超级单体风暴引发广州罕见冰雹，最大如拳头般大小

超级单体风暴引发广州罕见冰雹，最大如拳头般大小

2024年4月27日下午，广州遭遇了一场罕见的强对流天气袭击，天空中突然降下“拳头大”的冰雹，甚至砸穿了车窗和房顶。这场突如其来的冰雹让许多人感到困惑：为什么在温暖的春季会出现如此巨大的冰雹？这背后究竟隐藏着怎样的科学原理？

冰雹的形成是一个复杂而神奇的大气过程，主要发生在发展强盛的积雨云中。积雨云由水滴、冰晶和雪花组成，通常分为三层：

• 最下面一层温度在0℃以上，由水滴组成
• 中间层温度为-20～0℃，由过冷却水滴、冰晶和雪花组成
• 最上面一层温度在-20℃以下

在冰雹云中，强烈的上升气流携带着许多大大小小的水滴和冰晶运动。其中一些水滴和冰晶并合冻结成较大的冰粒，这些粒子和过冷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。雹核在上升气流携带下进入生长区后，在水量多、温度不太低的区域与过冷水滴碰并，长成一层透明的冰层，再向上进入水量较少的低温区，这里主要由冰晶、雪花和少量过冷水滴组成，雹核与它们粘并冻结就形成一个不透明的冰层。这时冰雹已长大，而那里的上升气流较弱，当它支托不住增长大了的冰雹时，冰雹便在上升气流里下落，在下落中不断地并合冰晶、雪花和水滴而继续生长，当它落到较高温度区时，碰并上去的过冷水滴便形成一个透明的冰层。这时如果落到另一股更强的上升气流区，那么冰雹又将再次上升，重复上述的生长过程。这样冰雹就一层透明一层不透明地增长，由于各次生长的时间、含水量和其它条件的差异，所以各层厚薄及其它特点也各有不同。最后，当上升气流支撑不住冰雹时，它就从云中落了下来，成为我们所看到的冰雹了。

在2024年广州冰雹事件中，气象专家发现当时出现了多个“超级单体风暴”。这种风暴本质上是一种强烈的旋转上升气流，通常伴有强风、局地暴雨、冰雹，甚至龙卷风等，具有非常大的破坏力。

超级单体风暴的上升气流速度可达10米/秒甚至15米/秒以上，能够托举住15～20毫米的冰雹胚胎。而且如果超级单体中，低空有较大的垂直风切变和螺旋度，还可能引发龙卷——低空风向不一致，搓出一个水平方向上的涡管，涡管在超级单体的上升和下沉气流影响下，从水平到倾斜，竖起来再接地，就是龙卷。

冰雹的形成过程类似于“滚元宵”。当积雨云中的上升气流将云层下部的水滴带到云的中上层时，随着高度的增加，温度逐渐降低，水滴就会开始冻结，变成小冰晶。这些小冰晶就是冰雹的胚胎。

随着气流进行升降运动，冰雹胚胎会不断地遇到过冷水滴，并冻结在冰雹胚胎外面，使得冰雹的尺寸不断地增大。当积雨云中，上升气流越强，可以托举的冰雹个头就越大，使得冰雹可以增长得越大。直到冰雹足够大，上升气流托不住，就会落到地面。

而下落过程中，在大于 0℃ 的空中，冰雹表面有些融化，低空往往因为有乱流，又会导致冰雹间可能产生粘连合并，进而形成个头如鸡蛋大小的冰雹。

图超级单体冰雹云的剖面结构图，图源：《天气学原理和方法》，第四版

有些大冰雹细看，甚至就像是冠状病毒，外边的凸起其实是一个个较小冰雹合并时，没有完全融合、部分保留下来的初始形状。

最后，当冰雹增长到一定的尺寸，它的重量会超过上升气流的支撑力，这时冰雹就会从云层中落下，形成我们所说的冰雹天气。

冰雹是一层一层的结构，图源：wikipedia

因此，这次的冰雹个头之所以“比鸡蛋还大”，主要是满足了这几个条件：

第一，“超级单体风暴”让上升气流的托举能力变得特别强。美国海洋和大气管理局（NOAA）有数据显示，时速 103 千米的上升气流就能产生高尔夫球大小的冰雹，如果气流速度达到 130 千米的时速，就会产生棒球大小的冰雹。

第二，中低空水汽比较丰沛，以及冰雹粒子在积雨云中多次起落碰并粘连，使得冰雹个头进一步变大。

4 月27日下午，广州的大气条件，0℃ 层高度刚好在 4000 米左右（600 百帕），在 0℃ 层附近和上方有强烈的上升运动，配合较好的水汽条件，利于形成冰雹。注：红色粗线为 0℃ 层，纵坐标为气压高度，横坐标为时间，虚线为上升运动。绿色为相对湿度较高，图源：欧洲数值模拟的广州综合廓线图

冰雹的大小和形状多种多样，小的如绿豆、黄豆，大的似栗子、鸡蛋，甚至有比足球还大的“巨无霸”。其形状也千奇百怪，有球形、椭球形、锥形、扁圆形和无规则的形状等。

小冰雹普遍近于球形，大冰雹多为非球形。雹块中有一个可以分辨出来的生长中心，叫作雹胚，常为白色不透明的，也有透明的。雹胚外包有透明或者透明和不透明相间的冰层，一般有4～5层，最多可达20多层。有的雹块表面光滑，有的带疙瘩。

冰雹虽然美丽，但其破坏力不容小觑。它不仅会砸伤人畜，还会毁坏农作物和建筑物。2024年广州冰雹事件中，就有多个车辆玻璃、简易房屋顶被砸坏。

此外，冰雹还可能引发其他灾害。例如，2018年7月，德国一场冰雹引发洪水，造成至少1人死亡，多人受伤。2020年5月，印度一场冰雹导致至少15人死亡，数十人受伤。

面对冰雹这种极端天气，我们该如何防范呢？

1. 关注天气预报：及时了解天气变化，做好防范准备。
2. 寻找安全地点：遇到冰雹时，尽快寻找坚固的建筑物躲避。
3. 保护头部：使用包包、衣物等保护头部，避免被冰雹砸伤。
4. 避免外出：冰雹天气尽量不要外出，确保人身安全。
5. 保护车辆：将车辆停放在有遮挡的地方，避免被冰雹砸坏。

冰雹是大自然力量的展现，虽然我们无法阻止它的发生，但通过科学的方法，我们可以更好地预测和应对，减少其带来的损失。了解冰雹的形成原理，不仅能满足我们的好奇心，还能帮助我们更好地保护自己和他人。