雷暴的发展演变就像过山车。在许多单体雷暴中，对流强度往往会在几分钟内突然增强，伴随着上升气流快速加强、闪电频次显著增加以及降水迅速发展。这类短时间尺度内的对流快速增强过程被称为Convective Impulse（CI）。CI不仅是雷暴演变的重要特征，也与短时强降水、雷电等灾害性天气密切相关。然而，长期以来，一个关键科学问题始终没有得到充分解释：雷暴为何会突然增强？

近日，我系张义军教授团队，在Atmospheric Chemistry and Physics发表研究成果《Physical Interpretation and Implications of Convective Impulses in Thunderstorms Based on Lightning and Polarimetric Radar Observations》。该研究利用双偏振天气雷达、三维闪电定位观测以及理想数值模拟，对雷暴中CI形成过程进行了研究，并提出了一种新的物理解释，为理解雷暴快速增强过程提供了新的认识。

过去，对CI的研究主要关注其宏观表现特征，例如雷达回波增强、闪电活动增加或上升气流加强，而对于这些现象背后的微物理过程及动力学反馈机制仍缺乏统一认识。针对这一问题，研究团队将研究视角从传统的雷达回波演变扩展到云内降水粒子的演变过程，通过偏振雷达提供的粒子微物理信息，结合闪电活动和数值模拟，尝试回答CI发生之前云内究竟发生了什么。

研究发现，在每一次CI发生之前，云内均出现了过冷却液水和霰粒子显著增加的现象。进一步分析表明，这一变化与融化层以下的大雨滴破碎过程密切相关。研究提出，在雷暴发展过程中，大雨滴发生破碎后形成小雨滴倍增，这些小雨滴随后被强上升气流输送至融化层上方形成过冷却液滴，并进一步冻结形成霰粒子。冻结过程中释放的潜热增强了云内浮力，从而促进上升气流进一步发展，最终导致雷暴快速增强，并伴随着闪电活动的显著增加。

基于这一分析，研究团队提出了“雨滴破碎—过冷却液滴增加—霰粒子形成—潜热释放—上升气流增强—对流脉冲发生”的概念模型，并通过理想化数值模拟试验，改变雨滴破碎效率分析其对雷暴发展的影响。模拟结果表明，随着雨滴破碎效率增强，雷暴上升气流也随之增强，与观测分析提出的物理机制保持一致，为这一新的物理解释提供了支持。

此外，研究还发现，首次CI发生前，大雨滴主要来源于雨滴碰并增长；而后续CI则更多受到霰粒子融化及shedding过程的影响。这说明，雷暴内部降水粒子的循环演变能够持续调节云内热力结构和动力过程，使准静止雷暴也能经历多次CI。

本研究充分发挥多源观测与数值模拟相结合的优势，将云微物理、雷暴动力学和闪电活动联系起来，从微物理—动力学耦合的角度为CI形成提供了一种新的物理解释，进一步深化了对雷暴快速增强机制的认识，也为强对流天气监测预警和临近预报提供了新的科学依据。

雷暴云内CI物理过程图解

论文信息：

Zhao, C., Zhang, Y., Zheng, D., Xu, L., and Yao, W.: Physical Interpretation and Implications of Convective Impulses in Thunderstorms Based on Lightning and Polarimetric Radar Observations, Atmos. Chem. Phys., 26, 11091–11110, https://doi.org/10.5194/acp-26-11091-2026.