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强对流,猛于虎
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最近,江南、华南等地灾害天气频发:10日下午,广西大新县城就受到了冰雹袭击,上千车辆难逃“狂轰乱炸”。11日凌晨,海南洋浦海域突起大风,阵风达9至10级,6艘渔船遇险沉没,遇险人数达17人。12日下午,飑线扫过广东珠三角,广东、深圳等现雷雨大风,佛山据说还出现了龙卷风。

这一类暴躁的天气,其实都属于“强对流”。

中央气象台高级工程师樊利强称,3月中下旬以来至今,江南南部、华南地区已经发生3次较大的强对流天气过程,较常年同期偏多3-5成。目前江南、华南地区处于春夏之交,正是强对流天气多发的时节,预计,未来三天,贵州、湖南、广西、广东等地还易发强对流天气,需注意防范。

贵州南部、湖南南部、广西北部、广东等地是短时强降雨、雷电、冰雹、大风等多发的区域。值得注意的是,强对流天气最易发生在傍晚至夜间。中央气象台高级工程师樊利强提示,目前不仅是江南、华南强对流天气高发时段,北方的华北等地雷电、大风天气也开始发展。

广东佛山,一架巨大的钢构被狂风吹成了“犁地机”。图片来源:中国气象爱好者

强对流天气是怎么形成的? 简而言之,强对流其实是由空气强烈垂直运动所导致的天气现象。最典型的就是夏季午后的强对流天气,即人们夏季午后所见的伴有雷电、大风的强降雨天气。

樊利强解释,3月中下旬以来,偏暖气流比较强,输送的水汽和能量都比较强,而较为活跃的冷空气时常南下与暖空气“约架”,双方在江南南部和华南地区的上空“对峙”,频繁迸发出强对流天气。

当近地面的空气从地球表面接受到足够的热量,就会膨胀,密度减小。这时大气处于不稳定的状态。这种情况像水缸里的油和水一样,当密度较小的油处于水缸底部,而水处于上部时,一定会产生强烈的上升运动,最终油会浮到水面上。

同理,近地面较热的空气在浮力作用下上升,并形成一个上升的湿热空气流。当上升到一定高度时,由于气温下降,空气中包含的水汽就会凝结成水滴。当水滴下降时,又被更强烈的上升气流抬升,如此反复不断,小水点变成大水滴,直至高空气流无力支持其重量,最后下降成雨。因此,在此过程中常伴有冰雹、雷雨、大风等天气现象。

冰雹形成的原理。

当然各类强对流天气形成的物理过程是不完全相同的,这与下垫面的动力和热力作用的影响有很大关系,即与天气背景及地形因素有关。

强对流天气是以大尺度天气系统为背景,大尺度天气系统影响或决定着中小尺度天气系统的生成、发展和移动过程。例如,龙卷的形成与强雷暴云中强烈的升降气流有关。当升降气流之间形成很强切变时,就会发生强烈的水平轴的涡旋,而在地形平坦、不容易破坏天气系统结构的平原或海上,这一系统会继续发展,形成龙卷。

从形成原理可知,我国一年四季都可能发生强对流天气。但实际上,常发于春夏季。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,互不相让,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位于江南一带。

而在全球变暖背景下,气候变率增大、气候波动幅度增加,会间接导致强对流频发。如美国强风暴实验室专家布鲁克斯所说的那样:“在过去的几十年间,龙卷风等强风的数量处在增长中,随着全球气候变暖,将产生更多利于生成龙卷风的天气条件。”

强对流天气有哪些?

在一些人的印象中,龙卷风似乎只存在于灾难片中,或只是大洋彼岸才比较常见的灾害。其实,虽然龙卷风生成数量不多、地域性较强,但在我国并非罕见,长江口三角洲、苏北、鲁西南、豫东的平原和湖沼区,以及雷州半岛等地都是龙卷风的易发区。

龙卷风的脾气极为暴烈,风速大约在每小时320公里至337公里之间。一些气象学家计算发现,龙卷风在肆虐时所释放的能量区间值堪比原子弹。在强烈龙卷风的袭击下,房子屋顶会像滑翔翼般飞起来,其余部分也会跟着崩解。

雷雨大风其实是雷电、降雨、大风等多种天气现象的综合体,强烈的阵风以及雷电是雷雨大风天气造成危害的主要因素。风力的加强非常突然,人们往往来不及提前防御就已经受到暴风雨的袭击,财产容易遭受损失,甚至生命安全也会受到威胁。

短时强降水是人们最熟悉的强对流天气之一。乌云蔽日、暴雨倾盆,在很短时间内,巨大的降水倾泻而出。由于短时强降水会带来地表径流量的激增,在不同地区会引发各种不同灾害。在城市,短时强降水易造成城市内涝,阻碍交通,甚至危及低洼地带居民的生命。而在地质条件较为脆弱的地区,短时强降水是山洪、泥石流、山体滑坡等灾害的“催化剂”,严重威胁着当地居民的生命财产安全。

短时强降水会带来地表径流量的激增,引发内涝。图片来源:中国天气网

相比短时强降水,冰雹的危害影响范围可能较小,但更加直接,有时也更为强烈。5月30日,位于甘肃东部的静宁县遭遇了30分钟的冰雹袭击,最大直径约2.8厘米,局地堆积厚度达5厘米至6厘米,这对正值生长期的苹果、玉米、小麦及马铃薯等造成严重影响。虽然冰雹灾害是一个小尺度的灾害事件,但是我国大部分地区都有冰雹灾害,几乎全部的省份或多或少地有冰雹成灾的记录,受灾的县数接近全国县数的一半。

“个头”不大、突如其来、生命短暂,然而却能在短时间内释放出强大的力量。这一特性使得强对流天气家族中的各个成员——短时强降水、冰雹、龙卷风、雷雨大风、雷暴及飑线等,均有极强的破坏力,成为人们不得不防范的灾害性天气。

10日,冰雹突袭广西大新,千辆车辆受损。

强对流天气很难预报

既然强对流天气危害这么大,那么我们有办法预报这种灾害,并想办法预报吗?实际情况是,目前还有一些难题需要解决。

当强对流天气发生时,往往几种灾害同时出现。因为这种天气历时短、天气剧烈、破坏性强,所以世界上把强对流列为仅次于热带气旋、地震、洪涝之后第四位具有杀伤性的灾害性天气。这些特点也使强对流天气预报成为一道世界性的难题。

由于强对流天气发生于对流云系或单体对流云块中,在气象上属于中小尺度天气系统,空间尺度小,一般水平范围大约在十几公里至二三百公里,有的水平范围只有几十米至十几公里。其生命史短暂,并带有明显的突发性,约为一小时至十几小时,较短的仅有几分钟至一小时。

对这种小尺度的、发展迅速的系统进行预报,在气象上来讲存在着一定的困难。强对流天气的特征使得在目前的观测条件下,不仅是中国,即使是世界发达国家,对于其信息的捕捉也不够全面。举例来说,在夏天,北京市海淀区出现雷暴或者冰雹,在通州却是晴空万里。

最近广东遭遇强对流天气,造成了一定的损失。图片来源:中国气象爱好者

国家气象中心强天气预报中心预报科科长方翀曾表示,相对于欧美等先进国家,我国强对流天气预报起步较晚。比如美国,因为当地龙卷风出现的频率很高,并且造成的危害很大,因此在龙卷风方面的研究起步早。但是,即使在美国,也没有办法完全准确预报强对流天气。

以龙卷风为例,由于其属于小尺度天气系统或者小概率事件,其时间、空间随机性较强,目前绝大多数的气象探测设备和探测系统都无法有效监测、追踪它的发生发展。在确定是否为龙卷风上,也必须经过现场勘测。美国有着丰富的预报和监测经验,气象监测站距离逐年缩小,雷达网日趋完善,但其预警时间也十分有限,很难提前准确预报。

我国在2009年成立了国家气象中心强天气预报中心,在这方面进行了很多努力。目前,整体预报技术水平有了明显上升。但是,在范围和强度的预报上,比如说冰雹达到多大直径、大风达到多少米/秒,就现有技术水平来看还存在一定的难度,技术上还有很大的提升空间。未来,气象部门将积极推进短时预报及中尺度数值模式的发展,强对流天气预报水平将得到进一步提升。

在攻克强对流天气预报这条道路上,各国气象专家都在努力不懈地探索中。现在世界上各个国家对于可能性的预报都只属于一种潜势预报,即在某一个相对比较长的时间段里,某个地区发生对流天气的可能性。由于时段较长,所以只能全面地给出一个大范围的预报,并不特别具有针对性。

提前一段时间(几分钟、几十分钟或几小时)发布预警信息,则可以有效地弥补突发性、局地性强对流天气长时效预报能力的不足。所以,世界各国一般都采取临近预警的方式来进行指导和服务。

提前一小段时间预报,也能显著降低强对流天气带来的危害。图片来源:中国天气网

如何防御强对流天气? 政府及相关部门按照职责做好防短时暴雨、防雷、防大风准备工作,气象部门做好人工防雹作业准备。

强对流天气发生时,雷电较活跃,不要呆在空旷的环境中,应躲避到有避雷设施的建筑物里;驱赶家禽、牲畜进入有顶蓬的场所,妥善保护易受冰雹袭击的汽车等室外物品或者设备。

另外,瞬时大风容易造成树木折断和房屋倒塌,造成人员伤亡,户外行人和工作人员减少户外活动,注意远离棚架广告牌等搭建物。一旦强对流引发雷雨大风,注意不要在瓦房屋檐下、烟囱、广告牌、电线杆或大树底下躲避。

相关水域水上作业和过往船舶采取回港规避或者绕道航行等积极应对措施。工地注意遮盖建筑物资,妥善安置易受暴雨、风雹影响的室外物品;检查城市、农田、鱼塘排水系统,做好排涝准备和对山洪、滑坡、泥石流等灾害的防御准备。(编辑:Jerrusalem)

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