1.2厘米雨滴就会落向地面,冰雹为何更大?义乌冰雹最大直径4厘米

来看世界 2024-03-27 07:31:33

3月26日中午,义乌等地下起了大冰雹,此次下冰雹现象是受强对流天气影响,从金华到义乌,再到东阳都出现了冰雹,其中义乌冰雹持续了三四十分钟,最大直径在4厘米左右。

工作人员告诉记者,这么大的冰雹大概几年才出现一次。此次在下冰雹前,气象部门已经提前发布了预警信息,并与应急管理部门保持沟通。该工作人员表示,短时间内,当地再出现这样的强对流天气概率较低。这样大小的冰雹,可比我们日常能遇到的雨珠大多了。

人类记录到的最大雨滴有多大?

人类观测到的雨滴直径范围广泛,通常介于小雨滴的0.2毫米至普通雨滴的约0.6毫米之间,大雨滴则可达3至7毫米,甚至更大。已有的科学研究记录显示,历史上最大雨滴的直径曾在8.8至10毫米区间内,这些观测分别发生在巴西(可能与亚马逊雨林相关)、马绍尔群岛以及夏威夷上空的热带风暴中。

然而,最新的描述提供了一个更为显著的记录,即在亚马逊雨林上空,人类观测到了直径达1.2厘米(12毫米)的雨滴。这一前所未有的尺寸可能是由于该地区特殊的环境条件所致,尤其是较大尘埃颗粒作为凝结核,在雨林高湿度、富含水汽的空中环境下促进了雨滴异常快速且大幅度的增长。如果得到证实,这一观测结果将刷新人类对自然界中单个雨滴最大尺寸的认知。

即便12mm直径的雨滴没能被证实,8-10mm的雨滴却也是已经被证实的。而冰雹,无疑比雨滴大得多。形成10mm直径的雨滴,条件是比较苛刻的,需要充足的水汽、尘埃作为凝结核,地面上升气流等。雨滴靠表面张力凝聚在一起,但是液态的水,液容易受到风力作用,会被风再次强行吹散,所以雨滴只能大到一定程度,是会有极限的。

降水的过程

降水的形成起始于地表水体的蒸发,这是一个广泛发生的现象,特别是在阳光照射、风力作用以及温度适宜的情况下。地表的湖泊、河流、海洋、土壤水分以及植被蒸腾等都是水汽的重要来源。蒸发的水分子进入大气,成为大气湿度的一部分,随着风力和大气环流在全球范围内输送。

随着海拔升高,气温确实遵循递减规律,这是由于地球大气的绝热冷却效应。当含有水汽的空气上升,由于周围气压降低,空气因膨胀而进行绝热冷却。当冷却到一定程度,空气中的水汽达到饱和状态,开始凝结成微小的水滴或冰晶,这便是云的初始形成过程。云可以是水滴云(液态水为主)或冰晶云(固态冰为主),具体取决于温度和水汽过饱和程度。

地面辐射出的红外波段能量并非直接加热大气中的水分,而是主要被大气中的温室气体(如二氧化碳、水汽、甲烷等)吸收。这些气体吸收地面辐射后增温,并通过大气湍流混合将热量传递给周围空气,间接影响大气温度结构。地面辐射冷却效应的确可以驱动边界层内的空气降温下沉,但与形成降水的上升气流机制并不直接相关。

上升气流的形成主要有以下几个机制:

热力对流:当地面因太阳辐射强烈加热,导致地表空气快速升温,形成显著的热力不稳定。暖空气比周围环境空气轻,因此产生强烈的上升运动,形成雷暴云等强对流天气系统。

地形抬升:当暖湿气流吹过山地或高地时,被迫沿坡面上升,形成地形云并导致降水,即地形雨。锋面抬升:冷暖气团相遇形成的锋面处,暖空气被迫抬升到冷空气之上,形成锋面云并伴随降水。气旋或低压系统的辐合上升:在气旋或低压系统中心附近,气流因气压梯度力作用向中心汇聚并上升,形成云和降水。

云的厚度与含水量:云的外观薄厚并不能直观反映其含水量,有的薄云可能含水量较小,而某些看似薄的卷云实际上可能覆盖范围广,总体含水量可观。云的含水量通常由云滴或冰晶的数量、大小以及云层的垂直厚度共同决定。数万吨级别的含水量通常对应的是大规模的降水云系,如风暴云、台风云等。

降水的形成关键步骤:

凝结核的存在:除了水汽饱和外,还需要足够的凝结核(如尘埃、盐粒、微生物等)作为水汽凝结的基底,促进水滴或冰晶的形成。水滴/冰晶的增长:云内水滴或冰晶通过碰撞—合并过程、冻结增长、蒸发—再凝结等机制不断增大。克服上升气流与蒸发损失:当水滴或冰晶增长到足够大,以至于其下落速度超过云内上升气流的速度,同时在下降过程中不会被蒸发殆尽,此时才能形成降水。

冰雹为何能那么大?

冰雹的形成过程始于强对流云系的发展。这种云系通常由以下要素相互作用引发:

暖湿气团与冷空气相遇:在春季和夏季,尤其是在地理位置上处于冷暖气流交汇区的地区,南下的冷空气前沿与本地或北上的暖湿气团相遇。暖湿气团含有丰富的水汽,而冷空气则携带有相对较低的温度和较高的密度。强烈的对流触发:当冷空气侵入暖湿气团时,不仅导致气温骤降,还引起空气的强烈抬升。这种抬升动力可能源于地形抬升、锋面抬升或局部热力不稳定等因素。冷空气与暖湿气团之间的温差加剧了大气的不稳定,形成了强烈的上升气流。

过冷水滴与冰晶的生成:在上升气流的作用下,暖湿气团中的水汽迅速冷却,形成过冷水滴。当温度降至冰点以下时,过冷水滴冻结成冰晶,或者水汽直接在凝结核(如尘埃、冰晶碎片等)上凝华成冰晶。这些冰晶和过冷水滴成为冰雹的核心。冰雹胚胎的生长:冰晶或过冷水滴在上升过程中,继续与周围的过冷水滴碰撞并冻结在一起,形成越来越大的冰雹胚胎。这一过程称为雹胚聚合,包括液态水滴冻结在冰核表面的冻结增长和冰晶之间通过碰撞融合的碰撞增长。

冰雹的成熟与下降:随着冰雹胚胎不断增大,当其质量超过上升气流所能支持的上限时,开始在重力作用下向下沉降。在下沉过程中,冰雹可能仍处于云中较暖的区域,此时表面会融化形成一层液态水膜。当冰雹再次进入低温区时,液态水膜又会重新冻结,形成冰雹表面的透明与不透明交替的层状结构。这种反复的融化与冻结过程使得冰雹具有复杂的内部构造。冰雹的降落:当冰雹最终克服了云内的上升气流并持续下降时,若其直径达到一定大小(通常大于5毫米),即可被定义为冰雹。冰雹在强风作用下加速降落至地面,形成灾害性天气现象。

冰雹并非简单地由冷气团沉积于暖湿气团下方形成冷锋,而是由强对流云系中的上升气流、水汽凝结与冻结、雹胚聚合等一系列复杂气象过程共同作用的结果。在冰雹形成过程中,水汽确实持续向冰晶表面聚集并凝结,但这发生在云内的上升气流环境中,而非单纯沿着冷锋作用面下降。冰雹最终在重力作用下穿过不同温度层,经历多次融化与冻结,形成具有层状结构的固态降水。

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