2026, Vol. 52 
2. 北京市气象台，北京 100097；
3. 北京大兴区气象局，北京 102699；
4. 北京城市气象研究院，北京 100089
2. Beijing Weather Forecast Centre, Beijing 100097;
3. Daxing Meteorology Office of Beijing, Beijing 102699;
4. Institute of Urban Meteorology, CMA, Beijing 100089
近年来华北地区强降水呈现频发多发的特征，北京地区先后出现了2012年7月21日(简称“7·21”)、2016年7月19—20日(简称“16·7”)、2018年7月16日(简称“7·16”)、2021年7月20日(简称“21·7”)、2023年7月29—31日(简称“23·7”)和2025年7月23—29日(简称“25·7”)等极端暴雨事件，间隔时间仅2~4 a。朱连华等(2023)研究表明，全球增暖背景下大气低层增温增湿，极端降水的发生概率将显著增加，重现期大幅缩短。
大量的研究表明，极端暴雨是异常的气候背景, 稳定形势下多尺度天气系统相互作用, 异常的动力、水汽和能量等环境条件, 复杂地形强迫, 有利的云物理等条件配合所形成。区域性极端暴雨的发生与多尺度天气系统相互作用已经被证实有直接关系(陶诗言，1980；丁一汇等，1980；Yin et al，2022；赵嘉诚等，2023；孙继松，2025；柳龙生等，2025；Gu et al, 2025)。华北暴雨有利的天气背景包括西太平洋副热带高压(以下简称副高)和低涡、低槽形成的“西低东高”形势，冷锋(如“7·21”)(孙继松等，2012；孙建华等，2013)，气旋(如“16·7”)(雷蕾等，2017)，北上台风低压或者台风远距离影响等(如“21·7”“23·7”)(冉令坤等，2021；张芳华等，2023；陈涛等，2024)，以及与上述系统配合出现的天气尺度低空急流显著增强，使得大范围上升运动的强度增加并持续较长时间, 导致大范围的水汽输送和强烈辐合(杨晓亮等，2024)。而天气尺度背景下，中尺度低涡、边界层辐合线、地形抬升等也起到了重要的对流触发和降水增幅作用，并且对于暴雨的极值中心位置起决定作用(谌芸等，2012；杨晓亮等，2023)。此外，导致极端暴雨的中尺度对流系统的活动发生在异常高能、高湿的环境条件下(雷蕾等，2020；符娇兰等，2023；Lv et al, 2025)，雷达回波表现出低质心海洋性或者海洋性和大陆性混合的特征(符娇兰等，2023；陈涛等，2024)。在低空急流影响下，对流风暴的“列车效应”容易导致极端降水(孙继松等，2013；Luo and Du, 2023; 荆浩等，2024)，例如“21·7”(郑州最大雨强达到209 mm· h-1)、“23·7”(北京最大雨强为126.6 mm·h-1)、“16·7”(北京西白莲峪站4 h降水量超过280 mm)均受到准静止对流系统的影响。另外，华北极端暴雨多发生在太行山和燕山山区或山麓地带(陶诗言，1980；孙继松等，2012；雷蕾等，2017；2020；苏爱芳等，2021；荆浩等，2024)，复杂地形也已被证实对极端暴雨有显著增幅作用。
2025年7月23—29日，京津冀地区出现持续性暴雨(陈双等，2026)，局地日降水量连续六天超过200 mm、连续三天超过300 mm，最大累计降水量为650.1 mm(河北兴隆六道河站)，最大小时降水量为125.6 mm(河北保定阜平)。主雨带呈西南—东北走向，位于河北保定—北京房山、密云、平谷—河北兴隆一线。暴雨引发了海河区域性大洪水，其中潮白河出现1959年以来最大洪水，北京密云水库出现建库以来最大入库流量(包红军等，2026)，山洪、泥石流和山体滑坡造成山区基础设施严重损毁、部分村落交通中断、电力通讯受损和重大人员伤亡。对于此次过程的最大降水量和落区，主客观预报均出现了较大偏差。本文针对北京“25·7”极端暴雨过程的时空特征和形成机制进行初步分析，以期为“七下八上”主汛期副高边缘暴雨预报提供新认识。
1 资料和方法使用区域自动气象站逐小时降水资料，分析北京降水阶段性和空间分布特征。使用逐6 min京津冀多波段组网雷达回波拼图和北京逐5 min降水资料，分析极端暴雨回波和分钟级降水演变特征。使用高空观测以及欧洲中期天气预报中心ERA5逐小时再分析资料，分析大尺度环流背景和对流环境条件。使用北京睿思(RISE)系统风场、北京睿图临近数值预报(RMAPS-NOW)系统扰动温度、风场和垂直速度等格点分析资料，研究造成极端暴雨的中小尺度热力和动力条件。
RISE系统是北京“百米级、分钟级”多源数据快速融合预报系统，可提供逐10 min更新的北京地区100 m分辨率/京津冀及周边500 m分辨率的温度、湿度、风和降水等格点三维分析数据等(陈明轩等，2025)。RMAPS-NOW系统基于快速更新循环四维变分同化技术和三维数值云模式(陈明轩等，2016)，现已融合10部多波段天气雷达和3000多个区域自动气象站观测，可提供逐6 min更新的京津冀1 km分辨率的大气动力、热力、水凝物的三维分析数据等。
2 北京降水实况和时空特征北京“25·7”极端暴雨期间(2025年7月23日08：00至29日11：00；北京时，下同)，全市平均的过程降水量为211.1 mm，最大达574.3 mm(密云郎房峪站)，250 mm以上降水主要位于西南部和东北部，400 mm以上降水高度集中于东北部山区(图 1)，其中12个站超过500 mm。除了持续时间长、累计降水量大、强降水集中在北部山区外，此次过程还具有夜发性、局地性、极端性等特点。
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图 1 2025年7月23日08：00至29日11：00北京累计降水量空间分布 注：黄色三角符号标注过程降水量最大值(密云郎房峪站)，虚线为图 13剖线位置。 Fig. 1 Spatial distribution of accumulated precipitation in Beijing from 08:00 BT 23 to 11:00 BT 29 July 2025 |
与2010年以来北京历次极端暴雨过程相比(表 1)，“25·7”持续时间长达147 h，排位第一，最大累计降水量排位第二，全市平均的过程降水量排位第三。共有79个、48个自动气象站分别出现≥50 mm·h-1、≥100 mm·3 h-1的极端短时强降水(俞小鼎，2013)。从单站降水来看，最大3 h降水量(224.8 mm)排位第三，出现在怀柔东峪站；最大6 h降水量(291.0 mm)排位第二，出现在密云区黄土梁站，此外怀柔区东峪站也达到了285.0 mm，均为两个区建站以来排位第一。
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表 1 2010—2025年北京历次极端暴雨过程降水量对比 Table 1 Comparison of precipitation during the extreme torrential rain events in Beijing from 2010 to 2025 |
受此次极端暴雨过程影响，2025年7月下旬北京全市平均降水量达到213.6 mm(国家级气象站)，较常年同期(70.3 mm)偏多203.8%。自1951年以来排位第五，自2000年以来排位第三(2023年：308.5 mm，2012年：263.0 mm)。其中，有3个国家级气象站(上甸子486.5 mm、平谷350.1 mm、汤河口213.4 mm)突破建站以来历史同期极值，甚至接近或超过其暖季(5—9月)降水量的常年平均值。
2.2 阶段性、夜发性、局地性按照北京降水的逐日演变特征，此次过程可分成四个阶段(图 2)。第一阶段：23日08：00至26日08：00；第二阶段：26日08：00至27日08：00；第三阶段：27日08：00至28日14：00；第四阶段：28日14：00至29日11：00；各阶段降水情况见表 2。第一和第四阶段全市平均降水量大(达到70 mm以上)、暴雨范围广(图 2a，2d)，但雨强总体不强，以一般性短时强降水(20~50 mm·h-1)为主，短时强降水造成的降水量仅占该时段全市总降水量的50%左右。第二和第三阶段降水“面弱点强”、分布极不均匀(图 2b，2c)，尤其是在第二阶段，北京东南部无降水，而相距约60 km的北部山区局地累计降水量却超过了300 mm，多个站的3 h降水量超过150 mm。
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图 2 暴雨四个阶段的累计降水量(彩色圆点，单位：mm)空间分布叠加地形(灰色阴影) (a)第一阶段：23日08：00至26日08：00，(b)第二阶段：26日08：00至27日08：00，(c)第三阶段：27日08：00至28日14：00，(d)第四阶段：28日14：00至29日11：00 注：图中黑色三角标注各阶段最大降水量。 Fig. 2 Spatial distribution of accumulated precipitation (colored dot, unit: mm) in four stages of the July 2025 extreme torrential rain in Beijing superimposed with terrain (grey shadow) (a) Stage 1: 08:00 BT 23 to 08:00 BT 26 July, (b) Stage 2: 08:00 BT 26 to 08:00 BT 27 July, (c) Stage 3: 08:00 BT 27 to 14:00 BT 28 July, (d) Stage 4: 14:00 BT 28 to 11:00 BT 29 July |
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表 2 暴雨四个阶段降水对比 Table 2 Comparison of precipitation in four stages of the July 2025 extreme torrential rain in Beijing |
由全市平均降水量的逐小时演变(图 3)可见，降水多出现在夜间，呈现夜发性特征。第一和第四阶段的夜间降水均为双峰分布，半夜雨势有所减弱，后半夜再次加强，其中第四阶段夜间为整个过程全市平均降水最强时段。第二和第三阶段的夜间降水均为单峰分布。
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图 3 暴雨四个阶段的全市平均降水量(柱状)、有效降水站数(虚线)和单站最大雨强(实线填色)的逐时变化 Fig. 3 Hourly variation of the city-wide average precipitation (column), number of effective precipitation stations (dashed line), and maximum rainfall intensity at single station (solid line) in the four stages of the July 2025 extreme torrential rain in Beijing |
从最大雨强和降水站数的变化(图 3)来看，第二和第三阶段凸显局地强降水特征：最大雨强大，但降水站数少，其中第二阶段仅200个站左右(占比不足25%)；而第一和第四阶段最大雨强稍弱，但降水站数多，超过600个站(占比80%以上)。进一步分析第二和第三阶段雨强的逐时变化(图 4)。第二阶段：持续6 h雨强超过≥50 mm·h-1，累计3 h雨强超过≥80 mm·h-1，出现极端雨强的站次也更多，短时强降水对累计降水量的贡献率最大可达80%以上；第三阶段：持续6 h(累计12 h)雨强超过≥50 mm·h-1，但出现极端雨强的站次较少，大多数站次为一般性短时强降水(20~50 mm·h-1)，短时强降水对累计降水量的贡献率最大为60%左右。
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图 4 暴雨第二和第三阶段不同强度短时强降水的站次(柱状)和短时强降水对累计降水量贡献率(实线)的逐时变化 Fig. 4 Hourly variation for the station-number (column) of different short-time heavy rainfall intensities, and the contribution rate (solid lines) of short-time heavy rainfall to accumulated precipitation in Stage 2 and Stage 3 of the July 2025 extreme torrential rain in Beijing |
第一和第四阶段暴雨沿太行山呈西南—东北带状走向，分布在平原和浅山区(图 2a，2d)。第二阶段累计降水量50~100 mm出现在延庆和怀柔区的山麓一带，100 mm以上大暴雨集中于延庆和怀柔交界、怀柔和密云交界的北部山区(图 2b)，海拔主要在200~600 m(第25%~75%分位值)，暴雨和大暴雨所在的海拔高度差异不大(图 5)。第三阶段累计降水量50~100 mm分布在顺义和平谷，更靠近平原(图 2c)，海拔大多在100 m以下；而100 mm以上大暴雨沿西南引导气流更靠近下风方向的平谷和密云的山区，海拔约100~300 m(图 5)。整体对比，第二阶段暴雨出现的海拔高于第三阶段(图 5)。此外，从雨强来看，第二和第三阶段≥50 mm·h-1的极端短时强降水多发于海拔300 m附近，次发在海拔600 m附近(图略)。
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图 5 暴雨第二和第三阶段累计降水量与站点海拔高度的箱线图 注：触须上下端分别为最大值和最小值，箱体内三条线自下而上分别为第25%、50%和75%分位值。 Fig. 5 Box plot of accumulated precipitation in Stage 2 and Stage 3 of the July 2025 extreme torrential rain in Beijing |
第二阶段极端降水主要出现在26日前半夜(20：00至27日00：00)。26日14:00—18:00，北部山区及山前出现分散对流生消发展。18:00—20:00，平原触发分散对流向北移动，合并到北部对流中，形成带状多单体对流系统(图 6a，6b)。回波强度在50~55 dBz，质心低，有差分反射率因子(ZDR)柱和差分传播相移率(KDP)柱，径向速度在2 km高度以上出现西南急流(15 m·s-1，图略)。20:00—23:30，多单体合并和组织化，北部昌平—怀柔—密云的山麓出现后向对流触发和“列车效应”(图 6b~6e)。西南风风速增强到20 m·s-1，0.5°仰角局地出现γ中尺度涡旋辐合，雨带上有多个ZDR和KDP柱，KDP最大达7~20 °·km-1(图 7c, 7d)。该期间最大5 min降水量持续在10 mm左右，最大达23 mm(密云溪翁庄站)，最大小时降水量猛增至70~100 mm(图 3)，累计降水量最大值出现在密云水库西北侧的山麓上。历史上，“75·8”暴雨板桥水库附近的迎风坡和喇叭口地形附近也出现了持续时间极长的短时强降水(陶诗言，1980)。23:30之后，深厚的天气尺度急流增强，对流系统向北移动，极端降水逐渐结束。
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图 6 2025年7月26—27日雷达组合反射率因子演变 Fig. 6 Evolution of radar composite reflectivity factor from 26 to 27 July 2025 |
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图 7 2025年7月26日20:30北京观象台雷达(a)组合反射率因子和(b)径向速度分布，(c)反射率因子和(d)KDP沿图 7a中黑线的垂直剖面 注：圆圈内为分钟级降水量极大值(密云溪翁庄站)。 Fig. 7 (a) Composite reflectivity factor, (b) radial velocity, (c, d) vertical cross-section of (c) reflectivity factor and (d) KDP along black line in Fig. 7a at the Beijing Observatory Radar at 20:30 BT 26 July 2025 |
第三阶段，切变线缓慢南压、副高南退，冷暖空气结合触发带状对流，对流单体不断生消并自西南向东北移动，回波带稳定少动、持续十余小时，但是最大5 min降水量和最大小时降水量整体较第二阶段弱。27日午后，平原受多单体分散对流影响，最大5 min降水量基本在6~10 mm；夜间带状对流发展(图 8a, 8b)，5 min降水量超过10 mm的站点增多。28日凌晨起，带状对流减弱东移，但平原地区分散对流不断触发并向东北方向移动(图 8c，8d)，5 min降水量超过10 mm的时段增多、最大达13.3 mm，最大小时降水量为79.4 mm；上午，虽然仍有分散对流影响和后向触发特征(图 8e)，但最大5 min降水量不足10 mm，最大小时降水量也由60 mm左右降至不足15 mm；中午，对流减弱移出(图 8f)，降水结束。在此期间，带状回波上同样存在多个回波柱(图 9b)，但KDP值较第二阶段弱，最大在2 °·km-1左右(图 9d)。西南风较前一日明显减弱，径向速度上仅短时间可见西南急流爬升(图 9c，与平谷风廓线观测一致)，山区近地面有弱风速辐合。
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图 8 2025年7月27—28日雷达组合反射率因子演变 Fig. 8 Evolution of radar composite reflectivity factor from 27 to 28 July 2025 |
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图 9 2025年7月28日03:00北京观象台雷达(a)组合反射率因子分布，(b)反射率因子、(c)径向速度和(d)KDP沿图 9a中黑线的垂直剖面 注：图c中箭头示意西南急流爬升。 Fig. 9 (a) Composite reflectivity factor, (b-d) vertical cross-section of (b) reflectivity factor, (c) radial velocity, and (d) KDP along black line in Fig. 9a at the Beijing Observatory Radar at 03:00 BT 28 July 2025 |
此次持续性强降水发生在稳定的大尺度环流形势下。由图 10a可见，500 hPa中高纬为“东高西低”的形势，低涡、低槽位于90°E附近，我国东部长江以北地区至日本海受强大副高控制，副高西段脊线位于35°N附近、中心在135°E附近，588 dagpm线北界达到42°N。位势高度距平显示副高较常年显著偏西、偏北(西段脊线较常年同期偏北6°)，强度偏强10 dagpm以上，为1961年以来历史同期第四强。副高南侧热带系统活跃，台风“范斯高”“竹节草”“罗莎”先后于7月22—24日在西北太平洋洋面生成，台风北侧、副高南侧的强盛偏东风有利于水汽向内陆输送(图 10c)。
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图 10 2025年7月(a)23日500 hPa位势高度(等值线，单位：dagpm)及其距平(填色)，(b)副高588 dagpm线位置变化，(c)28日08：00 500 hPa位势高度(等值线，单位：dagpm)、700 hPa风场(风羽)和比湿(填色)，(d)26日925 hPa水汽通量散度(填色，单位: 10-7 g·hPa-1·cm-2·s-1)和水汽通量距平(箭矢，单位：g·hPa-1·cm-1·s-1)，(e)26日850 hPa温度距平(填色)和风场距平(箭矢) 注：图b中蓝线为700 hPa切变线，图d中矩形框示意太行山北段和燕山强水汽辐合带；距平基于2015—2024年暖季(6—8月)平均计算。 Fig. 10 (a) Geopotential height (contour, unit: dagpm) and its anomaly (colored) at 500 hPa on 23 July, (b) variation in the 588 dagpm contour position of the subtropical high from 23 to 27 July, (c) geopotential height (contour, unit: dagpm) at 500 hPa and wind field (barb) and specific humidity (colored) at 700 hPa at 08:00 BT 28 July, (d) water vapor flux divergence (colored, unit: 10-7 g·hPa-1·cm-2·s-1) and water vapor flux anomaly (arrow, unit: g·hPa-1·cm-1·s-1) at 925 hPa, and (e) temperature anomaly (colored) and wind field anomaly (arrow) at 850 hPa on 26 July 2025 |
降水的四个阶段恰对应副高588 dagpm线位置的摆动(图 10b)。第一阶段，588 dagpm线先北抬后南退，京津冀地区处于副高西北侧边缘，925 hPa京津冀平原为南风的水汽通量正距平(图略)，在副高边缘西南急流、近地面偏东风和地形影响下出现第一阶段明显降水。第二阶段，588 dagpm线西伸北抬至北京边缘，925 hPa山西中部至北京北部山区的水汽辐合显著增强(图 10d)，同时850 hPa出现超过1.5℃的暖异常(图 10e)，出现暖区极端暴雨。第三阶段，副高小幅南退，700 hPa切变线和弱冷空气过境，冷暖空气交汇，水汽强辐合带维持，再次出现极端暴雨。第四阶段，贝加尔湖附近低涡、低槽引导明显冷空气南下，全市出现暴雨。
3.2 高温、高湿、高CAPE的不稳定大气条件7月24—28日，北京地区对流有效位能(CAPE)、整层可降水量(PW)等均有明显增大(图 11)。CAPE超过1600 J·kg-1的大值区由35°N北推至38°~39°N，第一阶段暴雨过后能量短时耗散，但由于低层迅速升温且湿度大，第二阶段降水前能量得以迅速重建。26日、27日的14：00北京观象台实况探空表明，CAPE分别高达2455.7 J· kg-1(图 12)、3164.7 J·kg-1(图略)。水汽也自南向北输送，26日PW极大值(70 mm)北推到42°N(河北北部)附近(图 11b)，且北京地面露点温度高(25℃)、抬升凝结高度低(712 m)、暖云层较厚(约4 km)、无对流抑制能量(图 12)，表明对流易被触发且易出现强降水。
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图 11 2025年7月23—29日114°~118°E平均的(a)CAPE和(b)PW的纬向分布逐日变化 注：图a中红框内参照实况探空进行订正。 Fig. 11 Latitude-time variation of (a) CAPE and (b) PW averaged over 114°-118°E from 23 to 29 July 2025 |
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图 12 2025年7月26日14：00北京观象台探空曲线 Fig. 12 Radiosonde observation at Beijing Observatory at 14:00 BT 26 July 2025 |
第二和第三阶段850hPa以下至近地面假相当位温(θse)超过348 K(图 13)，与华南暖区暴雨的阈值相当(赵玉春等，2008)，最大超过354 K。第二阶段，平原到浅山区天气尺度的垂直上升运动层次浅薄，仅在850 hPa以下至近地面(图 13a)，上升运动中心在925 hPa附近，与北京“7·16”暖区特大暴雨的环境热力和动力特征极其相似(雷蕾等，2020)。第三阶段则表现为西南风在北京东北部地形处抬升，叠加高空切变线动力抬升作用，因此近地面至200 hPa有深厚的天气尺度垂直上升运动(图 13b)，天气尺度的动力强迫较第二阶段强。
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图 13 2025年7月26—27日(a)沿116.8°E，(b)沿图 1中虚线的θse(填色)、流场(流线)和垂直速度(虚线，单位：Pa·s-1)的垂直剖面 注：空白处为地形。 Fig. 13 Vertical cross-section of θse (colored), flow field (streamline) and vertical velocity (dashed line, unit: Pa·s-1) along (a) 116.8°E, and (b) the dashed line in Fig. 1 from 26 to 27 July 2025 |
研究表明极端降水往往伴随大范围天气尺度低空急流和边界层低空急流的发展和维持(Du and Chen, 2018；2019；雷蕾等，2020；Luo and Du, 2023；2025)。但是北京此次过程的第二和第三阶段极端暴雨有所不同，强降水期间环境风场整体较弱，仅短时间出现中尺度低空急流。
考虑到ERA5再分析资料难以体现中尺度急流特征，因此利用RISE百米分辨率格点风场分析风速的中尺度脉动。第二和第三阶段暴雨前期，低层西南风风速分别为8~10 m·s-1、6~8 m·s-1。第二阶段暴雨发生前(26日傍晚)，边界层500 m高度上8 m·s-1风速区从北京以南、东南渤海湾(海风锋)同时向北部山前推进(图 14a)，南风和东南风辐合导致山麓附近风速增大，出现12~14 m·s-1中尺度低空急流(图 14b~14d)。26日夜间，急流出口区位于北部浅山区以及密云喇叭口地形附近(图 14b)，沿平行于山脉方向(图 14a虚线)的剖面可见(图 14c)，浅山区750 m高度以下有强辐合，有利于对流不断触发，在西南气流引导下形成“列车效应”，造成对流系统停滞、暴雨加强；而在极端暴雨的位置有持续南风和东南风辐合，辐合厚度达到3 km，垂直风切变增大。其次，过极端暴雨中心垂直于密云喇叭口地形方向(图 14b虚线)，强辐合出现在浅山区迎风坡上(图 14d)。
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图 14 2025年7月26日(a，b)风场(风羽和绿色等值线)，3 h降水量(红色等值线，单位：mm)和散度(填色) 水平分布，(c)沿图 14a中虚线，(d)沿图 14b中虚线的(c，d)风场(风羽和紫红色等值线)和散度(填色)垂直剖面 注：图a，b中紫红色线为200 m地形高度线，绿色等值线为风速≥8 m·s-1；图c, d中紫红色线为风速≥12 m·s-1, 灰色阴影为地形，红色箭头线示意迎风坡附近气流辐合，横轴上黑色线段示意降水位置。 Fig. 14 (a, b) Horizontal distribution of wind field (barb and green contour), 3 h precipitation (red contour, unit: mm) and divergence (colored); (c, d) vertical cross-section of wind field (barb and purple-red contour) and divergence (colored) along the dashed line in (c) Fig. 14a and (d) Fig. 14b on 26 July 2025 |
27日夜间，中尺度低空急流出口区位于北京东北部(图 15a)，山坡上南风和东南风风速以及辐合均明显较第二阶段弱，但迎风坡山前辐合层厚度仍然超过3 km(图 15c)。辐合区稳定少动、持续时间超过8 h，因此山区受分散对流影响持续时间长，造成极端暴雨。此外，28日凌晨河北北部切变线南压，RISE风场分析北京北部山区出现中尺度低涡，极端暴雨位于其东南侧(图 15b)，28日上午随着系统东移，中尺度辐合强度和厚度也明显减弱并东移(图 15d)，暴雨逐渐结束。因此，第三阶段极端暴雨不仅与短时间加强的中尺度低空急流和地形强迫抬升有关，也与中尺度低涡切变东南侧辐合有关。
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图 15 2025年7月27—28日(a，b)2000 m高度风场(风羽和绿色等值线)，3 h降水量(红色等值线，单位：mm) 和散度(填色)水平分布，(c，d)沿图 15a中虚线的风场(风羽和紫红色等值线)和散度(填色)垂直剖面 注：图a，b中紫红色线为200 m地形高度线，绿色等值线为风速≥8 m·s-1，D示意中尺度低涡;图c, d中紫红色线为水平风速≥12 m·s-1，灰色阴影为地形，红色箭头线示意迎风坡附近气流辐合，横轴上黑色线段示意降水位置；棕色线为切变线。 Fig. 15 (a, b) Horizontal distribution of wind field (barb and green contour) at the altitude of 2000 m, 3 h precipitation (red contour, unit: mm) and divergence (colored); (c, d) vertical cross-section of wind field (barb and purple-red contour) and divergence (colored) along the dashed line in Fig. 15a from 27 to 28 July 2025 |
朱乾根(1979)的研究揭示了暴雨对垂直上升运动的间接反馈作用，即暴雨出现后，其上空中小尺度的对流凝结潜热的释放能显著增强垂直上升运动，从而造成暴雨的维持和加强。张晓芳和陆汉城(2006)对梅雨锋暴雨、雷蕾等(2017)对“16·7”等动力过程研究, 以及Guo et al(2014)对北京“7·21”、Xu et al(2024)对郑州“21·7”等数值模拟试验，均证实了潜热加强垂直上升运动从而导致强降水的反馈机制。
第二和第三阶段降水RMAPS-NOW三维热力、动力特征揭示了极端暴雨上空水汽凝结或凝华造成大量的对流潜热释放。分别沿图 14b和图 15a的剖面，分析26日和27日夜间扰动温度、垂直速度与对流的空间配置(图 16)发现，强回波(暴雨区)上方3 km以上均出现5℃左右的正扰动温度(即凝结潜热)，中心位于5~10 km；对流下方近饱和湿空气中雨滴蒸发出现弱冷池(地面自动站观测负变温不明显)，冷池前侧梯度小、有弱锋区。一方面，在局地对流单体尺度上，CAPE有一定消耗，积云塔中高层增温、低层蒸发冷却，层结趋于中性或稳定，不利于低层对流发展和降水加强。但另一方面，云体内中高层潜热释放造成中上层浮力增大，对流继续向上发展，垂直运动加强；同时，低层减压抽吸，使得平原地区1.5 km以下西南风速加大为中尺度急流(图 16a)，能量和水汽源源不断向山前输送，又促进了耗散能量的重建，山麓附近辐合上升运动维持，有利于上游新对流单体不断触发并接续维持“列车效应”——老单体消亡、新单体接续，造成降水持续。
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图 16 2025年7月(a)26日20:30沿图 14b黑色虚线，(b)28日02:30沿图 15a黑色虚线的扰动温度(填色)，30 dBz雷达反射率因子(紫红色等值线)，垂直上升速度(蓝色等值线，单位：m·s-1)和全风场(风羽，垂直速度扩大10倍)的垂直剖面 Fig. 16 Vertical cross-section of perturbed temperature (colored), reflectivity factor (30 dBz, purple-red contour), vertical upward velocity (blue contour, unit: m·s-1), and wind field (u, v, w; w multiplied by 10, unit: m·s-1) along the dashed line in (a) Fig. 14b at 20:30 BT 26, (b) Fig. 15a at 02:30 BT 28 July 2025 |
由前面分析总结得到第二和第三阶段极端暴雨概念模型(图 17)。两个阶段极端暴雨成因存在异同。共同点一是均存在中尺度的低层或边界层急流脉动与地形的相互作用，急流出口区位于山麓和喇叭口地形附近，形成辐合抬升；二是边界层南风和东南风辐合叠加南风在迎风坡辐合抬升，有利于局地形成更深厚的强上升运动；三是中上层对流潜热释放对降水的反馈作用。不同之处在于第二阶段是副高边缘暖区暴雨，由“列车效应”造成, 辐合更强；而第三阶段有弱冷空气影响，与切变线和中尺度低涡南侧的动力辐合有关。
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图 17 北京“25·7”极端暴雨(a)第二和(b)第三阶段概念模型 Fig. 17 Conceptual model for (a) Stage 2 and (b) Stage 3 of the July 2025 extreme torrential rain in Beijing |
本文利用多源资料、高分辨率格点分析资料等，对北京“25·7”极端暴雨过程的降水实况、时空特征以及形成机制进行分析，结果表明：
(1) 北京“25·7”极端暴雨出现在7月下旬稳定的大尺度环流背景下，副高较常年显著偏西、偏北、偏强，副高南侧台风活跃，有利于水汽向内陆输送。北京降水的四个阶段演变分别对应副高外围、副高北抬、副高小幅南退和高空槽及冷空气影响。大气低层暖异常，925 hPa有水汽通量正距平, 北京北部和东部为显著增强的水汽辐合区，具备高温、高湿和高CAPE的环境条件，假相当位温超过354 K，大气可降水量高达70 mm以上。
(2) 与北京近年来的极端暴雨过程相比，“25·7”过程在持续时间、最大降水量、全市平均的过程降水量、最大3 h/6 h降水量等方面均具有明显的极端性。其中第一和第四阶段暴雨范围广，但雨强总体不强，以一般性短时强降水为主；第二和第三阶段是极端暴雨阶段，暴雨集中在北部山区，具有“面弱点强”的特征，伴有极端短时强降水。
(3) 第二阶段雷达回波具有明显的后向触发和“列车效应”特征；而第三阶段雷达回波特征为带状对流中不断有对流生消，持续时间长。暴雨均与地形相关，第二阶段出现在海拔200~600 m，而第三阶段主要位于海拔300 m以下。
(4) 中尺度低空急流出口区、边界层南风和东南风辐合以及山区喇叭口地形、迎风坡相配合，造成局地深厚的辐合上升运动，是第二和第三阶段出现极端暴雨有利的动力和地形条件。但两个阶段造成极端暴雨原因也有不同：第二阶段是副高边缘暖区暴雨，边界层中尺度南风急流出口区在北部浅山区形成沿山一线的辐合，有利于后向对流的触发和停滞，极端暴雨由“列车效应”造成；而第三阶段有弱冷空气影响，极端暴雨与切变线和中尺度低涡南侧的动力辐合有关。
本文从上述方面对北京“25·7”极端暴雨过程进行初步分析，还有不少科学问题有待进一步的深入研究。包括并不限于：“25·7”极端暴雨为什么会出现在天气尺度低空急流明显减弱的时段？第二和第三阶段中尺度低空急流脉动是如何形成并存在的？其空间结构和作用是什么？其次，此次极端暴雨水汽来源和收支是怎样的？云微物理过程怎样影响云内热动力结构，从而影响对流和降水强度？此外，目前模式对极端暴雨的预报能力仍然有限(张博等，2024)，根据本研究前期对模式预报结果的初步评估来看，全球模式仅能报出副高北部天气尺度切变线(冷暖交汇)造成的雨带，对副高边缘复杂地形内的暖区暴雨则完全漏报；区域模式相对有一定优势，但对暖区暴雨范围和量级的预报仍显著偏小。那么模式预报偏差受哪些因素影响？如何提高“七下八上”华北主汛期暖区暴雨的主客观精准预报能力，还需要不断深入研究。
致谢：北京市气象局数据中心提供实况降水、北京观象台雷达等观测资料，北京城市气象研究院提供睿图-雷达组网雷达拼图、RISE系统和RMAPS-NOW系统格点分析资料，谨致谢忱！
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