三轮暴雨连袭河南5天降下两年水量 “千年一遇”究竟多疯狂?

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河南暴雨已经是全国舆论关注的焦点。

但很多人都不知道,这轮暴雨受灾的,远不止省会郑州一个地方,而是覆盖了大半个河南省。

【1堪称疯狂的河南特大暴雨】

从19日~22日,降雨过程可分为三轮:

首先是台风驱动的远程水汽输送,撞上了“天下之中”的中岳嵩山。

从19日(周一)08时到20日(周二)16时,嵩山降雨量508.3mm,新密476.2mm。

一天多的时间,嵩山接近常年降雨量总量的60%。新密超过了常年总量的70%。

连同周边的偃师、伊川等地,国家级气象站均突破建站以来日降水量、3日降水量历史极值,直接原纪录翻倍,三天下了半年的雨。

而这仅仅是一个开始。

第二轮,超强的暴雨指向了省会郑州。这一次,降雨带从正南而来,形成延绵不绝的“列车效应”。

20日下午14时,强降雨开始,15:00-16:00雨量骤然加大,郑州国家气象站一小时降水60.6毫米;

而到16:00-17:00,局地超强降水进入巅峰,磅礴的雨水向整个城市倾泻;

一小时内,郑州国家站录得201.9mm强降雨,这个惊人的数字,打破了全国大陆2418个国家级气象站的纪录!

此前全国大陆国家级气象站的1小时降水量记录,是2002年7月2日广东茂名的168.3mm。

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中国气象上规定, 24小时降水量为50mm以上的雨称为“暴雨”,100~250mm为“大暴雨”,250mm以上称“特大暴雨”。

而细分至一小时,16mm降水量就是暴雨。200mm,想想是什么概念?这是疯狂的暴雨!

对于郑州国家观测站,多年平均(1981-2010年)的年总降雨量是640.9mm,七月平均为147.7mm。

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这1小时的暴雨,相当于一年1/3的降水量集中在一个小时内泼下来,在任何地方都是罕见的大灾。

放眼世界,这也是全球大中城市,小时雨强的最大纪录。在全球观测历史里,从未在人口100万以上的大城市出现。

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而从15:00-18:00的三小时合计,总降雨量310.8mm,接近常年降雨量的一半!

当天晚上,每小时20多mm的暴雨还将持续了5个小时。

到第二天(21日周三)凌晨5时,24小时累计雨量已经达到655.9mm。这是一天下了一年的雨!

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直到21日上午10点,郑州市区降雨终于告一段落。被肆虐的城市终于可以喘息。

从19日10点郑州本站开始观测到降水,降雨过程持续了整整48小时,累计降雨785.1mm。

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20日除了郑州市区,环嵩山地区的新密、荥[xíng]阳,巩义、偃师、登封等地,也继续出现了相当强的降雨。

以标准的当日08时-次日08时24小时(08降水)计,新密达357.5mm、荥阳达316.9mm。

而巩义、登封2个国家站数据更是因为光缆冲断,从20日下午停报。

20日晚上,强降雨带转移到郑州以东、以北,开封、新乡两个市区也降下270mm左右的特大暴雨,原阳、延津为290mm左右。

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21日(周三),雨带继续向黄河以北转移,强盛的对流云团沿着京广线方向,从河南南部一直蔓延至北京。

河南北部的新乡、焦作、鹤壁、安阳,河北的邯郸、邢台、石家庄、保定出现大暴雨、特大暴雨。

水汽输送之充盈,连河南南部的许昌、漯河、平顶山、驻马店、信阳、南阳都出现了大暴雨。

万幸的是郑州周边出现一片空白区,降雨暂时停歇,有利于抢险救灾工作的展开。

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到21日下午和晚间,这第三轮雨带再次在河南东部、北部加强。

新乡的牧野站(就是周朝灭商的牧野大战的牧野)19-21时2小时降水267.4毫米,超过郑州前一天2小时最大262.5毫米的降雨量。

22日凌晨,河南河北的降雨带在整体减弱,不过安阳、鹤壁的降雨却仍很强。部分站点小时雨量在50~100mm,为短时特大暴雨级。

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21~22日的第三轮降雨,安阳、汤阴、鹤壁,辉县、淇县,新乡、卫辉、获嘉均降下特大暴雨;

其中安阳、鹤壁、辉县、淇县24小时08降水超过430mm,达到甚至超过了一、二轮主雨带荥阳、巩义、偃师、新密、新郑的量级。

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其中,鹤壁市区的科创中心气象站24小时08降水高达777.5mm!疯狂程度大幅度超过了郑州!

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7月17日08时至7月22日08时,5天累计降水量已经达到1072.6mm!这是5天下了几乎2年的降水量(常年均降水量586.6mm)!

作为一个市区人口70万的城市,鹤壁得到的关注还是太少了。

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豫北、晋东南和冀南地区,正是南太行山及其山前地带。南太行发挥了类似嵩山的水汽抬升与激发强降雨云团的作用;

而且南太行是真正的险峰,地质灾害可能性极高,需要警惕山洪、滑坡、泥石流等灾害的发生。

【2双涡轮增压制造的特大暴雨】

这次超强降雨,覆盖了大半个河南,持续时间长。从17日开始,一直延续到23日,整整一周时间。

为什么今年会下这么大的雨?

从基本的气象学逻辑上说,先得认识“副高”,这是决定我国夏季晴雨旱涝的头等天气系统。

“副高”就是副热带高压的简称,副热带就是地理的亚热带在气象上的叫法。

赤道热带的上升气流,旋转到这里,变为下沉气流,因而属于高气压带。所以叫“副热带高压”。

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在副热带高压内部,气流下沉,晴朗少云,高温少雨,太阳辐射强。

受太阳辐射影响,在冬夏之间,西太平洋的副高逐渐增强,向北移动、向西延伸,在东亚大陆也就是中国东部逐渐扩大地盘,带来晴热的高温酷暑。

在晴热强盛的副高控制下,太平洋的水汽一般无法直接进入中国大陆。

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给中国东部带来降水的,一般主要是两种力量:

一是来自西南方向的季风,携带印度洋、孟加拉湾乃至南海的水汽,可以以西南-东北走向,进入西太副高的北侧,形成了降雨带。

(夏季,陆地升温较快,出现热低压;驱动季风从海洋吹向大陆,但前提是不要被高压挡住)

二是太平洋上生成的台风,可以在副高的南侧,携带太平洋水汽突入中国。

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在正常的年份,7月底到8月初,副高脊线将北上越过北纬30°;

西南季风给北边的华北、东北带来降水,台风间断突入华南、东南沿海,这是正常年份中国夏季的两种主要降水模式。

但今年受“拉尼娜”等原因影响,副高极端偏北,远远地越过了往年平均的范围,让东北出现了罕见的高温。

这下在整个中国东海岸,难得地直接敞开了太平洋水汽进入的大门。

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更不巧合的是,在东海、南海方向,分别有第6号台风“烟花”、第7号台风“查帕卡”。

台风以逆时针旋转,就像涡轮泵一样,助推海洋水汽,长驱直入。这样一来:

1、从东刮来的季风,可以把太平洋上的水汽输送至河南。

2、6号台风“烟花”把太平洋上的水汽,从东南方向源源不断地输送至河南。

3、7号台风“查帕卡”,把西南季风送来的水汽助推转向,也从正南方向来到河南。

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三股强盛的暖湿水汽,在中原大地合流,水汽在撞上嵩山、太行之后,受到抬升,产生强降雨,这是特大暴雨的罪魁祸首。

同时华北地区大气能量充沛、对流旺盛,还有一股低压涡旋,加剧了锋面雨和对流雨,导致了降雨显著增强。

副热带高压的极端北抬,两个台风的双涡轮增压助推,印度洋、太平洋的水汽合流,源源不断的水汽输送和特殊的天气形势;

叠加低涡和山地迎风坡的剧烈抬升,环环相扣的配合导致了历史级气象事件的降临。就这么产生了极端强降雨!

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更不凑巧的是,由于双台风共舞,两个台风互相牵制,导致6号台风“烟花”的中心移动速度,一度慢得跟人散步一样——每小时才走5公里。几乎是停滞不前。

这样,在台风“烟花”与副高之间,气流形势能够长时间维持东南-西北走向,把太平洋的丰沛水汽浩浩荡荡地送进大陆,源源不断地涌入河南。

河南的超级暴雨于是越拖越久。

要到21日过后,随着7号台风“查帕卡”登陆广东大幅减弱,6号台风“烟花”逐渐靠近大陆,水汽输送被“烟花”逐渐截留,河南河北的强降雨才会减弱。

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其实,这种台风“千里送水”,“隔山打牛”远程助推制造的北方强降雨,并不罕见。

台风助推最终制造的降水量,甚至可以远高于台风本体登陆时直接带来的雨量。

像1963年8月上旬,海河流域的京津冀就发生过这样的“台风助推”暴雨,持续10天,降雨总量达600亿吨,洪水量200亿吨,制造了海河特大洪水。

“63·8”当时的暴雨中心河北省内邱县獐么村7天降雨量达2050mm,雨量之大为我国大陆7天累计雨量最大记录。

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台风暴雨、台风助推暴雨、季风暴雨,本来就是我国暴雨的三种主要类型。如上图所示,

台风暴雨为黄色格子,主要发生在南方;台风助推暴雨为红色斜线,发生在北方;其他为季风暴雨。

所以,这次河南特大暴雨是一次典型的台风助推暴雨:

副高极端北抬让出水汽通道、超级台风涡轮助推、山地低涡加剧雨情,这就是成因。

早在事件发生前的15日,河南气象局就已经发出了特大暴雨警告,这是完全可以计算得到的,但是遗憾未引起公众的重视。

【3灾害发展情况】

根据水汽输送情况,以及22日中午的雷达看,河南河北的持续性大暴雨、特大暴雨终于在逐渐减弱了,23日晚上强降雨过程有望结束!

但是新一轮暴雨接力棒转交江浙沪,助推了中原特大暴雨的6号台风“烟花”,它的外围雨带已在浙东沿海上岸,预计25日在浙江中部登陆。

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现在经过在太平洋的“黑潮暖流”,受能量充沛的暖海水支持,烟花已增强为14级的强台风,还会在海上增强为16级超强台风。

另外,本周末正值天文大潮,风雨潮“三碰头”会让登陆地附近更加危险。

对于这个暴雨“操盘手”,目前上海连续四天报了暴雨到大暴雨。整个“包邮区”都需要重视!

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至于河南雨洪的走向,不少人都在关注黄河的安危。但绝大多数人都不知道,尽管就在黄河边,但郑州市区是属于淮河流域的。

因为黄河长年淤积,河南段大部分已是地上河;为了防洪,历朝历代民众还不断加高堤坝,自然河道根本无法注入。

所以黄河南岸是淮河流域,黄河北岸是海河流域。

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而流经郑州的贾鲁河、源自嵩山的颍河及其支流沙河最后都是在周口汇合。

不论是贾鲁河、颍河还是沙河,均处在本次暴雨的核心区,因而周口成为了豫中洪水下泄的关键节点。

周口市已经发布了防汛一级应急响应,全力应对超出河道承载量的洪水。

【4“千年一遇”的争论】

郑州的灾情从20日晚上引爆舆论关注,21日持续发酵。一个很奇特的争议,竟然是关于“千年一遇”的定性。

不少人问,从宋代起就有持续的水文记录了?

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首先说,所谓“百年一遇”、“千年一遇”,这实际上是一个数学上的概率。

准确地说,是基于20世纪后半叶的水文观测资料,进行的概率推算。所用的气象观测资料,一般从1951~2000年。

随着新中国建立,这时才有了比较准确和完整的降雨量的科学记录。

通过50年的资料记录,进行分布曲线的拟合,推算出某个量级降水量,发生的预期概率。

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为了通俗起见,往往用“概率”的倒数“重现期”来替代。这就是“××年一遇”。

预期概率1%,就是“百年一遇”,预期概率1‰,就是“千年一遇”。

这些都是基于理工科《概率论与数理统计》的知识,基于气象观测记录资料,有计算公式的——

根据郑州暴雨强度公式:q = 3073( 1 + 0.892 lgP)/(t+15.1)^0.824

暴雨重现期p年,t=暴雨历时,q = 166.7i,i = 3.365 mm/min (20日16-17时降雨量201.9/60),

暴雨历时取25min(管道流行时间大于10分钟情况下),重现期p算出来为1050年。

这就是“超千年一遇”的出处。

如果依据其他水利、水工学者提出的拟合计算公式,还有“4000年一遇”,甚至“600万年一遇”的提法。

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另外,千年一遇是针对同一个地点来说的,不是说整个世界范围内的千年一遇。

中国有约400个地级市,3000多个县级单位;理论上,每年都可以在某地冒出一个“千年一遇”。

这也是很多人忽视的一点。

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但是,以更高的视角分析评价,概率计算的基础是50年的资料,样本相对还是小了。而且在气候学之上,还有更宏观的历史气候学。

用历史气候学视角,20世纪后半叶的中国气候,在历史长轴里,其实是属于偏干、偏冷、偏旱的年代,洪水雨量总体是偏小的。

进入21世纪之后,全球变暖加速,温度、雨量,极端天气事件、极端洪水事件都在增加。基于20世纪后半叶的资料记录库,也需要扩充修正。

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但即使按全球变暖后的气候背景,估算这场超强暴雨中心恰好位于郑州城区的事件,概率说是“超百年一遇”,并不为过。

通常一个地方24小时降雨量达到全年的10%,就存在致灾风险。这种1天超1年的情况,概率极低。

但是,在不同的地方,再加上几十年间隔,发生类似规模的超强降雨就不算极其罕见了。

【5对比“75·8”暴雨】

在河南南部,老人们一说起暴雨,就要念叨起“75·8”。那是中原大地一道沉重的伤痕。

1975年8月4日凌晨,7503号台风穿越台湾岛后在福建晋江登陆,以罕见的轨迹,越江西,穿湖南,6日凌晨在常德附近突然转向,北渡长江直入中原腹地。

在多种原因共同配合下,7503号台风竟然在陆地上罕见的维持了4天,并且成为最深入内陆的一次台风,停驻在河南南部伏牛山区及下游平原之间。

这里有大量三面环山的马蹄形山谷和两山夹峙的峡谷。并在其他天气系统的参与下,制造了罕见的特大暴雨。

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“75·8”虽然是台风带来的暴雨,但大气环流形势其实和今年很像:

副高较常年异常偏北,东海岸“大门”敞开,异常丰沛的水汽由千里之外的大海源源不断,从西南方、东方而来,给台风提供了异常充足的水汽支援。

而至于台风本身,在福建、江西、湖南三省却均未造成明显的灾害,本身只是起了涡旋的作用,水汽供给才是暴雨的根本原因。

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第一轮暴雨为5日14时起6日0时结束,持续10小时,位于降水中心板桥水库附近的林庄水文站降水448.1毫米,最大一小时降水量142.8毫米。

第二轮暴雨从6日12时持续到7日04时,降水中心转移到东部驻马店、上蔡一带的下游平原地区,最大降水为上蔡755.1毫米。

第三轮暴雨也是最恐怖的一轮暴雨,从7日16时开始一直持续到8日凌晨,总计持续13小时,最大降水为林庄1060毫米。

直到8日凌晨后,台风减弱消散,强降水才逐步停止。

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“75·8”暴雨大于600毫米和400毫米的降水面积分别为8200平方公里和16890平方公里,超过“63·8”海河大暴雨。

林庄过程总降水量最终达到1654毫米——是当地年平均降水量的两倍之多,6小时降水量830.1毫米甚至创造了当时的世界历史极值。

8日凌晨,在连续3天的暴雨冲击下,造成板桥、石漫滩、田岗、竹沟、薄山等大中型水库、58座小型水库相继垮坝溃决。

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60多座水库相继溃坝,一场超过天然状态下淮河洪水多倍的人造洪水诞生了。

汝河板桥水库溃坝瞬间洪峰每秒78800方,15米高的洪峰咆哮而下,可与长江荆江大堤溃堤、大江完全改道相提并论。

比天然状态下淮河干流万年一遇的洪水(30000~35000方每秒)还多出一倍有余。

在6小时内,板桥水库下泄了7亿吨洪水,平均流量为32450方每秒,而下游只是1条极限泄洪量不足每秒5000方的小河沟。

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在大坝至京广铁路直线距离45公里之间,形成一股水头高达5-9米、水流宽为12-15公里的洪流;

一座座村庄瞬间荡然无存,诸市镇化为乌有,京广线被冲毁102公里。

由于水库垮塌正值凌晨,民众多在睡梦之中,约有10万人被洪水冲走。死难最惨重的是河道下游的遂平县,死亡1.9万人。

统计洪水总量超过100亿方,淹没面积为1.2万平方公里,1000多万人受灾,总死亡超过2.6万人,是世界最大最惨烈的水库垮坝惨剧,建国后最恐怖的一场洪水浩劫。

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“75·8”特大暴雨及其引发的垮坝灾难,这里边有自然原因(特大暴雨、特殊地形增幅),也有工程原因(水库设计洪水偏小、质量偏差),还有社会原因(水文预报失误、防汛准备不足)。

板桥水库修建非常早,1951年设计,1952年动工,1953年建成,是新中国刚建立时就修建的。

由于当时水文气象资料少,设计洪水只能参照了1921洪水年的估测数字作为设计依据。

虽然目标是抵御千年一遇洪水,但1985年复建水库时重新计算,1951年测算的“千年一遇”其实只相当于十年一遇而已。

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当时气象部门只能进行有限的监测,对7503台风奇特的走位没能发布预报;人们对前所未有的极端暴雨没有任何概念,指挥调度也不得力。

如果能提前放水腾出库容,整整3天时间,完全是有可能避免垮坝的。而这个时代,绝不可能再重现这个级别的悲剧了。

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但是也需注意,这次郑州以城市的整体钢筋混凝土抗住了暴雨。

但在广大农村、山区,河沟冲刷、房屋倒塌、人员被冲走的情况比较严重,有些村镇相当一段时间处于失联状态,报道还很匮乏。但从传出的视频上看,情况很严重。

总体的伤亡情况仍然要到暴雨散去之后,才能有完整的统计。但愿伤亡尽可能地少!

【6总结】

就河南全省来说,“21·7暴雨”的总强度虽不如“75·8暴雨”,但影响范围已经大幅超过了。

“75·8暴雨”主要在驻马店、漯河、南阳、周口等豫南地区,“21·7暴雨”覆盖了大半个河南省。

更关键的是,暴雨中心已不再是浅山丘陵地带的农村地区,而是繁华的省会郑州,仅城区人口就超过700万人。

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而且郑州此次极端强降雨,在小时雨强上已经超过了“75·8”。

“75·8”的目击者回忆,当时白天如同黑夜;雨水像从消防水龙头中射出;从屋内端出脸盆,眨眼间水满;

这次郑州暴雨,已经是智能手机普及的时代,拍摄记录、网络传播,这比当年几乎没有洪水时照片、也缺乏报道,差出了不知多少个维度层级。

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河南、郑州的这场特大暴雨,也印证了全球变暖背景下极端天气多发的趋势。

暴雨是我国最主要的气象灾害。我国也是受暴雨灾害影响最为严重的国家之一。近10年来,暴雨对人民生活与生态安全的影响与日俱增。

如今气候变化的背景,不仅体现在平均温度的升高,更体现在更多的极端天气事件,极端灾害频率与强度显著上升;

在自然与自然灾害面前,人类始终是渺小的;

但我们依然会去选择了解与探求自然,发展科学技术,逐步提高防灾减灾能力,让灾害带来的悲痛与损失不断降低,顽强也伟大地延续文明。

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