大气对流引发的天气现象有哪些？

人常说太阳是地球上的万物之源，事实的确如此，连地球上变化莫测的气象景观也是由太阳引起的。地球每时每刻都接受着来自太阳的热量与辐射，这些热辐射在地球表面及大气层中的不均匀活动造成了丰富多彩的气象变化。

地球在白天吸收来自太阳的可见光和紫外光并渐渐升温，整个地球接收到来自太阳的平均能量为340瓦每平米，其中三分之一的能量被云层和地表面的冰直接散射回太空，剩下的则被地面和大气层所吸收。这部分被吸收的能量总和相当于将地球表面按每隔2米安置一个散热器铺满并同时运行它们所需的总能量。

然而，地球表面及大气层接受到的辐射值其实是不均匀的。首先，由于地球是一个球体，每天只能有一半球体处于白天，剩下一半的区域会处在接受不到太阳热能与辐射的黑夜中。其次，同处于白天的不同纬度地区接受到的辐射值也不同，升温的程度也不同。平均而言，靠近赤道的热带地区的大气层和地面可以吸收超过300瓦每平米的能量（太阳光几乎直射地面，与地表角度近90°，地表受热面积大），中低纬度区域的升温也更为强烈，但极地地区却只能吸收到不足100瓦每平米的能量（太阳光与地面呈大角度，地表受热面积小），温度变化不大。与此同时，地球也持续不断地向不同方向发射着与吸收量几乎持平的红外辐射。

在大气层和广袤的海洋的保护下，地球吸收的不均匀热能得以由高热能区传输到低热能区，不会出现过于极端的温度变化（地球上赤道及高纬度地区的温差通常在50℃以内，远小于月球等没有大气层的星球）。地球大气层可传输的最大热能值可以达到5拍瓦（PW，5×1015瓦），而人类至今发明的最大核电站的容量仅为8吉瓦（GW，8×109瓦），人类有史以来消耗的能量总和也不过18太瓦（1.8×1013瓦），还不到大气层可传输热能的1/250。

这些发生在大气层和海洋中的热能传输运动受到太阳辐射的影响而变化，也形成了地球上不同温度区域间的空气流动。在这样的空气流动过程中，热量被转化成许多其他形式的能量，影响着地球上的气象变化。此外，地球的自转也对气候产生了深远的影响（尤其是在中纬度地区），自转使大气与海洋间的主要热输送方式由纵向对称（以赤道为界两边对称）变为横向波动，造成了人们熟知的高压和低压天气。下面就让我们一起去看看七种由大气对流引发的气候现象吧。

喷射气流（Jet streams）

喷射气流是围绕着地球快速移动的窄带状（只有几公里深，宽度可达上百公里）空气，形成于距地面约1万米的高空中，也是暖空气与冷空气的边界。在喷射气流的中心处，风速可达到200公里每小时，1967年甚至出现过656公里每小时的超高风速记录（在苏格兰的外赫布里底群岛）。

北极上空的喷射气流对气候的影响最大，这些气流从北极出发，路线不断变化，从而操纵着整个地球天气变化，有时甚至会引起风暴和洪水。当喷射气流的曲线向南，则说明极地冷空气将要南下；当曲线向北，则更可能带来暖空气和稳定的天气。总的来说，这种气流的不规则变化很容易引起极寒或酷暑。除此之外，这种气流的位置对于飞机航线的规划是至关重要，从西向东的顺气流飞行可以更加节省时间。

热带气旋（Tropical cyclones）

这种气候现象出现在美国时被称为"飓风（hurricanes）"，出现在远东地区（如中、日、韩以及东南亚附近）则称为“台风（typhoons）”，常见于低纬度区域的夏末秋初。热带气旋通常由一种弱的低气压气旋渐渐演变成具有大规模破坏性的气旋，加之温暖海水的蒸腾作用，气旋在不断增强的过程中受到水蒸气的驱动而形成高空风暴云。

据记载，这种气旋形成的风暴中心的最高风速可达200公里每小时，并伴随强降雨（风眼附近云层两个小时的降雨可超过英国全年的平均降水量），可能会诱使海平面增高和洪水泛滥。1970年，造成孟加拉国和印度西孟加拉邦50万人死亡的飓风"波拉（Bhola）"被认为是史上最严重的自然灾害之一，但波拉飓风的强度仅有3级。人类目前勘测到的最高飓风级别为5级，2005年的“卡特里娜（Katrina）”飓风就属于5级飓风，其中心风速超过280公里每小时，对美国路易斯安那州、密西西比州及阿拉巴马州造成了灾难性的破坏。而远东地区常见的台风分级与飓风不同，自强到弱分为超强台风、强台风、台风、强热带风暴、热带风暴、热带低压六个等级，2015年9月底对我国台湾东北部、大陆福建、浙江等地区造成严重破坏和影响的台风“杜鹃”的最高台风风级可达15级，风速可达48-50米/秒（约为170-180公里/小时），属于强台风。

龙卷风（Tornadoes）

龙卷风是一种相对小但猛烈的旋风，多在积雨云下强烈的垂直对流区域形成。龙卷风在发展过程中会在漩涡中心形成漏斗云，极端风速达到500公里每小时，并伴随着其周围蔓延很远的强风，使所经之处遭到极大的破坏。

1925年3月，席卷了美国密西西比河流域三个州的龙卷风是有记录的路径最长的龙卷风，行程超过350公里，共导致747人死亡。而1989年4月，孟加拉国发生的Daulatpur-Saturia龙卷风虽然范围不大，却造成了超过1300人死亡，使8万人无家可归。

沙尘暴（Dust storms）

沙尘暴对于生活在天朝（尤其是身处帝都）的国人来说是一种亲身经历过并且十分熟悉的天气现象了，这种大型风暴可以将沙子和细的矿物颗粒从一个地方搬运到另一个地方，世界各地乃至宇宙中都出现过这样的气象。在北非，大型的沙尘暴也被称为“哈布沙暴（haboobs）”，通常伴有狂风和雷雨。沙暴中扬尘可高达1000米以上，风暴范围覆盖数千平方公里，并持续几个小时。与此同时，扬在空中的尘埃又会透过光照吸热，加速空气的升温，在风暴的边缘强化风力。类似的沙尘暴也会发生在美洲和亚洲的干旱地区。

地球上的水气使得沙尘暴扬起的细小灰尘颗粒可以被包裹进水滴中，渐渐消除，而在火星等干燥的星球上，沙尘暴有时能够席卷整个星球。

尘卷风（Dust devils）

这是一种小型的气流旋转对流运动，能够扬起地面的灰尘。当较冷的大气与较暖的地面接触使，尘卷风就容易受到热能的推动而产生。因此，尘卷风更多见于沙漠地区，但一些温带气候区域也有过尘卷风的记录。

与沙尘暴一样，尘卷风也可能出现在其他星球上，而且规模更大，火星上观测到的尘卷风高达2万米，直径范围约200米。

闪电（Lightning）

闪电是发生在地球大气层中的一种普遍现象，通常出现在强烈的垂直对流区域。闪电发生时，天空中将时刻活跃着大约2000个雷暴点，而狭窄的闪电闪光中心空气能够瞬间达到3万摄氏度，相当于太阳表面温度的五倍，并由于剧烈的热空气膨胀发出震耳的雷声。不幸被闪电击中的树木通常会被炸得四分五裂，接触闪电的水也会瞬间沸腾。

冰雹（Hail）

冰雹通常与雷暴相伴而生，也是一种强对流天气现象。从名字看冰雹似乎应该发生在冬季，但其实春末和夏天才是冰雹真正出现的时间。强烈的上升气流会使冰雹的尺寸变大，有时单颗冰雹的大小甚至可以达到直径20厘米，重达1公斤。大型的冰雹灾害是致命的，世界各地都曾出现过冰雹灾害致人死亡的消息，农作物和畜牧业也容易受到冰雹的影响而遭受损失。