夏季对流之能量哪里来

沈越婷

4月15日，2021年第一道闪电划破天际，第一声春雷响彻北京，比常年早了8天。5月16日，北京市气象局宣布北京入夏，比常年又早了3天。这一切都预示着2021年的夏天又将是一个极不平凡的季节。4月15日以来，北京市气象台已经发布了10多个雷电预警信号、20多个大风预警信号（包含非雷暴大风）、分区预警中也出现了多个暴雨预警信号和冰雹预警信号。

随着夏天来临的是一场又一场强对流天气。究竟什么是强对流天气？首先看这个词：强对流，顾名思义，就是对流中比较强的那种。

在解释强对流之前，我们先来看看什么是对流。在夏季强降水相关的新闻里，我们总能听到“稳定性”或者“对流性”这样的词语。其实降水分为两种，一种是稳定性降水（也叫系统性降水），一种叫对流性降水。

系统性降水与对流性降水是什么

系统性降水也是大尺度降水，一般来说就是干冷气流与暖湿气流相遇，由于暖湿空气比干冷空气轻，暖湿空气被抬升形成的降水。这种降水的特点是水平范围大（可达上千千米），持续时间长（长达几天），降水强度小（一般小时降水量都在20毫米以下），不伴有雷电等。造成这种降水的往往是锋面这样大尺度的天气系统。这种大范围的冷暖气流交汇，使得暖空气被缓慢抬升后，降温冷却形成降水。此时云团无法得到较好的垂直伸展，以层状云为主。

對流性降水是中小尺度降水，其与系统性降水不同，最基本的特点就是伴有雷电，有时还伴有每小时20毫米以上的短时强降水，伴随发生的可能还有冰雹、大风等灾害性天气。这些灾害性天气都有两个特点：第一，一定是暖空气受环境空气浮力作用抬升，与大尺度降水相比，对流性降水中对流云团垂直伸展更高，而范围明显偏小，通常以积雨云等积状云为主;第二，对流性降水通常发生在某一个区域里（几千米到几百千米），持续时间较短（几十分钟到几小时不等）。

降水的三要素是水汽、上升运动和凝结核。简而言之，降水过程主要是利用能量，将低层暖湿水汽抬升至一定高度，使之凝结、碰并增长并降落地面。大尺度与对流性降水的主要区别就在于能量来源不同，大尺度能量主要来自环流及冷暖空气流动产生的水平风速动能，对流性降水能量主要来自局地高温高湿积累而储存的热能。我们也可以这样理解，在总能量相同的条件下，能量均匀分布在大范围的环境中所引起的降水就是大尺度降水;而如果能量集中在一个或几个区域中，使此处发生激烈的对流性天气，就是对流性降水。就像用同等数量的燃气烧水，一个是对整个锅底以60℃的温度均匀加热，一个是对锅的某一点以90℃加热。加热完后你也许会得到两锅温度相同的水，但是加热过程中它们的状态是完全不同的：一个是温温吞吞、均匀地冒一点小气泡，另一个是被加热的那个点附近在疯狂地冒大气 泡。

强对流天气中能量如何聚集

一场强对流天气的发生需要将大范围的能量都集中到某一处去，那么这些能量是如何自觉地跑到一个地方去的呢？

第一，“本地”就有很多这些能量。一般来说，对流性降水在低纬度地区发生偏多，特别是在赤道地区最多。在中高纬度，对流性降水主要出现在夏半年，冬半年的对流性降水在我国极为少见。这主要是因为夏季日照强，温度高，再加上城市热岛效应和海陆风、山谷风等的影响，使得本地温度升高，能量积累。而且夏季的对流行天气多发生在午后，这也是因为午后是一天中气温升得最高的时候。

第二，输送。当上游有大范围的暖湿空气向本地输送时，一部分暖湿空气可能和冷空气相遇产生系统性降水;另一部分由于下垫面的不均匀性、风向的变化等，能量随着风向都输送到了某些“局部”区域，而当能量都输送到本地，本地暖空气开始辐合抬升，于是周围的暖空气自然而然向本地流动，随着“局部”（本地）区域输送能量的积累，本地暖空气由于辐合及浮力作用，开始向上抬升，于是周围的暖空气自然而然向本地流动，本地不稳定能量积累。这也是为什么当本区域未发生强对流天气，而附近某区域发生了强对流天气时，我们本地的闷热天气也会得到缓解。虽然并没有下什么雨，但是本地的能量已经消耗了大部分。以端午降雨天气为例，端午前期北京是“桑拿天”，6月11日，高温蓝色预警，整个北京地区都处在一种能量条件极好的情况下。在6月13日中午前后，随着降雨云团的接近，北京地区多处“冒泡”，最强的在顺义北小营站，小时雨强达32.5毫米，累计雨量达到暴雨量级。然而，同样闷热的怀柔、昌平、门头沟，有大片区域没有下雨，但也依然获得了能量释放后的凉爽天气。

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