夏季對(duì)流之能量哪里來(lái)

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(yù)示著2021年的夏天又將是一個(gè)極不平凡的季節(jié)。4月15日以來(lái)，北京市氣象臺(tái)已經(jīng)發(fā)布了10多個(gè)雷電預(yù)警信號(hào)、20多個(gè)大風(fēng)預(yù)警信號(hào)（包含非雷暴大風(fēng)）、分區(qū)預(yù)警中也出現(xiàn)了多個(gè)暴雨預(yù)警信號(hào)和冰雹預(yù)警信號(hào)。

隨著夏天來(lái)臨的是一場(chǎng)又一場(chǎng)強(qiáng)對(duì)流天氣。究竟什么是強(qiáng)對(duì)流天氣？首先看這個(gè)詞：強(qiáng)對(duì)流，顧名思義，就是對(duì)流中比較強(qiáng)的那種。

在解釋強(qiáng)對(duì)流之前，我們先來(lái)看看什么是對(duì)流。在夏季強(qiáng)降水相關(guān)的新聞里，我們總能聽到“穩(wěn)定性”或者“對(duì)流性”這樣的詞語(yǔ)。其實(shí)降水分為兩種，一種是穩(wěn)定性降水（也叫系統(tǒng)性降水），一種叫對(duì)流性降水。

系統(tǒng)性降水與對(duì)流性降水是什么

系統(tǒng)性降水也是大尺度降水，一般來(lái)說(shuō)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(diǎn)是水平范圍大（可達(dá)上千千米），持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)（長(zhǎng)達(dá)幾天），降水強(qiáng)度?。ㄒ话阈r(shí)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(tǒng)。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(shí)云團(tuán)無(wú)法得到較好的垂直伸展，以層狀云為主。

對(duì)流性降水是中小尺度降水，其與系統(tǒng)性降水不同，最基本的特點(diǎn)就是伴有雷電，有時(shí)還伴有每小時(shí)20毫米以上的短時(shí)強(qiáng)降水，伴隨發(fā)生的可能還有冰雹、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣。這些災(zāi)害性天氣都有兩個(gè)特點(diǎn)：第一，一定是暖空氣受環(huán)境空氣浮力作用抬升，與大尺度降水相比，對(duì)流性降水中對(duì)流云團(tuán)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(duì)流性降水通常發(fā)生在某一個(gè)區(qū)域里（幾千米到幾百千米），持續(xù)時(shí)間較短（幾十分鐘到幾小時(shí)不等）。

降水的三要素是水汽、上升運(yùn)動(dòng)和凝結(jié)核。簡(jiǎn)而言之，降水過(guò)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(jié)、碰并增長(zhǎng)并降落地面。大尺度與對(duì)流性降水的主要區(qū)別就在于能量來(lái)源不同，大尺度能量主要來(lái)自環(huán)流及冷暖空氣流動(dòng)產(chǎn)生的水平風(fēng)速動(dòng)能，對(duì)流性降水能量主要來(lái)自局地高溫高濕積累而儲(chǔ)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(huán)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(gè)或幾個(gè)區(qū)域中，使此處發(fā)生激烈的對(duì)流性天氣，就是對(duì)流性降水。就像用同等數(shù)量的燃?xì)鉄?，一個(gè)是對(duì)整個(gè)鍋底以60℃的溫度均勻加熱，一個(gè)是對(duì)鍋的某一點(diǎn)以90℃加熱。加熱完后你也許會(huì)得到兩鍋溫度相同的水，但是加熱過(guò)程中它們的狀態(tài)是完全不同的：一個(gè)是溫溫吞吞、均勻地冒一點(diǎn)小氣泡，另一個(gè)是被加熱的那個(gè)點(diǎn)附近在瘋狂地冒大氣 泡。

強(qiáng)對(duì)流天氣中能量如何聚集

一場(chǎng)強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)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(jué)地跑到一個(gè)地方去的呢？

第一，“本地”就有很多這些能量。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)流性降水在低緯度地區(qū)發(fā)生偏多，特別是在赤道地區(qū)最多。在中高緯度，對(duì)流性降水主要出現(xiàn)在夏半年，冬半年的對(duì)流性降水在我國(guó)極為少見。這主要是因?yàn)橄募救照諒?qiáng)，溫度高，再加上城市熱島效應(yīng)和海陸風(fēng)、山谷風(fēng)等的影響，使得本地溫度升高，能量積累。而且夏季的對(duì)流行天氣多發(fā)生在午后，這也是因?yàn)槲绾笫且惶熘袣鉁厣米罡叩臅r(shí)候。

第二，輸送。當(dāng)上游有大范圍的暖濕空氣向本地輸送時(shí)，一部分暖濕空氣可能和冷空氣相遇產(chǎn)生系統(tǒng)性降水;另一部分由于下墊面的不均勻性、風(fēng)向的變化等，能量隨著風(fēng)向都輸送到了某些“局部”區(qū)域，而當(dāng)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(dòng)，隨著“局部”（本地）區(qū)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(dòng)，本地不穩(wěn)定能量積累。這也是為什么當(dāng)本區(qū)域未發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣，而附近某區(qū)域發(fā)生了強(qiáng)對(duì)流天氣時(shí)，我們本地的悶熱天氣也會(huì)得到緩解。雖然并沒(méi)有下什么雨，但是本地的能量已經(jīng)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(lán)色預(yù)警，整個(gè)北京地區(qū)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(tuán)的接近，北京地區(qū)多處“冒泡”，最強(qiáng)的在順義北小營(yíng)站，小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)32.5毫米，累計(jì)雨量達(dá)到暴雨量級(jí)。然而，同樣悶熱的懷柔、昌平、門頭溝，有大片區(qū)域沒(méi)有下雨，但也依然獲得了能量釋放后的涼爽天氣。

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