1 引言
暴雨是我国主要的灾害性天气之一， 华北地区曾出现“63·8”“96·8”“12·7”“16·7”“21·7”等几次极端罕见特大暴雨， 且引发山洪、 城市内涝等灾害， 对农业生产、 道路交通、 电力设施等造成重大影响。极端暴雨天气过程危害重、 影响大、 关注度高， 众多气象工作者做了大量的个例分析和研究工作（符娇兰等， 2017； 孙继松等， 2012； 江吉喜和项续康， 1998； 杜青文和张迎新， 1997； 李静楠等， 2016； 骆凯等， 2010； 张文龙和崔晓鹏， 2012； 刘红武等， 2021）。
暴雨与地形的相关主要取决于低空风场与地形之间的配置（陶祖钰， 2011）， 地形与风场的相互作用对对流触发有重要作用（孙军等， 2012）。孙继松（2005）讨论了华北地区太行山东侧低空东风气流背景下不同垂直分布气流对降水落区的影响， 认为当垂直于山体的气流随高度减小时， 对迎风坡降水产生明显的增幅作用。Xia and Zhang（2019）分析了2016年7月19 -20日特大暴雨过程的三个降水阶段， 得出暴雨与太行山东麓地形密切相关。孙继松等（2015）分析了2006 -2013年北京地区20次极端暴雨事件， 得出长生命周期单体或多单体组织合并的中尺度对流系统形成的暴雨中心一般位于北京西部山前地区， 与低空偏东气流的地形强迫作用有关。张桂莲等（2020）通过分析“7·19”河套致灾暴雨过程， 得出东西向阴山山脉地形强迫作用导致的扰动不断输送至暴雨区且在雷达回波特征上表现为显著的东西轴向带状回波即“列车效应”形势， 是导致暴雨不断发展的重要动力过程。金妍和李国平（2021）分析了2018年5月21 -22日四川盆地西南部突发暴雨， 得出绕流与爬流共同作用为突发性暴雨的发生发展提供了有利的流场条件， 爬流分量略大于绕流分量， 地形爬流产生的垂直上升运动与雨带的分布密切相关。韩国泳等（2016）对2011年7月10日鲁中地区漏报强对流天气过程的地形触发作用进行分析指出， 局地对流易在山区西北边界的迎风坡处触发， 山区地形对垂直环流的激发是对流发展的主要原因， 地形造成的近地面来自海上的东南风绕流辐合是对流加强的有利因素。陈豫英等（2021）对比分析了贺兰山东麓6次极端暴雨， 得出低空偏（东）南急流夜间增强并配合贺兰山地形， 触发或增强了暴雨中小尺度系统， 造成地形降水增加， 极端暴雨主要集中在东坡山前。李哲等（2022）分析得出太湖与周围城市的共同作用会增强研究区域的降水， 比仅有城市多出7.5%。
2021年7月18 -22日， 河南中北部出现历史罕见的特大暴雨（“21·7”特大暴雨）， 20日16:00 -17:00（北京时， 下同）郑州1 h降水量201.9 mm， 创造了中国大陆有气象记录以来小时雨强极值（苏爱芳等， 2021）。众多气象学者已经对此次特大暴雨过程的极端性、 环流特征以及水汽诊断等方面进行了深入分析和研究（张霞等， 2021； 苏爱芳等， 2021； 2022； 汪小康等， 2022； 杨浩等， 2022； 蔡芗宁等， 2022）， 分析认为， “21·7”特大暴雨降水落区主要集中在豫中北地区， 位于太行山东南侧、 伏牛山东北侧， 具有强降水持续时间长、 降水强度极端及地形影响明显等特征。7月20 -22日， 受系统北移影响， 位于太行山中段的河北省中南部也出现区域大暴雨， 强降雨致使石家庄、 保定、 邢台、 邯郸等部分地区出现城市内涝、 道路受损、 桥梁和山体坍塌、 群众被困等灾情， 据河北省应急管理厅统计， 石家庄、 张家口、 保定、 邢台、 邯郸5市24653人受灾， 农作物受灾面积2209.82公顷， 直接经济损失440.7万元。本文侧重分析太行山中段区域大暴雨过程的特征及其与太行山地形之间的相关关系， 即强降水出现在太行山中段的降水特征、 环境背景以及暴雨成因分析， 以期对此类强降雨的监测、 预报和预警提供参考。
文中涉及的地图是基于中华人民共和国自然资源部地图技术审查中心标准地图服务系统下载的审图号为GS（2021）1328 号的中国地图和GS（2019）3266 号的河北地图制作， 底图无修改。
2 降水特征分析
2021年7月20日08:00至22日20:00， 位于太行山中段的河北中南部的保定、 石家庄、 邢台、 邯郸出现50 mm以上的强降水天气过程［图1 （a）］， 降雨覆盖面积达4.2×104 km2， 影响范围广。太行山东麓降水强度和过程降水量普遍较大， 地形作用明显。强降水主要出现时段在21日凌晨到夜间， 石家庄、 邢台、 邯郸三市的西部山区233个雨量观测站过程累计降水量超过200 mm， 44个雨量观测站超过300 mm， 邯郸7个雨量观测站超过400 mm， 其中邯郸磁县的时村营乡最大为460.8 mm， 石家庄极大值为元氏褚家庄351.1 mm， 邢台极大值为龙泉寺338.7 mm； 小时降水量超过10 mm和20 mm的站数分别为976站和566站， 集中出现在太行山东麓的保定、 石家庄、 邢台、 邯郸四市， 其中小时降水量超过50 mm有31站， 21日16:00 -17:00保定小时降水量最大为87.8 mm。西部山区强降水持续时间长， 小时降水量≥10 mm的短时强降水雨带［图1 （b）］主要分布在石家庄、 邢台、 邯郸三市的西部山区， 且雨带稳定少动， 67站小时降水量超过10 mm的时长超过10 h， 其中邯郸磁县陶泉乡持续时长为16 h； 另外30站小时降水量超过20 mm的时长超5 h， 其中邯郸磁县都党乡持续降水时间为51 h， 其中小时降水量超过20 mm的时间长达10 h。
图1 2021年7月20日08:00至22日20:00河北省中南部过程降水量（a， 阴影区， 单位： mm）和小时雨强≥10 mm·h-1持续时间（b， 彩色点， 单位： h）的空间分布（b）中阴影表示地形高度（单位： m） Fig.1 The spatial distribution of rainfall in middle-south of Hebei province between 08:00 on 20 and 20:00 on 22 July 2021 （a， the shaded， unit： mm） and precipitation duration of hourly rainfall intensity greater than 20 mm·h-1 （b， color dots， unit： h）.The shaded in （b） indicates terrain height （unit： m） |
3 环流背景与大气层结
3.1 环流背景
分析此次区域大暴雨的主要环流形势， 21日08:00 500 hPa［图3 （a）］副热带高压（以下简称“副高”）与鄂霍次克海高压脊同位相叠加， 副高位置异常偏北且势力偏强， 588 dagpm脊线西伸至110°E左右， 东部高压坝阻挡形势明显， 使得降水持续时间长； 受稳定副热带高压和大陆高压对歭形势的影响， 位于巴尔喀什湖和贝加尔湖一带有短波槽东移， 17日在安徽境内生成的高空低涡向东北移至河套陕西延安的北部， 700 hPa［图3 （b）］切变线北移至河北、 河南两省交界一带， 河北南部的东南风增大到14 m·s-1， 达到低空急流标准； 台风“烟花”（2106号）和“查帕卡”（2107号）于18 -19日先后在台湾东部海面和我国南部沿海形成并向西移动， 20 -21日双台风外围水汽沿着副高边缘输送北上； 700 hPa和850 hPa中低层的水汽［图3 （c）］沿着副高外围自东南向西北输送， 河北南部有一水汽通量大值中心且存在水汽辐合， 水汽通量值高于4 g·cm-1·hPa-1·s-1， 水汽输送充足； 地面气压场总体呈东高西低形势， 河北中南部位于高压后部的东南气流中。
图3 2021年7月21日08:00位势高度（黑色等值线， 单位： dagpm）和风场（风羽， 单位： m·s-1）（a）中字母D表示低值中心； （b）中彩色区表示700 hPa≥10 m·s-1大风速区（单位： m·s-1）； （c）中彩色区表示850 hPa水汽通量（单位： g·cm-1·hPa-1·s-1） Fig.3 Geopotential height （black contour， unit： dagpm） and horizontal wind vectors（barb， unit： m·s-1） at 08:00 on 21 July 2021 （a）500 hPa （b）700 hPa （c）850 hPa.The letter “D” in （a） indicates low value center； the colored area in （b） indicates wind speed larger than 10 mm·s-1 at 700 hPa （unit： m·s-1）； the colored area in （c） indicates water vapor flux field at 850 hPa （unit： g·cm-1·hPa-1·s-1） |
总体来讲， 受副热带高压、 6号和7号双台风、 高空低涡、 切变线和低空急流等稳定的大气环流形势影响， 青藏高原东侧的低空西南气流与副高西侧异常的偏东风气流在华北地区汇合， 形成异常强劲的偏南低空急流， 两支气流在太行山东麓叠加造成了河北省西部山区区域性大暴雨。
3.2 大气层结和对流参数
选取河北省中南部唯一的邢台L波段探空站， 分析7月19日20:00至22日20:00对应的对流参数（表1 ）， 可以看出： 对流有效位能CAPE在降水开始前维持较高水平， 19日20:00和20日20:00 CAPE值分别为2523.7 J·kg-1和1925.5 J·kg-1， 20日20:00至22日08:00降水过程中CAPE值下降到300 J·kg-1以下， 而对流抑制能量CIN基本无； K指数在降水过程中普遍在34.4~37.7 ℃， 其中21日20:00高达37.7 ℃； 常用于表征大气稳定程度的抬升指数（LI）在降水开始前低于-2 ℃， 其中20日20:00为-4.18 ℃， 21 -22日升至0 ℃以上， 以上对流参数表明降水开始前和降水前期大气层结存在一定的不稳定， 对流易得到触发且不需要多少能量， 环境条件利于对流产生； 而降水中后期转为稳定大气层结。由于边界层水汽接近饱和， 抬升凝结高度LCL接近地表， 说明云底低， 蒸发小， 水汽凝结条件利于降水形成。
表1 2021年7月19日20:00至22日20:00邢台探空对流参数Table 1 Convection parameters at Xingtai radiosonde station from 20:00 on19 to 20:00 on 22 July 2021 |
| 时间 | CAPE /（J·Kg-1） | CIN /（J·Kg-1） | K指数 /℃ | LI /℃ | LCL /hPa |
|---|---|---|---|---|---|
| 19日20:00 | 2523.7 | 0 | 25.8 | -5.58 | 959.6 |
| 20日08:00 | 691.3 | 30.9 | 34.4 | -2.58 | 969.7 |
| 20日20:00 | 1925.5 | 0 | 34.6 | -4.18 | 986.5 |
| 21日08:00 | 12.1 | 0 | 34.8 | 1.29 | 989.5 |
| 21日20:00 | 54.1 | 46.3 | 37.7 | 0.21 | 988.2 |
| 22日08:00 | 237.8 | 3.6 | 35.9 | -0.31 | 988.8 |
| 22日20:00 | 39.2 | 14.3 | 28.4 | 0.7 | 950.4 |
4 风场特征分析
4.1 地面辐合线和露点温度锋区
7月21日中午至夜间的强降水阶段， 河北中南部太行山东麓持续存在南北向的地面辐合线（图4 ）， 辐合线东侧为偏东风或东北风， 西侧为弱偏北风， 风向辐合位置出现在太行山东麓的西部山区一带， 存在地形辐合抬升。从时间演变分析， 地面辐合线位置相对稳定， 但存在东西向的小幅度摆动。强降水出现区域对应的地面露点温度存在南北向梯度密集区， 地面露点温度东高西低， 存在明显的露点温度锋区， 而此干线与太行山山脉东麓几乎重合。进一步激发和加强了太行山东麓迎风坡的作用， 使得这一带出现强回波和云系的“列车效应”。地形对垂直运动有所增强， 而垂直运动又影响降水量的大小。与之对应， 小时雨强≥10 mm·h-1的强降水中心集中出现在地面辐合线附近， 地形作用对降水的增幅作用明显， 低层偏东气流在上升运动过程中受南北向太行山山脉地形的阻挡而强迫抬升， 地形强迫抬升有利于对流在太行山东麓的触发和组织， 同时低空急流不断输送丰富水汽和不稳定能量也有利于对流环境重建和维持， 使得强降雨云系持续在太行山西部山区一带生成和发展， 造成“列车效应”长时间维持。
图4 2021年7月21日15:00和20:00 ≥10 mm·h-1小时降水量（彩色点， 单位： mm）和地面10 m风场（风羽， 单位： m·s-1）的站点分布红色等值线表示地面露点温度等值线（单位： ℃）， 点断线表示地面辐合线， 阴影区表示地形高度（单位： m） Fig.4 The station distribution of hourly rainfall intensity greater than 10 mm·h-1 （color dots， unit： mm） and surface 10 m wind field（barb， unit： m·s-1） at 15:00 and 20:00 on 21 July 2021.The red dashed line indicates surface dew point temperature（unit： ℃）， dash-dotted line indicates surface convergence line， the shaded indicates terrain height （unit： m） |
4.2 水平风的垂直分布及低空急流
选取石家庄国家基本气象站（站址位于鹿泉气象局）布设的L波段低对流层风廓线雷达， 分析中低层风场的垂直分布， 风廓线雷达的水平分辨率为6 min， 垂直分辨率0.15~4 km为120 m， 4~10 km为240 m， 气象要素为大气水平风矢量、 垂直气流速度、 大气折射率等。
4.2.1 风廓线雷达水平风垂直分布
分析7月20日20:00至22日14:00石家庄风廓线雷达风场随时间演变（图5 ）可以看出， 21日02:00降水开始之前， 850 hPa以下近地层风向杂乱无组织且风速较小； 21日02:00之后降水期间， 风场开始变得有组织性， 21日04:00 -11:00强降水出现时段， 低层风场转为东北风， 中层为东南风且风速越来越大， 且风速普遍达到低空急流标准； 21日18:00 -23:00低层东北风风速减小， 对应降水强度弱。其中东南风厚度伸展到4000 m， 之后东北风高度下降。22日12:00之后低层偏东风减弱， 对应强降水过程的结束。
图5 2021年7月20日20:00至22日14:00石家庄风廓线雷达逐小时水平风（风羽， 单位： m·s-1）的垂直分布阴影区表示≥8 m·s-1东风风量（单位： m·s-1）， 黑实线表示最大东风风量高度（单位： km） Fig.5 The vertical distribution of hourly horizontal wind （bard， unit： m·s-1） of Shijiazhuang wind profile radar from 20:00 on 20 to 14:00 on 22 July 2021.The shaded indicates east wind area of larger than 8 m·s-1 （unit： m·s-1）， black solid line indicates height of maximum east wind （unit： km） |
U风分量的垂直分布表明， 强降水阶段偏东风风量较大， 且最大东风出现高度越低， 太行山脉高度以下的东风不断增强， 最大东风分量为8~11.1 m·s-1， 最大东风出现的高度最低为510 m， 有利于太行山区和浅山区降雨的增强。与孙继松［10］研究结论相符， 当垂直于山体的气流随高度减小时， 地形的作用表现为迎风坡上水平辐合， 造成气旋式涡度增加， 产生风场切变， 因此对迎风坡降水产生明显的增幅作用。
4.2.2 低空垂直风切变
利用石家庄风廓线资料计算0~1 km 和0~3 km垂直风切变， 地面、 1 km和3 km高度分别取150 m、 990 m和3030 m对应高度的观测数据， 计算得到7月21日00:00至22日12:00石家庄0~1 km和0~3 km垂直风切变的逐小时演变［图6 （a）］可以看出， 0~1 km和0~3 km垂直风切变的变化趋势基本一致， 均呈现先升后降的变化趋势， 降水前期对应垂直风切变的上升阶段， 21日02:00至22日02:00的强降水阶段对应垂直风切变的高值阶段， 其中0~1 km和0~3 km垂直风切变最大值分别为11.9 m·s-1和16.9 m·s-1， 降雨后期的弱降水对应垂直风切变的迅速下降， 以上分析表明低层垂直风切变对降水有很好指示意义， 上升对应降水开始， 高值阶段对应强降水阶段， 下降对应降水结束。
图6 2021年7月21日00:00至22日12:00石家庄小时降水量与0~1 km和0~3 km垂直风切变（a）及低空急流指数和低空急流最低高度（b）逐小时演变曲线Fig.6 The time evolution of hourly rainfall and wind vertical shear of 0~1 km and 0~3 km （a） and low-level jet index and minimum height of low-level jet （b） in Shijiazhuang from 00:00 on 21 to 12:00 on 22 July 2021 |
4.2.3 低空急流
低空急流定义为3 km高度以下风速超过12 m·s-1的风， 达到12 m·s-1的风速伸展的最低高度为低空急流最低高度H。低空急流指数定义为I=V·H -1， 其中V为的低空急流中心最大风速， H为12 m·s-1风速对应的该时次中的最低高度。
利用石家庄风廓线资料计算各时次对应的低空急流指数， 分析7月21日00:00至22日12:00石家庄逐小时低空急流指数和低空急流最低高度随时间演变［图6 （b）］可以看出， 石家庄降水时段21日02:00至22日12:00均对应有偏东低空急流出现， 21日02:00 -03:00低空急流仅出现在2670~3030 m中层， 21日07:00至降水结束持续有低空急流对应， 低空急流指数介于4.7×10-3~33.1×10-3 s-1之间； 强降水阶段对应的低空急流最低高度均在2 km以下， 22日04:00和07:00 -08:00低空急流指数超过20×10-3 s-1， 其中22日04:00最大为33.1×10-3 s-1， 低空急流最低高度从510 m伸展到2310 m， 伸展厚度达1800 m， 低空急流伸展厚度高且低。另外， 21日10:00、 15:00 -16:00低空急流也从1110 m、 1230 m、 1350 m伸展到3000 m， 伸展厚度1650~1890 m， 强低空急流与22日凌晨的强降水阶段对应； 低空急流结束时间为22日21:00， 比降水结束时间晚9 h； 降水结束后， 低空急流对应的最低高度呈上升趋势， 且低空急流指数和低空急流厚度呈下降趋势。说明二者开始出现时间基本一致， 低空急流结束时间晚于降水结束时间。
5 水汽条件分析
5.1 水汽空间分布
分析GPS水汽总量的空间分布演变趋势， 20日上午GPS水汽总量大值区位于河南省和湖北省， 20日下午大值中心向东北方向扩展到山东省的西部一带， 20日20:00≥60 mm的水汽总量大值轴位于河南的汝州-安阳-山东冠县-夏津一带， 20日夜间大值区逐渐东移北伸， 21日08:00北段已移至河北省东部一带， 20:00大值轴位于河南的汝州-长垣-鄄城-山东冠县-河北邯郸-巨鹿-赵县-晋州一带［图7 （a）］， 大值中心位于河南汝州为75.2 mm。21日20:00至22日05:00≥60 mm的水汽总量大值中心呈南北向， 在低空西南气流的作用下自南向北输送水汽， 加之850 hPa以下的东南风急流辐合， 在河北省中南部太行山浅山一带形成水汽辐合， 22日05:00之后在位于河北中南部的大值轴向东移动并且强度逐渐减弱， 对应强降水减弱结束。≥60 mm的水汽总量大值中心维持时长达10余个小时， 为大暴雨的出现提供了充足的水汽供应。
图7 2021年7月21日20:00 GPS水汽总量（单位： mm）的空间分布（a）与7月20日08:00至22日08:00邢台L波段探空站温度露点差（单位： ℃）层结曲线（b）Fig.7 The distribution of GPS water vapor（unit： mm） at 20:00 on 21 July 2021 （a） and difference curve of temperature and dew point （unit： ℃） at Xingtai radiosonde station from 08:00 on 20 to 08:00 on 22 July 2021（b） |
7月21日14:00至22日02:00， 位于河北省中南部的石家庄、 邢台和邯郸的西部山区的低层存在明显的水汽通量辐合， 21日14:00 850 hPa水汽通量散度为-4×10-7 g·cm-2·hPa-1·s-1， 东部为0~2×10-7 g·cm-2·hPa-1·s-1， 辐合辐散特征不明显， 亦即西部辐合明显比东部强（图略）， 利于西部山区强水汽的辐合， 促成了太行山西部大暴雨的出现。
5.2 探空水汽垂直层结
选取位于河北中南部的邢台探空站， 分析20日08:00至22日08:00不同高度上的温度露点差层结变化曲线［图7 （b）］， 可以看出， 20日08:00整层温度露点差大于2 ℃， 湿度小， 湿层还未建立； 20日20:00至22日08:00降水过程中温度和露点曲线基本接近， 深厚的湿层从地面持续到400 hPa的高度， 尤其是20日20:00和21日20:00湿层更明显， 温度露点差基本在2 ℃以下， 说明深厚的湿层为暴雨的建立和维持提供充沛的水汽条件。
5.3 地基GPS/MET反演水汽总量
选择位于石家庄市气象局的全球定位系统气象观测（GPS/MET）站反演GPS水汽总量， 分析7月20日08:00至22日20:00石家庄GPS水汽总量的时间演变（图8 ）， 20日08:00 -23:00降水开始前， GPS水汽总量呈递增趋势， 其间20日13:00和20日16 - 17日存在50 mm左右的2个极大值； 降水出现时段为21日01:00至22日12:00， 其中21日12:00 -13:00、 22日01:00 -02:00和02:00 -03:00小时雨强超20 mm·h-1， 分别为24.5 mm·h-1、 20.1 mm·h-1和22.2 mm·h-1。GPS水汽总量在20日21:00至22日12:00时段普遍在50 mm以上， 其中21日12:00至22日03:00超过55 mm， 21日15:00和18:00分别达57.3 mm和57.1 mm的极大值， 降水阶段对应着50 mm以上的GPS水汽总量的高值阶段， 且50 mm以上的高值提前于降水开始时间5~6 h； 22日下午降水结束后的对应GPS水汽总量快速下降， 20:00已降至40.3 mm。
6 雷达回波特征分析
分析7月21日20:30石家庄新一代天气雷达回波1.5°仰角的反射率因子和径向速度、 差分反射率因子ZDR和差分相移率KDP分布， 强降水过程的雷达回波表现为层积混合云降水回波［图9 （a）］， 强回波主要位于河北省中南部西部山区， 最大回波反射率因子45~55 dBz， 与差分反射率因子ZDR和差分相移率KDP的大值区（图略）保持一致， ZDR大值中心强度为2.0~3.5 dB， KDP大值区在0.5 deg·km-1以上， 强中心最大值可达2.4 deg·km-1， 强回波质心高度较低， 多为2~4 km（图略）， 符合热带降水型特征； 径向速度［图9 （b）］表现为近地层0~50 km以内为东风、 50 km以上为东南风的特征， 东南风风速值可达到12 m·s-1以上， 近地层达到东南风急流标准； 零速度线呈“S”形， 近地层存在暖平流； 入流速度的风速和面积均大于出流速度， 存在明显的风向辐合和风速辐合。
图9 2021年7月21日20:30石家庄天气雷达1.5°仰角≥20 dBz反射率（阴影区 单位： dBz）、 地面10 m风场（风羽 单位： m·s-1）和地形高度（等值线 单位： m）（a）以及1.5°仰角径向速度（b， 彩色区， 单位： m·s-1）（a）中红点表示石家庄站 Fig.9 The radar echo in Shijiazhuang at 20:30 on 21 July 2021 reflectivity larger than 20 dBz at 1.5° elevation（the shaded， unit： dBz）， wind field at 10 m height（barb， unit： m·s-1） and line of terrain height（contour， unit： m） （a）， radial wind velocity at 1.5° elevation（b， colored area， unit： m·s-1）.The red dot in （a） indicates station of Shijiazhuang |
分析强降水阶段雷达回波特征可知， 30 dBz以上的强降水回波持续在河北省西部山区生成、 发展和加强， 具有后向传播特征， 在近地层东南风引导下沿太行山东麓自南南东向北北西方向移动（图略）， 具有明显的“列车效应”和暖云降水特点， ≥30 dBz的强回波在太行山西部浅山区持续时间长达20 h， 使得西部浅山区降水持续时间长， 降水强度大， 小时雨强超40 mm·h-1的共出现34站次， 其中赞皇许亭21日21:00 -22:00最大达62.1 mm·h-1， 这就是导致西部山区区域大暴雨的主要原因。
7 结论
受“21·7”特大暴雨系统北上影响， 7月20 -22日位于太行山中段的河北省中南部出现区域性大暴雨， 过程降水具有覆盖范围广、 强降水持续时间长和太行山前降水强度大等特点。
（1） 此次强降水的主要影响系统为副热带高压、 6号“烟花”和7号“查帕卡”双台风、 高空低涡、 切变线和低空急流， 大气环流形势总体稳定， 低空西南急流与偏东风气流汇合造成了太行山东麓的区域大暴雨。降水前期大气层结不稳定， 对流有效位能1925.5 J·kg-1； 降水过程中抬升凝结高度接近地表， 边界层接近饱和， 湿层深厚， 为大暴雨的产生提供了充分的水汽和能量条件。
（2） 强降水阶段， 太行山中段东麓存在近乎南北向的地面辐合线和地面露点温度锋区， 且位置相对稳定且长时间维持， 与小时降水量≥10 mm强降水带位置吻合； 低层偏东风分量增大， 且最大东风出现高度降低， 最大东风分量为8~11.1 m·s-1， 最大东风出现的高度最低为510 m； 中低层的偏东风分量增大到低空急流标准， 最大低空急流高度510~2310 m， 最大低空急流指数33.1×10-3 s-1， 0~1 km和0~3 km垂直风切变最大分别为11.9 m·s-1和16.9 m·s-1， 地形对降水的增幅作用明显。强降水结束时低层偏东风减弱， 低空急流结束时间晚于降水结束时间9 h。
（3） 降水前GPS水汽总量波动递增， 强降水阶段≥60 mm的GPS水汽总量大值区呈南北方向， 位于河南汝州-长垣-鄄城-山东冠县-河北邯郸-巨鹿-赵县-晋州一带， 维持时间长达10 h， 石家庄单站GPS水汽总量处于高于50 mm高值阶段， 且高值开始时间提前于降水开始5~6 h， 西部山区低层的水汽通量辐合明显高于东部， 使得西部山区水汽辐合明显； 探空温度和露点曲线基本接近， 深厚湿层从地面持续到400 hPa； 降水结束之后水汽总量呈快速下降趋势。
（4） 在雷达回波特征方面， 回波质心低的强回波持续在河北省西部浅山区生成、 发展并自南向北移动， 加之地形对东风的辐合抬升作用， 具有列车效应和暖云降水特点， ≥30 dBz的强回波在西部浅山区持续时间长达20 h， 造成了太行山中段山区的区域大暴雨。