科学家首探全球冰雹变化趋势

一项由北京大学物理学院张庆红课题组与美国中央密歇根大学团队合作的研究，首次在全球尺度上量化分析了气候变暖对冰雹灾害的影响。该研究表明，未来冰雹不仅不会消失，反而会变得更大、更具破坏性。研究结果显示，直径大于30毫米的大冰雹发生频率预计将增加38%至52%，全球冰雹的破坏潜势可能上升37%至42%。

张庆红指出，冰雹作为一种破坏力强且突发性高的极端天气现象，在全球范围内频繁发生。然而，由于各地观测标准不一以及冰雹在云中生长过程的复杂性，政府间气候变化专门委员会（IPCC）此前一直对未来冰雹灾害趋势的判断持“低信度”态度，科学界长期未能给出明确结论。研究团队通过卫星观测识别了全球近1.5万次强冰雹风暴事件，并开发了一套冰雹生长轨迹的准三维模型。结合国际主流气候模式和“伪全球变暖”方法，他们定量评估了不同碳排放情景下全球冰雹的变化趋势。

研究得出的明确结论是，未来的冰雹尺寸分布将整体向大型化发展。与历史气候相比，直径小于30毫米的小冰雹发生频率预计将减少4%至12%，而直径大于30毫米的大冰雹发生频率将显著增加38%至52%。大冰雹数量的显著增多意味着对地面的总破坏力将急剧提升，近地面冰雹累积动能预计增加37%至42%，且碳排放量越高，这种增幅越明显。

关于为何会出现“大的更大、小的更少”的趋势，张庆红解释了背后的双重物理机制。首先，未来低层大气将变暖并更加湿润，为云层提供更多液态水和更强的上升气流，这相当于为冰雹增长提供了“充沛养料”和“更强支撑”，从而大幅提高了增长效率，导致大冰雹数量增加。其次，全球变暖还将抬升高空融化层的高度，这如同加厚了冰雹落地前必须穿透的“暖层”。因此，个体较小、强度较弱的冰雹往往在落地前就被融化，导致小冰雹的数量反而减少。

这两种机制在不同地区的相互作用导致了显著的空间差异。张庆红提到，在中高纬度地区，如中国北方、美国大平原和欧洲，低层大气表现为“强升温、弱增湿”，大气不稳定能量大幅增加，上升气流异常强劲，冰雹的增长效应占据主导地位，大冰雹灾害潜势显著增强。而在热带及季风区，例如赤道非洲和东南亚，低层大气“升温弱、增湿强”，不稳定能量增加有限，加上融化层升高导致冰雹生长空间变薄，融化效应占据上风，近地面冰雹尺寸反而减小，灾害潜势因此减弱。

张庆红表示，这项研究首次从全球视角定量揭示了气候变暖背景下冰雹尺寸分布和灾害潜势的演变规律，为未来的冰雹风险评估、防灾减灾以及气候适应性规划提供了重要的科学依据。

●新闻背后

“让成果不止于发文”

政府间气候变化专门委员会（IPCC）长期以来将冰雹趋势判定为“低信度”，中国科学家是如何率先取得突破的？部分答案隐藏在60多位普通民众家中的冰箱里。

张庆红表示，冰雹生成和消失迅速，常规观测难以捕捉。2016年，课题组发起了一项名为“冰雹换玛瑙”的公众参与活动，鼓励公众收集冰雹样本。这项活动的创意灵感来源于“自然界万物皆独一无二”的理念：没有两颗完全相同的冰雹，也没有两块完全相同的玛瑙。参与者被要求在冰雹后收集至少15颗样本并冷冻保存，同时记录时间和地点，课题组则前往现场收集。

在过去9年里，课题组收集了来自全国各地的样本。这些样本提供了地面真实数据，课题组通过分析样本中的离子、颗粒物和同位素，反推冰雹的生长轨迹，并最终构建了一个适用于全球的冰雹生长轨迹模型，这是实现精准预测的基础。

虽然研究成果已发表于《自然》杂志并被选为当期封面，但课题组成员林翔宇表示，比发表论文更令他们关注的是：“要是能留存20世纪的冰雹样本就好了，但根本找不到。”因此，他们希望通过自己的努力，为后人留下一些冰雹样本，以便未来有更先进的研究手段时进行深入分析。

一项重要科研成果的取得，背后是十年的不懈努力。但对课题组而言，这并非终点。论文第一作者张诗怡表示：“我们的最终目标是减小冰雹对大众造成的灾害。希望能够发展一个更完善的研究—预报—应急措施的完整链条，让研究成果能够真正应用于实践，造福于大众。”

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