气候变化是否导致更多破纪录的冰雹?

巨大的冰雹引发了全球变暖是否会加剧冰雹天气的疑问

Many large hailstones piled on the ground, view from above

2023年7月4日,在意大利拉奎拉的一场风暴过后看到的冰雹。

就在意大利降下 6.2 英寸(16 厘米)冰雹并创下新的欧洲纪录五天后,又一个直径 7.6 英寸(19.46 厘米)的冰球从该国暴风雨的天空降落,再次打破纪录,其大小是垒球的两倍多。

据美国国家气象局称,第二颗冰雹也接近世界纪录,该纪录于 2010 年在南达科他州创下,冰雹直径为 8 英寸(20.3 厘米),几乎与保龄球一样大。人们很容易认为,在变暖的世界中,天空中的冰会减少,但事实并非如此简单。专家表示,即使全球表面变暖,一些地区可能会看到冰雹天气增加,以及更多潜在的破坏性冰雹


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科罗拉多大学博尔德分校的大气科学家卡特娅·弗里德里希说:“十年前,人们认为在气候变化的情况下,冰雹天气会减少。“但实际上,即使气温在上升,我们也看不到这种情况。”

这是因为还有其他气候变化影响可能会使冰雹更频繁地发生。弗里德里希说,产生冰雹的雷暴有三个要素:强烈的上升气流(温暖、上升的空气,为风暴提供能量);不稳定的大气(当温暖、潮湿的空气层上方存在寒冷、干燥的空气层时就会发生);以及充足的大气水分。

温暖的空气容纳更多的水分,地球表面附近的变暖会导致大气不稳定,这可能会促进更多的风暴。伊利诺伊州北部大学研究强对流风暴和气候变化的维克多·根西尼说,气候变化也会助长强烈的上升气流。“如果你把风暴中的上升气流想象成一个热气球,如果你产生更多的热空气,它就会上升得更快,”根西尼说。

上升气流对于冰雹的形成至关重要,冰雹最初是研究人员称为胚胎的微小冰粒。上升气流将这些粒子抬升到风暴中地面以上数英里的区域,那里存在温度低于冰点的液态水。这种过冷水冷却得非常快,以至于没有时间结晶成冰,但它已经冷却并准备好粘附在任何经过的冰雹胚胎上。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的大气科学家索尼娅·拉舍尔-特拉普说,胚胎会生长成称为霰的软冰颗粒。如果上升气流足够强且持续时间足够长,霰可以继续生长并变得更密集。然而,最终,上升气流无法再支撑冰的重量,它就会以冰雹的形式落到地面。拉舍尔-特拉普说,这个过程的动力学可能非常复杂,这就是为什么预报员通常可以警告人们可能会发生冰雹天气,但通常无法准确预测冰雹可能落在哪里或大小。“这几乎就像研究食物链的末端,”拉舍尔-特拉普说。“有很多因素会影响冰雹,因此这使得预测成为一个巨大的挑战。”

许多风暴产生的冰雹从未到达地面;它们太小,以至于在穿过地球表面附近较温暖的空气时融化了。但是足够大的冰雹可能会以致命的速度撞击。美国国家海洋和大气管理局国家强风暴实验室的高级研究科学家哈罗德·布鲁克斯说,棒球大小的冰雹以每小时 100 英里(每小时 161 公里)的速度下落。

布鲁克斯说,最大的冰雹落在阿根廷北部和中部的潘帕斯草原以及美国的大平原。在这两种情况下,地理位置都是罪魁祸首。大平原拥有来自墨西哥湾的现成地表水分来源,而潘帕斯草原则从亚马逊雨林获得水分。来自落基山脉和安第斯山脉上空的较高、较干燥的空气用于风暴;当空气穿过这些山脉时,它会上升、冷却和干燥。布鲁克斯说,意大利的波河谷也以冰雹地区而闻名,当风从西北方向吹过阿尔卑斯山,并撞击来自亚得里亚海的温暖潮湿气团时,风暴就会形成。

布鲁克斯说,目前尚无法预测波河谷或任何其他地区未来是否会发生更多巨型冰雹,因为极端冰雹是如此罕见的事件。尽管如此,有一些证据表明,意大利中北部地区的冰雹数量正在增加,尺寸在 2 到 3 英寸(5 到 7.5 厘米)之间,他说,美国北部大平原地区也是如此。

但气候变化可能会阻碍更南纬度地区(如得克萨斯州)的冰雹。这既是因为温暖的空气会在冰雹到达地面之前将其融化,也是因为严重的风暴可能更难在这些温暖的地区开始。当表面温度较高时,暖空气必须上升才能到达上方较冷层的距离也会增加。布鲁克斯说,这可能会在风暴开始之前阻止风暴。

换句话说,这是一个平衡行为。准确知道这种平衡何时何地可能倾斜是双重棘手的。首先,冰雹观测不一致。(如果一颗巨大的冰雹落在堪萨斯州草原无人居住的地方,它会创造世界纪录吗?)这限制了科学家可用的数据。其次,研究人员仍然不了解冰雹形成动力学的许多方面。“一旦你深入研究风暴中的上升气流和下降气流,你实际上就受到了模型数值保真度的限制,”密歇根大学气候和能源荣誉教授理查德·鲁德说,或者计算机模拟现实的准确程度。

风暴研究人员正在寻求填补这些空白。一项名为“平原冰雹收集原位合作实验 (ICECHIP)”的大型多机构合作项目目前正在向美国国家科学基金会提交一份提案,以对大平原地区的冰雹进行实地观测。该项目的共同负责人根西尼说,自 1970 年代初期以来,一直没有对冰雹进行过大规模的系统性实地研究。(科罗拉多大学博尔德分校的弗里德里希也参与其中。)他说,更好地掌握冰雹形成的基础知识不仅可以改进日常预报,还可以为未来冰雹天气的气候研究提供信息。

根西尼说:“关于冰雹,令人兴奋的部分在于,我们对它的理解还处于起步阶段。”

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