張建波++黃毅++吳智杰

[摘 要]強(qiáng)對流天氣指的是發(fā)生突然、天氣劇烈、破壞力極大，常伴有雷雨大風(fēng)、冰雹、龍卷風(fēng)、局部強(qiáng)降雨等強(qiáng)烈對流性災(zāi)害天氣，常發(fā)生在對流云系或單體對流云塊中，因此一直以來都是天氣分析和預(yù)報(bào)中的重點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況來說，很多預(yù)報(bào)人員并不清楚強(qiáng)對流天氣的基本內(nèi)涵，導(dǎo)致分析、預(yù)報(bào)的過程中造成概念、理論被濫用。本文以下針對這些問題進(jìn)行研究，并從分析預(yù)報(bào)實(shí)踐的角度提出解決措施。

[關(guān)鍵詞]天氣預(yù)報(bào)；強(qiáng)對流天氣；問題思考

中圖分類號：P456 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0266-01

強(qiáng)對流天氣是指雷暴、冰雹、龍卷、雷雨大風(fēng)和颮線等劇烈的天氣現(xiàn)象，屬于中小尺度天氣系統(tǒng)。它們的水平尺度變化可以從幾公里范圍的濃積雨云一直到幾百公里的颮線，其垂直范圍可以伸展到10km以上，或占據(jù)整個對流層，是氣象災(zāi)害中歷時短（有時強(qiáng)對流從發(fā)生到結(jié)束僅30—50min，有時可達(dá)數(shù)小時）、局地性強(qiáng)、天氣劇烈、破壞性強(qiáng)的災(zāi)害性天氣，也是目前陸地監(jiān)測、預(yù)報(bào)、預(yù)警難點(diǎn)之一，較強(qiáng)的強(qiáng)對流天氣系統(tǒng)對區(qū)域經(jīng)濟(jì)會造成較大影響，直接威脅人類生命和財(cái)產(chǎn)安全。本文根據(jù)自身天氣預(yù)報(bào)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，尤其是強(qiáng)對流天氣預(yù)報(bào)中的相關(guān)問題展開思考。

一、強(qiáng)對流天氣相關(guān)若干問題分析

（一）強(qiáng)對流天氣產(chǎn)生的基本條件

1）層結(jié)不穩(wěn)定。當(dāng)近地面的空氣從地球表面接受到足夠的熱量就會膨脹，且密度減小，這時大氣處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。Colman的分析表明，條件性對稱不穩(wěn)定（conditionalsymmetricinstability，CSI）在強(qiáng)對流天氣的產(chǎn)生中起了重要作用。2）較強(qiáng)的低空水汽條件。冷空氣與比較潮濕空氣頻繁地碰撞而且十分不穩(wěn)定，這種濕暖的大氣在盛夏炎熱的午后，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動而導(dǎo)致強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)。濕度的鉛直分布影響到層結(jié)穩(wěn)定度，低層濕空氣的存在是強(qiáng)對流天氣產(chǎn)生的一個有利條件。3）有適當(dāng)?shù)挠|發(fā)因子。當(dāng)高空環(huán)流形勢、水汽條件、對流穩(wěn)定度3個條件適合的情況下，一旦有垂直風(fēng)切變、第二型冷鋒、強(qiáng)對流天氣區(qū)等觸發(fā)因子入侵啟動，在部分地區(qū)形成上冷下暖的不穩(wěn)定大氣層，則非常有利于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生。

（二）強(qiáng)對流與降水相關(guān)的問題

（1）與濕度相關(guān)的問題。所謂濕度，指的是在單位空氣體積內(nèi)的水汽比例。從物理學(xué)角度來說，發(fā)生降水的條件是空氣中的水汽遇冷凝結(jié)，當(dāng)水滴的重量大于空氣的浮力之后開始降雨，換個角度來說，降雨量的大小取決于三個因素，分別是空氣中水汽的多少、凝結(jié)速度和維持時長；由此可以很好地解釋為什么在夏季強(qiáng)對流天氣現(xiàn)象發(fā)生機(jī)率較高，夏季溫度高、晝夜溫差大，水分蒸發(fā)在空氣中形成大量的水蒸氣；濕度增大，為強(qiáng)降水提供了基本條件。

（2）與冷空氣相關(guān)的問題。我國氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)中對于“冷空氣侵入”的關(guān)注度很高，氣象預(yù)報(bào)員形成了降雨與“冷空氣”絕對相關(guān)性的理論。但事實(shí)上，“冷空氣”和“熱空氣”是相對而言的，大部分天氣預(yù)報(bào)受眾及從業(yè)人員簡單地將“冷空氣”理解為溫度較低的空氣，這是不科學(xué)的?？茖W(xué)的解釋是，在等壓面上水平方向溫度比四周低的空氣稱之為“冷空氣”，也就是說所謂的“冷空氣”指的是溫度梯度而言的?；诖?，冷空氣與降水之間不能夠強(qiáng)調(diào)絕對溫度的概念，同時降水也未必一定要冷空氣入侵，在低層水汽由于流暢的水平輻合產(chǎn)生上升運(yùn)動的過程中，水汽被強(qiáng)迫上升到凝結(jié)高度后，也同樣會引發(fā)迅速的凝結(jié)運(yùn)動，從而產(chǎn)生劇烈的對流天氣現(xiàn)象。

（三）強(qiáng)對流與不穩(wěn)定性的問題

從氣象學(xué)的角度來說，大氣中的各項(xiàng)天氣因素是持續(xù)動態(tài)變化的，其中“對流”是最常見的物理現(xiàn)象，物理現(xiàn)象產(chǎn)生的過程會出現(xiàn)暴雨、大風(fēng)、雷電、冰雹等現(xiàn)象，而天氣分析中只將引起災(zāi)害性的天氣稱之為“強(qiáng)對流天氣”，這顯然存在一定的狹隘性；對流現(xiàn)象是觀察強(qiáng)對流天氣的重要渠道，可以通過不穩(wěn)定性分析來判斷；其中，強(qiáng)對流和不穩(wěn)定性的問題包括兩個范疇，分別是熱力不穩(wěn)定和動力不穩(wěn)定。

（1）熱力不穩(wěn)定。熱力不穩(wěn)定的影響因素包括了濕度、溫度、垂直分布等，從氣象學(xué)的角度也被稱之為“靜力不穩(wěn)定”。這是由于氣塊在垂直方向發(fā)生位移的過程中，受到浮力影響在水平和垂直方向的不均等影響所致。當(dāng)然，干大氣和濕大氣的不穩(wěn)定關(guān)聯(lián)度是不同的，所以大多數(shù)熱力不穩(wěn)定影響是隨機(jī)產(chǎn)生的，“不穩(wěn)定”的態(tài)勢一直存在，但不穩(wěn)定因素不釋放，也就沒有研究的價值。

（2）動力不穩(wěn)定。動力不穩(wěn)定包括四種情況，分別是慣性不穩(wěn)定、重力內(nèi)波不穩(wěn)定、對稱不穩(wěn)定和條件性不穩(wěn)定；這其中慣性不穩(wěn)定是最常見的一種形態(tài)，它的形成與渦度、水平風(fēng)切變等相關(guān)。而對稱性不穩(wěn)定則較為復(fù)雜，也是氣象研究中的重點(diǎn)。從定量角度展開分析，它產(chǎn)生的環(huán)境是在等熵面和等角度面之間的夾角構(gòu)成；條件性不穩(wěn)定的理論性較強(qiáng)，可以通過Richardson函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化和表達(dá)，即：

（四）強(qiáng)對流與天氣分型的問題

國內(nèi)天氣預(yù)報(bào)活動開展中，天氣預(yù)報(bào)員針對災(zāi)害性天氣的表達(dá)主要依賴于天氣分型，即一種相似對比類型的天氣預(yù)報(bào)方法。事實(shí)上，迄今為止世界上沒有任何一次天氣過程是完全一致的，災(zāi)害性的相近也并不意味著天氣災(zāi)害形成的過程相似，包括條件、觸發(fā)、空間等。尤其是強(qiáng)對流天氣，單一地以來過往經(jīng)驗(yàn)去判斷是不科學(xué)的，還要結(jié)合天氣形成理論。例如在區(qū)域天氣預(yù)報(bào)中，“前傾槽”往往預(yù)示著可能發(fā)生強(qiáng)對流天氣問題，這是從熱力不穩(wěn)定性、垂直切換機(jī)制、對流層中冷平層變化等綜合評價的。

二、強(qiáng)對流天氣分析與預(yù)報(bào)的策略

（一）強(qiáng)降雨（雷電）天氣分析與預(yù)報(bào)

強(qiáng)降雨是我國典型的強(qiáng)對流天氣現(xiàn)象，這與大部分地區(qū)位于亞熱帶、溫帶季風(fēng)氣候區(qū)有關(guān)，一般在夏季出現(xiàn)。強(qiáng)降雨作為強(qiáng)對流天氣的一種，降水的過程中往往伴隨著狂風(fēng)、雷電等產(chǎn)物，容易集中在某一個區(qū)域，具有很明顯的不確定性。強(qiáng)降雨現(xiàn)象形成的原因十分復(fù)雜，近年來我國頻頻出現(xiàn)的城市內(nèi)澇、洪水災(zāi)害等均與這一問題相關(guān)，因此要加強(qiáng)針對夏季的強(qiáng)降雨天氣原因探索，摸索規(guī)律、查找概率，提高強(qiáng)降雨天氣的預(yù)報(bào)精確度。首先，可以通過傳統(tǒng)的雷雨檢測數(shù)據(jù)來分析。在氣象部門都存儲了大量氣象資料，時間跨度也很大，通過對夏季強(qiáng)降水天氣現(xiàn)象的分析，結(jié)合大氣環(huán)流、地理環(huán)境等因素綜合考慮，尋求內(nèi)部的聯(lián)系，尋找本地區(qū)強(qiáng)降水天氣的分布特征。當(dāng)然，這種基于原始資料的分析方法并不能精確地進(jìn)行預(yù)報(bào)，但可以不斷地縮小范圍，提醒相關(guān)部門加強(qiáng)安全防范。

（二）大風(fēng)天氣分析與預(yù)報(bào)

“大風(fēng)”是一個寬泛的范圍限定，包括臺風(fēng)、龍卷風(fēng)、颶風(fēng)等現(xiàn)象，一般在內(nèi)陸地區(qū)，大風(fēng)表現(xiàn)為局域性的龍卷風(fēng)過境，而在沿海地區(qū)則以臺風(fēng)為主，通常會與強(qiáng)降雨同時出現(xiàn)，嚴(yán)重地甚至引發(fā)海嘯，具有強(qiáng)大的破壞力。本文中主要針對陸地方面的大風(fēng)天氣進(jìn)行分析，當(dāng)瞬間風(fēng)力大于七級以上，就有可能形成龍卷風(fēng)現(xiàn)象。大風(fēng)天氣的氣象分析要關(guān)注對流層溫度變化，如果在某一個時期內(nèi)，大氣低壓溫度迅速上升或者下降，都有可能導(dǎo)致階段性的大風(fēng)出現(xiàn)，相對來說，這種現(xiàn)象的觀察和分析較為容易，通過關(guān)注氣溫的變化就能發(fā)揮很好的效果。例如，以800hpa為標(biāo)準(zhǔn)，觀察地面是否存在暖平流或者800hpa以上是否存在冷平流。

綜上所述，鑒于強(qiáng)對流天氣對社會生產(chǎn)生活的巨大影響，預(yù)報(bào)員只有在實(shí)際工作中不斷總結(jié)，積累經(jīng)驗(yàn)，包括對于監(jiān)測資料的仔細(xì)分析，對本地氣候特征的全面掌握，對成因的深入研究等，提高對于本地區(qū)強(qiáng)對流天氣的分析和理解能力，才能不斷提高強(qiáng)對流天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警水平，為防災(zāi)減災(zāi)提供有力的支持。

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