近期，大面積強對流天氣再次侵襲我國華北北部、東北大部以及長江以南地區，同時伴隨而來的，是大風、雷暴和降水。

來源：中國天氣網微博（6月13日）

以北京爲例，6 月11日晚，北京市遭遇強對流天氣，164 個氣象站測得極大風速達八級。

現場情況 （圖片來源：紅星新聞）

而就在十幾天前，5 月 30 日下午北京也出現了強對流天氣，而且是北京 4 年來最大的強對流風雨。當時空氣中水汽不夠充沛，暴雨持續時間很短。但它帶來了全市各地區8-10級的短時猛烈大風，5處氣象站記錄到了12級大風。許多大樹被連根拔起，圓明園也宣佈閉園搶修。這個導致北京狂風暴雨閃電齊齊上桌的，就是強對流天氣。那麼，什麼是強對流天氣？

北京市極大風圖 （圖片來源：氣象北京）

強對流：別小看，我真的很strong

強對流天氣是空氣強烈的垂直運動導致的一種災害性天氣的總稱。上面提到的雷暴大風、短時強降雨，甚至還有冰雹、龍捲風、下擊暴流等都是其中一員。

強對流有自己的判定標準。在我國業務氣象預報中，短時強降雨指每小時雨量不少於20毫米，雷暴大風風速超過8級或17米/s、冰雹直徑不少於5毫米，或出現龍捲風。

雖然各類強對流天氣形成的物理機制不完全相同，但大多需要能量、水汽、觸發條件三者的共同配合，在大氣層上層乾冷、下層暖溼的不穩定結構下形成。

打個簡單的比方，當兩隻性格溫順的外向ENFP小狗相遇，往往帶來祥和熱情的氛圍。但是兩者要性格特別“不對付”，一個熱一個冷，就會帶來強大殺傷力，方圓5裏需謹慎觀戰。

在發生強對流天氣時，近地面往往非常炎熱，大氣中很容易積蓄能量。當冷空氣以某種方式從高空侵入，由於低空氣團溫度高密度小，高空氣團溫度低密度高，輕的想往上走，重的要往下掉，就容易引發空氣的垂直運動。

冷暖空氣上下劇烈活動會帶來一系列的連鎖反應。以一次典型的雷暴+短時強降水爲例：暖空氣上升過程逐漸冷卻，水蒸氣就會凝結成水滴，形成積雨雲，雲內雲滴碰併合體變大，高空還有冰晶產生，他們緊緊相擁，阻擋陽光穿透並折射陽光，導致大中午的也會有“黑雲壓城城欲摧”的現象。

雲中的冰晶互相擠壓，摩擦不斷，摩擦起電擊穿空氣，轟隆作響的閃電就會劃破天際。當雨滴積累到一定量，高空氣流無力支持其重量，就下落成雨甚至形成冰雹，下降過程中吸熱蒸發，導致降溫，隨着這一冷熱循環過程，近地表的空氣產生流動現象，形成了大風。上下層氣溫差越大，這一過程就會更劇烈。

如果觸發的是一次下擊暴流，能在瞬間產生強烈的下沉氣流，氣流會向四面八方擴散，產生一股與地面平行的強風，且越接近地面風速越大，地面最大風力可達十五級。這次北京的大風就與之有關。

雷暴雲形成結構示意圖 （圖片來源：中國天氣網）

水汽含量對致災風險的影響也很大，如果強對流發生的地區溫度較高但水汽量較少時，不會產生持續且大範圍的暴雨，比如5月30日13 時至 17 時北京全市平均降水量爲 3.4 毫米。但是一旦水汽條件充沛，就容易形成破紀錄的極端暴雨。

5月4日8—14時，國家級氣象站的降水量排行榜前十中，廣東的城市就佔了9個。珠海出現29分鐘100.8毫米的超級暴雨，半小時雨強和鄭州720特大暴雨相當。

5月19日03時廣西壯族自治區欽州欽南龍門港雨量達到189.6毫米，打破廣西全區雨強紀錄。滑動60分鐘雨量（連續一個小時的歷時降雨累積降雨量）超過了鄭州720特大暴雨的整點一小時雨量、滑動60分鐘雨量。5月18日08時至19日08時累計降水更是達到了610.5毫米。

2024年5月19日16時前24小時廣西自動站雨量 （圖片來源：廣西氣象、中國氣象愛好者）

你可能也注意到了，強對流委實不是個大傢伙，它屬於中小尺度天氣系統，影響的範圍往往在幾公里至二百公里，也是個急性子，生命史一般爲幾小時至十幾小時，短的可能就幾分鐘，可謂來也匆匆去也匆匆。它性子陰晴不定，春夏秋冬都會出來湊熱鬧，還熱愛疊加各種BUFF，“呼風喚雨雷”是它的出場自帶BGM。

由於殺傷力過大，它的影響僅次於颱風、地震和洪澇，稱得上是小規模殺傷武器了。強對流來的短短几小時造成的重大財產損失與人員傷亡，許多城市可能要用很長時間來治癒。2024年3月31日凌晨，江西省南昌市出現大風雷電和強降雨天氣。在下擊暴流和狹管效應的作用下，造成南昌市4人死亡，10餘人受傷。

江西省南昌市出現大風雷電和強降雨天氣的現場照片 （圖片來源：江西臺都市現場）

我國強對流天氣是個啥特徵？

我國的強對流主要發生在4月至9月期間，尤其愛在東部地區的下午登場，通常與冷渦、梅雨鋒和登陸颱風有關。其中短時強降水出現頻次最高，雷暴大風主要發生在北方及廣東省，冰雹發生在山區和高原的頻率更高，龍捲風發生的概率極低，每年的頻率不到美國的十分之一。

圖：中國各種類型強對流分佈特徵。(a)4-9月小時雨量>=20mm的短時強降水事件發生頻率(%);(b)2010-2014年歸一化後雷暴大風的空間分佈(單位：單位時間內每個站點的事件數);(c)1980—2015年年均冰雹頻率分佈；(d)龍捲風的發生頻率

（圖片來源：參考文獻1）

長期變化而言，1961—2013年近50年4—10月雷暴日數和閃電日數均有穩定而顯著的減少趨勢，減少速率分別爲-2.6d/10年和-6.5d/10年，華南地區的下降趨勢最爲顯著，對流層低層相對溼度和0-6km垂直風切變在中國大陸大部分地區也顯著減少，對流有效勢能、水汽相對匱乏、垂直風切變減弱和大氣穩定性增強可能是導致雷暴日數和閃電日數下降的原因。

1961-2013年暖季平均雷暴日數空間分佈(a)、格網平均雷暴日數距平趨勢(b)和全國平均雷暴日數距平序列(c)

（圖片來源：參考文獻3）

但是短時強降水，特別是小時極端降水頻率和強度呈顯著增加趨勢，與1970-1999年對比，2000-2018年極端降水的變溼趨勢更頻繁，強度更大。華南和華東地區最爲顯著（該結果隨着選取極端降水指數的不同略有差異）。總的來說，強對流事件呈現增加趨勢。

圖：極端降水指數R95pw1hr(小時降水>第95個溼時百分位數的總降水量)在(a)中國七大流域站點的概率密度函數；（b）長期(1970—2018年)趨勢空間分佈；(c)在1970-1999年(硃砂色)和2000-2018年(中青綠色)期間在所有站點的次日極端降水指數的概率密度函數。

（圖片來源：參考文獻2）

強對流：想要報準你有多難？

既然強對流這麼可怕，我們能不能通過提前預報來規避風險呢？遺憾的是，強對流預報一直是全球預報業務的難點，對局地小尺度對流系統引起的強對流突發事件的預報能力仍然較低，其中雷暴大風和冰雹的預報能力遠不如短時強降水。在2023年5月27日世界氣象組織峯會上，三小時內降水臨近預報被列爲未解決的重要科學難題之一

2010-2018年國家氣象局的雷暴、短時強降水、陣風(即雷暴大風)和冰雹的12小時和24小時預報的年預報性能評分。

（圖片來源：參考文獻1）

這是因爲一方面，0—2h臨近預報間隔是中小尺度強對流天氣預報的關鍵時段。目前主流天氣預報還是通過數值預報模式來完成，小強快的強對流天氣時間和空間尺度實在是太小了，使得縱觀全球的模式很難從一個較大的網格中抓住其細微的變化。正是由於對時空分辨率要求甚高，模式很難完成這一任務。

另一方面，人們總是從認識的事件中尋找客觀規律，但強對流天氣事件較一般天氣過程而言出現頻次低很多，可供科學研究的個例太少，發生、發展機制還未明晰，無疑提高了揭開它突襲規律的門檻。

其實從2009年開始我國就有了強對流天氣預報業務。隨着中國新一代多普勒天氣雷達的部署，1998年以來風雲系列氣象衛星的發射，中國雷電探測網的建設，以及2000年以來大量自動氣象站的建成，強對流天氣研究已經有了很大的發展。

目前強對流天氣預警信號發佈提前量達43分鐘，但是離準確預報還有漫長的路要走。因此，面對強對流興風作浪，請自動觸發閃避技能。

主要的天氣觀測手段 （圖片來源：參考文獻1）

未來的強對流天氣會更多嗎？

我國特殊的地理位置決定氣象災害會在每年留下慘痛的一筆。據國家氣候中心氣象災害資料庫統計，近30年（1991—2020年）氣象災害平均每年給中國帶來3039人死亡（含失蹤）和2584億元的直接經濟損失。

一個不得不承認的事實是，強對流天氣這樣的“小概率高影響”事件未來將更容易出現了——極端天氣氣候事件將會更加頻繁、更加嚴重。

詳細來說，隨着氣候增暖，大氣持水能力增加，全球水循環將持續增強。在全球尺度上，表現爲總降水量增加與降水極端性增強(IPCC)。

未來中國極端降水增加的幅度可能大於平均降水，且變率增強，這意味着全球增暖正在或將使氣候系統變得更多變和不均勻。平均而言，中國特別是東部極端降水將以全球變暖每1度增加6.52%(5.22%-8.57%)的速率加劇。同時，未來中國東部每小時極端降水將更加頻繁和強烈，中國中部和東南部的極端大風可能略有增加。2023年我們剛結束了“史上最熱的一年”，2024年開篇新的地球高溫紀錄又接連上演。目前有5個氣候臨界點已處於“危險區”，已經或很快就會被突破，其餘11個臨界點被歸於“有可能”被激活。而全球或區域氣候從一種穩定狀態到另外一種穩定狀態的關鍵門檻被踏破，帶來的影響我們將無法估量。

“破紀錄”正在成爲“新常態”，是時候積極適應了——至少在下一次預報強對流可能發生時，上班前把窗戶都緊緊關上。

氣候臨界點全球分佈圖，圖標代表這個臨界點在該升溫情景下很可能被激活 （圖源：McKay，2022，《science》）

參考文獻

1. Zhang, X. L., J. H. Sun, Y. G. Zheng, et al., 2020: Progress in severe convective weather forecasting in China since the 1950s. J. Meteor. Res., 34(4), 699–719.
2. Li, Xin & Zhang, Ke & Bao, Hongjun & Zhang, Hengde. (2022). Climatology and changes in hourly precipitation extremes over China during 1970–2018. Science of The Total Environment. 839. 156297.
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7. 世界氣象組織：《2023年亞洲氣候狀況》
8. 《光明日報》：災害性天氣監測預警能力將進一步提升

出品：科普中國

作者：半懶不懶（中國科學院大氣物理研究所）

監製：中國科普博覽