7月20日傍晚，当看到无数汽车漂在市区主干道的水面上，乘客被困于地铁进水车厢发帖求救的消息时，许多郑州市民才意识到，这不是一场普通的内涝。这一天的16时～17时，郑州最大小时降雨量达到201.9毫米，超过46年前河南“75·8”暴雨创下的1小时降雨198.5毫米的纪录，也突破了中国大陆小时降雨量极值。
　　从7月17日8时到21日8时，郑州4天的降雨量已超过平均全年降雨量的七成，郑州、嵩山、新密等10个国家级气象站日降水量超出建站以来的历史极值。
　　1949年以后，河南共发生过5次全省性强降雨，但这次暴雨中，全省累计雨量最大值、一小时最大降水量及日雨量均大于上述5次降水，日最大降水量和6小时最大降水量仅次于“75·8”暴雨，强度达“特强”等级。
　　对于这一强降水，并非没有天气预警。从7月19日晚到20日16时30分前，郑州气象局和河南省气象台分别接连发布了5次级别最高的暴雨红色预警。只不过，暴雨预报仍属于世界性难题。目前的预报能力，只能预报局地强天气可能出现的范围，世界范围内暴雨预报准确率也就在20%上下。
　　这场强降雨依然暴露出“75·8”暴雨后的四十多年来，对中国北方暴雨的轻视和预报的薄弱。

北方暴雨精准预测之难

　　虽然郑州气象局发了5次“红警”，但想要对暴雨更精准的定点、定时、定量预报依然很困难。国家减灾委专家委员会委员、中国水利水电科学研究院防洪减灾研究所原所长程晓陶在接受《中国新闻周刊》采访时指出，这次在预报大雨时，一开始气象部门预测降雨中心在焦作，但最后实际是在郑州，稍有一些偏离，两地相距80多公里。
　　关于此次河南极端强降水的形成过程，中国气象局公共气象服务中心气象服务首席专家朱定真解释说，虽然台风“烟花”当时距离我国还有近一千公里，却远程控制了河南暴雨。在“烟花”和副热带高压的气流引导下，大量的水气通过偏东风源源不断从海上输送到陆地，在河南集结成雨，再遇到太行山和伏牛山，在山前出现辐合抬升，地形导致降雨范围集中，雨势更强。大气环流形势稳定，导致降雨持续时间长。
　　业内一位不愿具名的权威人士对《中国新闻周刊》说，更关键的，要看中小尺度系统和天气尺度系统之间如何相结合，怎样互相作用产生更强中小尺度系统，这才是导致强降水的更根本原因。所谓尺度，就是指天气系统影响的范围、水平距离大小，造成暴雨的是25千米至250千米的中尺度系统。
　　天氣与气候学家、中国工程院院士丁一汇曾发文指出，中小尺度天气系统由大尺度系统“孕育”，中小系统产生、壮大后，又反过来能对大尺度系统起到反馈作用，使得暴雨系统加强和延续。一次大暴雨的生命史是复杂的，数学上，这种不同天气尺度系统相互作用是一种非线性问题，暴雨预报的困难即在于此。
　　此次河南暴雨后，郑州气象局官方微博也发文解释说，从常规高空观测系统上看，目前它所提供的有关暴雨的观测资料和信息主要是针对天气尺度的，而对直接造成暴雨的中小尺度观测并不充分，甚至十分缺乏。“这就好比用网捕鱼，网眼太大，小尺度的天气系统难免会成为漏网之鱼”。
　　中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室研究员孙继松解释说，中小天气尺度系统难以预报的原因缘于两方面，一方面在于分辨率，比如说，一棵树的蒸腾作用，也会对降雨产生影响，但在数值预报系统中，对此难以准确描述。目前世界范围内的天气预报以数值预报系统为主，再结合预报员自身经验，作出综合判断。所谓数值预报，就是以一定距离网格点为计算单位，将卫星、雷达、自动站等各种观测资料都汇入一套系统协调、同化，经过一组设定好热力学、动力学方程运算，得出预报结果。国内采用的是自主研发的数值预报系统GRAPES。
　　但即便分辨率做到更加精细，对于中小尺度天气系统到底将如何演变、会产生怎样的天气现象，还是不明确。气象预报和研究人员对于降水产生的机制，动力学和热力学过程并没有完全弄清楚。运用数值预报时，会设置很多近似和假设参数，而往往这些假设和真实天气演变不符，这就造成中小尺度天气难以预报或预报不准。
　　中科院大气物理研究所研究员高守亭指出，另一个影响暴雨预报准确率的关键因素是风。当下，世界范围内对于风的形成和预报都缺少很好的理论研究。“由于风的原因，一片云酝酿的降水还没来得及下，就被推到其他地方。雨滴在什么时候落、落到哪都难以掌握，降水结束时间也难以确定，导致了局地天气预报很困难。”关于暴雨天气预报，最大两个难点，一是雨的形成机理，二是风场运动，都不过关。
　　高守亭说，华北暴雨往往呈现短时强降水的特点。其中一个很重要原因在于华北地区降水受高空冷空气影响，与来自低层的暖湿气流相遇时，上冷下暖，位势不稳定，容易产生强对流，这就好比烧水过程一样。他介绍，河南在地理划分上虽然属于华中地区，但从气象学角度看，河南的强降水仍属于华北暴雨的研究范畴。
　　前述不愿具名业内人士说，郑州作为常住人口1260万的超大城市，热岛效应也对降雨有着明显影响。有研究表明，极端强降水的增强趋势有向城市中心区集中的趋势，比如上海就呈现“雨岛”效应。郑州位于黄河南岸，河水的冷空气和城市暖空气也容易发生对流，抬升暖空气，产生降水。

北方暴雨不被重视但短时强度很大

　　暴雨预报本身就有难度，而华北暴雨比南方暴雨预报的准确度更低。高守亭说，其中一个原因在于，华北下暴雨几率小，区域性暴雨一年就一到两次。相比之下，南方梅雨季动辄一个月，在这个背景下，预报员预报下雨的正确概率就要大得多。同时，长江流域梅雨形成有其规律可循：主要是西北和西南两支气流汇合，形成对流。华北处于冷暖空气都比较活跃的交接面，每一次形成暴雨的天气系统都不尽相同，天气系统的变化性更大，不好预报。 　　从20 世纪 70 年代开始，中国东部夏季降水型由“北多南少”转为“南多北少”，形成长江和华南地区多雨且暴雨频发，北方偏旱的局面。其中，河南处于干旱和半干旱区，年平均降水量为771.1毫米。

　　但问题是，河南中北部与河北中南部恰恰处于冷暖空气上下交汇的地方，再加上太行山等地形抬升因素，具备产生比较大降水的客观条件，强降水往往又会引发洪灾。
　　1958年7月14日至19 日，黄河中游出现了历时6天强降水。7月18日花园口出现了22300 立方米/秒的最大流量，冲垮黄河鐵桥，京广铁路交通因此一度中断14天，这是1949年以来黄河最大一次洪峰流量。1963 年 8 月上旬在太行山东麓，河北省海河流域出现了有气象纪录以来特大洪水。这次洪水由近一个星期的持续性强降水造成，过程总降水量达到1329毫米。其中，河北省邢台市内丘县獐么乡当年七日连续降雨量创下2051毫米的暴雨极值，该乡被中国气象学会等单位相关专家评定为“中国大陆持续暴雨极值中心”。
　　河南省所处的黄河中下游历史上洪灾众多，从三门峡到花园口的这一段河道，也被称为千里黄河豆腐腰。在前述不愿具名业内人士看来，河南地区强降水和洪灾一直是国人的“心腹之患”。黄河河床高于两岸地面，主要靠堤防挡水，而当上游来水超过河道的排洪能力，洪水就会向外漫溢或决口。近代以来最为严重的一次洪水，是1938 年的花园口决堤事件。当时，国民政府掘开堤防造成人为水灾，导致河南、安徽、江苏三省89万人死亡。1949年之后，河南省中下游地区水灾主要由大暴雨引起。
　　实际上，如果以北纬30°划分中国南北，以24小时为计时单位，发生24小时极端降水站点数，中国的南部和北部站点数大约是7比3。但如果将极端降水统计时长缩小为6小时、3小时、1小时，这种差距被快速缩小。相应地，南北方的极端降水站点数几乎打成平手。河北、河南、山东与华南地区广东、广西、海南短时强降水站点数排序均很靠前。对于所谓“倾盆大雨”，北方其实并不比南方少。中国暴雨的许多极值纪录都出自华北和东北区域。
　　程晓陶对《中国新闻周刊》说，从年降雨量来说，南方要多于北方，但降雨强度来讲，北方并不比南方小。而南方由于经常发生洪水，就使得河流的行洪能力得以维持，相比之下，北方河道多年不行洪，就更容易处于淤积萎缩状态。按照防洪标准设计来看，城市河流标准要高，也会投入资金、力量定期清淤、维持行洪能力，农村河流防洪标准要低，就这次集中发生在郑州的河南大暴雨而言，由于城市河段过流能力强，周边农村河流较弱，也就造成总体河流过流能力不强，排水不畅，使得郑州水不容易退下去，形成内涝。
　　但由于与南方相比，华北暴雨发生的几率较小，国内对华北暴雨的研究相对较少，得不到相关部门与科研人员的重视。
　　一场暴雨曾短暂地扭转了这一局面。
　　1975年8月5日到7日，河南驻马店一带三天降下了1605毫米的总雨量，强降水导致周边板桥水库和石漫滩水库两个中型水库及50多个小型水库溃坝。高度达20米的洪流以排山倒海之势，顺着西高东低的地势，冲刷平原，造成全省1100万人受灾，京汉铁路中断18天，超过2.6万人死亡。但在1970年代，国内天气预报主要倚仗天气图，即预报员依据每个气象监测站呈报的“温压湿风”等信息作出预报。当时，中央气象台预测这一带的降雨量是100毫米。
　　“75·8”暴雨后不久，来自全国各地气象局、高校、科研院所26家单位的200多名气象界人士先后在北京、郑州、南京展开三次会战，共计历时半年，探讨暴雨成因与预报。中国的中尺度天气分析从1960年代初就开始，但一直进展缓慢。由于观测资料有限，没有稠密的观测网，也没有卫星，三次会战对于中尺度系统也只是初步认识。三次会战后的15年里，北方14省市气象局、大专院校和科研院所还以“北方暴雨协作组”的形式对北方暴雨成因继续攻关，出版《华北暴雨》《中国之暴雨》等专著。
　　“75·8”暴雨的另一大作用是推动了国内数值预报系统的研发和应用。尽管预报手段有了很大进步，孙继松说，全国现在暴雨预报准确率仍仅为百分之十几到二十，准确率之所以能到这一数字，还是因为南方暴雨影响区域大，天气尺度大，将准确率拉升了上去，北方暴雨预报有时候靠运气。

华北降水正慢慢回升

　　1990年代后，曾经干劲十足的“北方暴雨协作组”因为一些老同志离岗、退休，经费不足等原因解散。当时不少人认为，对北方暴雨的研究已经到头了。过去20年，对于北方暴雨研究的另一大推动力是2008年的北京奥运会。高守亭曾在2002年开展了“北京夏季异常天气应急措施”的课题研究，但这也只是针对奥运场馆的局地性研究。高守亭说，近些年，国家层面对于华北暴雨研究也不够系统，“科技部立了几个973项目，都是研究华南和长江流域流域暴雨，没有一个大的课题支撑华北暴雨的研究”。
　　后继无人是另一个问题。根据中国气象局人才交流中心2018年发表的一篇文章，中国气象局12家直属事业单位近五年流出人员总数为177人，其中流动到气象部门外的编内人员64人，流失人员专业技术人员接近九成，硕博学历人员占到80%。调查结果显示，流失人员最主要原因就是对薪酬福利不满意。
　　曾任国家气象中心主任的中国工程院院士、天气动力和数值预报专家李泽椿曾撰文称，目前， 各级气象台站均不同程度地存在骨干预报员缺乏的现象， 尤其缺少在暴雨预报业务和研究方面的学科带头人。
　　国内外数值预报系统也有差距。业内人士对《中国新闻周刊》说，欧洲中期预报中心对于大天气尺度的预报仍超过国内气象部门，其数值预报系统的资料同化技术更胜一筹，预报精准度更高。日本前些年对于降水落区、强度的预报也胜于国内，但近些年，国内的GRAPES系统也在不断提升、追赶。
　　孙继松是2008年北京奥运会期间气象保障方面的总技术负责人。他分析说，自北京奥运会之后的10多年来，在天气系统形成的理论认识方面，国内没有特别大的突破。相比之下，中国的观测系统水平已居于世界前列，观测点更加密集，分辨率越来越高。但在对天气系统机理没有了解清楚的背景下，更精准预报难以做到。

　　随着全球气候变暖，北极冰盖融化，北半球高、中纬度温度梯度减小，大气上层西风带减弱，这将造成副热带高压明显东移，进而使中国华北地区降水带东移。
　　丁一汇在去年9月发表的一篇论文中称，气候变暖后大气可容纳更多的水汽，如果进入大气的水分增加，大气比湿增大，则更易出现降水，对于东亚夏季风区，季风水汽输送带将会更强，并且北推更明显，中国北方可能更将面临更强的降水与持续性强暴雨。高守亭分析说，总体而言，与过去20年相比，华北降水已经出现了一个慢慢回升的趋势，今后会越来越多。
　　鉴于此，前述不愿具名的业内人士说，对于包括河南在内的北方暴雨研究，“现在观测资料更全了，应好好抓住机会，弄明白中小尺度天气系统的作用过程”。有业内人士指出，往往都是有了灾情后，国家才重视某一领域的研究。
　　在这次河南暴雨中，河南省气象局最早于7月15日报送的《重要天气报告》就指出，“17日到19日我省北部、中东部有暴雨大暴雨，局部特大暴雨，需加强防范”。此后，河南省气象局开展联合会商8次，并联合水利厅、自然资源厅发布山洪、地质灾害气象风险预警预报，并对省防汛办、省应急厅、省地质环境总站开展了叫应服务，“省市县三级气象部门均第一时间将相关信息送达本级党政主要负责同志”。
　　从7月19日晚21时59分起到7月21日16时1分，郑州市气象台在近18个小时的时间内，连续发了5次暴雨红色预警。在郑州市气象局局长李柯星每一次签发的红色预警里，都明确告知了防御指南：政府及相关部门按照职责做好防暴雨应急和抢险工作;停止集会、停课、停业（除特殊行业外）;做好山洪、滑坡、泥石流等灾害的防御和抢险工作。