8月,在68歲生日的前幾天,南達科他州維維安的牧場主萊斯利·史考特在郵局得到一些壞消息。辦事員告訴他,他保有的世界紀錄被打破了。史考特在2010年撿到的直徑約20厘米、重量近900克的冰雹現在這已經不再是有史以來的最大冰雹了。辦事員說,加拿大有人找到了一塊更大的。
「整個週末我都很傷心,」史考特在得知這一消息數日後表示。「我逢人就說我的紀錄被打破了。」
對史考特來說,幸運的是這一消息並不完全準確。8月1日,安大略省倫敦市西安大略大學的一隊科學家在卡爾加里市以北約120公里的艾伯塔省追蹤一場風暴時,發現了一塊巨型冰雹。這塊冰雹直徑約13厘米,重約300克,體積只有史考特找到那塊的一半,重量也只有四分之一。因此,那並不是世界最大冰雹紀錄,只是加拿大本國的。
這塊於加拿大發現的冰雹讓過去幾年創下的地方紀錄又多了一個,這些紀錄包括在2018年的阿拉巴馬州(長約13.7厘米、280克)、2019年的科羅拉多州(長約12.2厘米、240克)、以及2020年的非洲(長約17.8厘米,重量未知)。澳洲在2020年創下了全國紀錄,2021年又刷新了紀錄。得州的紀錄是在2021年創下的。2018年,阿根廷一場風暴中的冰雹大到創造出「巨型冰雹」這一新類別。這種冰雹的體積比白蘭蜜瓜還要大。
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「人類應該無法在這種罕見的天氣災害中倖存,」商業和家庭安全保險協會的氣象學家伊恩·賈曼科說。「而這種災害範圍越來越大,程度也愈發嚴重。」
氣象專家說,雖然這些趨勢部分是由氣候變化造成的,但更全面的解釋可能與人類行為與科學發現之間的自發相互作用有關。隨著人類社區擴展到了會出現強冰雹天氣且造成破壞更嚴重的地區,研究人員開始尋找大型冰雹,記錄下它們的尺寸,激起了公眾的興趣,並準備開始進一步的研究。
朱利安·布裡姆洛是「北方冰雹項目」的負責人,這是加拿大各個研究冰雹的組織開展的一項新合作,在8月發現創紀錄冰雹的就是他的團隊。他說,「對冰雹研究來說現在正是個激動人心的時期。」
當冰塊從天而降……
人類對大型冰雹的關注至少可以追溯到上世紀60年代,當時蘇聯科學家聲稱,他們可以通過在大氣中釋放化學物質來大幅縮小風暴中冰雹的體積。他們承諾,這種被稱為播雲的方法每年能減少價值數百萬美元的農作物損失。
2010年6月,堪薩斯州一場龍捲風過後,從一片田地裡找到的冰雹。
2010年6月,堪薩斯州一場龍捲風過後,從一片田地裡找到的冰雹。 Nature Picture Library/Alamy
到上世紀70年代,美國資助了國家冰雹研究實驗,希望能重複蘇聯的實驗結果,這一次是在科羅拉多州北部的冰雹風暴中進行播雲。然後,科學家們再去收集他們所能找到的最大的冰雹,評估此種辦法是否有效。
結果是否定的。十年的研究表明,蘇聯的努力可能也沒有奏效。兩國最終都放棄了這個思路,關於冰雹的研究也陷入停滯,儘管在世界各地,通過播雲增加降雨和降雪的做法仍在繼續並一直持續到今天
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在那段停滯期,孟加拉國戈帕爾甘傑1986年的一場風暴造成92人喪生,在風暴中發現的一塊冰雹據稱重達1020克,是有記載以來的最重紀錄。除了目擊者的描述和傳說中的重量,所有關於這塊冰雹的記錄都丟失了。戈帕爾甘傑冰雹也成為了冰雹研究者口口相傳的故事,並附帶了一條準則:大型冰雹是有的,但關鍵是要進行記錄。
這是促使氣象學家基爾·奧爾特加開始四處給素不相識的人打電話,他從2004年開始研究冰雹。通過谷歌地球軟體,他找到那些位於風暴路徑上的店面,並致電請求他們提供地面上的情況更新。「儘管我那麼熱愛追蹤風暴,」他說,「但有時候我不可能有足夠的財力或人力每次都趕往現場。」
天氣模型會顯示冰雹可能在何處形成,其平均體積大概如何,但它們的預測也經常出現很大偏差。因此,每當美國出現強烈冰雹風暴,奧爾特加就會召集一個由研究人員和本科生組成的團隊,把各種報告匯總起來。「冰雹帶」——也就是下冰雹的地區——有多大?最大的冰雹體積是多少?
記錄冰雹的報告大多來自普通人,準確性往往不足。一般人發現巨大冰雹時的第一反應是什麼?拍照。第二件事?給家人或朋友看。第三?放進冰箱,而冰箱裡的升華——即從固態冰到水汽的相變——可能會讓冰雹隨著時間推移而縮小。
……落到你的車上
每一塊冰雹的形狀和分層都有自己的祕密。為了進行解讀,科學家們用數學模型來預測冰雹的降落地點及其形狀;然後再收集和分析實際的冰雹,以完善模型,拼湊出冰雹從風暴中落到地面的過程。
但因為調查程序不一致且缺乏資金,大型冰雹的一些最基本的特徵依然是未知的。這些冰雹的下落速度有多快?是什麼決定了冰雹的形狀?一顆冰雹可能大到何種程度?
2016年,得州沃斯堡市的應急車輛在冰雹風暴中受損。
2016年,得州沃斯堡市的應急車輛在冰雹風暴中受損。 Khampha Bouaphanh/Fort Worth Star-Telegram, via Alamy Live News
「關於冰雹的數據十分不盡如人意,」布裡姆洛說。「有可能是地球上最糟糕的數據集之一。」
幾乎所有冰雹都是在超級單體風暴中形成的,這種風暴帶有緩慢旋轉的上升氣流。賓夕法尼亞州立大學研究風暴內部動力學的氣象學家馬特·庫姆吉安表示,被稱為「雹胚」的冰碴像「顆粒噴泉」一樣被捲入上升氣流。這些雹胚與水滴迅猛融合,變成不斷增大的冰雹,直到自身重量無法保持懸浮狀態,就會落到地面。
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過去幾年裡,賈曼科和同事走遍北美各地,對大型冰雹進行三維掃描。然後,他們會在實驗室中利用「或許是地球上最複雜的製冰機」重建這些冰雹,以計算其下落速度和可能造成的損害。
奧爾特加和同事一直在使用高速攝影技術來捕捉大型冰雹的動態。這需要衝在超級單體風暴前面裝好攝影系統,才能更好地了解冰塊落地時的移動速度,以及落地前形成的形狀。
每個細節都是線索。冰雹的層次混濁能大致說明水在雹胚上瞬間凍結,水中氣泡都被凍在了裡面。冰體清澈意味著水在凍結前還有時間裹著雹胚繼續膨脹。球形冰雹被認為是在超級單體風暴中翻滾形成的;尖體冰雹則是像彗星一樣穿過了風暴。
公眾的關注點通常在於一塊冰雹旅程的終點。如果你的擋風玻璃被冰塊砸碎,你真的會在意它如何從一場超級單體風暴穿越而來嗎?但庫姆吉安說,追溯冰雹的個體發生可以幫助科學家更好地預測未來的大型冰雹將在何時何地落下。