风雹灾害是指冰雹、雷雨大风和龙卷风等强对流性天气造成的灾害。由于这种灾害性天气发生在积雨云中,故称其为“对流性风暴”或“强雷暴”,以严重降雹为主的雷暴又称“雹暴”。风雹灾害又称“风暴灾害”,这种灾害主要发生在温带地区,但各地发生的频次和危害程度有所不同。我国每年平均发生近1000县次,最少为400余县次(1977年),最多达2150余县次(1987年)。由于这种灾害发生范围广、频次高,局部灾情重,所以累积灾害造成的损失比较重,约占全国自然灾害总损失的10%左右。
(一)风雹灾害的成因
风雹灾害主要表现为风灾、雹灾和暴雨灾害。由于这三种灾害同时发生在强雷暴云中,所以往往是相伴而至。也就是说,风雹灾害是强雷暴云的产物。通常一个雷暴云叫做一个雷暴单体,其水平尺度约10多公里。多个雷暴单体成群或成带地聚集在一起叫做雷暴群或雷暴带,其水平尺度可达数百公里。每个雷暴单体的生命史大致可分为发展、成熟和消亡三个阶段。在不同的阶段中,其结构的特征不同(图5—1)。一般每个阶段大约持续10多分钟至半小时左右。一般雷暴单体的生命期约为半小时至1小时左右,而多个单体的雷暴群或雷暴带往往随着单体的新陈代谢可持续几小时或10多小时。从图5—1中可以看出,雷暴云在发展阶段(即积云阶段)地面上的风一般很弱,但上升气流贯串于整个云体,云顶高度一般在4—5公里以上。成熟阶段(即雷暴云或风暴云阶段)有雷电和阵性降水物产生,并且由于雨或冰雹等降水物的拖曳作用在云中产生下沉气流。这种下沉气流冲到地面附近时,向四周散开,造成阵风。这时云顶高度可达7—18公里。风雹灾害就发生在此阶段中。消散阶段,云中上升气流明显减弱,以下沉气流为主,云体逐渐消散。
风雹灾害产生于成熟阶段的风暴云(强雷暴云)中。此时云底部的下沉气流呈楔状,把前方的暖湿气流抬升起来,所以通常上升气流呈斜状,又称“斜升气流”(图5—2)。这种上升气流在移动的风暴云中位于其右前侧,而下沉气流在其右后方。风暴云中的上升气流速度,一般可达15—27米/秒或以上,特强的上升气流可达60米/秒以上。这种强烈的上升气流可以承托住直径为15—20毫米或以上的雹粒。雹粒的大小与上升气流的速度成正比。此外,风暴云中强烈的下沉气流常常造成近地面层很强的雷暴高压和辐散的气流(图5—2)。这种辐散气流与其前方暖湿空气之间形成一个陡峭的分界面,又称“阵风前沿线”。因此,当风暴云临近的瞬间发生风向突变、风力猛增、气温急降,阵雨、冰雹接踵而来。例如,1974年6月17日,南京受风暴云侵入时,出现12级以上大风(最大瞬间风速为38.8米/秒),10分钟内气温下降了11℃。一般狂风暴雨、冰雹和龙卷风等灾害都发生在“阵风前沿线”附近及雷暴高压前半部。
龙卷是风暴云底部伸向地面的旋转的漏斗状云。当它伸展到地面时会引起强烈的旋风,所以俗称龙卷风。实际上,龙卷是一个强烈旋转的小涡旋,中心气压很低,其风力可达100—200米/秒以上。所以它具有很大的破坏力。事实表明,产生龙卷的风暴云发展最强烈,其造成的损失最严重。
(二)风雹灾害的基本特点
1.局地性强。一般强雷暴云的水平尺度约10多公里,生命期约几分钟至1小时;多单体群(或带)水平尺度为10—100公里,生命期可达几小时到10多小时。然而产生灾害的“阵风前沿线”等部位,仅是该雷暴云的一小部分,而且受地形等影响,时强时弱,所以造成的灾害区是一种间断性的。一般成灾范围,其宽度从几十米到几公里,长度为几百米到10多公里,长者可达几十公里,这样,使各地灾情轻重不一。人们常用“雹打一条线”、“冰雹隔牛背”来形容其局地性。
2.持续时间短。一般风雹持续1—15分钟左右,少数在30分钟或以上,所以这种灾害具有“来得猛,走得快”的特点。
3.群发性明显。由于强雷暴云的生成和发展受冷(暖)锋、低涡和切变线等天气系统的影响,所以它随着天气系统的移动,相继侵入各地而形成灾害。例如,1987年7月31日14点10分到17点15分,在3个多小时内黑龙江省的呼兰、海伦、拜泉、讷河、绥棱、望奎、克山、青冈、汤原等地相继发生龙卷风。
4.发生时间集中。强雷暴云的发展,除了受天气系统的抬升作用外,还受下垫面的热力影响,因此它的日变化明显。据统计,河北省降雹在13—19时的频率达75%。华南地区也多见于午后到上半夜。
5.发生频次高。风雹灾害是我国气象灾害中发生频次最多的灾害。根据统计,全国每年平均发生近千县次,最少也有400县次,最多达2150多县次。