本文最初发表于The Conversation。
柚子大小的冰雹在德克萨斯州约翰逊城砸碎了汽车的挡风玻璃。2024年6月，一位风暴追逐者发现了一块几乎和菠萝一样大的冰雹。在南达科他州、堪萨斯州和内布拉斯加州还记录了更大的冰雹。冰雹曾损坏飞机，甚至砸穿房屋的屋顶。
冰雹是如何长得如此之大的，以及冰雹天气是否在变得更糟？
作为一名大气科学家，我研究并教授极端天气及其风险。以下是冰雹的形成过程、冰雹天气可能如何变化，以及一些保持安全的建议。
冰雹是如何长得如此大的？
冰雹开始时是微小的冰晶，被卷入雷暴的上升气流中。当这些冰胚胎与过冷水（温度低于冰点的液态水）碰撞时，水就会冻结在每个冰胚胎周围，导致冰胚胎生长。
过冷水冻结的速度不同，取决于冰雹表面的温度，当冰雹在雷暴内部移动时，会留下透明或浑浊的冰层。如果你切开一个大冰雹，可以看到这些层，类似于年轮。
冰雹在雷暴云中穿行的路径，以及它收集过冷水的时间，决定了它能长多大。
被称为超级单体（supercells）的旋转、持久的强雷暴往往会产生最大的冰雹。在超级单体中，冰雹可以在强烈的雷暴上升气流中悬浮10-15分钟或更长时间，那里有充足的过冷水，然后由于重量或移出上升气流而从风暴中落下。
冰雹最常发生在春夏两季，当时有几个关键要素存在：近地面的温暖湿润空气；中对流层中不稳定的空气团；随高度急剧变化的风；以及由天气系统触发的雷暴。
更大的冰雹，更大的破坏
冰雹天气可能具有破坏性，尤其是对农作物而言，即使是小冰雹的密集降落也会摧毁作物并损坏水果。
随着冰雹越来越大，它们撞击物体时产生的能量和力会急剧增加。从天而降的棒球大小的冰雹所具有的动能相当于职业棒球大联盟的一次典型快球。因此，当冰雹大于25美分硬币大小时，财产损失——例如屋顶、外墙、窗户和汽车的损失——会随之增加。
过去几十年来，由冰雹造成的严重天气造成的保险损失（以冰雹损坏为主）大幅增加。这些增加主要是由冰雹易发地区人口的增长驱动的，导致更多财产可能受损，以及冰雹造成的财产损失的维修或更换成本不断上升。
气候变化是否正在加剧冰雹天气？
许多人想知道冰雹损失的增加是否与气候变化有关。
我和我的同事们分析了四十年的冰雹环境，发现自1979年以来，美国中部和东部地区产生非常大的冰雹（大于高尔夫球）的大气条件变得更加普遍。其他研究，考虑了产生冰雹的风暴的形成因素或雷达估算的冰雹大小，发现大冰雹的增加有限，主要发生在北部平原地区。
有几个主要的假说解释了为什么气候变化可能使一些大冰雹的关键成分变得更普遍。
首先，随着地球变暖，温暖湿润的空气有所增加。这为雷暴提供了更多的能量，并使雷暴中的过冷水更加充足，有助于冰雹生长。
其次，来自北美西部高地的不稳定空气团增多，并向东移动。随着积雪提前融化，这些不稳定空气团更容易形成，因为太阳加热地表的速度更快，就像打开炉灶一样，然后加热上方的空气。
气候变化也可能导致小冰雹减少，大冰雹增多。随着大气变暖，冻结层在更高的高度。小冰雹在到达地面之前可能会完全融化。而大冰雹下落速度更快，需要更长时间才能融化，因此受冻结层升高影响的程度较小。
此外，产生大冰雹的有利条件增多与冰雹天气本身的特征变化相结合，可能导致未来非常大的冰雹数量增加。
如何在冰雹天气中保持安全
身处一场四周都是大冰雹的严重雷暴中可能会令人恐惧。如果你不幸遇到这种情况，以下是一些安全提示。
- 如果你在开车，请安全地靠边停车。待在车内。如果你看到一个车库或加油站的遮雨棚，可以开过去躲避。
- 如果你在户外，请寻找坚固的避难所，如建筑物。如果你在空旷地带，请保护好头部。
- 如果你在室内，请远离窗户，并在冰雹停止前待在室内。
处理冰雹损坏的后果也可能令人沮丧，因此现在采取一些措施可以避免日后的麻烦。了解你的房屋和汽车保险政策涵盖哪些内容。警惕冰雹天气后出现的屋顶更换诈骗。此外，考虑预防措施，选择更能抵御冰雹损坏的建筑材料。
