夏季對流之能量哪里來

沈越婷

4月15日，2021年第一道閃電劃破天際，第一聲春雷響徹北京，比常年早了8天。5月16日，北京市氣象局宣布北京入夏，比常年又早了3天。這一切都預示著2021年的夏天又將是一個極不平凡的季節。4月15日以來，北京市氣象臺已經發布了10多個雷電預警信號、20多個大風預警信號（包含非雷暴大風）、分區預警中也出現了多個暴雨預警信號和冰雹預警信號。

隨著夏天來臨的是一場又一場強對流天氣。究竟什么是強對流天氣？首先看這個詞：強對流，顧名思義，就是對流中比較強的那種。

在解釋強對流之前，我們先來看看什么是對流。在夏季強降水相關的新聞里，我們總能聽到“穩定性”或者“對流性”這樣的詞語。其實降水分為兩種，一種是穩定性降水（也叫系統性降水），一種叫對流性降水。

系統性降水與對流性降水是什么

系統性降水也是大尺度降水，一般來說就是干冷氣流與暖濕氣流相遇，由于暖濕空氣比干冷空氣輕，暖濕空氣被抬升形成的降水。這種降水的特點是水平范圍大（可達上千千米），持續時間長（長達幾天），降水強度小（一般小時降水量都在20毫米以下），不伴有雷電等。造成這種降水的往往是鋒面這樣大尺度的天氣系統。這種大范圍的冷暖氣流交匯，使得暖空氣被緩慢抬升后，降溫冷卻形成降水。此時云團無法得到較好的垂直伸展，以層狀云為主。

對流性降水是中小尺度降水，其與系統性降水不同，最基本的特點就是伴有雷電，有時還伴有每小時20毫米以上的短時強降水，伴隨發生的可能還有冰雹、大風等災害性天氣。這些災害性天氣都有兩個特點：第一，一定是暖空氣受環境空氣浮力作用抬升，與大尺度降水相比，對流性降水中對流云團垂直伸展更高，而范圍明顯偏小，通常以積雨云等積狀云為主;第二，對流性降水通常發生在某一個區域里（幾千米到幾百千米），持續時間較短（幾十分鐘到幾小時不等）。

降水的三要素是水汽、上升運動和凝結核。簡而言之，降水過程主要是利用能量，將低層暖濕水汽抬升至一定高度，使之凝結、碰并增長并降落地面。大尺度與對流性降水的主要區別就在于能量來源不同，大尺度能量主要來自環流及冷暖空氣流動產生的水平風速動能，對流性降水能量主要來自局地高溫高濕積累而儲存的熱能。我們也可以這樣理解，在總能量相同的條件下，能量均勻分布在大范圍的環境中所引起的降水就是大尺度降水;而如果能量集中在一個或幾個區域中，使此處發生激烈的對流性天氣，就是對流性降水。就像用同等數量的燃氣燒水，一個是對整個鍋底以60℃的溫度均勻加熱，一個是對鍋的某一點以90℃加熱。加熱完后你也許會得到兩鍋溫度相同的水，但是加熱過程中它們的狀態是完全不同的：一個是溫溫吞吞、均勻地冒一點小氣泡，另一個是被加熱的那個點附近在瘋狂地冒大氣 泡。

強對流天氣中能量如何聚集

一場強對流天氣的發生需要將大范圍的能量都集中到某一處去，那么這些能量是如何自覺地跑到一個地方去的呢？

第一，“本地”就有很多這些能量。一般來說，對流性降水在低緯度地區發生偏多，特別是在赤道地區最多。在中高緯度，對流性降水主要出現在夏半年，冬半年的對流性降水在我國極為少見。這主要是因為夏季日照強，溫度高，再加上城市熱島效應和海陸風、山谷風等的影響，使得本地溫度升高，能量積累。而且夏季的對流行天氣多發生在午后，這也是因為午后是一天中氣溫升得最高的時候。

第二，輸送。當上游有大范圍的暖濕空氣向本地輸送時，一部分暖濕空氣可能和冷空氣相遇產生系統性降水;另一部分由于下墊面的不均勻性、風向的變化等，能量隨著風向都輸送到了某些“局部”區域，而當能量都輸送到本地，本地暖空氣開始輻合抬升，于是周圍的暖空氣自然而然向本地流動，隨著“局部”（本地）區域輸送能量的積累，本地暖空氣由于輻合及浮力作用，開始向上抬升，于是周圍的暖空氣自然而然向本地流動，本地不穩定能量積累。這也是為什么當本區域未發生強對流天氣，而附近某區域發生了強對流天氣時，我們本地的悶熱天氣也會得到緩解。雖然并沒有下什么雨，但是本地的能量已經消耗了大部分。以端午降雨天氣為例，端午前期北京是“桑拿天”，6月11日，高溫藍色預警，整個北京地區都處在一種能量條件極好的情況下。在6月13日中午前后，隨著降雨云團的接近，北京地區多處“冒泡”，最強的在順義北小營站，小時雨強達32.5毫米，累計雨量達到暴雨量級。然而，同樣悶熱的懷柔、昌平、門頭溝，有大片區域沒有下雨，但也依然獲得了能量釋放后的涼爽天氣。

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