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強對流天氣

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  「強對流」重新導向至此。關於偶爾簡稱強對流的「強迫對流」，請見「強制對流」。

強對流天氣（severe convective weather）是對由大氣強烈對流而產生的天氣現象的總稱，主要包括短時強降雨、對流性大風、冰雹、龍捲等。這類天氣突發性強，常伴隨雷電活動，而且變化迅速，又有強破壞力，易造成巨大災害[1][2]。強對流天氣由中小尺度天氣系統引發，比起熱帶氣旋等大尺度系統來影響範圍較小、持續時間較短，也因此使強對流成為最難預報的天氣類型之一[3]。不同的機構、學者對「強」對流天氣的定義有所不同，各國氣象部門也常隨著科研與實踐結果進行更新。造成強對流天氣的強雷暴系統屬於深厚濕對流，主要由積雨雲構成。伴有雷電的積雨雲稱雷暴雲，一塊雷暴雲稱雷暴胞，雷暴胞可組成雷暴群。強雷暴比一般雷暴有更強的垂直氣流（英語：Vertical draft），其內部有一高組織度、不對稱的穩定垂直環流。強雷暴通常有超大胞、多胞風暴（英語：Multicellular thunderstorm）與颮線三種形式。預報強對流天氣、預防強對流天氣的襲擊等問題，在預防災害和保障國民經濟方面十分重要[4]:401。

定義與相關概念

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  「深厚濕對流」、「對流性風暴」、「強雷暴」和「強對流風暴」重新導向至此。

大氣對流是以垂直方向為主的大氣運動，可根據有無水汽凝結過程分為「干對流」與「濕對流」（科學研究與氣象業務中通常只關注濕對流），也可根據垂直尺度差異分為「淺對流」與「深對流」。「淺對流」的垂直尺度通常為1～3 km，如淡積雲（Cu hum）等；「深對流」的垂直尺度在10km左右，如發展旺盛的濃積雲（Cu cong），以及積雨雲（Cb）[5]。「深厚濕對流」（deep moist convection，DMC）也稱「對流（性）風暴」[6]（convective storm[7][8]，一些文獻中該術語特指後文將介紹的「強對流風暴」[9]），有時簡稱「對流活動」「對流」[5]。深厚濕對流常伴有雷電活動，也通稱「雷暴」（thunderstorm）[10][11][5]，儘管一些學者如Doswell（2001）[12]、Marcowski（2010）[13]等不建議這種用法，因為部分深厚濕對流沒有雷電活動（如中國南方的一些對流豪雨、颱風外圍降雨等[10]）[11]。

只伴隨小陣雨、小陣風或小冰雹（即雨、風、雹未達一定強度）的雷暴稱「一般雷暴」或「普通雷暴」；伴有較強的雨、風或雹，或生成龍捲的雷暴通稱「強雷暴」（severe thunderstorm）[5][4]:401[註 1]，或稱「強對流風暴」（severe convective storm）[15][16]。由強雷暴引起的這些短時強降雨、對流性大風、冰雹、龍捲等災害性天氣[17]:125[18]（severe weather[19]，台灣又稱劇烈天氣[20]，港澳又稱惡劣天氣[21][22]）即統稱「強對流天氣」（severe convective weather[23][24]）[1][25]，它們是強烈的對流性天氣過程[4]:401[2]，又稱「強對流性天氣」[26]:281。《辭海》中「強對流天氣」的拼音標註為「qiánɡduìliú tiānqì」[2]，即它的語節（根據語音停頓劃分的片段）劃分是「強對流/天氣」[27]，「強對流天氣」亦有時簡稱「強對流」[28][29][30][註 2]。

範圍與時間

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造成強對流天氣的深厚濕對流屬於中小尺度天氣系統[1][35]，故通常影響範圍較小（一般十幾至兩三百千米，少則幾十米至十幾千米）、持續時間較短（一般一小時至十幾小時，短則幾分鐘至一小時）[36]，天氣預報常用「局地」「瞬時」等字眼[37]。儘管如此，有時也可波及範圍達數十萬平方千米或以上[17]:12（相當於中國大陸數省，或美國十幾州及加拿大大部地區），持續時間達一天或以上[4]:401。

中小尺度天氣系統受到大尺度的環流背景所制約[38]:153。雷暴（系統）常發生於鋒面前後（尤其是快移型冷鋒[39]）、鋒面氣旋暖區、副熱帶高壓西北部、熱帶氣旋內部、暖氣團內部等[17]:14。在中國大陸，雷暴頻率南方多於北方、山區多於平原，多出現在夏秋季（冬季一般只偶爾在南方出現），一日中最常出現於下午、其次是夜間（稱「夜雷暴」）[40]:56-57。香港的雷暴多見於春季和夏季，自4月至9月平均每月約可見5日[21]。在台灣，雷雨每年自3月起開始增多，在7、8月間最常出現[18]。

對流性天氣等級

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將達到何種嚴重程度的對流性天氣定義為「強」對流天氣，不同機構與學者有不同觀點，各國家的標準也常根據最新科研與實踐成果進行更新[41][42][43]。這裡簡單給出一些國家的定義，具體的定義探討與數值比較將在天氣現象一章詳細討論。

中華人民共和國標準

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中華人民共和國強對流天氣標準
較強對流天氣 強對流天氣 超強對流天氣
雷暴 出現
短時強降雨 ＜20mm 20≤小時降雨量＜80 ≥80mm
對流性大風 6~7級 8~11級 ≥12級
冰雹 ＜20mm 20≤直徑＜50 ≥50mm
龍捲 ≤EF1 EF2~EF5

2018年，中華人民共和國中國氣象局發布了《強對流天氣等級（QX/T 416—2018）》氣象行業標準[註 3]，將對流性天氣劃分為「較強對流天氣」「強對流天氣」與「超強對流天氣」三個等級，根據雷暴、短時強降雨、對流性大風、冰雹、龍捲等的相關事件出現與否及強度作為劃分標準。其中，一次對流天氣過程若要被評價為「強對流天氣」或更高等級，需要短時強降雨、對流性大風或冰雹強度達到某個閾值，或出現龍捲；雷暴（閃電）出現與否則不影響「強對流天氣」的判定[1]。

美國標準

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美國強雷暴標準
較強雷暴 強雷暴 超強雷暴
大風 40 mph 58 mph 75 mph
冰雹 1/2 in 1 in 2 in
龍捲 ≤EF1 EF2~EF5

美國天氣局（NWS）將達到一定對流性大風風級或冰雹直徑、或出現龍捲的雷暴定義為「強雷暴」（severe thunderstorm），將達到較弱的某一標準的風力等級或冰雹直徑且沒有出現龍捲風的雷暴定義為「較強雷暴」（approaching severe thunderstorm）；此外，美國天氣局下屬的風暴預測中心（英語：Storm Prediction Center）（SPC）還定義了比強雷暴更強的「超強雷暴」（significant severe thunderstorm）。同樣，無論「雷暴」（閃電）有多強，只要冰雹直徑或風力等級未達標且未出現龍捲，也不能算作「強雷暴」；而和中國大陸等地不同的是，美國不將降雨強度作為判斷強雷暴（強對流天氣）的標準[19][35][44]。

強對流天氣現象

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雷暴

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主條目：雷暴

「雷暴」這一術語涵義很廣，既可特指大氣放電現象（即俗稱的「打雷閃電」）[1][45]，又可泛指伴有雷電的對流性天氣現象[46]，還可指引發對流性天氣的天氣系統[4]。雷暴（閃電）本身是最普通的對流天氣[47]，中國大陸和美國等地都不將雷暴（閃電）作為判定「強對流天氣」的標準[1][35][19]。儘管如此，雷電本身也可造成人員傷亡與經濟損失，對飛機飛行等也具有安全威脅[48]。下述四種強對流天氣均由雷暴（雲團）引起，通常都伴隨雷暴（閃電）[4][49]。

短時強降雨

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  「短時強降雨」重新導向至此。

短時強降雨（short-duration heavy rain，又稱短歷時強降雨[50][51]）是雨強較大、持續時間較短的對流性降雨[1][50]（「對流性降雨」參看雷暴與強對流天氣一小節）。在中國大陸，以1小時20毫米作為「強對流天氣」的標準[1][48]（天氣預報中「短時強降雨」有時也指3小時50毫米以上的降雨事件[52]）。行標將達到1小時80毫米的短時強降雨定為「超強對流天氣」[1]；而部分學者則認為1小時50毫米即已十分極端[53][11][5]，中央氣象台發布的「強對流天氣預警」目前［2024年］將50mm/h作為色階的分界[54]。美國天氣局目前不將降雨強度作為判定雷暴（對流天氣）強度的標準[19][35]；不過有Doswell等學者提議將超過25mm/h（約1inch/h）的短時強降雨歸為強對流天氣，將超過50mm/h的定義為極端強對流天氣[12][55][56][11]。

「短時強降雨」並不等同於「豪雨」：短時強降雨強調雨強大，且本身持續時間也通常不超過1小時[1]，由雷暴（中小尺度天氣系統）造成，常導致城市內澇和山洪、土石流等局地短促災害[48]，一些文獻將「暴洪」（flash flood）直稱作「強對流天氣」[23][6]；豪雨則強調累積量大（一般以24h或12h降雨量為標準）[52]。大範圍豪雨一般由大尺度系統造成，常導致區域性淹水災害；不過小範圍豪雨則常與中小尺度對流系統有關[53]，尤其是持續性的短時強降雨必然導致強豪雨[57][58][59][52]（詳見雷暴與強對流天氣一小節）。

「短時強降雨」這一術語也不同於「短延時強降雨」（又稱「短時間強降雨」[60]）：後者主要在台灣使用，泛指以任何天氣系統（不限於造成強對流天氣的中小尺度天氣系統）、任何降雨形式（不限於對流性降雨）造成的短延時（如1、2、3、6小時等）強降雨事件[61][62]；交通部中央氣象署將3小時100毫米以上的強降雨稱為「短延時豪雨」，將3小時200毫米以上的強降雨稱為「短延時大豪雨」[60][63]。

對流性大風

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  「對流性大風」、「雷暴大風」、「雷雨大風」、「颮」和「颮暴」重新導向至此。

對流性大風（convective wind gust）是由對流胞中的下沉氣流在近地面處水平擴散而形成的陣性大風[64]；若伴隨雷暴或雷雨出現，又可稱「雷暴大風」或「雷雨大風」[1]。在中國大陸，對流性大風達到8級（≥17.2m/s）視作「強對流天氣」，達到6級（≥10.8m/s）可稱「較強對流天氣」[1][48]。和短時強降雨的問題類似，行標將達到12級（≥32.7m/s）的對流性大風定為「超強對流天氣」[1]，而部分學者則建議定為10級（24.5m/s）[11][5]（中央氣象台的「強對流天氣預警」目前［2024年］將10級作為色階的分界[54]）。在美國，需達到58mph（約25.7m/s，在10級區間）可稱「強雷暴」[44]，達到40mph（約17.9m/s，在8級區間）可稱「較強雷暴」，達75mph（約33.5m/s，在12級區間）則為SPC定義的超強雷暴[19][35]。此外，香港將瞬時風速達10級（24.5m/s，88km/h）以上的陣風稱作「猛烈陣風」，作為發出雷暴警告的參考[註 4][21]。

中華民國將「強風」視作一種災害性天氣，定義為「平均風力達6級以上、或陣風達8級以上」，不過涵蓋範圍較「對流性大風」廣，也包括了冷空氣、颱風等任何天氣系統造成的大風[18]。

伴有溫、濕、壓等各種氣象要素劇烈變化的強對流性大風又稱「颮（ㄆㄠˊ）」[65][4]:407-409[註 5]（squall）；颮與雷暴聯合發生合稱「雷颮」（thunder squall）[17]:15。以強對流性大風為主的強對流天氣或強雷暴系統又稱「颮暴」[4]。對流性大風可造成搭建物（如臨時房屋、豬圈、廣告牌等）倒塌，對高處作業、水域工作和飛機船隻等也有威脅[48]。

冰雹

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主條目：冰雹
  「雹暴」重新導向至此。

「冰雹」是自猛烈發展的積雨雲中降落的冰塊，可呈球形、圓錐或不規則形狀，直徑通常大於5mm[67][68]。在中國大陸，冰雹直徑大於20mm（2.0cm）可達到「強對流天氣」等級，否則只為「較強對流天氣」（達50mm則為超強對流天氣；此外，有學者認為達20mm即應算作「重大強對流天氣」[11][5]）[1]；在美國，達到1.0 in（約2.54 cm）可稱作「強雷暴」[44]，達到1/2 in（約1.27 cm）可稱「較強雷暴」，達2 in（約5.08 cm）則為SPC定義的「超強雷暴」[19][35]。以嚴重冰雹為主的強對流天氣或強雷暴系統又稱「雹暴」[4]:404（hailstorm[17]:14）。冰雹可造成人身傷害，對農業作物和設施的破壞也易造成經濟損失[48]。

龍捲

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主條目：龍捲

「龍捲」是從雷暴雲底伸展到達地面的漏斗狀雲，可引起強烈的旋風，這種旋風稱「龍捲風」[4]:411[註 6]。龍捲是地球大氣能產生的最猛烈的渦旋現象[70]。在中國大陸或美國，只要出現龍捲，無論強度大小，都可以被至少視作「強對流天氣」/「強雷暴」[1][19][44]。龍捲的中心氣壓很低（中心與外圍之間氣壓梯度可達2hPa/m），故中心風力極大（可達數十至100m/s，甚至200m/s），破壞力極強，可將人、畜、物直接捲起並遷移[4][71]。龍捲的出現頻率在不同地區有較大差異，如2022年中國大陸共出現25次龍捲，而美國則高達1331次[72][註 7]。由於尺度太小，龍捲的預報尤為困難[74]：科學界的共識有，在目前的技術下，龍捲不可能提前1小時以上定時定點預報[75]。在中國大陸，龍捲的相關研究仍處起步階段，預報預警服務仍屬試驗階段[76]。

美國天氣局根據龍捲的最大風速（單位為km/h）將龍捲分為 EF0～EF5 6個等級，這種劃分稱作Enhanced Fujita Scale方法[1]；出現EF2或以上的龍捲風即滿足SPC定義的「超強雷暴」標準[19]。中華人民共和國2018年發布的《強對流天氣等級》中對龍捲強度也採用美國天氣局的這一方法[1]。不過，2019年，中國氣象局又發布了《龍捲強度等級（QX/T 478—2019）》氣象行業標準，自此中國大陸將龍捲強度分為一級~四級4個等級，同根據最大風速（單位為m/s）劃分，其中一級對應EF0及以下、二級對應EF1、三級對應EF2~3、四級對應EF4~5。出現三級或以上強度的龍捲可歸為超強對流天氣[7][1]。中華民國因龍捲發生頻率低、資料缺乏等原因，並未制定龍捲分級標準[18]。

結構與成因

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  「地基對流」、「地基雷暴」、「高架對流」和「高架雷暴」重新導向至此。

濕對流發生的充要條件為水汽、不穩定和抬升[12][77]，通稱「雷暴生成三要素」[78][56]；其中，水汽和不穩定可視為內因，抬升條件則為外因[4]:426。可造成系統性抬升運動的天氣系統包括鋒面、高空槽、切變線[註 8]、低壓/氣旋、低渦（即高空的低壓/氣旋[80]）等，大多數雷暴都產生於這些輻合性天氣系統中[4]:430-432，可分別通稱鋒面雷暴、高空槽雷暴、切變線雷暴、低渦雷暴等[4]:438-441（這曾是雷暴分類的主要方式[註 9][44]）。此外，迎風坡具有地形抬升作用[17]:12[81]，故山區比平原更易發生強對流天氣。最後，夏季午後日照加熱陸地表面，可形成局地熱力抬升作用，使近地面形成絕對不穩定層結，這樣形成的雷暴稱「熱雷暴」或「氣團雷暴」；特別地，由地表受熱不均形成的局地小型垂直環流可加強這種觸發機制，如白天湖岸陸地比水面更易發生對流[4]:430-432。

除水汽、不穩定和抬升三要素外，垂直風切也是促進雷暴生成的重要因素（「風切」是指風速向量隨著某一方向的變化[82]，「強垂直風切」即風速向量隨高度迅速變化）。一般來說，除短時強降雨外[83][16]，強雷暴大風或冰雹、強龍捲等強對流天氣的產生需要強垂直風切環境的支持[84][56]。

「邊界層」是流體中受到固體表面黏滯力影響的層面[85]；「大氣邊界層」即大氣層底部受地表影響的一層，上界高度一般在1~1.5km[86][87]。基於邊界層的對流（boundary-layer based convection）通稱「地基對流」（surface-based convection）或「地基雷暴」；而在邊界層之上觸發的DMC則稱「高架對流」或「高架雷暴」[5]。中小尺度天氣系統受到大尺度的環流背景所制約[38]:153。DMC生成在不同地區的具體條件或原因不完全相同，例如高架對流在美國多由900~600hPa的輻合和匯流觸發[88]，而中國大陸則多由850~700hPa附近切變線觸發[89][90][5]。

低層輻合、高層輻散的氣流場可造成強大的抬升力，高空急流可造成強風速垂直切變，低空急流（一般指850hPa附近或離地面600—800m的強風帶，有時也指700—600hPa附近急流）可增濕、加強不穩定等，這些都是有利於強雷暴發生發展的因素[4]:432-435。逆溫層是穩定結構，一般阻礙對流，但它同時可對不穩定能量起到貯藏作用，一些情況下可通過釋放這種能量來推動爆發強對流[4]:432。此外，在乾濕氣團的交界面干鋒（又稱「露點鋒」）濕側，位勢不穩定、斜壓不穩定等能量釋放也常產生強對流天氣[91]。

雷暴胞與雷暴群

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  「雷暴雲」、「雷暴胞」、「對流初生」和「雷暴群」重新導向至此。

在不穩定的氣層中，濕潤空氣團垂直抬升，首先形成積雲（Cu），積雲中發展旺盛、濃厚龐大的類型為濃積雲（Cu cong）。濃積雲形成後，若對流繼續增強，雲頂繼續向上發展，達凍結高度後，濃積雲可發展為積雨雲（Cb）[92]。此時雲內水的相態複雜，有過冷水滴、雪花、冰晶等[4]。空氣對流伴隨冰晶凇附、水滴破碎等過程使雲中產生電荷[40]:56。當雲頂發展至-20℃高度以上時，雲中的冰晶數量便足以通過「溫差起電」作用產生閃電（通常閃電越頻繁，意味著積雨雲越強、雲頂高度越高）[4]:403。產生雷暴（閃電）的積雨雲稱「雷暴雲」[93][4]:401；一塊雷暴雲稱「雷暴胞」（thunderstorm cell），水平尺度約十幾千米[4]:401，垂直層面則幾乎占據整個對流層[26]:285。通過天氣雷達判斷時，通常將雷達圖上第一次出現由對流雲產生的反射率因子≥35dBZ的像元[註 10]作為「DMC初生」或「DMC生成」——通稱「對流初生（convective initiation）」「雷暴初生」「風暴初生」的標誌[94][5]。

一個雷暴胞的生命史可分為發展、成熟、消散三階段，每階段持續十幾分鐘至半小時左右[4]:401，總生命史一般不超過2小時[40]:56。發展階段又稱（塔狀）積雲階段[26]:285，雲體為上升氣流[4]:402，上升速度一般需達1m/s的量級[5]。成熟階段開始產生降雨，降雨的拖曳作用開始產生下沉氣流，但中上部仍為上升氣流，尤以中部最為強烈。隨著雷暴雲體移動，垂直氣流並不對稱，雲體移動前部主要為上升氣流，後部主要為下沉氣流。同時，過冷水大量凍結釋放潛熱，雲頂強烈向上發展，通常能到達對流層頂並隨之向水平方向鋪展，形成雲砧。消散階段的雲體則主要為下沉氣流[4]:402。一般的胞雷暴持續時間較短，也較為常見，因而又稱「陣雷」；在強垂直風切、強對流可用位能等環境下[56]，有時可發展形成一種叫作「超大胞」（參看下小節）的雷暴胞，這是一種激烈壯觀的強雷暴[40]:57[4]:404。

多個雷暴胞成群（或成帶）聚集形成「雷暴群」（或雷暴帶），水平尺度可達數百千米。組成雷暴群的各個雷暴胞可處於不同階段，雷暴群的總體結構會隨各個胞的發展消散而變化，整個多胞結構可持續幾小時或以上[4]。有時，雷暴胞相互之間可以合併，通常可使雲團的面積、強度得到發展，生命史也得以延長[95]，這種合併過程與整個對流系統的發展和強對流天氣有密切聯繫[96][97][56]。

一般雷暴與強雷暴

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當垂直氣流發展到一定強度，且雷暴雲或雷暴群內部出現一個高組織度、不對稱的垂直環流時，一般雷暴就可發展為強雷暴[4]:404。強雷暴中垂直環流穩定強大，上升氣流與下降氣流之間不破壞干擾，反而相互支持，生命史遠長於一般雷暴[4]:404[26]:285。根據結構特徵，常見的強雷暴主要可分為超大胞、多胞風暴與颮線三種類型。其中超大胞為雷暴胞，後兩者為雷暴群/雷暴帶[4]:404-407。另外，一般雷暴、超大胞和多胞風暴尺度均較小，統稱「局地對流系統」，其中超大胞和多胞風暴統稱「局地強風暴」[26]:284-285。

「超大胞」是具有單一特大垂直環流的一塊大型強雷暴雲[4]:404[26]:289，位移前方為斜升氣流，後部有下擊暴流[98]（即衝擊地面的強下沉氣流[99][100]），在所有強雷暴類型中組織度最高，產生的天氣最激烈[101]。超大胞水平尺度一般為20~30km，垂直伸展可達12~15km；持續時間通常為1~4h，長的可達8h[26]:289。在平面上，超大胞表現為圓至橢圓形的細胞狀結構，且在雷達圖上有明顯的鉤狀回波[26]:289。超大胞區別於其他雷暴的本質特徵是其內部含有一個深厚、持久的中氣旋（英語：Mesocyclone）（mesocyclone）[102]（所謂「中氣旋」是一個基於雷達觀測數據而非現實物理實體定義的概念，指在氣象雷達圖上顯示的具有特定尺度、深度和持續時間的旋轉區域[103]）。

「多胞風暴」是最常見的強對流風暴，由許多較小的、生命期短暫的雷暴胞組成[26]:286，但其內部有一統一垂直環流（多胞的一般雷暴群則沒有這種統一垂直環流）[4]:406。多胞風暴水平尺度約30~50km，垂直層面有的能進入平流層幾千米[26]:286。多胞風暴中新雷暴胞的生成和發展是維持整個風暴最重要的因素[104]。

「颮線」是許多雷暴胞沿線狀側向排列形成的雷暴帶[4]:407[105][註 11]，長度常達150~300km[106][26]:294（長寬比一般至少為5:1[107]），是影響範圍很大的中尺度對流系統[26]:294。颮線上的胞之間一般不相干擾[4]:407。整個颮線生命史常為4~18h[26]:294。

大範圍的水平氣流可推動雷暴雲平移，一般來說，雷暴雲的朝向接近於雲體中層的水平風向。除此之外，雲體前部不斷生成而後部不斷消散，宏觀上類似移動，這種現象稱作雷暴的傳播。雷暴雲的平移和傳播是雷暴雲移動的兩種主要方式[4]:435。

雷暴與強對流天氣

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在雷暴雲上升氣流最強區附近，常為大水滴累積區，當累積量超過上升氣流頂托能力時便開始降雨[4]。來自對流雲的陣性降雨稱「對流性降雨」（其他降雨形式還有鋒面降雨、地形降雨、颱風降雨等[40]:52），伴有雷暴的對流性降雨通稱「雷陣雨」[17]:13。一個一般雷暴胞的陣雨常持續幾分鐘至一小時；雷暴群或雷暴帶的降雨區呈片狀或帶狀，由於每個胞強弱不一，整個系統造成的降雨也有很強的局地局時性[4]。對流性降雨的強度主要取決於水汽垂直遞減率和低層大氣對流可用位能（CAPE），也與實際有效凝結率有關[52]。對流性降雨（在某一地點）的持續時間則取決於雷暴系統的尺度、移動速度和傳播狀態[52]。雷暴水平尺度越大（一般生命史也越長）、移動速度越慢，（某地）降雨時間越久。而傳播狀態主要影響線狀雷暴帶造成的降雨：當線狀雷暴帶移動方向與主軸方向大致垂直時，雷暴帶波及範圍很廣，但在任一地點均很快掠過，（某地）降雨持續時間較短；當移動方向有平行於主軸的分量時，則平行分量越大，經過某地的時間就越長，降雨持續時間越久；特別地，當線狀雷暴帶移動方向與主軸基本平行時（這種情況一般需要上游持續不斷生成新胞進行補充[108]），這些雷暴胞會在一段時間內持續不斷地通過某地，造成極強的累積降雨，這種效應形象地稱作「列車效應」（train effect）[83][52]。一些強致災性豪雨中短時強降雨的「列車效應」即扮演了重要因素[109]（如2021年造成380人遇難的河南鄭州「7·20」特大豪雨[110][111][112]）。

在雷暴雲發展階段，地面風較弱，風向不定但以偏南風為主。成熟階段，下沉氣流可沖至地面附近並向四周散開，造成陣風。在強雷暴雲中，下沉氣流氣溫低、速度大，近地面層將出現一個很強的雷暴高壓與輻散流場，這一冷空氣堆與移動前方的暖空氣間形成大溫濕壓梯度的鋒面（稱「陣風鋒」[40]:57或「颮鋒」[26]:288[17]:17）[4]:403。因此，強雷暴雲到來時，風向突變、風力突增，出現對流性大風（同時也常伴隨氣溫下降與濕度上升等，即出現「颮」）[4]:407。衝擊地面的強下沉氣流（下擊暴流）有很強的破壞力，一些飛機失事或船隻傾覆的極端事故即是由下擊暴流造成[99][100]（如2015年中國大陸造成442人遇難的「東方之星」號客輪翻沉事件[113]）。

冰雹是以「雹胚」（直徑約0.2～0.3mm，主要是大的過冷水滴，也可由塵埃、冰晶等充當）為核心，在雲中反覆碰凍過冷水滴形成的。具有特定氣象條件的雷暴雲可降下冰雹（這類雷暴系統可稱「冰雹雲」或「雹雲」）。這些條件包括：一、斜升氣流需達一定的強度和持久度[56]，以托住較大的雹粒——通常氣流上升速度越大，可降落的雹塊直徑越大（由於上升氣流強，雹雲通常外觀高大）；二、存在含水量豐富的水分累積區，且這一豐水區達到一定的厚度（一般不小於1500m）；三、氣流最大上升速度區和水分累積區的高度需在0℃層以上（即低於冰點），這樣水分累積區可提供充分的過冷水滴；四、0℃層高度適當（以 600hPa / 4000m 左右為最佳），若太高則冰雹下落過程中將融化[56]，若太低則不利於雲體發展；五、雲中水分累積區的條件適宜雹塊生長（如上升氣流較弱等），能提供冰雹生長區（或稱「雹源」）：雹塊並非主要在強斜升氣流中生長，而是在水分累積區生長，之後隨垂直環流運動降落並重新進入強斜升氣流，再進入弱上升氣流區生長，如此反覆循環，直至強斜升氣流已不再能承托大雹粒的重量為止。（大雹因而有明暗交替的多層結構。）除較弱的冰雹可由對稱型風暴雲（一般雷暴）降下之外，雹雲通常是三種典型強雷暴之一，尤其是強雹暴多半為超大胞[4]:409-410[17]:14。

龍捲是具有極強破壞力的小尺度天氣系統，這種猛烈旋轉的小渦旋是從雷暴雲底部伸展至地面的漏斗狀雲，是地球大氣中產生的最強烈的渦旋現象[70]。絕大部分龍捲（尤其是EF2級、即中國大陸三級以上的強龍捲）由超大胞生成[38]:177。龍捲的形成與強雷暴雲中的強升降氣流有關[4]；具體來說，是中氣旋、後側下沉氣流區（RFD）、前側下沉氣流區（FFD）和低層風暴入流等過程的交互作用[38]:177。雷暴雲高度越高、強度越強，出現龍捲的機率越大。此外，龍捲更可能在雷暴側面而非正下方出現。一般來說，出現短時強降雨、雷暴大風或冰雹、龍捲這三種強對流天氣所要求的積雨雲高度與強度依次增加[4]。

氣象業務歷史

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1982年，英國大氣科學家Browning提出了「臨近天氣預報」的概念[114]。「臨近天氣預報」指對短時間（一般為2h）內天氣變化的預報，雷暴、強對流和降雨即是臨近預報最重要的對象[56]。自提出以來至今，便一直以天氣雷達和衛星雲圖為主要工具，其中天氣雷達網的建設對臨近預報能力的提升最為明顯[56]。目前除雷達和雲圖外，還有地面觀測、閃電定位和人工目擊資料等作為強對流天氣的臨近預報工具[56]。

美國業務歷史

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20世紀90年代，美國建成了由158部S波段天氣雷達組成的「新一代天氣雷達網」[56]。

美國是最先開展全國範圍強對流天氣預報的國家[115]。

中國大陸業務歷史

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1998年大洪水後，中國氣象局啟動了「中國新一代天氣雷達監測網」建設，起初計劃布設126部[116]，後計劃量不斷增加，至2012年增至220部左右（當年已建成160餘部）[56]；至2022年已建成236部，雷達監測網規模達到世界第一[117]。

2005年，中國氣象局中央氣象台開始嘗試預報全國範圍的強對流天氣，起初只有對雷暴和（未經分類的）強對流天氣的潛勢預報。2009年，中央氣象台成立強天氣預報中心，開始建立對強對流天氣的監測、分析、預報、檢驗和災害調查等的系列流程服務[35]。2013年，中央氣象台確立了「強對流天氣預警」，分藍、黃、橙3個等級（其中黃色預警於2015年4月28日首次發布，橙色預警於2024年4月2日首次發布[118]）[35]。2018年，中國氣象局發布行業標準《強對流天氣等級》[1]。2019年，《龍捲強度等級》行業標準發布[7]。檢驗研究表明，中央氣象台的強對流天氣預報能力呈明顯提高趨勢，其中對雷暴的預報能力最強，短時強降雨次之，對雷暴大風與冰雹的預報能力最弱，對龍捲則尚無業務預報能力[74]（只可預報龍捲潛勢[72]）[35]。目前［2024年］，中央氣象台在官網提供「強對流天氣預報 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）」（此外，若有強對流天氣預警，在「氣象災害預警 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）」處發布，其他詳見外部連結）。

科學研究歷史

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美國科研歷史

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對強對流風暴的開創性田野研究計劃是於1946、1947年先後在Florida的Orlando、Ohio的Wilmington兩地開展的「雷暴項目」（Thunderstorm Project），該項目研究雷暴的主要目的為降低相關天氣造成飛機事故的可能性。「雷暴項目」主要由芝加哥大學領導，其中研究者氣象學家霍勒斯·R·拜爾斯（英語：Horace R. Byers）和他的本科生Roscoe Braham首次將對流風暴中的降雨區域命名為「胞」（cell，中國大陸譯「單體」）——由於它和細胞（cell）的相似性——並首次定義了雷暴胞生命史的三階段[15]。

注釋

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  1. ^ 「強雷暴」這一術語在氣象研究中有時還有用於描述雷電強度等的其他定義[14]。
  2. ^ 除作為「強對流天氣」簡稱外，「強對流」偶爾還可能是「強迫對流」（forced convection，又稱強制對流[31][32]、受迫對流[33]）的簡稱[34]。
  3. ^ 強對流天氣等級
  4. ^ 「猛烈陣風」在香港的年發生頻率，參考如2018年1次、2019年8次[21]。
  5. ^ 根據《辭源》，「颮」字古有「biāo/ㄅㄧㄠ」「páo/ㄆㄠˊ」兩音。讀「biāo/ㄅㄧㄠ」音時同「飆」，義爲「暴風」；讀「páo/ㄆㄠˊ」音時義爲「風猛烈疾急」或「風聲」[66]。
  6. ^ 「龍捲」和「龍捲風」兩詞常混用（均可指旋風或指漏斗狀雲），不必嚴格區分[17]:15[69][70][18]。
  7. ^
    • 2023年中國大陸可確認災情強度等級的龍捲為28個[73]。
    • 美國是龍捲最多的國家，平均每年因龍捲造成的經濟損失達幾億美元[26]:282。
  8. ^ 在風場中，切變線是一條風向量發生突變的不連續線[79]。
  9. ^ 目前雷暴的主要分類方式是將於後文介紹的按結構特徵分為「普通雷暴」，與「超大胞」「多胞風暴」「颮線」等「強雷暴」等。
  10. ^ 在各機構天氣雷達圖上一般色階為土黃色，詳可見外部連結中列出的各類雷達圖像。
  11. ^ 部分文獻可能將「颮線」稱為一種「強對流天氣」[51]；但嚴格意義上，颮線是可引發強對流天氣的天氣系統，並非天氣現象，所以本身並不是「強對流天氣」[1]。

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外部連結

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強對流實況

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強對流預報預警

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雷達圖像

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衛星雲圖

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