天上掉下排球大小的冰雹,地面决定架导弹来防

  从硬币大小、鸡蛋大小到网球大小、排球大小……本来稀有的大型冰雹呈现得愈加频繁,也带来了更多的要挟。   翻译 | 魏书豪   审校 | 二七   2021年7月21日,正值英国的盛夏,热浪袭击了整个国度。在英格兰中部的莱斯特郡,孩子们正在游泳池里游玩乘凉,享用美妙的假期光阴。但是天色忽然暗了上去。没过多久,高尔夫球大小的冰雹突如其来,砸碎了窗户,砸坏了汽车。花园里几分钟前还挤满了沐浴着阳光的人们,如今却被冰雹砸得一片狼藉。   这样的强冰雹降水天气被称为“雹暴”(hailstorm),与地面云层内呈现的激烈上升气流有关。虽然十分少见,但这场雹暴还不是最猛烈的。2020年6月,一场雹暴袭击了加拿大卡尔加里,网球大小的冰雹砸向空中,形成了至多7万所房屋和车辆受损,摧毁了少量农作物,外地面临12亿加元的修复费用。这场继续20分钟的冰雹是加拿大损失最沉重的天气事情之一。 冰雹可以砸破车辆挡风玻璃(图片来源:NOAA National Severe Storms Laboratory)   气候变化正在让雹暴变得越来越严重。在过来3年间,美国得克萨斯州、科罗拉多州和亚拉巴马州的最大冰雹记载全都被打破了,最大的冰雹直径到达了16厘米。2020年,利比亚首都的黎波里遭到直径近18厘米的冰雹袭击。   “洋葱冰雹”   冰雹是水滴在积雨云中构成的。上升气流将云层下部的水滴带到云的中下层,这里空气冷到足以使水滴凝结,变成小冰晶。这些小冰晶又被称为冰雹胚胎,当冰雹胚胎在云层中随气流升降运动时,空气中的水分会解冻在内部,冰雹就这样一层一层“长”了出来,构成了洋葱状的构造。 冰雹外部的“洋葱”构造(图片来源:ERZ/wikipedia)   冰雹的生长速度取决于空气中的含水量。它会继续生长,直到上升气流不再能使其飘浮在地面为止。依据美国陆地和大气管理局(NOAA)的数据,时速103千米的上升气流就能发生高尔夫球大小的冰雹,假如气流速度再进步27%,就会发生棒球大小的冰雹(不过冰雹的大小并不总是与其分量直接相关,我们稍后谈判到)。普通来说,更湿润的空气和更弱小的上升气流会构成更大的冰雹。   朱利安·布赖姆洛(Julian Brimelow)是加拿大环境与气候变化部(Environment and Climate Change Canada)的物文科学专家,他研讨了气候变化如何影响冰雹的构成。他说,发生直径超越25毫米的冰雹需求一系列特定的条件,包括足够的水分、弱小的上升气流和一个“触发要素”——通常是一个锋面。这就是为什么严重的冰雹天气通常只会在特定地域发作,如美国的大平原(the Great Plains)和澳大利亚的黄金海岸(Gold Coast)。这类区域的典型特点是,近地表的空气暖和湿润,但高层大气凉快枯燥。在这种不波动的大气条件下,更容易呈现激烈的上升气流和雷暴。这些中央特别容易呈现一种被称为“超级单体”(supercell)的雷暴,这种雷暴可以发生弱小的旋转上升气流,从而构成十分大的冰雹。 图片来源:NWS Aberdeen, SD   但是随着气候变化,空气中的水分含量也在变化。暖和的空气可以包容更多的水蒸气,而更高的温度也意味着会有更多的水从地球外表蒸发,这很能够会带来更强的降雨和更猛烈的风暴。   “随着全球持续变暖,有利于冰雹构成的地域能够会发作变化,”布赖姆洛说。“比方一些地域能够过来由于大气含水量不够高,因而很少呈现冰雹。但如今能够会变得愈加湿润,因而冰雹天气的呈现频率能够会添加。”   结合已无数据和气候模型,研讨人员以为,冰雹在澳大利亚和欧洲将变得愈加频繁,但在亚洲东部和北美将会增加。但是冰雹天气往往会变得更具毁坏性。   布赖姆洛和同事的另一项研讨,关注了气候变化会如何影响北美地域的冰雹。他们发现,虽然冰雹天气能够会变得没那么频繁,但冰雹很能够会变得更大。“现实上,我们曾经看到了证据。”布赖姆洛说,“在法国搜集的冰雹数据显示,外地的小冰雹增加,大冰雹增多了。” 图片来源:National Weather Service, Goodland Forecast Office   还击冰雹   显然,冰雹带来的经济损失也很能够会添加。在估计会蒙受冰雹毁坏的地域,建筑的修建物需求到达抗冰雹等级。另外,还有一些地域会自动“攻击”冰雹,他们甚至会用到大炮和火箭。   19世纪90年代,欧洲多地的葡萄园都部署了“冰雹炮”(hail cannon)。这些冰雹炮看起来像是一个大喇叭,直直冲着天上,试图应用爆炸的弱小冲击波来遣散云层,避免冰雹下降砸坏葡萄。但是20世纪,意大利政府停止了普遍的调查研讨并得出结论——冰雹炮并没有作用。不过,一些欧洲葡萄园依然在运用冰雹炮。   在格鲁吉亚,政府专门部署了85个防冰雹导弹零碎。当气候雷达探测到能够构成冰雹的冰雹云时,就会发射携带碘化银催化剂的火箭,发生少量的人工冰雹胚胎。过量的冰雹胚胎会互相竞争水分,最终全部无法充沛“生长”成大冰雹。据称这套防冰雹零碎无效性超越90%,但实践效果还有待验证。 冰雹炮(图片来源:Etan J。 Tal/Wikipedia)   冰雹的毁坏力   目前评价抗冰雹才能的办法是用发射器发射金属球,来模仿冰雹的冲击。但是冰雹的尺寸与其毁坏力的关系十分复杂。2020年,一项研讨就探究了为什么大冰雹的毁坏力能远远超越预期。   在冰雹构成的进程中,空气的温度和湿度会影响它的密度。比方,在十分冷的空气中,水蒸气一碰到冰雹就会结冰,但这样凝结出来的冰会“捕获”少量空气;但假如空气温度偏高,或湿度偏大,水分凝结速度较慢,给空气留出了逃脱的工夫,就能构成空气含量更低、更致密的冰雹。   普通来说,小尺寸的冰雹会混合少量的空气,密度只要纯冰的一半。由于密度较低,在构成后它往往不会直接下降到空中,而是会在大气中继续崎岖和生长,直到构成致密的外层。 图片来源:NOAA National Severe Storms Laboratory   2003年,美国际布拉斯加州奥罗拉市发作了一场冰雹。研讨者采集了一块直径17厘米的大冰雹,发现它的中心像是海绵一样充溢了空气,而外层是致密的通明冰层。研讨者估量,假如这块冰雹是由纯冰制成的,那么应该重约2.5千克,但是由于内层的密度较低,它只要500克重。   冰雹的密度也会影响它的下落速度。冰雹越重,单位分量遭到的阻力就越小,下落速度也就越快。依据布赖姆洛的计算,直径小于25毫米的冰雹的下落速度通常在11~22米/秒,而直径25~45毫米的冰雹下落速度约22~29米/秒。有记载以来最重的冰雹呈现在1986年孟加拉国的Gopalganj地域,重达1.02千克。事先的报道称,这场冰雹形成了40人死亡,400人受伤。但后来的追踪报道显示,能够有多达92人丧生。   想要估量冰雹的下落速度也很复杂,过来的研讨往往将冰雹近似成球形,但是最近的研讨标明,冰雹更像是橄榄球形,这样下落时会遭到更大的空气阻力。同时,随着冰雹的体积增大,它们的外形也会变得更不平均,这也会影响它们的空气动力学特性。   即便处理了下降速度的成绩,冰雹击中物体的速度和下降的速度也是不一样的。比方,冰雹的速度能够存在程度重量。最具毁坏性的冰雹事情是下击暴流带来的冰雹。下击暴流由弱小的下沉气流驱动(空气从疾速下降,撞击空中时向外分散,能发生十分高的风速),作用范围通常只要几千米直径的区域,只能继续几分钟,但风速可达70-80米/秒,并且常常伴有冰雹。 被冰雹毁坏的修建物墙面(图片来源:NOAA National Severe Storms Laboratory)   在强风吹动下,宏大的冰雹可以穿透屋顶瓦片,打碎车窗玻璃,甚至能对飞机构成要挟。2006年6月9日,一架客机在韩国空域遭遇了一场强冰雹,冰雹砸掉了雷达罩(机头维护雷达的构造),摧毁了雷达,还撞击了机翼边缘。雷达罩的一局部被发起机吸入,损坏了发起机。侥幸的是,飞机最终成功平安着陆了。   近年来,大型冰雹带来的灾祸记载不断在添加。2018年,阿根廷的Villa Carlos Paz镇遭到了史无前例的冰雹袭击,一些冰雹的直径达18厘米,据称还有冰雹直径能够到达了23.7厘米。去年4月,在美国得克萨斯州的一场风暴后,人们搜集到一块直径16厘米、重590克的冰雹。冰雹被保管在冰箱里,后来被确以为该州的新纪录。   但是冰雹能变大到什么水平呢?宾夕法尼亚州立大学的气候学家马修·库姆吉安(Matthew Kumjian)基于统计数据和模型,估量最大的冰雹直径能够为27厘米或“保龄球大小”。库姆吉安表示,构成如此大的冰雹所需的要素(弱小的上升气流、少量过冷液态水和在冷空气中停留少量工夫)曾经存在。但是目前还没有这么大冰雹的记载。“强‘超级单体’雷暴曾经将这些要素聚集在一同了,如今,最强的风暴能够会发生超大冰雹,”库姆吉安说。   也有人试图预测特定风暴能够发生的冰雹大小,但预测后果都不理想。正如布赖姆洛指出的,想要精确预测冰雹,还有很长的路要走。但我们能确定的是,这些“大费事”很能够还会持续向我们砸来。   原文链接:   https://www.bbc.com/future/article/20220314-how-big-can-hailstones-grow

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