从“75·8”到“21·7”的思考

从“75·8”到“21·7”的思考

▍简介

2021年7月17日至22日，河南省经历了一次历史罕见的极端暴雨过程（简称“21.7”极端暴雨过程）。 46年前的1975年8月48日，河南省也经历了历史罕见的特大暴雨洪涝灾害（简称“75.8”特大暴雨过程）。 同一地区经历了两次特大暴雨，预报预警的准确性和及时性、应急服务响应措施和应对措施存在较大差异。 “21.7”特大暴雨过程的成功预报和服务，得益于几十年来政府和有关部门依靠科技、预防为主、政府主导、社会联动，以及中国气象局和河南省政府的大力支持。省政府在科技研究、气象工程方面给予的大力支持以及气象科技人员多年来不断的精心研究和认真服务。

为及时准确预报“21.7”极端暴雨过程，河南省气象工作者自7月14日起密切关注暴雨过程； 可能有大雨； 16日，省长发布一号总司令令，召开防汛工作视频调度会； 17日，省气象局以加密滚动方式发布“气象信息快车”，时长3小时至1小时，为他们做出正确决策提供科学信息。 报道称，紧急状态工作将持续到7月23日。从此次实际预报服务来看，5天的预报非常重要，可能为紧急对策和实施争取时间。

在目前防灾科学认识水平、技术环境和经验积累的背景下，各级气象部门和应急部门为“21.7”特大暴雨防灾减灾做出了巨大贡献。 为此，组织天气预报业务相关领域专家进行研讨，各抒己见，求同存异，共同探讨“75.8”、“21.7”大暴雨预报服务，明确目标和方向今后应该努力。

▍同一地区经历了同样的暴雨，但预报服务和应急响应明显不同

（一）同一地区暴雨

1975年8月48日，以驻马店为中心的河南广大地区遭受了历史罕见的特大暴雨洪涝灾害。 泌阳林庄5天降雨量达1631.0毫米，日降雨量达1005.4毫米，6小时降雨量830.1毫米，泌阳老君庙每小时降雨量189.5毫米，为中国大陆日降雨量最高（图1）和 2) .

图1：1975年8月4日08:00至8月8日08:00河南及周边地区累计降水量

图2：“21·7”和“75·8”暴雨不同时段最大点降雨量对比

46年后的2021年7月17日至22日，河南省也经历了历史罕见的特大暴雨事件。 大部分地区出现大雨或大暴雨。 郑州、焦作、新乡、洛阳、南阳、平顶山、济源、安阳、鹤壁、许昌等地出现大暴雨。 强降雨中心位于郑州、新乡、鹤壁、安阳（图3）。 最强降雨期是1921年。

两次过程呈现出以下相同特点：（1）极端降雨现象突出。 “75·8”特大暴雨突破日降水量极值。 有力刷新了中国大陆每小时降雨量的气象记录（图4）。 （2）持续时间长，累积降雨量大，多地一次天气过程超过年平均降水量。 “75.8”林庄5天累计降雨量1631.0毫米，“21.7”鹤壁6天累计降雨量1122.6毫米。

图3：2021年7月17日08:00至2021年7月23日08:00河南及周边地区累计降水量

图4：2021年7月17-22日郑州国家气象台逐时降水量

（二）两次特大暴雨影响严重

据我们掌握的信息和政府门户网站信息显示：“75.8”特大暴雨导致淮河上游洪水泛滥，数十座水库溢流垮塌，73.3万公顷农田被毁，11万人受灾，死亡2.6万余人，经济损失近百亿元（灾害连锁对交通等部门影响较大）。 4座大中型水库、58座小型水库造成局部灾害，洪水造成2.6万人死亡。 板桥、石漫滩两座大型水库8日凌晨发生溃决。 竹沟、天岗2座中型水库和58座小型水库也垮塌。 老王坡、泥河洼滞洪区也相继得到解决。 沙河、澧河洪水流入汝河，驻马店地区江河普遍泛滥决口，南阳地区唐河下游堤坝决口。

受“21.7”极端持续强降雨影响，河南中西部和北部地区出现大面积城市内涝、农田洪涝； 不少大中型水库超过洪水极限水位，个别水库和河段险情。 此外，公路、铁路、民航交通也受到严重影响。 河南多段高速公路封闭。 郑州至洛阳铁路因线路被淹、路基塌方、设备被淹而无法通行； 京广高铁、徐兰高铁、京广铁路、陇海铁路、焦柳铁路、宁西铁路穿过郑州地区。 铁路等线路运输均受到不同程度影响； 郑州东站160多趟列车停运，造成大量乘客滞留，郑州地铁全线暂停运营。 机场出现大规模航班延误，多趟航班被取消。

据河南省农业调度统计，截至22日17时，全省农作物积水面积71万公顷，其中新乡18.9万公顷，周口11.8万公顷，开封9000公顷，安阳9,000公顷。 70万公顷。 由于当时河南最主要的秋收作物夏玉米刚刚进入拔节期，株高较低，强降雨造成玉米倒伏程度较轻，以植株倾斜为主，未发生大面积根系塌陷或茎折断现象； 地块被雨水冲刷，出现土壤脱肥现象，不利于秋收作物后期生长。 据应急部门22日初步统计生活网资讯，全省秋收农作物受灾面积55.5万公顷，约占总播种面积的6.4%。 由于统计时周口、新乡等地洪水尚未消退，预计受灾面积还会增加，将对全省粮食生产造成一定影响。 令人欣喜的是，2021年，河南省粮食产量虽有所减少，但仍稳居全国主粮区第二位，为中国人民把工作干在自己手里。

除了“21.7”期间山洪等自然灾害外，由于城市化的发展，山洪进入城市的风险加大，导致城市内涝灾害更加突出，加上城市抗灾能力不足生命线工程和城市洪水风险和传递性的连锁和突变，造成重大人员伤亡和财产损失。 “75.8”主要是全流域性洪水，导致水库溢流、坝体垮塌，造成毁灭性灾害。

(3) 不同的预报服务和意外事件

“75.8”暴雨期间，由于缺乏基础大气观测信息（卫星、雷达观测等），预报方法差，预报结论差，没有防控服务对策，几乎没有通讯手段。 正是这场特大气象灾害，促使叶笃正、谢一兵、邹景猛等领导作出科学正确决策，开展大气监测网络建设和暴雨深入科学研究，建立数值预报体系。中央气象台业务系统。

“21.7”特大暴雨期间，中国气象局16日19时启动重大气象灾害（暴雨）Ⅲ级应急响应； 21日08:00升级为二级； 中央气象台发布12期暴雨黄色预警和5期橙色预警。 河南省气象局16日10:00启动暴雨四级应急响应，16日20:00提升为Ⅲ级，20日06:00提升为二级，20日06:00提升为二级。 21日02时58分再次一级。 7月17日至8月2日，河南省气象部门共发布暴雨预警信号1095个，其中暴雨红色预警信号291个； 郑州于19日19时13分发布暴雨橙色预警信号，从21时59分起升级为红色暴雨预警信号，共发布暴雨红色橙色预警信号17个。 全省收到预警短信的总人数达到2.39亿人次，向2.25万名应急响应人员发送预警短信76万条。

“21.7”特大暴雨过程中，气象部门及时向政府和有关部门报送预报信息，并会同有关部门联合发布山洪、地质灾害风险预报。 中国气象局16日在向中共中央办公厅、国务院办公厅和有关部委提交的《重大气象专题报告》中指出，“河南等地有大暴雨，局地特大暴雨，灾害风险高”，随后滚动报道发送18份决策气象服务材料。 河南省气象局在15日提交的《重要天气报告》中指出，“我省北部和中东部地区有特大暴雨、特大暴雨、局地特大暴雨，已推出决策服务材料”。 “重要气象信息”、“气象信息快车”等，开展联合会商，配合水利部门、自然资源部门发布山洪、地质灾害预警预报。地质环境总站纷纷推出“响应”服务。

▍基于数值天气预报结合预报员智慧的“21.7”暴雨预报

（一）5天内数值天气预报在“21.7”暴雨预报中发挥重要作用

数值预报在“21.7”暴雨预报中发挥了极其重要的作用。 欧洲中期数值预报模式（ECMWF）和中国气象局全球数值预报模式（CMA-GFS）均提前5天对河南暴雨过程进行了预报。 为预报员提前5天预报河南暴雨过程提供了关键参考。

例如，20日08:00至21日08:00河南最强降水日数预报分析：7月15日至7月20日，ECMWF和CMA-GFS模式均对暴雨进行了较为准确的过程预报。过程 。 图5为ECMWF模式、CMA-GFS模式和JMA全球模式7月20日08:00至7月21日08:00的降水TS分数，三种全球预报模式对降水量预报的极值7月20日08:00到7月21日08:00没有超过200毫米，极端暴雨的预报分数全部为零，这表明全球模式对极端暴雨的极值预报还不是很清楚。困难且仍有改进的空间。 预测者可以运用自己的智慧，在过程预测的基础上做出一些补偿。

图5：ECMWF、CMA-GFS和JMA全球模型2021年7月20日08:00至2021年7月21日08:00的降水TS分数

(2) 在全球模式的基础上，区域中尺度模式在降水面积和强度的细粒度预报中发挥着重要作用

此前分析指出，虽然全球模式提前5天对暴雨过程进行了预报，但降水极值明显较小。

河南此次极端降水过程主要发生在7月17日至22日，为从降水面积和震级等方面微调各模式对此次极端降水过程的预报效果，区域高层分辨率检查评估平台每3小时制作一次河南地区≥25毫米和≥50毫米阈值的降水监测图（图6）。 从图6可以看出，区域中尺度模式在降水面积和震级的细粒度预报上明显优于全球模式，其中CMA-MESO-3km模式的预报效果最好。

图6：2021年7月17日至22日河南3小时3小时降水数值模式预报试验

(a) 检查阈值≥25mm，(b) 检查阈值≥50mm；

报告开始时间为2021年7月17日至22日每天08:00；

命中率越大，误报越少； 成功率越高，误报越少

本文重点分析20日08:00至21日08:00最强降水日的区域中尺度CMA-MESO模式降水预报结果。 为此，制作了24小时、08～14小时、14～20小时的6小时累积降水观测预报图（图7），降水观测数据取自0.05°×0.05°网格。降水数据由国家信息中心提供。 从图7可以看出，中尺度模式较好地预测了这次极端降水过程，但降水极值中心偏西、偏北。 对于局地突发性暴雨预报，除了力求准确外，还要做到精准，这样更有利于决策。

图7：2021年7月20日08:00至21日08:00河南及周边地区

24h(a、b)、08～14:6h(c、d)、14～20:06(e、f)累计降水量观测预报图

(a)(c)(e)为观测值，(b)(d)(f)为预测值；

五角星为降水极值的中心，方框为郑州的大致范围

通过以上分析可以得出，全球模式可以提前45 d预报该过程，区域中尺度模式在12 d以内的预报上明显优于全球模式，但中心降水极值预报由它向西和向北。 。

（三）“21·7”暴雨预报数值预报不足

尽管数值天气预报存在一些不足，但它仍然是当前天气预报的主要科技手段。 数值天气预报的完善需要一个过程。 在现有模型预测能力的基础上，预测者如何智能利用数值预测结果也需要不断探索。 2.4 数值预报和预报员的智慧在“21.7”暴雨预报和服务中发挥了决定性作用

对于“21·7”暴雨过程预报，数值模型具有良好的参考性和较高的预报性，为暴雨过程累计降雨量预报提供了良好的参考。 并预测了低涡、热带扰动以及较强的北日本海高压和大陆高压等暴雨过程的主要影响系统。 但对低涡和烟花台风移动路径的预报偏差较大，对暴雨中心的预报和预报震级偏差较大，预报能力较低。 该模型不具备特大暴雨和特大雨强的预报能力。 7月15日以来，中央气象台首席预报员基于多项集合预报和确定性数值模式预报产品，关注暴雨过程。 早间会议明确指出，华北等地16日夜间、19日夜间有大雨。 ，局地暴雨天气，7月16日至22日与河南省气象台保持会商，做出各项时效预报，为正确决策提供了良好的科学依据。

目前，我国定量降水预报业务已建立基于数值天气预报模型、多元高时空分辨率观测与智能电网相结合的数值模型后处理产品。 在了解客观产品性能优势和偏差特征的基础上，结合最新现场情况，处理海量数据，最终制作并发布全国定量降水预报指导产品。 在本次极端暴雨的预报中，5日预报明确指出了暴雨过程，短时临近预报更准确地掌握了极端降水的震级和降落区域，体现了预报员在预报中的积极作用。业务流程。

▍数值天气预报在商业中的核心地位及发展历史

(1)发展数值天气预报是国民经济发展对气象安全的主流需求

数值天气预报从大气内部规律来表达天气气候变化，因此在天气预报业务中应不断加强研究，这对于改进和提高天气气候预报业务非常重要。 这一科学思想必须牢固树立。 河南“75.8暴雨”的教训，使人们形成了预报现代化必须走数值天气预报道路的共识，并确立了数值天气预报是做好天气预报预警的核心关键技术。

为此，国家计委气象组叶笃正、谢一兵、邹景猛等专家作出决定：在气象业务部门建立业务数值预报系统，集中部署数值预报科学技术。科研人员，要有正确的科学发展观。 随后，中国气象局获得国家科委“中期数值天气预报重点研究项目”和国家计委“北京区域气象中心扩建（建立中期数值天气预报）”工程建设项目。 科技攻关项目是工程建设的先导，工程建设是科学研究的立足点。

（二）前20年我国业务数值天气预报的引进、吸收和使用情况

1978年，国家气象中心开始研制亚欧地区短期天气预报系统，网格距离540公里，简称A模式； 1980年开始发布48小时形势预报，标志着我国数值预报进入实时业务应用阶段。 “六五”期间，国家气象中心、中科院大气物理研究所、北京大学组成联合数值预报研究团队。 该模型系统（网格间距191.5km）简称B模式，初步实现了天气预报从定性到定量、从主观到客观的转变。

从社会服务实践中发现，3天内的短期预报已经不能满足社会的需求。 为此，中国气象局党组要求建立中期（10日）数值天气预报系统，开展中小尺度数值天气预报及相应的台风、暴雨、沙尘数值预报。天气预报以及长期预报和集合预报。

根据当时国内的情况，确定了数值预报业务的建立是我国的主要发展方向，采取了“引进、吸收、使用、改进、再创新”的技术路线，而我国的全球中期天气预报业务体系和业务体系则于20世纪90年代初建立。 有限区域短期数值预报运行体系，使我国成为世界上少数能够发布中期数值预报的国家之一。 系统包括T63、T106、T213、T639系列全球中期数值预报模式系统。 其中，2007年开始商业化的全球型号T639，在空间分辨率、初始场同化技术、台风假冒技术、产品丰富度等方面较之前的T213都有了长足的进步，有效保障了暴雨的发展预测业务。 在此期间，中国气象局还开发了第一代预报业务系统软件MI-CAPS（气象信息综合分析处理系统），使预报员能够快速应用天气观测和预报数据，掌握三维大气结构以及大气运动趋势，并形成预报结论，起着非常重要的平台支撑作用。

20世纪80年代和90年代需要解决的难题之一是计算机状况。 没有良好的计算条件，数值天气预报的操作系统就无法建立。 当时西方发达国家用计算机堵住了社会主义国家的脖子。 在使用国产高性能计算机的基础上，中国打破封锁，从国外购买了最先进的超级计算机系列Cray和Cyber​​超级计算机，建立商业数值天气预报。 该系统奠定了硬件基础。 业务数值天气预报本质上是多学科、多技术融合的产物，是大气科学工程的典型。

（3）未来20年我国数值天气预报业务的完善和创新发展

2001年起，中国气象局组织成立数值天气预报创新基地，开始自主研发和建立新一代多尺度通用全球/区域同化与数值预报系统。

该模型采用网格点非静水数值预报模型，可以有效解决分辨率不断提高带来的计算瓶颈问题，满足未来高分辨率数值预报的需求。 模型系统考虑了我国复杂的地形和季风气候背景，如华南丘陵、横断山脉、四川盆地等中国的特殊性。 其精致化的设计更多地考虑了中国特色，这与欧洲中心等国家的数值模型不同。 我国数值预报水平不断提高。

该模型有两个系列的应用版本：CMA-GFS（中国气象局全球数值预报模型）和CMA-Meso（区域中尺度模型）。 模型系统包括全球四维变化同化系统和区域千米分辨率快速更新三维变化同化系统，实现了我国风云卫星系列与国际主要气象卫星数据的四维同化，并应用卫星数据已达70%。 2006年，区域中尺度系统开始运行。 2015年，全球集合数值预报系统投入运行。 目前该系统已全面应用于亚太台风预报、霾沙预报、污染扩散应急响应等系统。 未来20年，是我国数值预报创新发展的20年，是我国自主数值预报系统全面业务应用和不断完善的20年，是培养造就具有较高水平的数值预报研究团队的20年。自主开发能力强。

（四）自主研发创新不“卡壳”的数值预报业务系统

从我国数值预报的发展历史可以看出，在数值预报发展初期，引进和吸收国外模型可以快速建立可操作的数值预报体系。 最新版本的同化系统和模型，如此“引进”已经制约了我国数值预报的更快发展。 从社会需求和企业运营中发现的问题，明确了进一步的发展思路，即迫切需要发展我国自主创新和不“卡壳”的商业体系，建立独立的研发团队。

▍2015年以来极端降水基础科学研究进展

（一）全球变暖背景下极端降水天气气候研究成为热点

过去一个世纪持续的全球变暖和城市化导致所有季风地区极端降雨事件的强度和频率显着增加。 近年来，极端降水统计研究表明，华北、西南、华南是我国主要强降水地区，其时空分布及相关天气系统也被揭示。 全球变暖背景下极端降水的变化及机制也成为研究课题。 热点。 但在区域尺度上，大尺度环流仍然是不确定性来源之一，目前的气候模式在模拟极端降水方面存在较大的不确定性，这仍然是科学研究的难点。 极端降水是在大范围环流有利的背景下发生的。

近年来，通过聚类和综合分析，也揭示了我国不同地区极端降水的大气环流特征和年际变化，如华北地区与极端降水相关的大尺度环流、经纬度和华北地区持续性极端暴雨减弱。 登陆台风的环流模式有3种； 一些研究还分析了与华北极端降水年际和年代际变化相关的太平洋年代际振荡。 上述研究丰富了从大尺度环流角度对极端降水关键动力过程的认识。

（2）更高时空分辨率的观测研究促进对极端降水中尺度机制的认识

2015年以来，随着我国气象观测网络的进一步发展和多源观测融合技术的引入，极端降水观测和对流发展机制研究得到进一步发展。 在华北夏季极端降水、华南前汛期极端降水、梅雨锋强降水的锋面对流观测方面也取得了一定进展，如北京“七．流回波结构显示，锋面附近的强降水对流系统呈现低质心结构。2014年7月14日梅雨锋面附近的对流也呈现线性对流，对流单元沿锋面分布。 front, with high and echo .

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(3) on the of is to the and of risks such as and by

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▍ from "75·8" to "21·7"

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