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    46年前的那场北方第一大暴雨,到底到什么程度--记河南758强降水

    (2021-07-21 21:05:15)

    2021年7月20日,中原腹地的河南以郑州为中心,许多城市倒下破纪录猛烈暴雨,沦为一片汪洋,郑州遭遇前所未有的洪灾险情。河南上一次遭遇这样的情况,可能要回溯1975年,也就是46年前的八月,古老的中原大地上为一片汪洋所覆盖。在7503号台风的影响下,短短一天内,方圆12000平方公里的广袤地域间上演了一场旷世浩劫——注定永载史册的河南758事件。而制造浩劫的7503号台风,这个恐怖而又神秘的台风直至今日却仍不被人所了解。它究竟从何而来?又为何来到河南?那场巨灾到底如何发生?又为何如此严重?——希望您能在本文中找到答案。

    第一章 NINA生命史

    46年前的那场北方第一大暴雨,到底到什么程度--记河南758强降水

    7503号台风前身为东经137度、北纬20度附近赤道辐合带中的一个低压槽,并且在在7月的最后一天,随着探测风速达到命名标准,成为当年第三号台风NINA。

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    伴随着NINA的稳步增强,其内力作用的显著提升使得其路径出现了明显的北跳。自7月31日20时起,NINA一度转向西北方向移动,逐步靠近横卧在日本列岛一带的副热带高压。台风的西北行并没有维持太久,北跳还不到20个小时,8月1日下午NINA就一头撞向了横亘在日本附近的高压坝,强大的副高迫使台风重新走上一路平西的征程。此后,由于环流形势始终稳定,直到NINA冲入中国大陆东南地区,其移动方向都以偏西为主。

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    NINA稳定向西的同时,强度也开始飞跃。根据JTWC的飞机实测数据,NINA中心最低气压在短短18小时内下降了63hpa(下图),风速也同样跳升了65KT——达到了130KT的惊人高度。到八月二日晚,NINA更进一步冲上了135KT——即四级超级台风的水平,飞机探测到的最低气压只有904hpa。60KT到135KT,仅仅一天时间而已,NINA就干净利落地完成了从热带风暴至四级超强台风的大爆发。如此剧烈的爆发的确令人惊讶,很可能与当时底层西南季风和跨赤道气流的强力汇入以及垂直风切变减弱有关。

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    气压下降十分迅速

    8月3日白天,NINA选择了台湾花莲登陆。同许多从花莲登台的台风一样,NINA以自由过山的方式快速越过中央山脉,它的底层中心滞留在东海岸逐渐消失,中高层中心则在台中一带重新诱发新中心。这样一来,到当天下午4点,重生的NINA中心便从台中沿海进入台湾海峡,非常迅速地横穿台湾岛。

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    进入台湾海峡后,中央山脉对台风结构的破坏迅速显现。近十个小时后,8月4日凌晨,NINA拖着残破不堪的身躯在福建晋江围头湾第二次登陆。CMA认为其登陆强度为台风级,35m/s-------福州实测持续风速25.7m/s、厦门20.0m/s,实际可能只有强热带风暴水平,福建损失相对轻微。

    面对气若游丝的NINA,不可能有人想到几天后,从中原大地奔流而出的惊涛骇浪;更不会有人想到7503,这个恶魔般的编号即将震动整个中国。

    在晋江登陆之后,7503号台风已到达副高西缘,引导气流逐步转向北。自来到江西境内起,7503号的偏北分量就逐步增大,它快速地朝西北偏西方向穿越江西、湖南两省。而此刻的7503号并没有显现出任何特别之处,与所有深入内陆的台风一样,它的强度非常低,在上述两省均未造成明显的灾害。

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    到8月6日02时,7503号台风到达一生中最西点——东经111.5度 北纬30.0度,也就是在湖南省常德市境内。此时,7503号台风事实上早已减弱为热带低压了;但意想不到的一幕发生了:一是由于南半球寒潮活动导致跨赤道气流和西南季风突然剧烈爆发,赤道辐合带大幅北抬,位置较常年异常偏北,势力范围甚至一度达到北纬35度,异常丰沛的水汽从西南方、东方源源不断地输入台风核心,给台风提供了异常充足的水汽支援。其二,在对流层中上部(300-400hpa)先后有两个西风小槽通过低压北侧,对低压的维持起到了重要动力作用。其三就是东北方副高此时稍稍延伸出的高压坝在一定程度上阻止了西风系统大规模入侵台风核心,保存了低压系统的暖心结构,延缓了台风中心减弱变性速度。

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    在三种原因共同配合下,7503号台风的低压系统竟然在陆地上罕见的维持了足足百余小时,甚至在通过常德后还有所恢复,直至8日抵达湖北河南交界一带才终于消散。在此期间,与台风同步向内陆推进的当然也包括东南急流和西南季风——以及少见的赤道辐合带,空前巨量的水汽就这样由千里之外的大海长驱直入,跟随台风的脚步一路直向古老的中原大地。

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    在到达鄂豫边界之后,对于7503号台风而言,它的凶恶一面才刚刚展露。

    第二章 758暴雨成因

    7503号台风NINA在深入河南后,在河南制造了震惊世界的758暴雨。作为中国历史、乃至世界历史上罕见的一场特大暴雨,这场暴雨从八月五日14时开始,至八月八日凌晨结束,其持续时间之久、强度之大、破坏之广都创造了空前纪录,而罕见暴雨下惨绝人寰的浩劫,至今都令人不寒而栗。

    从地域上来看,这场暴雨核心集中在以河南泌阳县板桥水库为核心的伏牛山脉迎风坡及其下游京广铁路以西的平原的地区,尤其在洪汝河、沙颖河和唐白河流域上游的河谷地带雨势更大(见下图)。降雨的主要区域呈西北-东南走向,大致与山脉走向平行,而暴雨最核心区域则成点状分布、高度集中,有19410平方公里的广大地域过程降水量超过400毫米;整个降雨区波及范围向北可达太行山东麓,南至湖北襄阳一带,面积十分广阔。

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    降水图资料

    从时空分布上来说,这场暴雨可分为三轮。第一轮暴雨从5日14时起至6日0时结束,持续10小时,位于降水中心附近的林庄水文站过程降水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,最大为林庄1060毫米。直到8日凌晨后,强降水才由西至东逐步停止。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,六小时降水量830.1毫米甚至创造了世界历史极值。 经过如此骇人的洗礼,位于伏牛山区及下游平原上相继有62座水库溃坝,方圆12000平方公里的广大地域被浸泡在洪水中,建国后最恐怖的一场洪水浩劫便不可避免的发生了。附相关数据 :

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    758暴雨的总体形势

    从其他暴雨实例中可知,暴雨的产生需要三个必要条件:1.充足的水汽供应;2.强烈的上升运动3.较长的持续时间。

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    758暴雨正是具备了以上三个条件。根据上文所述,台风北上期间中层的西南季风和跨赤道气流强劲带动印度洋、南海一带水汽不断汇入台风中心,同时底层较强的偏东急流也把太平洋上的水汽不断汇入,这样整个暴雨期间,台风的水汽供应始终非常充足。

    对于第二点而言,尽管7503号台风到达驻马店地区时仅为热带低压,但作为气旋系统,中心的上升气流本来就比较强烈;同时,高空槽前的高层辐散与台风东北侧的底层辐合叠加以及中层偏南急流西部、底层偏东急流左侧有利于上升运动的环境,进一步推动了上升气流维持和加强。

    从历时看,通过上文分析7503号台风低压中心长期滞留,导致降雨区长期停滞,给暴雨的酝酿和累积提供了极其充分的时间。三种因素彼此配合、互相叠加,一场猛烈的暴雨的到来自然是无法阻止了。

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    即便创造了猛烈暴雨的条件,这场暴雨也有西风槽、东风扰动、弱冷空气及其他一些中尺度系统等的参与。而纵观758暴雨全过程,正是各种天气系统密切配合制造特大暴雨:1.各种天气尺度系统的配置为长时间暴雨创造了非常有利的条件。大环境上,高空槽与台风叠加形成的“南涡北槽”形势有利于暴雨发生。而就小尺度而言,这次特大暴雨中三次强降水过程中各种天气系统的不同配置也进一步推进了暴雨增强。冷空气的南下更进一步助推了本次降水。

    第一次是位于长江南岸的7503号台风东部底层潮湿偏南气流与华中地区南下的弱冷空气辐合上升(台风来临前上蔡站8月2日最低气温只有19.5度),产生类似锋面降水的过程。

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    第二次是台风核心降水的直接影响,暴雨区位于台风的东北部的汝河下游平原,这里正如前文所述位于台风环流上升速度最大区,同时有东风急流提供充足水汽,从而在台风北侧的“倒槽”中产生急流暴雨。

    第三次是原来在台湾东边的东风扰动向西北移动,逐步向7503号台风靠近,成为水汽的“加速器”并且使河南暴雨区偏东风显著加强,急流速度达到最大(>12m/s)。同时在7日08时,台风中心到达最北即伏牛山区,此时台风移动缓慢近于停滞,水汽辐合和上升速度都达到最大、冷空气持续渗透、西风槽在高空经过,各项因素共同作用从而产生最强的第三次降水过程。

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    正是由于在各次暴雨期间各种天气尺度系统的配置,使得大暴雨出现所需条件(即持续的强烈的上升运动,位势不稳定的持续,充足的水汽供应)都能发挥到接近极限,三次接踵而至、一波高过一波的持续性超强降水便由此产生。

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    当然,除了以上原因,这场暴雨在更小的尺度上也有多种天气系统的参与。比如说,在整场暴雨期间,驻马店地区北部及西部存在一个南南西-北北东走向的露点锋(干冷气团与暖湿气团交界)位于上图的小三角形联线处,促发了积雨云的不断产生发展,为暴雨提供源源不断地支持,这里就不一一列举。

    2.良好的中尺度环流条件,使其暴雨雨强成为罕见。这样大的雨强主要是由强烈的对流性活动所致。在这次特大暴雨期间,伴随有频繁而强烈的对流性活动,其中尤以雷暴活动最为明显,这主要是由东风切变线导致的。东风切变线就是在东风带内由东北风和东南风之间构成的切变线,属于中尺度切变线的一种。通常是由东向西移动,每经过一次,雨量就会跃升,降水量可达50--70毫米/小时甚至更高。

    在758暴雨中,类似这种的东风切变线多次出现。5-6日有3条强切变线以30km/h的速度横过暴雨区,下图中降水的几次峰值便如此产生。(下图A)

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    这样雷暴接连发生,从而不断制造特强降水;而当雷暴消失时,即切变线减弱消失时降水也随之结束。暴雨区中大量凝结潜热释放,使气层增暖,促使上升运动加强,这种正反馈作用又加强暴雨。在每场暴雨中,一次次强对流活动都和低空的东风切变线相联系。

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    在东风切变附近又能生成中尺度雨团,中尺度雨团的产生可以一步增强降水。具体来说,中尺度雨团是由10千米左右的降水单体组成(类似超级单体),多见于切变线、中尺度气旋辐合中心。在5-7日间,共有21个中尺度雨团活跃,其中5日4个6日8个7日有9个,正是由于东风切变诱发了中尺度雨团,这场暴雨才导致更剧烈地降水。

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    3.地形对这次特大暴雨起着明显加强作用。此次特大暴雨发生地,从伏牛山脉东端舞阳县以南的一连串丘陵向南一直连接到桐柏山脉,形成一个大弧状地形,其间的多个朝东开口的河谷对台风外围宽广的东风转东北东风的气流,有很强的强迫辐合作用,有利于气流进入和抬升形成多个强降水雨团。

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    而恰好遂平站6日晚东北风达6m/s,气流正好灌入林庄所在的喇叭口区域,地形的强迫辐合与抬升进一步加强了暴雨,导致山地迎风坡及河谷地带降水明显加强。另一方面,各个雨团在移动过程中同样受地形影响,总是沿地势较低的地区行进并长期滞留,更进一步推高了降水的强度与时间长度。

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    这样,集合了所有暴雨条件后,一场空前暴雨就倒在了中原大地的河南省。

    第三章 洪水狂魔

    758暴雨洪水惨状令世人震惊,从两万六到三四十万的死亡数据众说纷纭,这里不再多说。在758暴雨洪水淹没面积为12000平方千米,合120万公顷之巨的沃野良田沉入水底,这是中国自然条件最好的一片农耕区之一,包括河南、安徽的许多地区。

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    汝河板桥水库溃坝瞬间洪峰78800立方米每秒,峰值流量可与长江荆江大堤溃堤、大江完全改道相提并论。6小时下泄7.01亿方洪水,平均流量为32450立方米每秒,而下游只是1条极限泄洪量不足5000立方米每秒的小河沟,并造成下游多处大堤决口和漫堤,入宿鸭湖洪水量19.65亿立方米。

    洪河石漫滩水库溃坝瞬间洪峰30000立方米每秒,此流量相当于黄河主干流天然状态下150~200年一遇大洪水,此流量足以使目前的黄河中下游大堤全线溃堤。下泄洪峰接着冲垮田刚水库、废杨庄水库,并冲入老王坡滞洪区,漫堤后老王坡滞洪区大堤溃决洪水13亿多立方米。

    沙颍河:该河的一条名不见经传的支流“干江河”, 其官寨水文站在758洪水中连续三次破实测记录,其中最后一次竟高达14700立方米每秒,将记录提高2.8倍之多。经计算沙颍河阜阳站8月5日至9月4日洪水量为56.85亿立方米。

    唐白河:唐河唐河站洪峰高达13100立方米每秒(该河原本也只是一条名不见经传的小溪)。

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    62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,78800立方米的流量比天然状态下淮河干流万年一遇的洪水(30000~35000立方米每秒)还多出一倍有余。洪水总量超过100亿立方米。

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    2021年7月,河南超级暴雨让大家再度想起了当年758暴雨,时隔40余年后,为758暴雨中不幸遇难的同胞默哀!同时,也为同样遭遇了罕见暴雨洪灾的河南郑州等地祈福!

    注:本文为台风论坛会员shear所作,有改动。部分资料参考来自《天气学原理和方法》、NCEP再分析、温州台风网。

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