《自然·綜述》：氣候變化對冰雹的影響

《自然·綜述》：氣候變化對冰雹的影響

摘要

冰雹是一種全球性

高風險、高致災

的氣象災害，其發生頻率與強度的變化對全球變暖的響應亟待研究。本文從對流不穩定、微物理與垂直風切變等方面預測氣候變化對冰雹的影響。在

人為因素導致的變暖趨勢下

，低層水汽與對流不穩定性增加，使得

滿足冰雹有利環境的發生天數增多

，利於大冰雹的生成。融化層厚度增加，

加強冰雹的融化效應

，並使得地面觀測到的冰雹尺寸譜向大直徑偏移。由於該兩個因子的影響佔主導，儘管垂直風切變將總體減弱，但對冰雹活動的影響有限。

冰雹的生成過程

冰雹生長於具有強上升運動的對流中，當氣塊受外力強迫被抬升到自由對流高度後，氣塊溫度開始高於環境溫度，此後受到正浮力作用，開始自由上升。氣塊中的水汽在上升的過程中遇冷凝結，釋放凝結潛熱使得對流能量增加。當氣塊上升到融化層高度以上且-40℃等溫線高度以下時，凝結的水汽仍然是液態，稱為過冷水。過冷水遇到成冰核凍結，成冰核逐漸碰並長大成為冰雹的雛形——雹胚。

過冷水滴繼續碰撞雹胚，並於表面凍結增長。冰雹的生長過程分為幹增長與溼增長，使得冰雹切面呈現透明層、氣泡層交替出現的紋理。當上升氣流變弱或冰雹落出生長區後，且落於融化層高度以下時，冰雹開始融化，小直徑冰雹比大直徑冰雹受到的融化作用更強。

水汽與對流不穩定

根據克勞修斯-克拉伯龍方程，氣溫每升溫1℃，空氣中的水汽將增加約7%。低層溫度升高，氣塊中的水汽增多，在抬升過程中能釋放更多的凝結潛熱，導致不穩定能量增加。對流不穩定增加將使得上升氣流更強，為更大冰雹的產生提供條件。

微物理過程

在未來更暖的對流層中，對流雲雲底溫度與液態水含量增加，融化層高度之上將有更多的過冷水存在，有利於溼增長產生尺寸和密度更大的冰雹。且融化層高度的改變導致中國、法國的地面觀測中，小直徑冰雹減少於大直徑冰雹增多，在北美的未來模擬結果中也發現了相似結果。

垂直風切變

歷史分析與未來預測都表明，風切對冰雹的影響比對流不穩定和融化層高度要小。這是由於風切改變的時間多處於冰雹不活躍期或者風切對冰雹的改變被不穩定或融化層的影響淹沒。

原文資訊：

https：//www。nature。com/articles/s43017-020-00133-9