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強對流天氣
來源:互聯網

強對流天氣是氣象學上所指的發生突然、移動迅速、天氣劇烈、破壞力強的災害性天氣,主要有雷雨大風、冰雹、龍卷風、局部強降雨等。在氣象上屬于中小尺度天氣系統,這種天氣破壞力很強,是氣象災害中歷時短、天氣劇烈、破壞性強的災害性天氣。

強對流天氣是空氣強烈地垂直運動而導致出現的天氣現象。強對流天氣發生于中小尺度天氣系統,空間尺度小,一般水平范圍大約在十幾公里至二三百公里,有的水平范圍只有幾十米至十幾公里。其生命史短暫并帶有明顯突發性,約一小時至十幾小時,較短的僅有幾分鐘至一小時。強對流天氣的種類有:颮線、龍卷風、冰雹、雷雨大風和短時強降水等。強對流天氣在氣象上屬于中小尺度天氣系統。這種天氣破壞力很強,世界上把它列為僅次于熱帶氣旋、地震、洪澇之后第四位具有殺傷性的災害性天氣。

強對流天氣是導致氣象災害的重要天氣類型,對強對流天氣的研究,提高監測和預警預報能力,對中國防災減災有著十分重要的意義。

定義

強對流天氣,是指發生在對流云系或單體對流云塊中的雷電、雷雨大風、冰雹和龍卷風等災害天氣的統稱。強對流天氣在氣象上屬于中小尺度天氣系統,這種天氣破壞力很強,是氣象災害中歷時短、天氣劇烈、破壞性強的災害性天氣。

形成

形成原理

強對流天氣是地球大氣復雜非線性運動的結果,也是多種尺度(分為空間尺度和時間尺度,空間尺度指的是大小,時間尺度指的是持續時間)大氣系統相互作用的結果,對其機理認識是一個不斷深化的過程。對流天氣的發生需要充足的水汽、一定的不穩定條件和抬升觸發機制。中小尺度對流風暴是各類強對流天氣的直接制造者。此外,它還有氣象要素梯度大以及非地轉平衡、非靜力平衡的基本特征。對流天氣易于在某些特定的地區形成和發展,如山脈兩側、海陸邊界、湖泊周圍、沼澤地帶等等,因此,各類強對流天氣形成的物理過程是不完全相同的,這與下墊面的動力和熱力作用的影響有很大的關系。

形成過程

強對流天氣是空氣強烈地垂直運動而導致出現的天氣現象。最典型的就是夏季午后的強對流天氣,白天地面不斷吸收太陽發出的短波輻射,溫度上升,并且放出長波輻射加熱大氣,當近地面的空氣從地球表面接受足夠的熱量,就會膨脹,密度減小,這時大氣處于不穩定的狀態。就像水缸里的油和水一樣,當密度較小的油處于水缸底部,而水處于上部時,一定會產生強烈的上升運動,最終油會浮到水面上。同理,近地面較熱的空氣在浮力作用下上升,并形成一個上升的濕熱空氣流。當上升到一定高度時,由于氣溫下降,空氣中包含的水蒸氣就會凝結成水滴。當水滴下降時,又被更強烈的上升氣流攜升,如此反復不斷,小水點開始積集成大水滴,直至高空氣流無力支持其重量,最后下降成雨。這也是為什么夏天雷雨不像春雨那樣細雨綿綿,水滴較大的原因。

局部地區強對流天氣范圍大、次數頻繁的主要原因是由于南下的冷空氣異?;钴S,頻繁南下的冷空氣與比較潮濕的空氣碰撞而且十分不穩定,這種濕暖的大氣在盛夏炎熱的午后,會產生強烈的垂直運動而導致出現強對流天氣。強對流天氣是以大尺度天氣系統為背景,大尺度天氣系統影響或決定著中小尺度天氣系統的生成、發展和移動過程,而中小尺度天氣系統又對大尺度天氣系統有反饋作用。比如說梅雨期間,大范圍的冷暖空氣交匯形成梅雨鋒雨帶,如果配合上地形等有利條件就會在局部地區產生暴雨。引發強對流天氣的另一個原因是全球氣候變暖。

分布規律

時間規律

中國

強對流天氣在各地出現的時間不一樣。雷雨大風多發生在春、夏、秋三季,冬季較為少見。短時強降水一年四季都可見,也以春、夏、秋三季為多。龍卷風一般發生在春夏過渡季節或夏秋之交(4~10月),以前者居多。颮線多發生在春夏過渡季節冷鋒前的暖區中,臺風前緣也常有颮線出現,以3~9月居多。冰雹大多出現在冷暖空氣交匯激烈的2~5月份,也可在盛夏強烈而持久的雷暴中降落。南方要比北方來得早,廣東省的強對流天氣全年都可能出現。

美國

強對流天氣在美國春季的四月和五月期間最為常見。在美國的中西部地區,地處內陸遠離海洋。因此,極端氣溫和降水量(如內華達州得梅因市)會在不同時期出現。夏季炎熱潮濕,冬季寒冷多雪。每個季節都會發生一些可能造成危害的事件。暴風雨是中西部氣候的基本要素。大氣環流的另一個重要特征是亞熱帶高壓系統,大西洋上幾乎永恒存在的高壓系統,即百慕大高壓。該高壓系統將大量水汽從墨西哥灣和大西洋輸送到美國中西部地區,導致美國南部地區夏季經常出現溫暖潮濕的天氣。這導致夏季雷暴頻發。

在美國春季和秋季的天氣模式非常復雜,導致天氣狀況極不穩定,對流風暴也很多。由于美國中西部地區位于北部和西部的主要干冷空氣源與南部的暖濕空氣源之間,因此具有產生強對流風暴的理想條件。其次,中西部各丘陵地區的地形影響、五大湖以及人類活動對大氣層的影響只會影響各自地區的局部氣候。

空間規律

在中國南方方比北方來得早,廣東省的強對流天氣全年都可能出現。

強對流天氣在美國中西部頻繁發生,美國中西部地區夏季的日照是冬季的四倍。再加上地處內陸,導致夏季溫暖,冬季寒冷。美國南北邊界之間的緯度差異造成中西部的氣溫差異很大。美國中西部的緯度溫度差異表現為南部夏季暴雨季節較長,而北部冬季暴雨較多。與北部地區相比,中西部南部的雷暴更多。俄亥俄州哥倫布印第安納州印第安納波利斯市等地區的雷暴發生率幾乎是北達科他州法戈市的兩倍。

2014年發射的全球降水測量(GPM)核心衛星上搭載的雷達系統使人們有可能識別和測量降水量極大的對流風暴的大小,并研究這些風暴在緯度高達65度的地區何時何地發生。GPM核心衛星配有一個空間雙頻降水雷達(DPR),覆蓋范圍接近全球(南緯65度至北緯65度),這使得確定全球高緯度對流風暴發生情況成為可能。

美國能源部西北太平洋國家實驗室和華盛頓大學的研究人員對GPM衛星觀測到的風暴進行了研究,分析了GPM在5年內(2014-2018年)觀測到的三維雷達回波,結果表明,極端強烈的深層對流風暴經常發生在暖季(4月至9月),發生在地表溫度上升最快的高緯度大陸地區。相關的熱力學環境表明,在持續變暖的世界中,高緯度地區頻繁出現深對流風暴,這意味著極端天氣會更多。此外,衛星數據還顯示,這些風暴幾乎全部發生在高緯度大陸上空,而在過去幾十年中,這些大陸的地表溫度上升幅度最大。

災害分類

颮線

颮線是指風向和風力發生劇烈變動的天氣變化帶,沿著颮線可出現雷暴、暴雨、大風、冰雹和龍卷等劇烈的天氣現象,它是一條雷暴或積雨云帶。颮線是地面上升的濕熱空氣和高空下來的干冷空氣的接觸面。在這個接觸面上冷熱空氣進行能量交換,濕熱空氣中的水蒸氣釋放能量由氣態變成液態的小水滴成云成雨,體積縮小到原來的一千二百多分之一,使該區域形成低壓,是強對流天氣現象的動力來源。氣象上所稱的颮,是指突然發生的風向突變,風力突增的強風現象。

颮線是受起伏地形和熱力分布不均而產生的動力作用和熱力作用的綜合結果。它的形成和發展除與天氣形勢有密切關系外,地方性條件也起著極其重要的作用。它常出現在雷雨云到來之前或冷鋒之前,春、夏季節的積雨云里最易發生。潮濕不穩定氣層能助長颮線的強烈發展。當它即將出現時,天氣悶熱,風向很亂或多偏南風。當強冷空氣入侵時,地面冷鋒前部的暖氣團中,或低壓槽附近,大氣存在不穩定層結,此時最易形成颮線天氣。颮線多發生在傍晚至夜間。

颮線從生成到消亡可分為三個階段:

龍卷風

龍卷風是一種少見的局地性、小尺度、突發性的強對流天氣,是由雷暴云底伸展至地面的漏斗狀云(龍卷)產生的、強烈的、小范圍的空氣渦旋,一般伴有雷雨,有時也伴有冰雹。龍卷風漏斗云的軸一般垂直于地面,在發展的后期,當上下層風速相差較大時,可成傾斜狀或彎曲狀。其下部直徑最小的只有幾米,一般為數百米,最大可達千米以上,上部直徑一般為數千米,最大可達10公里。龍卷風的尺度很小,中心氣壓很低,造成很大的水平氣壓梯度,從而導致強烈的風速,最大風速可達100米/秒以上。它是大氣中最強烈的渦旋現象,影響范圍雖小,但破壞力極大。

龍卷風的形成可以分為四個階段:

冰雹

冰雹是從雷雨云中降落的堅硬的球狀、錐狀或形狀不規則的固體降水。常見的冰雹大小如豆粒,直徑2厘米左右,大的有像雞蛋那么大(直徑約10厘米),特大的可達30多厘米以上。由于冰晶或雨滴在對流的積雨云中幾上幾下翻滾凝聚而降落的固體降水。

冰雹通常是產生在系統冰雹性的鋒面活動或熱帶氣旋登陸影響過程中,但也有局部性的。一般多出現在春夏之交;要產生10厘米的大雹,必須要有50米/秒以上的上升氣流運動(一般產生雷雨的積雨云上升運動僅10米/秒左右)。這樣強的上升運動,完全靠大氣不穩定的能量釋放而獲得。所以降雹的一個必要條件是空氣中存在極不穩定的大氣層,不穩定層越厚,越是利于降雹。

在積雨云內,0°C層以下的云層由水滴組成,0°C層以上的云層由過冷卻水滴組成,再高一些的云層則由過冷卻水滴與雪花和冰晶等混合組成。如果積雨云中上升氣流時強時弱,當上升的冷卻水滴與上空的冰晶或雪花相碰,過冷水滴就凍成冰雹的核心。冰雹形成后,或因上升氣流減弱,或因其重量較大而下降,當它降到0°C層以下后,又有一部分水滴粘于其上,這時若上升氣流增強,它又被帶到0°C層以上的低溫區,雹核表面的水又被凍成冰,當上升氣流再也托不住時,它便落到地面,成為冰雹。

雷雨大風

雷雨大風,指在出現雷、雨天氣現象時,風力達到或超過8級(≥17.2米/秒)的天氣現象。有時也將雷雨大風稱作颮。當雷雨大風發生時,烏云滾滾,電閃雷鳴,狂風夾伴強降水,有時伴有冰雹,風速極大。它涉及的范圍一般只有幾公里至幾十公里。

雷雨大風常出現在強烈冷鋒前面的雷暴高壓中。雷暴高壓是存在于雷暴區附近地面氣壓場的一個很小的局部高壓,雷暴高壓中心溫度比四周低,下沉氣流極為明顯,雷暴高壓前部為暖區,暖區有上升氣流,就在這個下沉氣流與上升氣流之間,存在著一條狹窄的風向切變帶,其為雷雨大風發生處,它過境時帶來極強烈的暴風雨。如果雷雨大風發生在單一氣團內部,那么它常常是由于局地受熱不均引起。雷雨大風的生命史極短。

短時強降水

短時強降水是指短時間內降水強度較大,其降雨量達到或超過某一量值的天氣現象。這一量值的規定,各地氣象臺站不盡相同。短時強降水累積形成的較大降水在短時間內可形成暴洪,造成農田漬澇、城市內澇,甚至引發泥石流、山洪等地質災害,造成重大經濟損失和人員傷亡。短時強降水通常指1小時內某地降水量超過20毫米的降水過程,用來說明短時間內的降水強度,也可以用5分鐘、10分鐘或30分鐘內的降水量來表征。

雷暴

強對流天氣往往又會帶來雷暴,當大氣中的層結處于不穩定時容易產生強烈的對流,云與云、云與地面之間電壓達到一定程度后就要發生放電,有時雷聲隆隆、耀眼的閃電劃破天空,常伴有大風、陣性降雨或冰雹,因此雷暴天氣總是與發展強盛的積雨云聯系在一起。由于雷暴的發生發展與積雨云聯系在一起,從雷暴云的出現到消失,它有很強的局地性和突發性,水平范圍只有幾公里或十幾公里,在時間尺度上也僅有2-3小時,因此,這種中小尺度天氣系統在預報上有一定的難度。

雷暴是一種災害性天氣,雷電會引起雷擊火險,大風刮倒房屋,拔起大樹,果木蔬菜等農作物遭冰雹襲擊后損失嚴重,甚至顆粒無收,有時局地暴雨還會引起山洪暴發、泥石流等地質災害。

災害特點

強對流天氣的水平尺度一般小于200千米,有的僅有幾千米;生命史一般有1小時至十幾小時,較短的僅有幾分鐘至1小時;具有明顯的突發性。由于天氣變化劇烈,破壞力很強,常常導致莊穆、樹木受到摧殘,房屋倒毀,電信、交通受損,甚至造成人員傷亡等。世界上把它列為僅次于熱帶氣旋、地震、洪澇之后的第四位具有殺傷性的災害性天氣。

強對流天氣發生時,往往幾種災害同時出現,對國計民生和農業生產影響較大。颮線、龍卷風和雷雨大風最突出的氣象要素之一是強風。盡管颮線的水平尺度小,但在其影響的范圍內都將發生強大的風、雨災害,可導致樹木折倒,房屋掀翻,瓦礫飛行,人畜受傷受害,莊稼倒伏。由于各類強對流天氣有各自的發生季節和發生特點,農業生產為戶外作業,又是根據季節來安排的,所以強對流天氣對農業生產中的各類作物的危害不盡相同。上述的澇害、風害、雹害是強對流天氣災害中影響農業生產的主要幾種危害。強對流天氣對農業生產的直接危害是外力摧毀莊稼,間接危害是由內澇誘發和傳播病蟲害致莊稼減產甚至絕收。

主要影響

積極影響

強對流天氣還有另一個作用,它能帶走地球表面多余的熱量。水蒸氣是地球上最豐富的溫室氣體溫室效應是指地球大氣中的氣體捕獲太陽熱量的過程。溫室氣體使我們的星球保持宜居。如果沒有它們,地球表面的溫度將比現在低約33℃。水蒸氣也是地球水循環的一個關鍵部分:所有的水都以液態水、固態冰和氣態水蒸氣的形式在地球的大氣層、陸地和海洋中流動。大氣中水汽的增加也會放大全球水循環。它們使潮濕地區變得更潮濕,干燥地區變得更干燥。

消極影響

強對流天氣包括雷雨大風(大于或等于8級)、颮線、龍卷和冰雹4種天氣現象。強對流天氣在廣東省不是近期才有明顯反映的,而是很早以前就有史料記載。根據《廣東自然災害史料》,早在東漢永初元年(107年)就有“電”災記述。20世紀80年代后,強對流天氣使廣東發生了3次內河航行海事,有500余人喪生,舉世震驚。大量事實證明,廣東的強對流天氣,不僅給國民經濟造成很大損失,而且還危及人民生命安全。

預防與監測

建立抗災奪穩產的農林牧結構和措施

提高預報水平加強理論研究

建立健全防災系統

強對流天氣發生時,瞬時大風容易造成樹木折斷和房屋倒塌,進而造成人員傷亡。在颮線系統或者有龍卷風以及其他大風出現時,公眾要遠離易折斷的樹木、廣告牌以及危房等。此外,要加強對雷電的防范,不要呆在空曠的環境中,應躲避到有避雷設施的建筑物里;如果在室外,有車的話要盡量在車內躲避。

研究意義

強對流天氣是導致氣象災害的重要天氣類型,與中小尺度天氣系統關系密切。中國是暴雨、冰雹、龍卷等中尺度災害性天氣多發的地區,東部、南部沿海地區受登陸臺風影響嚴重,江淮流域受暴雨影響非常嚴重。對強對流天氣的研究,提高對這些災害性天氣發生、發展的監測和預警預報服務能力,對中國防災減災有著十分重要的意義。

災害影響

2015年6月1日,重慶東方輪船公司所屬“東方之星”號客輪由南京開往重慶,當航行至湖北省荊州市監利市長江大馬洲水道時翻沉,造成442人死亡。

“東方之星”輪航行至長江中游大馬洲水道時突遇颮線天氣系統,該系統伴有下擊暴流、短時強降雨等局地性、突發性強對流天氣。受下擊暴流襲擊,風雨強度陡增,瞬時極大風力達12-13級,1小時降雨量達94.4毫米。船長雖采取了穩船抗風措施,但在強風暴雨作用下,船舶持續后退,船舶處于失控狀態,船向右下風偏轉,風舷角和風壓傾側力矩逐步增大,船舶最大風壓傾側力矩達到該客輪極限抗風能力的2倍以上,船舶傾斜進水并在一分多鐘內傾覆。導致“東方之星”客輪翻沉使442人遇難;

2016年6月23日,鹽城市EF4級龍卷造成99人死亡、800多人受傷、受災地區房屋倒損數量較多,電力通信設施被破壞,部分地區電力中斷,通信基站無信號。

2022年4月11日晚,四川安岳遭遇強對流天氣,極大風速達到13級,每秒37.4米!據氣象部門介紹,這一風速在四川省十分罕見,已突破極值,是1957年安岳縣氣象觀測站建站后,安岳有氣象記錄以來的最大風速值。截至4月12日9時,此次強對流天氣已致使20人受輕傷。

據據安岳官方12日10時30分許通報,4月11日,安岳出現強降水并伴有大風、冰雹災害天氣過程,導致11個鄉鎮分別不同程度出現洪澇災害,共造成約1萬人不同程度受災,人員輕傷20人,16人已離院,直接經濟損失563.73萬元。其中:農作物受災面積約300公頃,農作物成災面積約180公頃,農作物絕收面積約50公頃,直接經濟損失63.73萬元;房屋倒損共103間,涉及農戶47戶,其中一般損97間43戶,房屋倒塌6間4戶,直接經濟損失約200萬元。其他損失約300萬元。

參考資料 >

認識強對流天氣-強對流來了怎么辦.深圳市氣象局(臺).2023-11-04

強對流天氣的成因及其類型.中國氣象局.2023-11-04

精準預報強對流天氣 守住“第一道防線”(科技名家筆談).人民網.2023-11-07

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Steamy Relationships: How Atmospheric Water Vapor Amplifies Earth's Greenhouse Effect .Climate Change: Vital Signs of the Planet.2023-11-09

強對流天氣的成因及其類型.中國氣象網.2013-08-10

突破!強對流天氣過程可提前4小時預報.騰訊網.2026-01-05

氣象災害 颮線.常州市應急管理局.2023-11-04

“東方之星”號客輪翻沉事件調查報告公布.中國政府網.2023-11-04

龍卷風的驚人面目.中國氣象報.2023-11-04

江蘇多地遭強對流天氣 民政部啟動國家Ⅲ級救災響應.央廣網.2023-11-04

四川安岳現13級大風 官方:已致20人輕傷,其中16人已離院.新浪網.2023-11-08

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