來去匆匆話冰雹

王奉安

近來，有關冰雹天氣的報道屢見不鮮：5月17日，山東青島等多地出現強對流天氣，竟然落下雞蛋般大小的冰雹；5月31日，甘肅天水遭遇近年來最強冰雹災害，受災人口多達15.6萬；6月1日，山東泰安突降冰雹，其中，泰山地區所降冰雹最大直徑達3.1厘米，大如湯圓……

所謂冰雹，是指從強烈發展的積雨云中降落下來的固態降水物；在氣象學中，把直徑在5毫米以上的這種固態降水物稱為冰雹。冰雹的形狀不規則，大小不等，大多數呈橢球形或球形，小的如綠豆、黃豆，大的似栗子、雞蛋，特大的冰雹比柚子還大。

冰雹災害帶來的最大影響就是對農業的危害，大田作物以及蔬菜、水果、花卉等較為脆弱的經濟作物在冰雹天氣中所受的危害尤為巨大。此外，冰雹損壞房屋、造成人畜傷亡的案例也不少見。

天上云端“滾元宵”

冰雹和雨、雪一樣都是從云里掉下來的。大氣中有各種不同形式的空氣運動，形成了不同形態的云。因對流運動而形成的云有淡積云、濃積云和積雨云等，在氣象學中統稱為積狀云。只有發展特別強盛的積雨云，云體十分高大，云中有強烈的上升氣流，云內有充沛的水分，才會產生冰雹。這種云也被稱為冰雹云。

冰雹云是由水滴、冰晶和雪花組成的，一般分為3層：離地面最近一層的溫度在0℃以上，由水滴組成；中間一層的溫度為-20～0℃，由過冷卻水滴（指的是0℃以下還沒有結冰的水滴）、冰晶和雪花組成；最上面一層的溫度在-20℃以下，由冰晶和雪花組成。

在冰雹云中，冰雹又是怎樣長成的呢？

在冰雹云中，強烈的上升氣流攜帶著大大小小的水滴和冰晶，它們不停地運動著，其中有一些水滴和冰晶合并、凍結成較大的冰粒，這些粒子和過冷卻水滴被上升氣流輸送到含水量累積區，就可以成為冰雹核心（簡稱雹核）；對于雹核來說，含水量累積區有著良好的生長條件。雹核被上升氣流帶入生長區后，在水量較多、溫度不太低的區域與過冷卻水滴碰并，形成一層透明的冰層；再向上進入水量較少的低溫區，這里主要由冰晶、雪花和少量過冷卻水滴組成，雹核與它們粘并、凍結，形成不透明的冰層。這時，冰雹已經長大，而那里的上升氣流較弱，當較弱的氣流支撐不住長大了的冰雹時，冰雹便會下落，并在下落過程中不斷并合冰晶、雪花和水滴繼續生長；當它落到溫度較高的區域時，碰并上去的過冷卻水滴便形成透明的冰層。這樣，冰雹就一層透明、一層不透明地增長；最后，當上升氣流再也支撐不住時，冰雹就從云中落了下來。

不過，隨著氣象科學的發展，人們逐步認識到“滾元宵”的說法有點太簡單了，它回答不了關于冰雹結構的許多問題，諸如：為什么冰雹的透明層常常比不透明層厚？為什么在冰雹的同一層，有的地方厚，有的地方??？為什么雹胚有時會偏在冰雹的某一側？為什么會有奇形怪狀的冰雹？對此，中外的云霧物理學家根據觀測和實驗，提出了一些新的解釋。觀測發現，在-2～0℃甚至更冷的云層內，云滴并未凍結，水依然是液態的，這就是過冷卻水滴。過冷卻水滴和云中的雹胚相碰時，會立即凍結，并釋放熱量，即潛熱。潛熱使冰雹表面的溫度升高到0℃，冰雹就可以在其表面水分保持液態的狀態中長大，形成透明冰層。冰雹的這種增長方式叫“濕增長”；如果冰雹表面由于熱傳導和蒸發冷卻作用而大量損失熱量、溫度下降，在撞凍過程中就會形成不透明冰層，冰雹的這種增長方式叫“干增長”。也就是說，雹塊中密度小的不透明層是在“干增長”過程中形成的，密度大的透明層是在“濕增長”過程中形成的。由于干濕增長交替進行，而且運動狀態并不均勻，所以有的冰雹的透明層比不透明層厚，甚至在同一層內也出現厚薄不均的情況，還有的冰雹的雹胚并不處于正中心，而是偏向某一側，有時甚至形成奇形怪狀的冰雹?？傊?，利用這一理論，冰雹層結構的許多特殊現象都可以得到很好的解釋。

奇冰怪雹面面觀

除了我們見過的常規冰雹外，歷史上也曾出現過一些奇怪的冰雹。

冰雹冠軍

冰雹大小通常在直徑5毫米以上，但在古今中外，曾出現過很大的冰雹。1788年7月13日，一場冰雹襲擊了大半個法國，最大的雹塊重達2500克以上，砸死了許多飛禽和牲畜。1968年3月，印度比哈爾邦的一場冰雹中，最大雹塊重l000克，當場將小牛砸死。1970年9月3日，美國堪薩斯州出現的一場冰雹中，最大的雹塊重776克，直徑有十一二厘米，大如飯碗。在我國歷史古籍《后漢書》中，有記載說：“延光二年，河西雹如斗?！鼻宕氖窌校灿嘘P于大冰雹的記載：清咸豐八年（1858年）七月十九，河北定州冰雹，大者如碗。 1960年5月3日凌晨3時，我國湖南省古文縣下了一場冰雹，最大雹塊重達3500克。更為罕見的是，1981年的一天，西班牙拉加省阿洛拉市附近的農民正在田里干活，忽然聽見一道刺耳的尖嘯聲，就像是炮彈從頭頂呼嘯而過所發出的聲音一樣；緊接著，一個巨大的球形冰塊從天而降。這個大冰塊重約100千克，掉到地面后碎成許多塊，濺撒在直徑40米的范圍內。2020年 4月30日，阿根廷降下一個直徑19～24厘米的巨大冰雹。

從時間上看，冰雹經常出現在春季到秋季這段時間，尤以春夏之交和夏秋之交為多，冬季很少降雹，而且在我國，冰雹呈現有規律地自南向北推移的特點。成片雹區大體在3個地帶，淮河以南主要集中在2—5月，黃淮海地區集中在4—7月，黃河以北地區集中在5—10月。青藏高原和其他高山地區則在6—9月多冰雹活動。就日分布來說，各地的冰雹多出現在午后，夜間和清晨一般較少。

人們經常說“雹打一條線”。這是因為冰雹云單體的直徑一般只有10～20千米，并且在上升氣流區，其直徑更小。冰雹云單體的持續時間多為1小時左右，移動時速為20～40千米。因此，在冰雹云經過的區域，會出現一條狹長的“雹擊帶”，其帶寬不足5千米，長20～30千米。在這條“雹擊帶”內，冰雹的降臨就像陣雨的出現一樣是間歇性的、陣性的，冰雹所路過區域是跳躍式的。前一個冰雹云單體降下冰雹后迅速消散，而后，另一個冰雹云單體迅速發展，孕育出新的冰雹，整個過程有點像蛤蟆跳過的區域。所以，人們形象地稱之為“降雹蛤蟆跳”。

從世界范圍來看，中緯度山區經常降雹，平原少見，熱帶或寒帶則絕無僅有。中亞、美國中部每年都有幾次到幾十次的降雹。

冰雹預報與人工防雹

既然冰雹帶來的災害如此大，我們有沒有什么辦法減少雹災，甚至實現人工防雹呢？

人工防雹需要準確的冰雹預報，而要進行準確的冰雹預報，目前還存在不小的難度。冰雹預報的關鍵是識別冰雹云，而冰雹云只是積雨云的一種；因此，如何從不同類型的積雨云中識別出冰雹云，也就成為人工防雹首先要解決的問題。自20世紀60年代以來，國內外氣象科技人員利用飛機、氣象雷達和無線電探空等手段，對冰雹云和雷雨云的結構及演變等物理特性進行了大量的觀測分析，并研究了冰雹和雨滴在云中生長的條件與物理過程，從而對冰雹云的特征有了一定的認識。同其他積雨云相比，冰雹云具有發展更加旺盛、厚度更大、云中上升氣流更強、水量更充沛、在0°C層以上常有過冷卻大云滴較集中的區域等特點。云的外觀具有云底黑暗或呈黃色、翻滾強烈的特征。此外，在氣象雷達回波上可見發展高、強度大和閃電頻繁等特征。

人工防雹的原理就是采用人為辦法對一個地區上空可能產生冰雹的云層施加影響，阻止云中的冰雹胚胎形成雹粒，或者使小冰粒在變成大冰雹之前就降落到地面。這需要向云中播撒足夠量的催化劑，以產生大量冰晶，使其迅速形成更多的水滴或冰粒，造成同雹胚競爭水分的優勢，從而抑制雹塊的增長。通常，人工防雹是用高炮或火箭將裝有碘化銀的彈頭發射到冰雹云的適當部位，以噴焰或爆炸的方式播撒碘化銀，或用飛機在云層下部播撒碘化銀焰劑。我國已有多個省份開展過人工防雹作業。