强对流天气

强对流天气（severe convective weather）是对由大气强烈对流而产生的天气现象的总称，主要包括短时强降水、对流性大风、冰雹、龙卷等。这类天气通常突然发生，伴随雷暴（即俗称的“打雷闪电”），而且变化迅速，又有强破坏力，易造成巨大灾害。引发强对流天气的雷暴云为中小尺度天气系统，比起热带气旋等大尺度系统来影响范围较小、持续时间较短，也因此使强对流成为最难预报的天气类型之一。预报强对流天气、预防强对流天气的袭击等问题，在预防灾害和保障国民经济方面十分重要。

定义与相关概念

“强对流天气”一词主要指短时强降水、对流性大风、冰雹、龙卷等一类天气，是强烈的“对流性天气”（convective weather）。对流性天气通常即为有雷暴（闪电）出现的天气，引发对流性天气的天气系统通称“对流性风暴”（convective storm）或直称“雷暴”（thunderstorm）。若只有雷暴（闪电）和小阵雨小阵风等而未伴随较强的短时强降水、对流性大风或冰雹等，则称“一般雷暴”，通常不视作严格意义上的强对流天气，可称作“较强对流天气”。伴有一定强度的短时强降水、雷暴大风或冰雹等（即强对流天气）的灾害性雷暴通称“强雷暴”（severe thunderstorm）。

范围与时间

强对流天气一般由中小尺度天气系统造成，故通常影响范围较小（一般十几至两三百千米，少则几十米至十几千米）、持续时间较短（一般一小时至十几小时，短则几分钟至一小时），天气预报常用“局地”“瞬时”等字眼；尽管如此，有时波及范围也会达到如中国大陆数十县甚至数省、如美国十几州及加拿大大部地区等的广度，持续时间达一天或以上的长度。

对流性天气等级

将达到何种严重程度的对流性天气定义为“强”对流天气，不同机构与学者有不同观点，各国家的标准也常根据最新科研与实践成果进行更新。

中华人民共和国标准

2018年，中华人民共和国中国气象局发布了《强对流天气等级》气象行业标准，将对流性天气划分为“较强对流天气”“强对流天气”与“超强对流天气”三个等级，根据雷暴、短时强降水、对流性大风、冰雹、龙卷等的相关事件出现与否及强度作为划分标准。其中，一次对流天气过程若要被评价为“强对流天气”或更高等级，需要短时强降水、对流性大风或冰雹强度达到某个阈值，或出现龙卷；雷暴（闪电）出现与否则不影响“强对流天气”的判定。

美国标准

美国国家气象局将达到一定对流性大风风级或冰雹直径、或出现龙卷的对流性天气现象定义为“强雷暴”（severe thunderstorm），将没有出现龙卷风但达到较弱的某一标准的风力等级或冰雹直径的定义为“较强雷暴”（approaching severe thunderstorm）。同样，无论“雷暴”（闪电）有多强，只要冰雹直径或风力等级未达标且未出现龙卷，也不能算作“强雷暴”；此外，也不考虑降水强度。

强对流天气现象

雷暴

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雷暴既可指电闪雷鸣的天气现象，又可指代引发对流天气现象的天气系统。雷暴（闪电）本身是最普通的对流天气，中国大陆和美国等地都不将雷暴（闪电）作为判定“强对流天气”的标准。尽管如此，雷电本身也可造成人员伤亡与经济损失，对飞机飞行等也具有安全威胁。下述四种强对流天气均由雷暴（云团）引起，通常都伴随雷暴（闪电）。

短时强降水

短时强降水（flash heavy rain）在中国大陆天气预报业务中，一般指1h雨量20mm以上或3h雨量50mm以上的降水事件，通常以1h/20mm作为“强对流天气”的标准（在《强对流天气等级》中，即以1小时20mm作为“强对流天气”的阈值；在中央气象台“强对流天气预报”中通常也考虑1小时降水），达到1h/80mm则为“超强对流天气”。美国则不将短时强降水强度作为判定雷暴（对流天气）强度的标准。短时强降水短时雨强大，持续时间通常不超过1小时，通常由一个或多个中小尺度天气系统相继或连续影响而造成。短時強降水易引发内涝和山洪、泥石流、滑坡等灾害。

在中国大陆，一日当中，短时强降水通常在午后至夜里出现，这是由于午后地面气温上升，大气的上升运动强烈；上午（9—12时）最少出现。

对流性大风

对流性大风（convective wind gust）是由对流单体中的下沉气流在近地面处水平扩散而形成的阵性大风；若伴随雷暴或雷雨出现，又可称雷暴大风或雷雨大风。在中国大陆，对流性大风要达到8级（≥17.2 m/s）才算作“强对流天气”，达到6级可称“较强对流天气”。在美国，需达到58 mile/h（约25.7 m/s，在10级区间）可称“强雷暴”；达到40 mile/h（约17.9 m/s，在8级区间）可称“较强雷暴”。伴有温、湿、压等各种气象要素剧烈变化的强对流性大风又称“飑”。以强对流性大风为主的强对流天气或强雷暴系统又称“飑暴”。对流性大风可造成搭建物（如临时房屋、猪圈、广告牌等）倒塌，对高处作业、水域工作和飞机船只等也有威胁。

冰雹

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冰雹是自猛烈发展的积雨云中降落的冰块，可呈球形、圆锥或不规则形状，直径通常大于5mm。在中国大陆，冰雹直径大于20mm（2.0 cm）可达到“强对流天气”等级，否则则为“较强对流天气”；在美国，达到1 inch（约2.54 cm）可称作“强雷暴”，达到1/2 inch（约1.27 cm）可称“较强雷暴”。以严重冰雹为主的强对流天气或强雷暴系统又称“雹暴”。冰雹可造成人身伤害，对农业作物和设施的破坏也易造成经济损失。

龙卷

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龙卷是从雷暴云底伸展到达地面的漏斗状云，可引起强烈的旋风。在中国大陆或美国，只要出现龙卷，无论强度大小，都可以被至少视作“强对流天气”/“强雷暴”。龙卷的中心气压很低（中心与外围之间气压梯度可达2hPa/m），故中心风力极大（可达数十至100m/s，甚至200m/s），破坏力极强，可将人、畜、物直接卷起并迁移。龙卷的出现频率在不同地区有较大差异，如2022年中国大陆共出现25次龙卷，而美国则高达1331次。雷暴云高度越高、强度越强，出现龙卷的概率越大；此外，龙卷更可能在雷暴侧面而非正下方出现。由于尺度太小，龙卷的预报尤为困难：科学界的共识有，在目前的技术下，龙卷不可能提前1小时以上定时定点预报。在中国大陆，龙卷的相关研究仍处起步阶段，预报预警服务仍属试验阶段。

结构与成因

雷暴单体与雷暴群

在不稳定的气层中，大气对流使空气团垂直发展，形成积云（Cu），积云中发展旺盛、浓厚庞大的类型为浓积云（Cu cong）。浓积云形成后，若对流继续增强，云顶继续向上发展，达冻结高度后，浓积云可发展为积雨云（Cb）。此时云内水的相态复杂，有过冷水滴、雪花、冰晶等。当云顶发展至-20℃高度以上时，云中的冰晶数量便足以通过“温差起电”作用产生闪电（通常闪电越频繁，意味着积雨云越强、云顶高度越高）。产生雷暴（闪电）的积雨云称“雷暴云”，一块雷暴云称雷暴单体（thunderstorm cell），水平尺度约十几千米。一个雷暴单体的生命史可分为发展、成熟、消散三阶段，每阶段持续十几分钟至半小时左右。发展阶段即积云阶段，云体为上升气流。成熟阶段开始产生降水，降水的拖曳作用开始产生下沉气流，但中上部仍为上升气流，尤以中部最为强烈。随着雷暴云体移动，垂直气流并不对称，云体移动前部主要为上升气流，后部主要为下沉气流。同时，过冷水大量冻结释放潜热，云顶强烈向上发展，通常能到达对流层顶并随之向水平方向铺展，形成云砧。消散阶段的云体则主要为下沉气流。

多个雷暴单体成群（或成带）聚集形成雷暴群（或雷暴带），水平尺度可达数百千米。组成雷暴群的各个雷暴单体可处于不同阶段，雷暴群的总体结构会随各个单体的发展消散而变化，整个多单体结构可持续几小时或以上。有时，雷暴单体相互之间可以合并，合并过程与整个对流系统的发展与强对流天气有密切联系。

一般雷暴与强雷暴

当垂直气流发展到一定强度，且雷暴云或雷暴群内部出现一个高组织度、不对称的垂直环流时，一般雷暴就可发展为强雷暴。强雷暴内部的这一垂直环流稳定强大，可维持数小时之久。根据结构特征，常见的强雷暴主要可分为超级单体、多单体风暴与飑线三种类型。其中超级单体为雷暴单体，后两者为雷暴群/雷暴带。

“超级单体”（supercell）是具有单一特大垂直环流的一块大型强雷暴云，在所有强雷暴类型中组织度最高，产生的天气最激烈。超级单体区别于其他雷暴的本质特征是其内部含有一个深厚、持久的中气旋（mesocyclone）（所谓“中气旋”是一个基于雷达观测数据而非现实物理实体定义的概念，指在气象雷达图上显示的具有特定尺度、深度和持续时间的旋转区域）。超级单体移动前部为斜升气流，后部有下击暴流（即冲击地面的强下沉气流）。“多单体风暴”由许多较小的雷暴单体组成，但其内部有一统一垂直环流（多单体的一般雷暴群则没有这种统一垂直环流）。“飑线”是许多雷暴单体沿线状侧向排列形成的雷暴带。飑线上的单体之间一般不相干扰。整个飑线可持续几小时至十几小时，长度可达几百千米（长宽比一般至少为5:1）。

雷暴与强对流天气

在雷暴云上升气流最强区附近，常为大水滴累积区，当累积量超过上升气流顶托能力时便开始降雨。一个一般雷暴单体的阵雨常持续几分钟至一小时；雷暴群或雷暴带的降水区呈片状或带状，由于每个单体强弱不一，整个系统造成的降水也有很强的局地局时性。当雷暴单体向某一方向移动且上游持续不断生成新单体并向同一方向移动时，这些雷暴单体可排成一列，在一段时间内持续不断地通过某地，造成极强的累积降水，这种效应形象地称作“列车效应”（train effect）。在2021年河南郑州“7·20”特大暴雨中，“列车效应”即是导致极端降水的重要原因。

在雷暴云发展阶段，地面风较弱，风向不定但以偏南风为主。成熟阶段，下沉气流可冲至地面附近并向四周散开，造成阵风。在强雷暴云中，下沉气流气温低、速度大，近地面层将出现一个很强的雷暴高压与辐散流场，这一冷空气堆与移动前方的暖空气间形成大温湿压梯度的锋面。因此，强雷暴云到来时，风向突变、风力突增，出现对流性大风（同时也常伴随气温下降与湿度上升等，即出现“飑”）。冲击地面的强下沉气流（下击暴流）有很强的破坏力，极端情况下可造成飞机失事或船只倾覆（如2015年造成442人遇难的“东方之星”号客轮翻沉事件即是由下击暴流突袭所造成）。

气象业务历史

中国大陆

2005年，中国气象局中央气象台开始尝试预报强对流天气，起初只有对雷暴和（未经分类的）强对流天气的潜势预报。2009年，中央气象台成立强天气预报中心，开始建立对强对流天气的监测、分析、预报、检验和灾害调查等的系列流程服务。2013年，中央气象台确立了“强对流天气预警”，分蓝、黄、橙3个等级（其中黄色预警于2015年4月28日首次发布，橙色预警于2024年4月2日首次发布）。2015年，中央气象台于内部尝试发布对强对流天气的3—6h短时预报。2018年，中央气象台于内部发布一周强对流天气展望预报。检验研究表明，中央气象台的强对流天气预报能力呈明显提高趋势，其中对雷暴的预报能力最强，短时强降水次之，对雷暴大风与冰雹的预报能力最弱，对龙卷则尚无业务预报能力（只可预报龙卷潜势）。目前［2024年］，中央气象台在官网提供面向公众的“强对流天气预报”（此外，若有强对流天气预警，在“气象灾害预警”处发布）。