从45米高空扔下一个破坏球：天上掉下排球大小的冰雹 地面决定架导弹来防
从45米高空扔下一个破坏球：天上掉下排球大小的冰雹 地面决定架导弹来防冰雹的破坏力冰雹炮（图片来源：Etan J. Tal/Wikipedia）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，试图利用爆炸的强大冲击波来驱散云层，防止冰雹降落砸坏葡萄。然而20世纪，意大利政府进行了广泛的调查研究并得出结论——冰雹炮并没有作用。不过，一些欧洲葡萄园仍然在使用冰雹炮。 在格鲁吉亚，政府专门部署了85个防冰雹导弹系统。当气象雷达探测到可能形成冰雹的冰雹云时，就会发射携带碘化银催化剂的火箭，产生大量的人工冰雹胚胎。过量的冰雹胚胎会相互竞争水分，最终全部无法充分“成长”成大冰雹。据称这套防冰雹系统有效性超过90%，但实际效果还有待验证。
图片来源：National Weather Service Goodland Forecast Office
反击冰雹
显然，冰雹带来的经济损失也很可能会增加。在预计会遭受冰雹破坏的地区，修建的建筑物需要达到抗冰雹等级。另外，还有一些地区会主动“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，试图利用爆炸的强大冲击波来驱散云层，防止冰雹降落砸坏葡萄。然而20世纪，意大利政府进行了广泛的调查研究并得出结论——冰雹炮并没有作用。不过，一些欧洲葡萄园仍然在使用冰雹炮。
在格鲁吉亚，政府专门部署了85个防冰雹导弹系统。当气象雷达探测到可能形成冰雹的冰雹云时，就会发射携带碘化银催化剂的火箭，产生大量的人工冰雹胚胎。过量的冰雹胚胎会相互竞争水分，最终全部无法充分“成长”成大冰雹。据称这套防冰雹系统有效性超过90%，但实际效果还有待验证。
冰雹炮（图片来源：Etan J. Tal/Wikipedia）
冰雹的破坏力
目前评估抗冰雹能力的方法是用发射器发射金属球，来模拟冰雹的冲击。然而冰雹的尺寸与其破坏力的关系非常复杂。2020年，一项研究就探索了为什么大冰雹的破坏力能远远超过预期。
在冰雹形成的过程中，空气的温度和湿度会影响它的密度。比如，在非常冷的空气中，水蒸气一碰到冰雹就会结冰，但这样凝结出来的冰会“捕捉”大量空气；但如果空气温度偏高，或湿度偏大，水分凝固速度较慢，给空气留出了逃脱的时间，就能形成空气含量更低、更致密的冰雹。
一般来说，小尺寸的冰雹会混合大量的空气，密度只有纯冰的一半。由于密度较低，在形成后它往往不会直接降落到地面，而是会在大气中持续起伏和成长，直到形成致密的外层。
图片来源：NOAA National Severe Storms Laboratory
2003年，美国内布拉斯加州奥罗拉市发生了一场冰雹。研究者采集了一块直径17厘米的大冰雹，发现它的核心像是海绵一样充满了空气，而外层是致密的透明冰层。研究者估计，如果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，它只有500克重。
冰雹的密度也会影响它的下落速度。冰雹越重，单位重量受到的阻力就越小，下落速度也就越快。根据布赖姆洛的计算，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。有记录以来最重的冰雹出现在1986年孟加拉国的Gopalganj地区，重达1.02千克。当时的报道称，这场冰雹造成了40人死亡，400人受伤。但后来的追踪报道显示，可能有多达92人丧生。
想要估计冰雹的下落速度也很复杂，过去的研究往往将冰雹近似成球形，然而最近的研究表明，冰雹更像是橄榄球形，这样下落时会受到更大的空气阻力。同时，随着冰雹的体积增大，它们的形状也会变得更不均匀，这也会影响它们的空气动力学特性。
即使解决了下降速度的问题，冰雹击中物体的速度和下降的速度也是不一样的。比如，冰雹的速度可能存在水平分量。最具破坏性的冰雹事件是下击暴流带来的冰雹。下击暴流由强大的下沉气流驱动（空气从快速下降，撞击地面时向外扩散，能产生非常高的风速），作用范围通常只有几千米直径的区域，只能持续几分钟，但风速可达70-80米/秒，并且经常伴有冰雹。
被冰雹破坏的建筑物墙面（图片来源：NOAA National Severe Storms Laboratory）
在强风吹动下，巨大的冰雹能够穿透屋顶瓦片，打碎车窗玻璃，甚至能对飞机构成威胁。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(机头保护雷达的结构)，摧毁了雷达，还撞击了机翼边缘。雷达罩的一部分被发动机吸入，损坏了发动机。幸运的是，飞机最终成功安全着陆了。
近年来，大型冰雹带来的灾害记录一直在增加。2018年，阿根廷的Villa Carlos Paz镇遭到了前所未有的冰雹袭击，一些冰雹的直径达18厘米，据称还有冰雹直径可能达到了23.7厘米。去年4月，在美国得克萨斯州的一场风暴后，人们收集到一块直径16厘米、重590克的冰雹。冰雹被保存在冰箱里，后来被确认为该州的新纪录。
但是冰雹能变大到什么程度呢？宾夕法尼亚州立大学的气象学家马修·库姆吉安（Matthew Kumjian）基于统计数据和模型，估计最大的冰雹直径可能为27厘米或“保龄球大小”。库姆吉安表示，形成如此大的冰雹所需的要素（强大的上升气流、大量过冷液态水和在冷空气中停留大量时间）已经存在。然而目前还没有这么大冰雹的记录。“强‘超级单体’雷暴已经将这些因素聚集在一起了，如今，最强的风暴可能会产生超大冰雹，”库姆吉安说。
也有人试图预测特定风暴可能产生的冰雹大小，但预测结果都不理想。正如布赖姆洛指出的，想要准确预测冰雹，还有很长的路要走。但我们能确定的是，这些“大麻烦”很可能还会继续向我们砸来。
原文链接：
https://www.bbc.com/future/article/20220314-how-big-can-hailstones-grow
翻译 | 魏书豪
审校 | 二七
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来源：环球科学
编辑：藏痴
