冰雹是怎样形成的?

冰雹是从积雨云中降落下来的一种固态降水。它主要发生在春夏之交的过渡季节对流发展旺盛的时候。冰雹的形状很多，有球状、圆锥状、椭球状或其它不规则的形状。冰雹的核心是由霰或冻结的雨滴构成，一般直径约为0.2~0.3毫米，大的直径可达6毫米。外面交替地包以透明和不透明的冰层，通常可以有3~5层，多的可达28层。冰雹的密度变化很大(0.1一0.9克/厘米’)，平均密度约为0.7~0.8克/厘米3。雹的大小也很不相同，最常见的是直径介于0.5~3厘米之间的，最大的冰雹可达数千克重。在我国曾出现过4.5千克的冰雹，但世界各地降大冰雹的概率是比较小的。冰雹的多层结构反映了它的复杂的生成过程。当冰雹与过冷却水滴碰撞时，水滴相继在冰雹表面上冻结，同时释放潜热。这潜热一部份消耗在冰雹的蒸发和空气的热传导上，一部份使冰雹温度升高。这则云内可能有两种情况:一种是云内气温低，含水量也很低，此时冰雹所能捕获的过冷却水滴并不多，冻结时释放的潜热也不多，并且很多热量很快扩散到空气中去，过冷却水滴与冰雹碰撞后能很快地冻结。原来水中溶解的空气和水滴之间存在的空气来不及逸散，于是冻结而形成不透明的冰层。因此，冰雹的不透明层反映了云内温度低，有水量小的生长条件。这种增长过程称为干增长过程。另一种情况是云内含水量充沛，气温高，此时冰雹捕获大量的过冷却水滴，冻结时释放出大量的潜热，由于冰雹蒸发与空气的热传导只消耗其中一部份热量，另一部份热量则使冰雹温度升高。最后在冰雹表面上形成一层水膜，由里向外慢慢地冻结，形成透明的冰层。显然，透明层反映了云内含水量高气温高的生成条件。这种增长过程称为湿增长过程。有人利用风洞模拟自然条件下冰雹的增长过程，发现除了干、湿增长的透明层与不透明层外，还有一种叫做“海绵”型的冰水混合层。因为冰中可以包含液态水，结构也较松散，故叫“海绵”冰层。海绵冰层是一种不稳定状态，它可以通过不同途径产生、还可能演变成干的不透明层或湿的透明层。由于失水变为多孔状干层，多孔状的干层嵌入水后也可以变成海绵层。产生海绵层的热力条件是当总的热量不完全散失，因而与冰雹碰并的水份未能全冻结又未被气流完全吹散掉，于是多余的水分残留在你的骨架之中，形成海绵状结构。设想冰雹是通过下述方式形成的。强大的风暴随着高空引导气流方向运动，发展旺盛的积雨云中，有一股强烈而稳定的向上倾斜的上升气流。当云中个别大水滴冻结成的冰粒，籍凝华过程迅速增长而成雹胚，这种雹胚第一次被上升气流携带上升时长成小冰雹，并沿轨迹AA向前运动，被抛出云外，降落在上升气流的前方，部分小冰雹可能再次进入倾斜的上升气流中。稍大的颗粒可能在强大的上升气流中部沿BB轨迹线运动。通过过冷水区继续增长并缓慢降落，然后在较低的高度上，再次卷入强大的上升气流之中，最后变成中等尺度的冰雹下降。如果云内强大的上升气流速度是随高度增加的，那么，有一部份适当尺度的颗粒随上升气流沿CC轨迹线运动，这时冰雹不断增大，而其下降速度也不断加大，当下降速度增加率相当于上升气流速度的增大时，冰雹最后可以长得很大，这就是大冰雹的形成过程。综上所述，冰雹形成必需有以下条件:(1)大气中必须有相当厚的不稳定层存在，(2)积云必须发展到能使个别大水滴冻结的高度(一般认为温度达-12~-16℃);(3)要有强的风切变;(4)云的垂直厚度不小于6~8千米;(5)云内含水量丰富。一般为3~8克/米’，在最大上升速度的上方有一个液态过冷却水的累积带;(6)云内有倾斜的，强烈而不均匀的上升气流，一般在10~20米/秒以上;(7)雹胚的数密度要小，一般为0.1~0.2个/米8左右(这些只是形成冰雹的必要条件，不是充分条件)。