雷暴、冰雹、飑（biāo）线......呼风唤雨的强对流天气家族（生活中多发，高考中要考）
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作者 山竹 | 审稿 星辰
这就是近来频频来扰的强对流天气。雷暴、短时强降水、冰雹、下击暴流、飑线、龙卷，都是这个能呼风唤雨的大家族中的成员。
强对流天气是什么？有何特点？
强对流天气是如何发生的？
强对流天气有哪些类型？
如何应对强对流天气？
01
1.强对流天气是什么？
强对流=强+对流，通俗来说就是强烈的上升气流。
它会引起突发性的、强度剧烈、破坏力极大的灾害天气。强对流天气出现时往往乌云密布、电闪雷鸣、风大雨急，甚至伴有冰雹降落。
我国中央气象台定义的强对流天气指的是出现直径≥5mm的冰雹、或者龙卷、或者≥17.2m/s（或者8级）的雷暴大风、或者≥20mm/h的短时强降水等天气。
2.强对流天气有什么共同的特点？
①局地性强，分布范围小（空间尺度小）
强对流天气在气象上属于中小尺度天气系统，一般水平范围大约在十几公里至二三百公里，小的只有几十米。
②突发性强，持续时间短（时间尺度小）
强对流天气来得突然，去得匆忙。它的持续时间短暂，通常为一小时至十几小时，短的仅有几分钟。
③强度大，破坏性强
强对流天气发生时，降水强度大（即单位时间的降水量大），风力强劲，往往带来多种灾害，具有极强的破坏力。
02
1.强对流天气的发生一般要具备什么条件？
①充足的水汽
要形成强降水，低层大气中必须含有充足的水汽。
②气流要能上升（气流抬升的触发机制）
常见的抬升机制有：受热抬升；锋面抬升；地形抬升（遭遇山脉）；低空辐合上升；空气在抬升过程中水汽凝结放热，会进一步加剧抬升（此句为2018年全国卷答案）。
③气流还要能持续地上升（大气“上冷下暖”的不稳定层结）
大气具有不稳定的层结，空气才能持续上升，那怎样的大气层结是不稳定的呢？
想象一个被抬升的气团，如果它的密度比周围小，那么它会在浮力作用下继续上升，偏离原来的平衡位置，这样的大气就是不稳定的。由于暖空气的密度比冷空气小，所以冷空气在上、暖空气在下时，大气处于不稳定状态，而且上下温差越大，大气越不稳定。
④强雷暴、大冰雹、飑线、龙卷等天气还要求有强的风垂直切变
强的风垂直切变指的是风速或风向随着高度剧烈变化。强垂直风切变破坏了雷暴的自毁机制，使对流得以较长时间的维持和发展。
除了上述大气条件，强对流天气的形成还与下垫面的动力和热力作用有关，也就是受到大尺度天气背景及地形因素的影响。例如，来自海洋的暖湿气流会带来丰富的水汽和热量。再如，平坦开阔的地形条件有利于气流的运动与抬升，也有利于强对流的维持。
2.在我国，强对流天气通常出现在什么时间、哪些地区？
①在我国，强对流天气在四季均可能发生，且多发生在春夏季。因为在春夏季节，空气湿润（大气中水汽含量较高）、且利于气流抬升。
春夏季气流抬升的原因主要有两个：一是冷暖空气的交汇比较频繁（动力抬升），二是被太阳晒热的地面会加热低层大气，使整层大气形成下热上冷的不稳定状态（热力抬升）。
②强对流天气在各地出现时间不同，南方要比北方来得早。
4月前后，冷暖空气活动比较频繁，冷空气有一定势力，能够越过南岭侵入到华南，同时，南方的暖空气，尤其是从南海来的暖湿气流也开始加强，冷暖空气势力相当，互相抗衡，导致华南地区强对流天气发生。
随着夏季的到来，冷空气势力逐步减弱，很难越过南岭影响到华南地区，而暖空气更加强势，强对流天气频发区域将会移动到江南一带。
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03
在强对流天气的“家族”里，按照从弱到强、影响从小到大的顺序可以排列为雷暴、短时强降水、冰雹、下击暴流、飑线。（由于龙卷风难以准确观测，暂不纳入比较）
1.雷暴
雷暴是产生闪电、雷鸣的天气现象，它通常伴随着强烈的阵雨或暴雨，有时伴有冰雹和龙卷。
雷暴形成于发展旺盛的积雨云中。由于积雨云携带着大量电荷，当云与云、云与地面之间达到一定电位差，就会发生放电，放电同时释放大量热量，使周围的空气受热膨胀，引发强烈的爆炸声，也就是雷声。
2.短时强降水
短时强降水是指短时间内降水强度较大，超过了某一量值的天气现象。我国中央气象台规定的量值是≥20mm/h。短时强降水和雷暴一样也是由积雨云产生的，但它比雷暴需要更充足的水汽条件。
3.冰雹
冰雹是从发展旺盛的积雨云中降落的冰粒，是一种固态的降水。一般多出现在春夏之交和夏季，空气对流发展旺盛的午后，且多出现在内陆山区。
冰雹直径一般为5至50毫米，最大的可达100毫米以上
冰雹的形成和雨的形成类似，但需要有更强烈的上升气流。其过程如下：
①水汽随着气流上升遇冷凝结，当温度降到0℃以下时，凝结成小冰晶。
②小冰晶继续上升，同时吸附周围其他的小水滴或小冰晶而长大，当增大到上升气流承载不住时会下落，如果遇到更强的气流又会被抬升。在反复升降的过程中，冰粒像滚雪球一样越来越大。
③如果云中的上升气流特别强，冰晶可以在云中生长到足够大，那它在下降过程中就不会完全融化，而以固体的形态到达地面，成为冰雹。
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4.下击暴流
下击暴流，像一个悬在空中的大花洒
下击暴流，指一种雷暴云下部的局地强下沉气流，到达地面后会产生一股直线型大风向四面八方扩散，越接近地面风速越大，最大地面风力可达15级，可以影响方圆几千米的范围，破坏力极强。
图源：中国天气网
下击暴流还是飞行起落安全的劲敌
图源：中国天气网
5.飑（biāo）线
飑线来临时，铺天盖日的云系
“飑”和“飙车”的“飙”同音，含义也相似，指风向突变、风速飙升的现象，而飑线就是风向和风力发生剧烈变动的天气变化带。
简单来说，飑线其实是由多个强对流单体（如雷暴）串在一起形成的带状雷暴群。飑线过境时，风向突变，风速骤升，气温急剧下降，而且往往伴有雷暴大风、冰雹、短时强降水，在个别情况下还可能出现龙卷风。
飑线在雷达图上表现为一条红色的带状或线状区域
6.龙卷风
龙卷风，宛如一个巨大的漏斗，从雷暴云底部盘旋而下，一边旋转，一边行进
龙卷风是一种风力极强、小范围的涡旋，风力可达12级以上，一般伴有雷雨，有时也伴有冰雹。龙卷风的持续时间很短（通常几十分钟内），影响范围不大，但破坏力极强，龙卷风经过的地方，常会发生拔起大树、掀翻车辆、摧毁建筑物等现象，甚至可以把人吸走。
龙卷的形成与强雷暴云中强烈的上升气流有关。
龙卷风的形成过程
①冷暖气流交汇时，冷气流下沉，暖气流上升，上下层空气相互扰动，在水平方向上形成涡旋；（图a、b）
②地面空气因日照升温，产生强烈的上升气流，把一部分水平涡旋提升到垂直方向。同时，高空的积雨云在垂直涡旋的带动下形成云的涡旋，即龙卷风的雏形（图c、d、e）
③四周空气向涡旋中心流动，产生辐合，并在中心形成下沉气流，使涡旋不断向地面延伸，最终到达地面，成为完整的龙卷风。（图f）
播放下方龙卷风模拟动画，可以看到更清晰的形成过程↓
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从龙卷风的形成过程可知，龙卷风的形成条件为：冷空气和暖湿空气交汇提供对流条件；高空和低空都有强风，而且风向明显不同（风垂直切变大）；较平坦的地形，有利于低空急流的形成。
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04
强对流天气是仅次于热带气旋、地震、洪涝的第四大灾害性天气，它的破坏力不容小觑。强对流天气发生时，往往同时带来风害、涝害、雹害等多种灾害，给国计民生造成严重损失。
面对如此凶猛的强对流天气，我们应该如何应对呢？
由于强对流天气突发性强，时空尺度小，破坏力极大，目前人们还很难对它进行有效的预测和抵御。惹不起，躲得起。对于强对流天气，最好的防御就是躲避。
1.发生前：关注天气预报
图源：中央气象台
2.发生时：减少户外活动，躲避到室内
①避雷电
如果在室外，遇到雷电时，不要呆在空旷的环境中，应立即寻找庇护所，如装有避雷针的房屋、汽车等；不要站在大树、电线杆、旗杆等没有避雷设备的高大物体附近，不要靠近庞大的金属物体。
同时，应尽量降低重心，并减少人体与地面的接触面积。
②避大风
遇到大风时，应到附近比较坚固的房屋内躲避，最安全的地方是地下室。如在室外，要注意远离大树、电线杆、广告牌及围墙等容易被刮倒的物体。
如果遇到龙卷风，应迅速朝龙卷风移动方向的垂直方向跑动，在低洼地面、沟渠等地方躲避。
③避暴雨、避积水
遇有强降雨时，处于山区地带的群众应避开河谷出口地带，避开有滑坡和泥石流的风险地区；当城市发生内涝时，避开短时间内可能快速产生积水的地方，如立交桥下低洼地带、过街地下通道等。
④避冰雹
冰雹天气发生时，户外行人应立即到安全的地方暂避；驱赶家禽、牲畜进入有顶篷的场所，妥善保护易受冰雹袭击的汽车等室外物品或者设备。
05
（2011全国卷高考真题）一般情况下空气的密度与气温、空气中的水汽含量呈负相关。下图示意北半球中纬某区域的地形和8时气温状况剖面，高空自西向东的气流速度约20千米/时。据此完成下列各题。
1．D
从大气垂直状况分析三地大气的稳定性。大气稳定度指近地层大气作垂直运动的强弱程度。从等温线分布来看，三地都是上冷下热，空气易出现对流运动。但对流的旺盛程度主要取决于相同高度范围内的温差大小，因甲地上空等温线密集，故温差最大，对流最旺盛。对于乙地和丙地，温差接近，大气的稳定性主要看空气密度，密度越大越稳定。根据“空气的密度与气温、空气中的水汽含量呈负相关”，因乙地有面积较大的湖泊，故空气中的水汽含量大，因此空气的密度乙地小于丙地，故相比之下，丙地大气更稳定。选D。
2．B
首先要抓住题目中的时间信息“正午前后”，与题图对应的“8时气温状况”，有一个时间差（４小时），材料中有一大气运动信息“高空自西向东的气流速度约20千米/小时”，读图发现，甲乙两地距离大约是80千米，甲处的气流状况经过4小时后刚好向西传递乙处。即图示8时气温分布整体沿横轴向东平移80千米。8时甲处对流最旺盛，4小时后乙地可能出现强对流天气。选B。
3．D
定位该地形区主要根据海拔，该区域海拔在200～500米之间，为丘陵，故为东南丘陵；黄土高原（海拔为1000～2000米）、内蒙古高原（海拔为1000～1500米）海拔都高于500米；华北平原海拔在200米以下。选D。
（2018年全国二卷高考真题）龙卷风是大气中强烈的漩涡现象，湿热气团强烈抬升，产生了携带正电荷的云团。一旦正电荷在云团局部大量集聚，吸引携带负电荷的地面大气急速上升，在地面就形成小范围的超强低气压，带动汇集的气流高速旋转，形成龙卷风。下图示意美国本土龙卷风发生频次的分布。在美国龙卷风多发区，活跃着“追风人”，他们寻找、追逐、拍摄龙卷风，为人们提供龙卷风的相关信息。
（1）读图8，指出龙卷风多发区湿热气团的主要源地、抬升的原因，以及气流发生旋转的原因。（8分）
（2）分析美国中部平原在龙卷风形成过程中的作用。（6分）
（3）解释美国中部平原龙卷风春季高发的原因。（4分）
（4）说明龙卷风被人们高度关注的理由。（4分）
（1）主要源地：墨西哥湾。
抬升原因：与本来的冷干气流（气团）交汇，湿热空气抬升；（地处中低纬，太阳辐射较强）下垫面温度较高，（湿热）空气受热抬升；湿热空气抬升过程中，水汽凝结，释放热量，加热进一步抬升空气。
旋转原因：地转偏向力的作用。
（2）地势平坦，对气流旋转阻挡作用弱（摩擦力小），平原南北延伸，面积广大，利于南北向冷暖气团交汇。
（3）北美大陆春季中低纬升温快，南北温差加大，气压梯度大，冷暖空气交汇频繁、强烈。
（4）强烈的漩涡从地面至云端，壮观；历时短，局地性强，不易见到；破坏力大，对生命财产构成巨大威胁。
参考文献
郑永光, 陶祖钰, 俞小鼎. 强对流天气预报的一些基本问题[J]. 气象, 2017, 43(006):641-652.
孙继松, 陶祖钰. 强对流天气分析与预报中的若干基本问题[J]. 气象, 2012(02):38-47.
刘钊等.强对流 猛于虎.中国气象报.
http://www.qxkp.net/qxbk/qt/202103/t20210301_2784329.html
近期强对流天气为何频发？权威气候成因分析来了.国家气候中心.
http://www.qxkp.net/zxfw/zxdt/202105/t20210518_3331839.html
（其他资料整理自中国气象科普网、中国气象报、科普中国）