科学家首探全球冰雹变化趋势

气候变暖趋势下，冰雹灾害的未来走向备受关注。北京大学物理学院张庆红教授团队与美国中央密歇根大学合作，首次在全球尺度上对气候变暖背景下的冰雹变化进行了量化评估。研究表明，冰雹不仅不会消退，反而可能变得更为强烈和具有破坏性。预计未来直径超过30毫米的大冰雹发生频率将上升38%至52%，全球冰雹造成的破坏潜力可能增加37%至42%。

张庆红教授指出，冰雹作为一种突发性强、破坏力大的极端天气现象，在全球范围内频繁出现。然而，由于观测标准的差异以及冰雹在云内生长碰撞过程的复杂性，政府间气候变化专门委员会（IPCC）此前对未来冰雹灾害趋势的判定“信度较低”，科学界长期缺乏明确结论。此次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，并自主开发了一套冰雹生长轨迹的准三维模型。结合主流气候模型和“伪全球变暖”方法，他们定量分析了不同碳排放情景下的全球冰雹变化趋势。

研究结果明确显示，未来的冰雹大小分布将整体向更大尺寸偏移。相较于历史气候条件，小于30毫米的小冰雹发生频率预计将减少4%至12%，而大于30毫米的大冰雹发生频率则大幅增加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。近地面的冰雹累积动能预计将增加37%至42%，且碳排放量越高，这种增幅越发明显。

关于“大冰雹增多、小冰雹减少”的现象，研究揭示了其背后的双重物理机制。一方面，未来低层大气变暖且湿度增加，为云层提供了更充足的液态水和更强的上升气流，这相当于为冰雹的生长提供了“丰沛的养料”和“更强的支撑”，显著提高了增长效率，从而增加了大冰雹的数量。另一方面，全球变暖也抬升了高空融化层的高度，这相当于加厚了冰雹在落地前必须穿过的“暖层”。因此，体积较小、融化较快的冰雹在穿过这一层时更容易被完全融化，导致小冰雹的数量反而减少。

这些机制在不同地区的相互作用，导致了显著的空间差异。张庆红教授提到，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”，大气不稳定能量显著增加，上升气流异常强劲。在这种情况下，冰雹的增长效应占据主导地位，大冰雹的灾害潜力明显增强。而在热带及季风区，如赤道非洲和东南亚，低层大气表现为“升温弱、增湿强”，不稳定能量的增加有限。此外，融化层升高导致冰雹生长空间变薄，融化效应占据优势，近地面的冰雹尺寸反而减小，灾害潜力也随之减弱。

张庆红教授总结道，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”，中国科学家如何率先突破这一难题？部分答案隐藏在60多位普通人家中的冰箱里。

张庆红教授解释说：“冰雹的发生具有小尺度、来去迅速的特点，常规观测难以捕捉。”2016年，课题组做出了一个“充满想象力”的决定，邀请公众参与“猎雹”活动，并赋予其一个富有诗意的名字——“冰雹换玛瑙”。张庆红分享道，这一创意灵感源于“自然界万物皆独一无二”的理念：世界上没有两颗完全相同的冰雹，也没有两块完全相同的玛瑙。公众在冰雹过后收集至少15颗样本并冷冻保存，同时记录下时间和地点。课题组则携带冰柜，通过飞机和火车前往收集。

在过去的9年里，样本来自全国各地。正是这些“小冰球”提供了关键的地面真实数据。课题组通过分析样本中的离子、颗粒物和同位素，反演出冰雹的生长轨迹，并在此基础上催生了适应全球情况的冰雹生长轨迹模型，为精准预测奠定了基础。

研究成果已发表在《自然》杂志上，并被选为当期封面文章。然而，比发表论文更令团队在意的是另一件事。“要是能留存20世纪的冰雹样本就好了，但根本找不到。”课题组成员林翔宇表示，“我们从自己做起，为后人留下一些冰雹样本，以待未来有更先进的研究手段时进行分析。”

一项重要的科研突破往往需要十年的坚持。但对课题组而言，这并非终点。“我们的最终目标是减轻冰雹对公众造成的危害。”论文第一作者张诗怡说，“我们希望能够将研究、预报和应急措施这一完整的链条发展得更加完善，让研究成果不仅仅停留在论文发表层面，而是最终能够应用于实际，造福于大众”。