强对流天气

强对流天气，是指出现短时强降水、雷雨大风、龙卷风、冰雹等现象的灾害性天气的统称。^[3][2]在气象上属于中小尺度天气系统，这种天气破坏力很强，是气象灾害中历时短、天气剧烈、破坏性强的灾害性天气。^[1]

强对流天气是空气强烈地垂直运动而导致出现的天气现象。^[2]强对流天气的水平尺度一般小于200千米，有的仅有几千米；生命史一般有1小时至十几小时，较短的仅有几分钟至1小时；具有明显的突发性。^[2]强对流天气的种类有：飑线、龙卷风、冰雹、雷雨大风和短时强降水等。^[4]强对流天气在气象上属于中小尺度天气系统。这种天气破坏力很强，世界上把它列为仅次于热带气旋、地震、洪涝之后第四位具有杀伤性的灾害性天气。^[1]

强对流天气是导致气象灾害的重要天气类型，对强对流天气的研究，提高监测和预警预报能力，对中国防灾减灾有着十分重要的意义。^[5][6]

强对流天气，是指发生在对流云系或单体对流云块中的雷电、雷雨大风、冰雹和龙卷风等灾害天气的统称。^[2]强对流天气在气象上属于中小尺度天气系统，这种天气破坏力很强，是气象灾害中历时短、天气剧烈、破坏性强的灾害性天气。^[1]

强对流天气是地球大气复杂非线性运动的结果，也是多种尺度（分为空间尺度和时间尺度，空间尺度指的是大小，时间尺度指的是持续时间）大气系统相互作用的结果，对其机理认识是一个不断深化的过程。对流天气的发生需要充足的水汽、一定的不稳定条件和抬升触发机制。中小尺度对流风暴是各类强对流天气的直接制造者。^[7]

强对流天气是空气强烈地垂直运动而导致出现的天气现象。^[2]最典型的就是夏季午后的强对流天气，白天地面不断吸收太阳发出的短波辐射，温度上升，并且放出长波辐射加热大气，当近地面的空气从地球表面接受足够的热量，就会膨胀，密度减小，这时大气处于不稳定的状态。就像水缸里的油和水一样，当密度较小的油处于水缸底部，而水处于上部时，一定会产生强烈的上升运动，最终油会浮到水面上。同理，近地面较热的空气在浮力作用下上升，并形成一个上升的湿热空气流。当上升到一定高度时，由于气温下降，空气中包含的水蒸气就会凝结成水滴。当水滴下降时，又被更强烈的上升气流携升，如此反复不断，小水点开始积集成大水滴，直至高空气流无力支持其重量，最后下降成雨。^[2]

局部地区强对流天气范围大、次数频繁的主要原因是由于南下的冷空气异常活跃，频繁南下的冷空气与比较潮湿的空气碰撞而且十分不稳定，这种湿暖的大气在盛夏炎热的午后，会产生强烈的垂直运动而导致出现强对流天气。引发强对流天气的另一个原因是全球气候变暖。^[2]

强对流天气在各地出现的时间不一样。雷雨大风，多发生在春、夏、秋三季，冬天较为少见；短时强降水，一年四季都可见，也以春、夏、秋三季为多；龙卷风，一般发生在春夏过渡季节或夏秋之交（4—10月）,以春夏过渡季节为多；冰雹，大多出现在冷暖空气交汇激烈的2-5月，也可在盛夏强烈而持久的雷暴中降落；丸线，多发生在春夏过渡季节冷锋前的暖区中，台风前缘也常有胞线出现，以3一9月居多。^[2]

强对流天气在美国春季的四月和五月期间最为常见。在美国的中西部地区，地处内陆远离海洋。因此，极端气温和降水量（如内华达州得梅因市）会在不同时期出现。夏季炎热潮湿，冬季寒冷多雪。每个季节都会发生一些可能造成危害的事件。暴风雨是中西部气候的基本要素。大气环流的另一个重要特征是亚热带高压系统，大西洋上几乎永恒存在的高压系统，即百慕大高压。该高压系统将大量水汽从墨西哥湾和大西洋输送到美国中西部地区，导致美国南部地区夏季经常出现温暖潮湿的天气。这导致夏季雷暴频发。^[8]

在美国春季和秋季的天气模式非常复杂，导致天气状况极不稳定，对流风暴也很多。由于美国中西部地区位于北部和西部的主要干冷空气源与南部的暖湿空气源之间，因此具有产生强对流风暴的理想条件。其次，中西部各丘陵地区的地形影响、五大湖以及人类活动对大气层的影响只会影响各自地区的局部气候。^[8]

在中国南方方比北方来得早，广东的强对流天气全年都可能出现。^[2]

强对流天气在美国中西部频繁发生，美国中西部地区夏季的日照是冬季的四倍。再加上地处内陆，导致夏季温暖，冬季寒冷。美国南北边界之间的纬度差异造成中西部的气温差异很大。美国中西部的纬度温度差异表现为南部夏季暴雨季节较长，而北部冬季暴雨较多。与北部地区相比，中西部南部的雷暴更多。俄亥俄州哥伦布市和印第安纳州印第安纳波利斯市等地区的雷暴发生率几乎是北达科他州法戈市的两倍。^[8]

2014年发射的全球降水测量（GPM）核心卫星上搭载的雷达系统使人们有可能识别和测量降水量极大的对流风暴的大小，并研究这些风暴在纬度高达65度的地区何时何地发生。GPM核心卫星配有一个空间双频降水雷达（DPR），覆盖范围接近全球（南纬65度至北纬65度），这使得确定全球高纬度对流风暴发生情况成为可能。^[9]

美国能源部西北太平洋国家实验室和华盛顿大学的研究人员对GPM卫星观测到的风暴进行了研究，分析了GPM在5年内（2014-2018年）观测到的三维雷达回波，结果表明，极端强烈的深层对流风暴经常发生在暖季（4月至9月），发生在地表温度上升最快的高纬度大陆地区。相关的热力学环境表明，在持续变暖的世界中，高纬度地区频繁出现深对流风暴，这意味着极端天气会更多。此外，卫星数据还显示，这些风暴几乎全部发生在高纬度大陆上空，而在过去几十年中，这些大陆的地表温度上升幅度最大。^[9]

飑线是指风向和风力发生剧烈变动的天气变化带，沿着飑线可出现雷暴、暴雨、大风、冰雹和龙卷等剧烈的天气现象，它是一条雷暴或积雨云带。飑线是地面上升的湿热空气和高空下来的干冷空气的接触面。在这个接触面上冷热空气进行能量交换，湿热空气中的水蒸气释放能量由气态变成液态的小水滴成云成雨，体积缩小到原来的一千二百多分之一，使该区域形成低压，是强对流天气现象的动力来源。气象上所称的飑，是指突然发生的风向突变，风力突增的强风现象。^[4]

飑线是受起伏地形和热力分布不均而产生的动力作用和热力作用的综合结果。它的形成和发展除与天气形势有密切关系外，地方性条件也起着极其重要的作用。它常出现在雷雨云到来之前或冷锋之前，春、夏季节的积雨云里最易发生。潮湿不稳定气层能助长飑线的强烈发展。当它即将出现时，天气闷热，风向很乱或多偏南风。当强冷空气入侵时，地面冷锋前部的暖气团中，或低压槽附近，大气存在不稳定层结，此时最易形成飑线天气。飑线多发生在傍晚至夜间。^[4]

飑线从生成到消亡可分为三个阶段：

初生阶段：一般经历3～5个小时，有6级左右大风，并伴有雷雨。^[4]全盛阶段：历时1～2小时，风向突然改变，风速骤增，常由8级猛增至12级以上，气压急剧上升，温度剧降，短时间会降低10°C以上。这阶段发生的狂风暴雨，破坏力很大。^[4]消散阶段：历时2小时左右，风力减小，雷雨强度降低，气压渐降，气温渐升，天气渐好。^[4]

龙卷风是一种少见的局地性、小尺度、突发性的强对流天气，是在强烈的不稳定的天气状况下由空气对流运动造成的、强烈的、小范围的空气涡旋。龙卷风漏斗云的轴一般垂直于地面，在发展的后期，当上下层风速相差较大时，可成倾斜状或弯曲状。其下部直径最小的只有几米，一般为数百米，最大可达千米以上，上部直径一般为数千米，最大可达10公里。龙卷风的尺度很小，中心气压很低，造成很大的水平气压梯度，从而导致强烈的风速，中心风速可达100至200米/秒。^[10]

龙卷风的形成可以分为四个阶段：

大气的不稳定性产生强烈的上升气流，由于急流中的最大过境气流的影响，它被进一步加强。^[10]由于与在垂直方向上速度和方向均有切变的风相互作用，上升气流在对流层的中部开始旋转，形成中尺度气旋。^[10]随着中尺度气旋向地面发展并向上伸展，它本身变细并增强。同时，初生的龙卷在气旋内部形成，产生气旋的同样过程，形成龙卷核心。^[10]当发展的涡旋到达地面高度时，地面气压急剧下降，地面风速急剧上升，形成龙卷风。^[10]

冰雹是从雷雨云中降落的坚硬的球状、锥状或形状不规则的固体降水。常见的冰雹大小如豆粒，直径2厘米左右，大的有像鸡蛋那么大(直径约10厘米)，特大的可达30多厘米以上。由于冰晶或雨滴在对流的积雨云中几上几下翻滚凝聚而降落的固体降水。^[11]

冰雹通常是产生在系统冰雹性的锋面活动或热带气旋登陆影响过程中，但也有局部性的。一般多出现在春夏之交；要产生10厘米的大雹，必须要有50米/秒以上的上升气流运动(一般产生雷雨的积雨云上升运动仅10米/秒左右)。这样强的上升运动，完全靠大气不稳定的能量释放而获得。所以降雹的一个必要条件是空气中存在极不稳定的大气层，不稳定层越厚，越是利于降雹。^[11]

在积雨云内，0°C层以下的云层由水滴组成，0°C层以上的云层由过冷却水滴组成，再高一些的云层则由过冷却水滴与雪花和冰晶等混合组成。如果积雨云中上升气流时强时弱，当上升的冷却水滴与上空的冰晶或雪花相碰，过冷水滴就冻成冰雹的核心。冰雹形成后，或因上升气流减弱，或因其重量较大而下降，当它降到0°C层以下后，又有一部分水滴粘于其上，这时若上升气流增强，它又被带到0°C层以上的低温区，雹核表面的水又被冻成冰，当上升气流再也托不住时，它便落到地面，成为冰雹。^[11]

雷雨大风，指在出现雷、雨天气现象时，风力达到或超过8级(≥17.2米/秒)的天气现象。有时也将雷雨大风称作飑。当雷雨大风发生时，乌云滚滚，电闪雷鸣，狂风夹伴强降水，有时伴有冰雹，风速极大。它涉及的范围一般只有几公里至几十公里。^[12]

雷雨大风常出现在强烈冷锋前面的雷暴高压中。雷暴高压是存在于雷暴区附近地面气压场的一个很小的局部高压，雷暴高压中心温度比四周低，下沉气流极为明显，雷暴高压前部为暖区，暖区有上升气流，就在这个下沉气流与上升气流之间，存在着一条狭窄的风向切变带，其为雷雨大风发生处，它过境时带来极强烈的暴风雨。如果雷雨大风发生在单一气团内部，那么它常常是由于局地受热不均引起。雷雨大风的生命史极短。^[12]

短时强降水是指短时间内降水强度较大，其降雨量达到或超过某一量值的天气现象。短时强降水累积形成的较大降水在短时间内可形成暴洪，造成农田渍涝、城市内涝，甚至引发泥石流、山洪等地质灾害，造成重大经济损失和人员伤亡。^[13]短时强降水通常指1小时内某地降水量超过20毫米的降水过程，用来说明短时间内的降水强度，也可以用5分钟、10分钟或30分钟内的降水量来表征。^[14]

强对流天气往往又会带来雷暴，当大气中的层结处于不稳定时容易产生强烈的对流，云与云、云与地面之间电位差达到一定程度后就要发生放电，有时雷声隆隆、耀眼的闪电划破天空，常伴有大风、阵性降雨或冰雹，因此雷暴天气总是与发展强盛的积雨云联系在一起。由于雷暴的发生发展与积雨云联系在一起，从雷暴云的出现到消失，它有很强的局地性和突发性，水平范围只有几公里或十几公里，在时间尺度上也仅有2－3小时，因此，这种中小尺度天气系统在预报上有一定的难度。^[4]

强雷暴是一种灾害性天气，雷电会引起雷击火险，大风刮倒房屋，拔起大树，果木蔬菜等农作物遭冰雹袭击后损失严重，甚至颗粒无收，有时局地暴雨还会引起山洪暴发、泥石流等地质灾害。^[4]

强对流天气的水平尺度一般小于200千米，有的仅有几千米；生命史一般有1小时至十几小时，较短的仅有几分钟至1小时；具有明显的突发性。由于天气变化剧烈，破坏力很强，常常导致庄穆、树木受到摧残，房屋倒毁，电信、交通受损，甚至造成人员伤亡等。世界上把它列为仅次于热带气旋、地震、洪涝之后的第四位具有杀伤性的灾害性天气。^[2]

飑线、龙卷风和雷雨大风最突出的气象要素之一是强风。尽管飑线的水平尺度小，但在其影响的范围内都将发生强大的风、雨灾害，可导致树木折倒，房屋掀翻，瓦砾飞行，人畜受伤受害，庄稼倒伏。由于各类强对流天气有各自的发生季节和发生特点，农业生产为户外作业，又是根据季节来安排的，所以强对流天气对农业生产中的各类作物的危害不尽相同。上述的洪涝、强风、雹是强对流天气灾害中影响农业生产的主要几种危害。强对流天气对农业生产的直接危害是外力摧毁庄稼，间接危害是由内涝诱发和传播病虫害致庄稼减产甚至绝收。^[4]

强对流天气还有另一个作用，它能带走地球表面多余的热量。水蒸气是地球上最丰富的温室气体。温室效应是指地球大气中的气体捕获太阳热量的过程。温室气体使我们的星球保持宜居。如果没有它们，地球表面的温度将比现在低约33℃。水蒸气也是地球水循环的一个关键部分：所有的水都以液态水、固态冰和气态水蒸气的形式在地球的大气层、陆地和海洋中流动。大气中水汽的增加也会放大全球水循环。它们使潮湿地区变得更潮湿，干燥地区变得更干燥。^[15]

强对流天气包括雷雨大风（大于或等于8级）、飑线、龙卷和冰雹4种天气现象。强对流天气在广东不是近期才有明显反映的，而是很早以前就有史料记载。根据《广东自然灾害史料》，早在东汉永初元年（107年）就有“電”灾记述。20世纪80年代后，强对流天气使广东发生了3次内河航行海事，有500余人丧生，举世震惊。大量事实证明，广东的强对流天气，不仅给国民经济造成很大损失，而且还危及人民生命安全。^[16]

建立抗灾夺稳产的农林牧结构。在多强对流天气灾害发生的地方特别是山区，需大力种草种树，封山育林，绿化荒山，以增加森林覆盖率。做好水土保持，减少水土流失。尽可能减少空气的对流作用，以减轻强对流天气灾害的发生。农区增加林牧业比重，并增加种植抗强对流天气灾害和复生力强的作物比例。在强对流天气灾害多发区，多种根茎类作物。农作物关键生育期应错开强对流天气灾害多发时段。成熟作物要及时抢收。^[17]防风。植树造林，绿化环境，加固建筑物，以防雷雨大风、龙卷风等风害。改变生态环境，防止土壤沙漠化，保护水源，疏导沼泽。^[17]作物受灾后需及时采取补救措施。强对流天气灾害发生后，作物除遭受机械损伤外，还可能遭受许多间接危害，因此，应根据不同灾情、不同作物、不同生育期的抗灾能力等情况，及时采取补救措施。^[16]培育优良的抗强对流天气灾害的作物品种，提高作物抗灾能力。^[17]

提高强对流天气的预报水平。首先要对强对流天气的产生和移动作好预测预报，可利用气象雷达监测，加强气象台、站联防来预报强对流天气的发生，监视它的活动，还可利用地球同步卫星连续拍摄的云图照片，对强对流天气发生、发展、移动及消亡进行探索、追踪，配合天气形势图分析，有助于判断强对流天气出现地区的预测预报，从而可提高强对流天气的预报水平；及时发布预报信息，以便在强对流天气出现以前采取必要的防御措施。^[17]加强对强对流天气系统的理论研究工作。如加强对强对流天气成因的机理研究，加密监测强对流天气网点，更新监测手段；建立防灾减灾计算机指挥系统，尽快应用于抗灾救灾工作，提高应变能力，对影响该地区的强对流天气灾害进行系统整理，并建立强对流天气数据库和灾情库，及时为领导决策和采取措施提供准确的灾情资料。^[17]

当发现强对流天气将发生时及时发出警报。迅速将强对流天气可能出现的预报传达至各有关地区、有关单位；通过广播、电视、高频电话等及时传递。^[17]兴修水利，清理沟渠，疏通水道整治脏、乱、差，以防强降水造成内涝积水。^[17]人工消雹。防雹的主要措施是消雹，使形成雹块的云层减薄或消散，阻止云中酝酿成雹和小雹长成大雹。方法有二种：一是将碘化银或碘化铅等催化剂通过地面燃烧或飞机播撒方式投入到成雹的积雨云中，增加积雨云中的雹胚，使其形成小雹，不易长成大雹。二是爆炸，采用高射炮、火箭、炸药包等向成雹的积雨云轰击，引起空气的强烈振动，使上升气流受到干扰，从而抑制雹云的发展，同时也能增强云中云滴间碰并的机会，使一些云滴迅速长成雨滴降落。^[16]

强对流天气发生时，瞬时大风容易造成树木折断和房屋倒塌，进而造成人员伤亡。在飑线系统或者有龙卷风以及其他大风出现时，公众要远离易折断的树木、广告牌以及危房等。此外，要加强对雷电的防范，不要呆在空旷的环境中，应躲避到有避雷设施的建筑物里；如果在室外，有车的话要尽量在车内躲避。^[17]

强对流天气是导致气象灾害的重要天气类型，与中小尺度天气系统关系密切。中国是暴雨、冰雹、龙卷等中尺度灾害性天气多发的地区，东部、南部沿海地区受登陆台风影响严重，江淮流域受暴雨影响非常严重。对强对流天气的研究，提高对这些灾害性天气发生、发展的监测和预警预报服务能力，对中国防灾减灾有着十分重要的意义。^[5][6]

2015年6月1日，重庆东方轮船公司所属“东方之星”号客轮由南京开往重庆，当航行至湖北省荆州市监利县长江大马洲水道时翻沉，造成442人死亡。^[18]

“东方之星”轮航行至长江中游大马洲水道时突遇飑线天气系统，该系统伴有下击暴流、短时强降雨等局地性、突发性强对流天气。受下击暴流袭击，风雨强度陡增，瞬时极大风力达12－13级，1小时降雨量达94.4毫米。船长虽采取了稳船抗风措施，但在强风暴雨作用下，船舶持续后退，船舶处于失控状态，船艏shǒu向右下风偏转，风舷角和风压倾侧力矩逐步增大，船舶最大风压倾侧力矩达到该客轮极限抗风能力的2倍以上，船舶倾斜进水并在一分多钟内倾覆。导致“东方之星”客轮翻沉使442人遇难；^[18][19]

2016年6月23日，江苏省盐城市EF4级龙卷造成99人死亡、800多人受伤、受灾地区房屋倒损数量较多，电力通信设施被破坏，部分地区电力中断，通信基站无信号。^[20][21]

2022年4月11日晚，四川安岳遭遇强对流天气，极大风速达到13级，每秒37.4米！据气象部门介绍，这一风速在四川十分罕见，已突破极值，是1957年安岳气象观测站建站后，安岳有气象记录以来的最大风速值。截至4月12日9时，此次强对流天气已致使20人受轻伤。^[22]

据据安岳官方12日10时30分许通报，4月11日，安岳出现强降水并伴有大风、冰雹灾害天气过程，导致11个乡镇分别不同程度出现洪涝灾害，共造成约1万人不同程度受灾，人员轻伤20人，16人已离院，直接经济损失563.73万元。其中：农作物受灾面积约300公顷，农作物成灾面积约180公顷，农作物绝收面积约50公顷，直接经济损失63.73万元；房屋倒损共103间，涉及农户47户，其中一般损97间43户，房屋倒塌6间4户，直接经济损失约200万元。其他损失约300万元。^[22]