王奉安

近來(lái)，有關(guān)冰雹天氣的報(bào)道屢見(jiàn)不鮮：5月17日，山東青島等多地出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)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(lái)最強(qiáng)冰雹災(zāi)害，受災(zāi)人口多達(dá)15.6萬(wàn)；6月1日，山東泰安突降冰雹，其中，泰山地區(qū)所降冰雹最大直徑達(dá)3.1厘米，大如湯圓……

所謂冰雹，是指從強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云中降落下來(lái)的固態(tài)降水物；在氣象學(xué)中，把直徑在5毫米以上的這種固態(tài)降水物稱為冰雹。冰雹的形狀不規(guī)則，大小不等，大多數(shù)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(zāi)害帶來(lái)的最大影響就是對(duì)農(nóng)業(yè)的危害，大田作物以及蔬菜、水果、花卉等較為脆弱的經(jīng)濟(jì)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(jiàn)。

天上云端“滾元宵”

冰雹和雨、雪一樣都是從云里掉下來(lái)的。大氣中有各種不同形式的空氣運(yùn)動(dòng)，形成了不同形態(tài)的云。因?qū)α鬟\(yùn)動(dòng)而形成的云有淡積云、濃積云和積雨云等，在氣象學(xué)中統(tǒng)稱為積狀云。只有發(fā)展特別強(qiáng)盛的積雨云，云體十分高大，云中有強(qiáng)烈的上升氣流，云內(nèi)有充沛的水分，才會(huì)產(chǎn)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(guò)冷卻水滴（指的是0℃以下還沒(méi)有結(jié)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(zhǎng)成的呢？

在冰雹云中，強(qiáng)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(yùn)動(dòng)著，其中有一些水滴和冰晶合并、凍結(jié)成較大的冰粒，這些粒子和過(guò)冷卻水滴被上升氣流輸送到含水量累積區(qū)，就可以成為冰雹核心（簡(jiǎn)稱雹核）；對(duì)于雹核來(lái)說(shuō)，含水量累積區(qū)有著良好的生長(zhǎng)條件。雹核被上升氣流帶入生長(zhǎng)區(qū)后，在水量較多、溫度不太低的區(qū)域與過(guò)冷卻水滴碰并，形成一層透明的冰層；再向上進(jìn)入水量較少的低溫區(qū)，這里主要由冰晶、雪花和少量過(guò)冷卻水滴組成，雹核與它們粘并、凍結(jié)，形成不透明的冰層。這時(shí)，冰雹已經(jīng)長(zhǎng)大，而那里的上升氣流較弱，當(dāng)較弱的氣流支撐不住長(zhǎng)大了的冰雹時(shí)，冰雹便會(huì)下落，并在下落過(guò)程中不斷并合冰晶、雪花和水滴繼續(xù)生長(zhǎng)；當(dāng)它落到溫度較高的區(qū)域時(shí)，碰并上去的過(guò)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(zhǎng)；最后，當(dāng)上升氣流再也支撐不住時(shí)，冰雹就從云中落了下來(lái)。

不過(guò)，隨著氣象科學(xué)的發(fā)展，人們逐步認(rèn)識(shí)到“滾元宵”的說(shuō)法有點(diǎn)太簡(jiǎn)單了，它回答不了關(guān)于冰雹結(jié)構(gòu)的許多問(wèn)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?。繛槭裁幢⑴哂袝r(shí)會(huì)偏在冰雹的某一側(cè)？為什么會(huì)有奇形怪狀的冰雹？對(duì)此，中外的云霧物理學(xué)家根據(jù)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)，提出了一些新的解釋。觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在-2～0℃甚至更冷的云層內(nèi)，云滴并未凍結(jié)，水依然是液態(tài)的，這就是過(guò)冷卻水滴。過(guò)冷卻水滴和云中的雹胚相碰時(shí)，會(huì)立即凍結(jié)，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(tài)的狀態(tài)中長(zhǎng)大，形成透明冰層。冰雹的這種增長(zhǎng)方式叫“濕增長(zhǎng)”；如果冰雹表面由于熱傳導(dǎo)和蒸發(fā)冷卻作用而大量損失熱量、溫度下降，在撞凍過(guò)程中就會(huì)形成不透明冰層，冰雹的這種增長(zhǎng)方式叫“干增長(zhǎng)”。也就是說(shuō)，雹塊中密度小的不透明層是在“干增長(zhǎng)”過(guò)程中形成的，密度大的透明層是在“濕增長(zhǎng)”過(guò)程中形成的。由于干濕增長(zhǎng)交替進(jìn)行，而且運(yùn)動(dòng)狀態(tài)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(nèi)也出現(xiàn)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(cè)，有時(shí)甚至形成奇形怪狀的冰雹。總之，利用這一理論，冰雹層結(jié)構(gòu)的許多特殊現(xiàn)象都可以得到很好的解釋。

奇冰怪雹面面觀

除了我們見(jiàn)過(guò)的常規(guī)冰雹外，歷史上也曾出現(xiàn)過(guò)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(xiàn)過(guò)很大的冰雹。1788年7月13日，一場(chǎng)冰雹襲擊了大半個(gè)法國(guó)，最大的雹塊重達(dá)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(chǎng)冰雹中，最大雹塊重l000克，當(dāng)場(chǎng)將小牛砸死。1970年9月3日，美國(guó)堪薩斯州出現(xiàn)的一場(chǎng)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(guó)歷史古籍《后漢書》中，有記載說(shuō)：“延光二年，河西雹如斗。”清代的史書中，也有關(guān)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(shí)，我國(guó)湖南省古文縣下了一場(chǎng)冰雹，最大雹塊重達(dá)3500克。更為罕見(jiàn)的是，1981年的一天，西班牙拉加省阿洛拉市附近的農(nóng)民正在田里干活，忽然聽(tīng)見(jiàn)一道刺耳的尖嘯聲，就像是炮彈從頭頂呼嘯而過(guò)所發(fā)出的聲音一樣；緊接著，一個(gè)巨大的球形冰塊從天而降。這個(gè)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(nèi)。2020年 4月30日，阿根廷降下一個(gè)直徑19～24厘米的巨大冰雹。

從時(shí)間上看，冰雹經(jīng)常出現(xiàn)在春季到秋季這段時(shí)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(guó)，冰雹呈現(xiàn)有規(guī)律地自南向北推移的特點(diǎn)。成片雹區(qū)大體在3個(gè)地帶，淮河以南主要集中在2—5月，黃淮海地區(qū)集中在4—7月，黃河以北地區(qū)集中在5—10月。青藏高原和其他高山地區(qū)則在6—9月多冰雹活動(dòng)。就日分布來(lái)說(shuō)，各地的冰雹多出現(xiàn)在午后，夜間和清晨一般較少。

人們經(jīng)常說(shuō)“雹打一條線”。這是因?yàn)楸⒃茊误w的直徑一般只有10～20千米，并且在上升氣流區(qū)，其直徑更小。冰雹云單體的持續(xù)時(shí)間多為1小時(shí)左右，移動(dòng)時(shí)速為20～40千米。因此，在冰雹云經(jīng)過(guò)的區(qū)域，會(huì)出現(xiàn)一條狹長(zhǎng)的“雹擊帶”，其帶寬不足5千米，長(zhǎng)20～30千米。在這條“雹擊帶”內(nèi)，冰雹的降臨就像陣雨的出現(xiàn)一樣是間歇性的、陣性的，冰雹所路過(guò)區(qū)域是跳躍式的。前一個(gè)冰雹云單體降下冰雹后迅速消散，而后，另一個(gè)冰雹云單體迅速發(fā)展，孕育出新的冰雹，整個(gè)過(guò)程有點(diǎn)像蛤蟆跳過(guò)的區(qū)域。所以，人們形象地稱之為“降雹蛤蟆跳”。

從世界范圍來(lái)看，中緯度山區(qū)經(jīng)常降雹，平原少見(jiàn)，熱帶或寒帶則絕無(wú)僅有。中亞、美國(guó)中部每年都有幾次到幾十次的降雹。

冰雹預(yù)報(bào)與人工防雹

既然冰雹帶來(lái)的災(zāi)害如此大，我們有沒(méi)有什么辦法減少雹災(zāi)，甚至實(shí)現(xiàn)人工防雹呢？

人工防雹需要準(zhǔn)確的冰雹預(yù)報(bào)，而要進(jìn)行準(zhǔn)確的冰雹預(yù)報(bào)，目前還存在不小的難度。冰雹預(yù)報(bào)的關(guān)鍵是識(shí)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(shí)別出冰雹云，也就成為人工防雹首先要解決的問(wèn)題。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外氣象科技人員利用飛機(jī)、氣象雷達(dá)和無(wú)線電探空等手段，對(duì)冰雹云和雷雨云的結(jié)構(gòu)及演變等物理特性進(jìn)行了大量的觀測(cè)分析，并研究了冰雹和雨滴在云中生長(zhǎng)的條件與物理過(guò)程，從而對(duì)冰雹云的特征有了一定的認(rèn)識(shí)。同其他積雨云相比，冰雹云具有發(fā)展更加旺盛、厚度更大、云中上升氣流更強(qiáng)、水量更充沛、在0°C層以上常有過(guò)冷卻大云滴較集中的區(qū)域等特點(diǎn)。云的外觀具有云底黑暗或呈黃色、翻滾強(qiáng)烈的特征。此外，在氣象雷達(dá)回波上可見(jiàn)發(fā)展高、強(qiáng)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(duì)一個(gè)地區(qū)上空可能產(chǎn)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(chǎn)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(jìng)爭(zhēng)水分的優(yōu)勢(shì)，從而抑制雹塊的增長(zhǎng)。通常，人工防雹是用高炮或火箭將裝有碘化銀的彈頭發(fā)射到冰雹云的適當(dāng)部位，以噴焰或爆炸的方式播撒碘化銀，或用飛機(jī)在云層下部播撒碘化銀焰劑。我國(guó)已有多個(gè)省份開(kāi)展過(guò)人工防雹作業(yè)。