強對流天氣

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，主要包括短時強降水、對流性大風、冰雹、龍捲等。這類天氣通常突然發生，伴隨雷暴（即俗稱的「打雷閃電」），而且變化迅速，又有強破壞力，易造成巨大災害。引發強對流天氣的強雷暴系統為中小尺度天氣系統，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。伴有雷電的積雨雲稱雷暴雲，一塊雷暴雲稱雷暴單體，雷暴單體可組成雷暴群。強雷暴比一般雷暴有更強的垂直氣流，其內部有一高組織度、不對稱的穩定垂直環流。強雷暴通常有超級單體、多單體風暴與颮線三種形式。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。

定義與相關概念

「強對流天氣」一詞主要指短時強降水、對流性大風、冰雹、龍捲等一類天氣，是強烈的「對流性天氣」（convective weather）。對流性天氣通常有雷暴（閃電）出現；引發對流性天氣的天氣系統叫「對流性風暴」（convective storm），通常直稱「雷暴」（thunderstorm）。只伴隨小陣雨、小陣風或小冰雹（即雨、風、雹強度未達閾值）的雷暴稱「一般雷暴」；伴有一定強度的短時強降水、雷暴大風或冰雹，或伴隨龍捲風（即出現強對流天氣）的災害性雷暴通稱「強雷暴」（severe thunderstorm）。另外，嚴格來說，並非所有對流性天氣都一定有雷電活動，因此Doswell（2001）和Marcowski and Richardson（2010）等學者建議用「深厚濕對流」這一術語代替「雷暴」。

範圍與時間

造成強對流天氣的雷暴（系統）屬於中小尺度天氣系統，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），天氣預報常用「局地」「瞬時」等字眼。儘管如此，有時也可波及範圍達數十萬平方千米或以上（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。

雷暴（系統）常發生於鋒面前後（尤其是快移型冷鋒）、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。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」）。

對流性天氣等級

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。

中華人民共和國標準

2018年，中華人民共和國中國氣象局發佈了《強對流天氣等級》氣象行業標準，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、短時強降水、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，需要短時強降水、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。

美國標準

美國國家氣象局將達到一定對流性大風風級或冰雹直徑、或出現龍捲的對流性天氣現象定義為「強雷暴」（severe thunderstorm），將沒有出現龍捲風但達到較弱的某一標準的風力等級或冰雹直徑的定義為「較強雷暴」（approaching 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，美國不將降水強度作為判斷強雷暴的標準。

強對流天氣現象

雷暴

主條目：雷暴

「雷暴」這一術語既可指電閃雷鳴的天氣現象，又可指代引發對流天氣現象的天氣系統。雷暴（閃電）本身是最普通的對流天氣，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。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。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）。

短時強降水

短時強降水（short-duration heavy rain）是雨強較大的對流性降水（「對流性降水」參看雷暴與強對流天氣一小節）。在中國大陸，這一術語一般指1小時20毫米以上或3小時50毫米以上的降水事件，通常以1小時20毫米作為「強對流天氣」的標準（達到1小時80毫米則為「超強對流天氣」）。美國則不將降水強度作為判定雷暴（對流天氣）強度的標準。

「短時強降水」和「暴雨」有所區別：短時強降水強調雨強（持續時間通常不超過1小時），由雷暴（中小尺度天氣系統）造成，常導致城市內澇和山洪、泥石流、滑坡等局地短促災害；暴雨則強調累積量（一般以24h或12h降水量為標準），一般由大尺度系統造成，常導致區域性水浸災害。但持續性的短時強降水則必然導致強暴雨（詳見雷暴與強對流天氣一小節）。

在中國大陸，一日當中，短時強降水通常在午後出現（16—17時頻率最高），這是由於午後地面氣溫上升，大氣的上升運動強烈；上午（9—12時）最少出現。

「短時強降水」這一術語不同於「短延時強降雨」（又稱「短時間強降雨」）：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）、任何降水形式（不限於對流性降水）造成的短延時（如1、2、3、6小時等）強降雨事件；交通部中央氣象局將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」。

對流性大風

對流性大風（convective wind gust）是由對流單體中的下沉氣流在近地面處水平擴散而形成的陣性大風；若伴隨雷暴或雷雨出現，又可稱「雷暴大風」或「雷雨大風」。在中國大陸，對流性大風要達到8級（≥17.2 m/s）才算作「強對流天氣」，達到6級可稱「較強對流天氣」（達12級可稱「超強對流天氣」）。在美國，需達到58 mile/h（約25.7 m/s，在10級區間）可稱「強雷暴」；達到40 mile/h（約17.9 m/s，在8級區間）可稱「較強雷暴」。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（biāo）」。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」。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。

冰雹

主條目：冰雹

「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。在中國大陸，冰雹直徑大於20mm（2.0 cm）可達到「強對流天氣」等級，否則則為「較強對流天氣」；在美國，達到1 inch（約2.54 cm）可稱作「強雷暴」，達到1/2 inch（約1.27 cm）可稱「較強雷暴」。以嚴重冰雹為主的強對流天氣或強雷暴系統又稱「雹暴」（hailstorm）。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。

龍捲

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」。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」。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。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。由於尺度太小，龍捲的預報尤為困難：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。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。

結構與成因

雷暴單體與雷暴群

在不穩定的氣層中，大氣對流使空氣團垂直發展，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）。此時雲內水的相態複雜，有過冷水滴、雪花、冰晶等。空氣對流伴隨冰晶凇附、水滴破碎等過程使雲中產生電荷。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，意味着積雨雲越強、雲頂高度越高）。產生雷暴（閃電）的積雨雲稱「雷暴雲」，一塊雷暴雲稱雷暴單體（thunderstorm cell），水平尺度約十幾千米。

一個雷暴單體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，總生命史一般不超過2小時。發展階段即積雲階段，雲體為上升氣流。成熟階段開始產生降水，降水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。隨着雷暴雲體移動，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。一般的單體雷暴持續時間較短，也較為常見，因而又稱「陣雷」；在強風切變等環境下，有時可發展形成一種叫作「超級單體」（參看下小節）的雷暴單體，這是一種激烈壯觀的強雷暴。

多個雷暴單體成群（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單體可處於不同階段，雷暴群的總體結構會隨各個單體的發展消散而變化，整個多單體結構可持續幾小時或以上。有時，雷暴單體相互之間可以合併，通常可使雲團的面積、強度得到發展，生命史也得以延長，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。

一般雷暴與強雷暴

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。強雷暴內部的這一垂直環流穩定強大，可維持數小時之久。根據結構特徵，常見的強雷暴主要可分為超級單體、多單體風暴與颮線三種類型。其中超級單體為雷暴單體，後兩者為雷暴群/雷暴帶。

「超級單體」（supercell）是具有單一特大垂直環流的一塊大型強雷暴雲，在所有強雷暴類型中組織度最高，產生的天氣最激烈。超級單體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（mesocyclone）（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）。超級單體移動前部為斜升氣流，後部有下擊暴流（即衝擊地面的強下沉氣流）。「多單體風暴」由許多較小的雷暴單體組成，但其內部有一統一垂直環流（多單體的一般雷暴群則沒有這種統一垂直環流）。「颮線」是許多雷暴單體沿線狀側向排列形成的雷暴帶。颮線上的單體之間一般不相干擾。整個颮線可持續幾小時至十幾小時，長度可達幾百千米（長寬比一般至少為5:1）。

雷暴與強對流天氣

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。來自對流雲的陣性降水稱「對流性降水」（其他降水形式還有鋒面降水、地形降水、颱風降水等），伴有雷暴的對流性降水通稱「雷陣雨」。一個一般雷暴單體的陣雨常持續幾分鐘至一小時；雷暴群或雷暴帶的降水區呈片狀或帶狀，由於每個單體強弱不一，整個系統造成的降水也有很強的局地局時性。對流性降水的強度主要取決於水汽垂直遞減率和低層大氣對流有效位能（CAPE），也與實際有效凝結率有關。對流性降水（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。雷暴水平尺度越大（一般生命史也越長）、移動速度越慢，（某地）降水時間越久。而傳播狀態主要影響線狀雷暴帶造成的降水：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）降水持續時間較短；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，降水持續時間越久；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單體進行補充），這些雷暴單體會在一段時間內持續不斷地通過某地，造成極強的累積降水，這種效應形象地稱作「列車效應」（train effect）。一些強致災性暴雨中短時強降水的「列車效應」即扮演了重要因素（如2021年造成380人遇難的河南鄭州「7·20」特大暴雨）。

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」）。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」）。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（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）。

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、斜升氣流強度較大，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，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級單體。

龍捲是具有極大破壞力的強對流天氣，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。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。

氣象業務歷史

中國大陸

2005年，中國氣象局中央氣象台開始嘗試預報強對流天氣，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。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日首次發佈，橙色預警於2024年4月2日首次發佈）。2015年，中央氣象台於內部嘗試發佈對強對流天氣的3—6h短時預報。2018年，中央氣象台於內部發佈一周強對流天氣展望預報。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，短時強降水次之，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（只可預報龍捲潛勢）。目前［2024年］，中央氣象台在官網提供面向公眾的「強對流天氣預報」（此外，若有強對流天氣預警，在「氣象災害預警」處發佈）。