来去匆匆话冰雹

王奉安

近來，有关冰雹天气的报道屡见不鲜：5月17日，山东青岛等多地出现强对流天气，竟然落下鸡蛋般大小的冰雹；5月31日，甘肃天水遭遇近年来最强冰雹灾害，受灾人口多达15.6万；6月1日，山东泰安突降冰雹，其中，泰山地区所降冰雹最大直径达3.1厘米，大如汤圆……

所谓冰雹，是指从强烈发展的积雨云中降落下来的固态降水物；在气象学中，把直径在5毫米以上的这种固态降水物称为冰雹。冰雹的形状不规则，大小不等，大多数呈椭球形或球形，小的如绿豆、黄豆，大的似栗子、鸡蛋，特大的冰雹比柚子还大。

冰雹灾害带来的最大影响就是对农业的危害，大田作物以及蔬菜、水果、花卉等较为脆弱的经济作物在冰雹天气中所受的危害尤为巨大。此外，冰雹损坏房屋、造成人畜伤亡的案例也不少见。

天上云端“滚元宵”

冰雹和雨、雪一样都是从云里掉下来的。大气中有各种不同形式的空气运动，形成了不同形态的云。因对流运动而形成的云有淡积云、浓积云和积雨云等，在气象学中统称为积状云。只有发展特别强盛的积雨云，云体十分高大，云中有强烈的上升气流，云内有充沛的水分，才会产生冰雹。这种云也被称为冰雹云。

冰雹云是由水滴、冰晶和雪花组成的，一般分为3层：离地面最近一层的温度在0℃以上，由水滴组成；中间一层的温度为-20～0℃，由过冷却水滴（指的是0℃以下还没有结冰的水滴）、冰晶和雪花组成；最上面一层的温度在-20℃以下，由冰晶和雪花组成。

在冰雹云中，冰雹又是怎样长成的呢？

在冰雹云中，强烈的上升气流携带着大大小小的水滴和冰晶，它们不停地运动着，其中有一些水滴和冰晶合并、冻结成较大的冰粒，这些粒子和过冷却水滴被上升气流输送到含水量累积区，就可以成为冰雹核心（简称雹核）；对于雹核来说，含水量累积区有着良好的生长条件。雹核被上升气流带入生长区后，在水量较多、温度不太低的区域与过冷却水滴碰并，形成一层透明的冰层；再向上进入水量较少的低温区，这里主要由冰晶、雪花和少量过冷却水滴组成，雹核与它们粘并、冻结，形成不透明的冰层。这时，冰雹已经长大，而那里的上升气流较弱，当较弱的气流支撑不住长大了的冰雹时，冰雹便会下落，并在下落过程中不断并合冰晶、雪花和水滴继续生长；当它落到温度较高的区域时，碰并上去的过冷却水滴便形成透明的冰层。这样，冰雹就一层透明、一层不透明地增长；最后，当上升气流再也支撑不住时，冰雹就从云中落了下来。

不过，随着气象科学的发展，人们逐步认识到“滚元宵”的说法有点太简单了，它回答不了关于冰雹结构的许多问题，诸如：为什么冰雹的透明层常常比不透明层厚？为什么在冰雹的同一层，有的地方厚，有的地方薄？为什么雹胚有时会偏在冰雹的某一侧？为什么会有奇形怪状的冰雹？对此，中外的云雾物理学家根据观测和实验，提出了一些新的解释。观测发现，在-2～0℃甚至更冷的云层内，云滴并未冻结，水依然是液态的，这就是过冷却水滴。过冷却水滴和云中的雹胚相碰时，会立即冻结，并释放热量，即潜热。潜热使冰雹表面的温度升高到0℃，冰雹就可以在其表面水分保持液态的状态中长大，形成透明冰层。冰雹的这种增长方式叫“湿增长”；如果冰雹表面由于热传导和蒸发冷却作用而大量损失热量、温度下降，在撞冻过程中就会形成不透明冰层，冰雹的这种增长方式叫“干增长”。也就是说，雹块中密度小的不透明层是在“干增长”过程中形成的，密度大的透明层是在“湿增长”过程中形成的。由于干湿增长交替进行，而且运动状态并不均匀，所以有的冰雹的透明层比不透明层厚，甚至在同一层内也出现厚薄不均的情况，还有的冰雹的雹胚并不处于正中心，而是偏向某一侧，有时甚至形成奇形怪状的冰雹。总之，利用这一理论，冰雹层结构的许多特殊现象都可以得到很好的解释。

奇冰怪雹面面观

除了我们见过的常规冰雹外，历史上也曾出现过一些奇怪的冰雹。

冰雹冠军

冰雹大小通常在直径5毫米以上，但在古今中外，曾出现过很大的冰雹。1788年7月13日，一场冰雹袭击了大半个法国，最大的雹块重达2500克以上，砸死了许多飞禽和牲畜。1968年3月，印度比哈尔邦的一场冰雹中，最大雹块重l000克，当场将小牛砸死。1970年9月3日，美国堪萨斯州出现的一场冰雹中，最大的雹块重776克，直径有十一二厘米，大如饭碗。在我国历史古籍《后汉书》中，有记载说：“延光二年，河西雹如斗。”清代的史书中，也有关于大冰雹的记载：清咸丰八年（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时，我国湖南省古文县下了一场冰雹，最大雹块重达3500克。更为罕见的是，1981年的一天，西班牙拉加省阿洛拉市附近的农民正在田里干活，忽然听见一道刺耳的尖啸声，就像是炮弹从头顶呼啸而过所发出的声音一样；紧接着，一个巨大的球形冰块从天而降。这个大冰块重约100千克，掉到地面后碎成许多块，溅撒在直径40米的范围内。2020年 4月30日，阿根廷降下一个直径19～24厘米的巨大冰雹。

从时间上看，冰雹经常出现在春季到秋季这段时间，尤以春夏之交和夏秋之交为多，冬季很少降雹，而且在我国，冰雹呈现有规律地自南向北推移的特点。成片雹区大体在3个地带，淮河以南主要集中在2—5月，黄淮海地区集中在4—7月，黄河以北地区集中在5—10月。青藏高原和其他高山地区则在6—9月多冰雹活動。就日分布来说，各地的冰雹多出现在午后，夜间和清晨一般较少。

人们经常说“雹打一条线”。这是因为冰雹云单体的直径一般只有10～20千米，并且在上升气流区，其直径更小。冰雹云单体的持续时间多为1小时左右，移动时速为20～40千米。因此，在冰雹云经过的区域，会出现一条狭长的“雹击带”，其带宽不足5千米，长20～30千米。在这条“雹击带”内，冰雹的降临就像阵雨的出现一样是间歇性的、阵性的，冰雹所路过区域是跳跃式的。前一个冰雹云单体降下冰雹后迅速消散，而后，另一个冰雹云单体迅速发展，孕育出新的冰雹，整个过程有点像蛤蟆跳过的区域。所以，人们形象地称之为“降雹蛤蟆跳”。

从世界范围来看，中纬度山区经常降雹，平原少见，热带或寒带则绝无仅有。中亚、美国中部每年都有几次到几十次的降雹。

冰雹预报与人工防雹

既然冰雹带来的灾害如此大，我们有没有什么办法减少雹灾，甚至实现人工防雹呢？

人工防雹需要准确的冰雹预报，而要进行准确的冰雹预报，目前还存在不小的难度。冰雹预报的关键是识别冰雹云，而冰雹云只是积雨云的一种；因此，如何从不同类型的积雨云中识别出冰雹云，也就成为人工防雹首先要解决的问题。自20世纪60年代以来，国内外气象科技人员利用飞机、气象雷达和无线电探空等手段，对冰雹云和雷雨云的结构及演变等物理特性进行了大量的观测分析，并研究了冰雹和雨滴在云中生长的条件与物理过程，从而对冰雹云的特征有了一定的认识。同其他积雨云相比，冰雹云具有发展更加旺盛、厚度更大、云中上升气流更强、水量更充沛、在0°C层以上常有过冷却大云滴较集中的区域等特点。云的外观具有云底黑暗或呈黄色、翻滚强烈的特征。此外，在气象雷达回波上可见发展高、强度大和闪电频繁等特征。

人工防雹的原理就是采用人为办法对一个地区上空可能产生冰雹的云层施加影响，阻止云中的冰雹胚胎形成雹粒，或者使小冰粒在变成大冰雹之前就降落到地面。这需要向云中播撒足够量的催化剂，以产生大量冰晶，使其迅速形成更多的水滴或冰粒，造成同雹胚竞争水分的优势，从而抑制雹块的增长。通常，人工防雹是用高炮或火箭将装有碘化银的弹头发射到冰雹云的适当部位，以喷焰或爆炸的方式播撒碘化银，或用飞机在云层下部播撒碘化银焰剂。我国已有多个省份开展过人工防雹作业。