.7”极端暴雨的小时雨量更极端的原因之一。然而，城市化会加剧局部变暖，气候变暖和城市化的影响如何区分尚不明确，为今后极端暴雨研究提出了更大的挑战（严中伟等，2020）。

9 结论与讨论

回顾了河南“21.7”极端暴雨的研究进展，主要涉及“21.7”极端暴雨的降水特征、影响天气系统、发生和发展机制、下垫面效应、气候变暖增幅效应等方面，得出以下结论：

（1）“21.7”极端暴雨的持续时间长、降水范围广、降水落区和时段集中及降水极端性强；业务预报、数值模式、卫星遥感和天气雷达对本次暴雨峰值均存在低估。

（2）在有利的大尺度环流影响下，高空急流的辐散作用，台风“烟花”和“查帕卡”建立的水汽通道，双低空急流耦合等，协同产生了“21.7”极端暴雨。

（3）“21.7”极端暴雨的发生和发展机制为：在强上升运动和对流不稳定的影响下，凝结潜热与低空高值位涡的反馈作用，使中尺度对流系统和中尺度对流涡旋的耦合增强，再通过霰粒子的融化促进各种尺度粒子同时增长。

（4）地形效应通过动、热力作用及微物理过程影响极端暴雨的强度和分布；城市化效应对“21.7”极端暴雨的影响较为复杂，具有较大不确定性。

（5）气候变暖可能加强了中纬度纬向环流对热带大气环流和海洋的响应及对流的组织化，进而导致上升运动和潜热反馈的增强，使“21.7”极端暴雨增幅。

（6）数值预报低估了“21.7”极端暴雨日尺度和小时尺度的降水，卫星资料同化和集合预报可有效提升数值模式的预报效果。

（7）相较于“75.8”特大暴雨的研究成果，由于观测资料的加密和数值模拟技术的改进，“21.7”极端暴雨具有更精细的降水和中小尺度系统的特征，尤其是云微物理特征；同时，全球气候显著变暖使“21.7”极端暴雨表现出中纬度纬向环流对热带大气环流和海洋强迫效应的更强响应，可能增强了“21.7”极端暴雨小时雨量的极端性；而城市化的高速发展也进一步增大了“21.7”极端暴雨机理研究的不确定性。

虽然1975 年的河南特大暴雨过程已经过去将近半个世纪，但它推动了中国暴雨预报从定性预报到定量数值预报的飞跃，而对同样发生在河南的“21.7”极端暴雨而言，需要进一步深化对多尺度相互作用的认知及提升数值模式的预报能力，尤其对极端事件在中期和短期的预报能力（李泽椿等，2022；Hsu，et al，2023）。基于以上结论，未来可从以下几个角度开展对极端暴雨的进一步研究：

（1）改进天气雷达、卫星遥感技术反演算法，发展多源观测资料融合分析技术，加强高分辨率资料对极端降水时、空分布特征的精准预测能力，使不同时、空精度的观测资料能满足对极端暴雨的监测和预警需求。

（2）在气候变暖和高速城市化背景下，深入研究多尺度天气系统相互作用机制，提高对极端暴雨期间对流系统微物理特征变化和形成机制的认知，加强复杂下垫面影响极端暴雨的机理研究，为多尺度数值模式提供更精细的动力学核心和更准确的物理参数化方案。

（3）除了发展数据同化技术改进初值资料和增强对大气的认识外，考虑初始条件不确定性的集合预报能改进单一确定性的数值预报的预报结果，未来可结合人工智能新方法改进降水概率预报算法，提高集合预报对极端暴雨的可预报性。

（4）结合中外极端降水事件进行对比分析，探讨不同地区、不同季节、不同类型的极端降水事件之间的异同点，尤其是气候变暖和城市化对极端降水事件频率、强度、持续时间等特征的贡献，为防灾减灾措施的制定提供科学依据。

最后，值得说明的是，文中对“21.7”极端暴雨的相关研究进展进行梳理和总结，但未涉及尚未刊出论文的相关研究，梳理过程遗漏难免，欢迎各位读者一起探讨交流。

致 谢：该文得到丁一汇院士的指导，在此特予感谢！