2012年7月21日到22日,北京地区遭遇特大暴雨过程,21日08：00LST-22日04：00LST 20小时地面累积降水量超过350毫米。本文利用北京S波段新一代多普勒天气雷达和首都机场的C波段多普勒天气雷达的近距离(两雷达相距37km)观测资料,结合先进的复杂地形多普勒雷达反演技术,反演2012年7月21日发生在北京地区的特大暴雨过程的三维风场结构。以此为基础,结合探空和地面观测等,定量分析暴雨系统的三维结构和形成机制,探讨北京地形在此次降水形成过程中的动力学机制。根据雷达和地面降水观测,把整个降水过程分为两个阶段：地形降水(08：00LST-18:00 LST)和平原降水(18：00 LST-22日04：00 LST)。地形降水阶段,对流发生频率高值和强降水主要集中在北京西南山区的斜坡上。对流系统发展高度较低,平均35 dBZ回波顶高度仅为3 km,类似热带性暖区降水系统。反演风场显示,地形上游区域低层(<1km)主要为暖湿的东南风,垂直于地形方向风场分量约7 ms-1。地形上游Fr数约O.12<1,表明地形上游低层持续暖湿气流遇到地形被抬升,是地形迎风坡持续对流激发和强降水产生的主要动力机制。在3-5 km以上,系统内水平风场主要为西南风,因而地形激发的对流沿地形向东北方向移动,形成列车效应,加强地形上降水。在平原降水阶段,对流发生频率高值和强降水主要位于东南平原区域,而地形附近降水显著减弱。此阶段对流已组织成东北—西南走向的线状结构,并向平原快速移动。对流系统发展的高度比地形降水阶段高,35 dBZ回波顶高超过5 km。系统前侧存在由前向后倾斜上升的暖湿气流,系统后侧存在由后向前的下沉气流,两气流在系统前侧辐合产生上升运动,有利于新的对流激发。反演气压和地面自动站揭示,因为前期地形降水的蒸发冷却在地面形成冷池和地面高压,此冷池沿地形加速下滑与环境风场交互作用,是该对流系统组织化和向平原快速移动,造成平原强降水的主要机制。此研究从雷达观测的角度揭示“7.21”特大暴雨形成的动力机制,为研究地形降水的动力过程和暴雨系统的组织化机制提供了观测依据。