廣州下“拳頭大”冰雹，砸穿車窗、房頂！這冰雹怎么會(huì)這么大？

4 月 27 日下午到晚上，廣西、廣東多地遭遇暴雨、雷雨大風(fēng)、冰雹、龍卷風(fēng)襲擊，有廠房屋頂被掀翻。

據(jù)廣州市氣象部門介紹，初步研判，此次廣州白云區(qū)出現(xiàn)的龍卷風(fēng)強(qiáng)度為強(qiáng)龍卷等級(jí)（相當(dāng)于風(fēng)力 15～17 級(jí)，即風(fēng)度高達(dá)每秒 56.1～61.2 米，是極其強(qiáng)烈的風(fēng)暴）。

此外，廣西、南寧一些地方下起冰雹，有的冰雹直徑大于 5 cm，比雞蛋還大，出現(xiàn)了多個(gè)車輛玻璃、簡(jiǎn)易房屋頂?shù)缺辉覊牡默F(xiàn)象。

圖源：央視新聞

為什么會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)龍卷和“大如拳頭”的冰雹？近期還會(huì)有類似的災(zāi)害天氣嗎？我們邀請(qǐng)了中國(guó)氣象局高級(jí)工程師信欣來(lái)解答一下。

為什么會(huì)出現(xiàn)如此大的冰雹？

一句話總結(jié)：水汽充足，上升氣流足夠強(qiáng)，能托住冰雹不停地長(zhǎng)，長(zhǎng)到足夠大。

從云圖和雷達(dá)看，本次廣西、廣東出現(xiàn)了多個(gè)“超級(jí)單體風(fēng)暴”。

4 月 27 日云圖上（上圖）看到的明顯凸起，如開水冒泡般的大個(gè)頭的積雨云，雷達(dá)圖上（下圖）可見近似橢圓形的紅紫色回波，就是超級(jí)單體風(fēng)暴，圖源：作者提供

所謂“超級(jí)單體風(fēng)暴”，本質(zhì)上是一種強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)上升氣流，通常伴有強(qiáng)風(fēng)、局地暴雨、冰雹，甚至龍卷風(fēng)等等，具有非常大的破壞力，是世界上最危險(xiǎn)的天氣現(xiàn)象。

如果把普通的積雨云比作一個(gè)小孩，這個(gè)超級(jí)單體風(fēng)暴，就像是 “綠巨人”?！俺?jí)單體風(fēng)暴”相比普通的雷暴單體，內(nèi)部有著更強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，上升速度在 10 米/秒甚至 15 米/秒以上，這樣的上升氣流，可以托舉住 15～20 毫米的冰雹胚胎。

而且如果超級(jí)單體中，低空有較大的垂直風(fēng)切變和螺旋度，還可能引發(fā)龍卷——低空風(fēng)向不一致，搓出一個(gè)水平方向上的渦管，渦管在超級(jí)單體的上升和下沉氣流影響下，從水平到傾斜，豎起來(lái)再接地，就是龍卷。

我們知道冰雹是水滴在積雨云中形成的。積雨云中的上升氣流將云層下部的水滴帶到云的中上層。隨著高度的增加，溫度逐漸降低，當(dāng)溫度低到一定程度時(shí)，水滴就會(huì)開始凍結(jié)，變成小冰晶。這些小冰晶就是冰雹的胚胎。

隨著氣流進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)，冰雹胚胎會(huì)不斷地遇到過(guò)冷水滴，并凍結(jié)在冰雹胚胎外面，使得冰雹的尺寸不斷地增大。

形成大冰雹的過(guò)程，其實(shí)類似于“滾元宵”。把元宵餡料蘸上水，在糯米粉中不斷翻滾。對(duì)應(yīng)冰雹，就是冰雹的胚胎（小冰晶）在積雨云中不斷上下來(lái)回，與云中的過(guò)冷水滴不斷碰撞，進(jìn)而變大。

當(dāng)積雨云中，上升氣流越強(qiáng)，可以托舉的冰雹個(gè)頭就越大，使得冰雹可以增長(zhǎng)得越大。直到冰雹足夠大，上升氣流托不住，就會(huì)落到地面。

而下落過(guò)程中，在大于 0℃ 的空中，冰雹表面有些融化，低空往往因?yàn)橛衼y流，又會(huì)導(dǎo)致冰雹間可能產(chǎn)生粘連合并，進(jìn)而形成個(gè)頭如雞蛋大小的冰雹。

圖超級(jí)單體冰雹云的剖面結(jié)構(gòu)圖，圖源：《天氣學(xué)原理和方法》，第四版

有些大冰雹細(xì)看，甚至就像是冠狀病毒，外邊的凸起其實(shí)是一個(gè)個(gè)較小冰雹合并時(shí)，沒有完全融合、部分保留下來(lái)的初始形狀。

最后，當(dāng)冰雹增長(zhǎng)到一定的尺寸，它的重量會(huì)超過(guò)上升氣流的支撐力，這時(shí)冰雹就會(huì)從云層中落下，形成我們所說(shuō)的冰雹天氣。

冰雹是一層一層的結(jié)構(gòu)，圖源：wikipedia

因此，這次的冰雹個(gè)頭之所以“比雞蛋還大”，主要是滿足了這幾個(gè)條件：

第一，“超級(jí)單體風(fēng)暴”讓上升氣流的托舉能力變得特別強(qiáng)。美國(guó)海洋和大氣管理局（NOAA）有數(shù)據(jù)顯示，時(shí)速 103 千米的上升氣流就能產(chǎn)生高爾夫球大小的冰雹，如果氣流速度達(dá)到 130 千米的時(shí)速，就會(huì)產(chǎn)生棒球大小的冰雹。

第二，中低空水汽比較豐沛，以及冰雹粒子在積雨云中多次起落碰并粘連，使得冰雹個(gè)頭進(jìn)一步變大。

4 月27日下午，廣州的大氣條件，0℃ 層高度剛好在 4000 米左右（600 百帕），在 0℃ 層附近和上方有強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，配合較好的水汽條件，利于形成冰雹。注：紅色粗線為 0℃ 層，縱坐標(biāo)為氣壓高度，橫坐標(biāo)為時(shí)間，虛線為上升運(yùn)動(dòng)。綠色為相對(duì)濕度較高，圖源：歐洲數(shù)值模擬的廣州綜合廓線圖

未來(lái)一段時(shí)間，

還會(huì)出現(xiàn)暴風(fēng)、冰雹等災(zāi)害天氣嗎？

今年春季我國(guó)強(qiáng)對(duì)流天氣極其活躍，強(qiáng)度也非同凡響。

一方面是暖濕氣流異常偏強(qiáng)，對(duì)應(yīng)副熱帶高壓偏北偏強(qiáng)，北側(cè)的偏南風(fēng)強(qiáng)于常年，使得低空大氣的濕熱程度，堪比 5～6 月夏季風(fēng)爆發(fā)后的水平，南方低空大氣的水汽和能量都非常充足。

另一方面，3 月下旬以來(lái)，高空槽也非常活躍，多個(gè)高空槽從青藏高原東移，使得對(duì)流中層大氣干冷。多次形成了，下暖濕、上干冷的垂直結(jié)構(gòu)，這是強(qiáng)對(duì)流的典型結(jié)構(gòu)。

高空槽，是指高空存在的低壓區(qū)，通常也采用高度場(chǎng)的低值區(qū)來(lái)表示。在500 百帕等高線圖上，一般呈現(xiàn)向下彎曲的，就是高空槽。高空槽帶來(lái)的干冷空氣，是加劇對(duì)流的關(guān)鍵因素。

當(dāng)?shù)涂张瘽窨諝庠谏仙^(guò)程中，氣溫下降，水汽達(dá)到飽和點(diǎn)時(shí)，就會(huì)凝結(jié)。水的凝結(jié)過(guò)程會(huì)釋放熱量，使得自身變得更暖更輕，繼續(xù)上升。如果此時(shí)有干冷空氣卷入，冷暖對(duì)比反差加大，會(huì)使得上升速度進(jìn)一步加大，形成強(qiáng)烈上升，直沖萬(wàn)米高空，達(dá)到對(duì)流層頂。

4 月 27 日 14 時(shí)，500 百帕高度場(chǎng)疊加 850 百帕風(fēng)場(chǎng)，圖源：作者提供

達(dá)到對(duì)流層頂后，氣流轉(zhuǎn)為下降，此時(shí)云中的降水粒子在下落過(guò)程中，如果又有干空氣卷入，會(huì)導(dǎo)蒸發(fā)或升華，進(jìn)而強(qiáng)烈吸熱降溫，就會(huì)變得更冷更沉，繼續(xù)加速下降。

氣流落地四散就會(huì)形成雷雨大風(fēng)（特別強(qiáng)的就是下?lián)舯┝鳎Ｒ虼私衲?3 月底到 4 月，我國(guó)南方的強(qiáng)對(duì)流，頻繁看到 11～12 級(jí)破紀(jì)錄的雷雨大風(fēng)，這種級(jí)別的大風(fēng)本來(lái)在陸上很少見，今年變成了經(jīng)常見。

目前形勢(shì)預(yù)報(bào)看，4 月 28 日夜間到 29 日，四川東部、重慶、貴州、湖南一帶，還有高空槽 + 低空暖濕氣流的配置，要警惕可能出現(xiàn) 8～10 級(jí)甚至 11 級(jí)風(fēng)的雷雨大風(fēng)，以及短時(shí) 30～50 毫米的強(qiáng)降雨。

展望五一期間，5 月 3～5 日南方還有明顯的對(duì)流降雨，具體情況請(qǐng)關(guān)注氣象部門臨近的預(yù)警預(yù)報(bào)。

作者丨信欣 中國(guó)氣象局高級(jí)工程師

審核丨周兵 中國(guó)氣象局氣候服務(wù)首席