西班牙幼儿被冰雹砸死?

西班牙北部的加泰罗尼亚(Catalonia)前几天突然发生猛烈的冰雹风暴,一名20个月大的幼儿头部被天降冰雹击中而死亡。当时从天而降的冰雹颗粒非常大,有些直径达10厘米,造成大规模破坏,许多房屋的窗户和屋顶都被打破,电线电缆也被击中落下。

吉罗纳省(Girona)发生冰雹风暴虽然只持续了10多分钟,但是却造成很大的破坏,数十人受伤。BBC中文在2022年4月曾经发表过一篇大卫·汉布林(David Hambling)撰写的文章,他在文章中解释了为什么冰雹灾害会更频繁?冰雹体积也会更大?

2021年7月21日这天的傍晚,英国莱斯特郡(Leicestershire)突然天降冰雹,高尔夫球大小的冰雹砸碎了窗户,砸坏了汽车。就在几分钟前,人们还在花园中浸浴着温暖的夕阳余晖,但只瞬息间这场大雹灾就砸得花园面目全非。这次冰雹同以往一样因强烈上升气流而引起,但严重程度却非同寻常。不过论破坏力,与2020年6月加拿大卡尔加里(Calgary)遭受的一次冰雹相比,还算是温和。卡尔加里那次雹灾,降落地面的冰雹大如网球,砸坏至少7万所房屋和车辆,摧毁大面积农作物,受灾地区灾后面临12亿加元的维修费用。这场持续20分钟的大冰雹是加拿大受破坏最严重的天气灾害之一。

气候变化正在改变冰雹灾害的模式。在美国德克萨斯州、科罗拉多州和阿拉巴马州,过去三年冰雹最大记录被一再打破,最后的记录冰雹直径竟然达到16厘米。而在2020年,利比亚首都的黎波里更遭遇了直径近18厘米超级大冰雹的袭击。直径超过10厘米的冰雹即被视为巨型冰雹,虽然相当罕见,但是可作为冰雹造成灾祸的一种指标。目前在美国,巨型冰雹造成的破坏每年超过100亿美元。为什么全球变暖会导致从天而降的冰雹体积大增?冰雹的增大是否有其极限?

重量、大小、速度
冰雹是空气中的微小水滴被强大上升气流形成的雷暴带到高空后形成。水滴被上升气流带到高空后遇冷会凝结成冰雹粒子。冰雹粒子穿过冷湿的大气时,会将空气中的水分吸附在冰滴的外部,最后形成层状的洋葱型冰雹。冰雹的生长速度取决于空气中的水分含量的多少。冰雹会不断吸附空气中的水份而不断增大,直到上升气流的力量无法支撑悬于高空中的冰雹。

根据美国国家海洋和大气管理局(US National Oceanic and Atmospheric Administration)的研究,每小时103公里速度的上升气流能支撑一个高尔夫球大小的冰雹,如果气流上升速度增加27%就可以让冰雹增大到棒球大小,虽然有时会发现,冰雹的大小并不直接与重量成比例。总之,空气越潮湿,上升气流越强劲,产生的冰雹就会越大。通常较大的冰雹会降落在上升气流附近,而较小的冰雹因为会被强风吹散,下落的区域会广一些。

触发因素
加拿大政府环境和气候变化部门(Environment and Climate Change Canada)的物理科学家朱利安·布瑞梅罗(Julian Brimelow)专门研究气候变化对冰雹形成的影响。他说,要产生直径超过25毫米冰雹这种具破坏性的雹灾需要一组特定的条件。这些条件包括空气中有足够的水分,强大的上升气流和一个“触发因素”,这个触发因素最典型的就是天气锋面。

这就是为什么严重的雹灾通常局限于某个特定地区,如美国的大平原和澳大利亚的黄金海岸。因为这些地区的地表空气通常温暖潮湿,而上空的大气却凉爽而干燥。这种不稳定的气候结构能产生强烈的上升气流和形成雷暴。这些地方特别容易产生一种在气象学被称为超级单体的巨大雷暴,其产生的强大旋转上升气流可以生成非常巨大的冰雹。

但是,因为气候变化,地球大气温度升高,空气中的水分含量也会发生改变。温暖的空气可以容纳更多的水蒸气,而更高的温度也意味着更多的水从地球表面蒸发。据预测,这将导致世界部分地区出现更强的降雨和更极端的风暴。布瑞梅罗说,“随着地球继续变暖,雹暴频发的地区可能会转移。现在,一个湿度因素受限的地区可能会变得比以前潮湿,因此,冰雹发生的频率可能会增加。”

更加猛烈
研究人员根据对已有气候变化现象的观察,以及气候模拟的研究,得出结论说,冰雹将在澳大利亚和欧洲变得更加频繁,但在东亚和北美地区将会减少。但他们也发现,总的来说冰雹强度会变得更猛烈。布瑞梅罗及其同事的另一项研究是,观察在气候变暖的北美地区冰雹天气可能会发生怎样的变化,其结论是北美的冰雹天气发生率可能会减少,但降下的冰雹可能会变大。

原因之一是,因为气候暖化,冰雹解冻融化为水的海拔高度将会提高,所以体积小的冰雹落地之前在这个高度已融化成雨,但另一方面,体积较大的冰雹穿过这个温暖融冰层的速度会很快,不会受到多大影响。布瑞梅罗说,“事实上,我们已经看到了这方面的证据,法国的冰雹垫数据表明冰雹的大小分布发生了变化。”冰雹垫是用来测量冰雹的一种软质材料块,在冰雹击落其表面时会变形,从而记录到冰雹的大小和数量。他说,“随着气候变暖,下小冰雹的天数减少,但大冰雹的天数却增多。”

密度
这可能意味着冰雹造成的年度损害也可能增加。但是,布瑞梅罗说,很难精准确定哪些地区的冰雹破坏会增加。冰雹形成时的空气温度和湿度会影响其密度。在非常寒冷的空气中,水一碰撞上冰雹就会立时附在冰雹上冻结成冰,但这可能会在冰雹中混合大量空气。因空气温度较高,或因空气中水分含量较高,水结冰过程就会较慢。

这意味不是所有的水都立即冻结成冰,水中的气泡就有时间逃逸而出,因而形成的冰雹是密度较大的透明冰。小冰雹的密度只有透明纯冰的一半大,因为小冰雹落地之前快速穿过大气层时会混杂大量的空气。最大冰雹的结构通常是一种复杂的多冰层混合物,是在柱状的上升气流中移动而形成。观察大冰雹的横截面可以充分揭示其在气流暴中快速旋转的形成过程,而大冰雹表面的冰柱状结构也提供了大冰雹在风暴漩涡中是如何上下起伏的线索。

大小
冰雹的密度也会影响冰雹的增大。冰雹越重,就越有可能从上升气流中掉下来,落下的速度也会更快,因为冰雹越大,单位重量所受的阻力就越小。直径小于25毫米的冰雹通常以每秒4-11米的速度落下,而直径25-45毫米的冰雹则以每秒11-18米的速度下落。

1986年,孟加拉国戈帕尔甘杰(Gopalganj)地区发生雹灾,降下有记录以来的重量最大冰雹,重达1.02公斤。据当时的报道,这场巨大冰雹造成40人死亡,400人受伤,但后来的报道显示,死者可能多达92人。但冰雹到底能够大到何种程度?

最大多大?
宾夕法尼亚州立大学(Pennsylvania State University)的气象学家马修·库姆吉安(Matthew Kumjian)模拟的数据估计,最大的冰雹直径可到27厘米,比起足球还要更大。不过,目前还没有如此大的冰雹记录在册。他表示,正在与一些同事完善这一估算。虽然直径27厘米是估计的上限,但达到这种尺寸的冰雹在形状上是非常不规则的。

不过他说,能产生这种巨型冰雹所需的所有要素,如强烈的上升气流、大量的过冷液态水和在冷空气中穿行的大量时间等,在今天都一一具备。他说,“能产生世界上最大冰雹的‘超级单体’雷暴现在已经齐集这些因素,所以今天最强的风暴是能够产生一颗超级巨大的冰雹。”(转载自BBC中文网)

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