雷暴在何地觸發，與土壤和風有關

難以預報的雷暴

雷暴，是一種局部性的強烈風暴，通常伴隨打雷、閃電、強降雨、冰雹、大風以及氣溫的突然變化。發展中的雷暴內部包含一股強烈而局域性的垂直上升氣流，這種氣流可以被地基天氣雷達探測到，并用于支持實時天氣預報和強雷暴預警系統。

根據世界氣象組織（WMO）的數據，在2010年至2019年間，雷暴及其相關災害在全球范圍內導致了約3萬人死亡，并造成了大約5000億美元的經濟損失。正因如此，提升對雷暴的預報能力具有重要意義。

人們早已知道，雷暴更容易在溫暖、潮濕且空氣不穩定的日子里形成。借助現有手段，科學家可以提前約4~5小時預測雷暴的觸發。然而，這些預報只能將風暴發生地點判斷到距其實際觸發位置約200千米的范圍內。也就是說，直至今日，要準確預測單個風暴會在何處觸發，仍然是一個根本性的難題。

在一項新發表于《自然》雜志的研究中，一個研究團隊利用歐洲空間局（ESA）的衛星提供的高分辨率云頂溫度數據，分析了在2004到2024年間，撒哈拉以南非洲的220萬次雷暴觸發事件。他們發現，決定一團看起來無害的云是否會發展成危險雷暴的，是大氣中的風況與土壤濕度的空間變化之間的相互作用。

土壤濕度與風切變

我們知道，如果某一區域的土壤比周圍區域更濕潤，蒸發就會使近地表的空氣冷卻。而在更干燥區域的上空，空氣受熱會更強，地表氣壓更低。因此，這種土壤濕度的差異會產生近地面風，近地表空氣會從較濕的區域流向較干的區域。

然而，離地面幾千米高度處的風向，在很大程度上由大尺度天氣系統決定，通常基本不受局部土壤濕度影響。目前，大尺度的氣團運動已可以被相當準確地計算出來。但雷暴形成于約幾千米量級的中等空間尺度——這恰恰是當前模型的極限所在。

雷暴正在形成。（圖/TU Wien）

在新的研究中，研究人員將雷暴與土壤濕度和垂直風切變（描述了風速和風向隨高度發生的變化）直接聯系了起來。他們的研究揭示了三項關鍵的發現：

1、土壤濕度對雷暴觸發的影響程度，與垂直風切變的強度成正比。

2、究竟是局部較干的土壤還是局部較濕的土壤更有利于雷暴觸發，取決于風向切變：如果低空和中層的風向大致一致（正方向性風切變），雷暴往往傾向于在濕潤土壤上方觸發；但如果低層和中層的風向彼此相反（負方向性風切變），雷暴觸發則往往發生在干燥土壤上方。

3、如果土壤濕度的空間梯度與方向性風切變的組合有利于雷暴觸發，那么就會更快地形成最強烈的雷暴，產生更多閃電，并帶來更大的累積降雨量。

通過將土壤濕度數據與垂直風切變數據結合起來，研究人員表示，他們將最強烈雷暴的觸發位置定位到了約10~40千米的范圍內，觸發時間則可以被鎖定到約15~60分鐘的范圍內。

更精準的雷暴預報

研究團隊利用獨立的數據集對這一模型進行了驗證。衛星圖像顯示，云體的快速增長恰好出現在模型所預測的位置。閃電觀測則證實：當近地面風與高空風方向相反時，最強烈的雷暴更傾向于形成在相對較干土壤區域的上空。

總體而言，這些發現推進了大氣科學家對這樣一個問題的理解：為什么在一些大尺度區域內，盡管整體大氣條件普遍都有利于雷暴觸發，雷暴卻只會在其中某些特定地點開始形成。

了解哪些土壤濕度與風切變的組合更有利于雷暴形成，將有助于預報員更準確地預測風暴發生的位置和時間，而且這種預測時間尺度與交通、能源、農業以及雨洪管理系統等人類活動密切相關。這是一類當前區域天氣預報和氣候模型尚無法提供的寶貴信息。

#參考來源：

https://www.tuwien.at/en/tu-wien/news/news-articles/news/gefaehrliche-gewitter-bessere-modelle-durch-bodenfeuchte-daten

https://www.ceh.ac.uk/press/thunderstorms-dont-just-appear-out-thin-air-say-scientists

https://www.nature.com/articles/d41586-026-00376-4

https://www.rmets.org/metmatters/what-are-convective-storms

#圖片來源：

封面圖&首圖：bogitw / Pixabay