冰雹,像雨和雪一样,都是从云层中降落的自然现象。产生冰雹的云并非普通的云层,而是那些发展极为强烈的积雨云,只有这些云体发展到一定程度,才可能产生冰雹。
云的形成过程与其他云层类似,都是由地面附近的空气上升并发生凝结。当空气从地面上升时,气压逐渐降低,体积膨胀,温度也随之降低,这种温度下降现象被称为“绝热冷却”。具体来说,每上升100米,空气温度大约会降低1度。在冷却过程中,空气的水蒸气含量也会随之减少。当空气冷却到一定程度,达到饱和时,过剩的水蒸气开始凝结成水滴。如果温度低于零度,这些水滴会凝华成小冰晶。水滴和冰晶在空中,最终形成云。
云的种类繁多,不同的气流运动会形成不同的云层。积雨云是一种典型的由对流运动形成的云,它是由温暖的空气快速上升,冷空气向下沉降所造成的气流对流作用的产物。积雨云通常是孤立的,云体垂直发展,强烈的上升气流会让云块不断增大,出现一些空隙,有时蓝天还会从中透出。
积雨云的种类和形态各异,云体的大小也差别很大。如果对流较弱,空气上升的高度不足以形成云,就会出现干对流的现象。而当对流强度适中时,积云的形态会显得浓厚,云顶形成类似椰菜形状的凸起,云层厚度可达4到5公里。如果对流非常强烈,云体会迅速增长,形成积雨云,这类云的云底常呈现深灰色,云顶则可能达到10公里高,云的边缘模糊,顶端展开成砧状。强烈的积雨云常伴随着雷阵雨,而只有当积雨云发展到极为强盛时,才有可能生成冰雹。
这些冰雹云,正如其名,是产生冰雹的“温床”。冰雹云通常由水滴、冰晶和雪花三种成分组成,并且云体可分为三个不同的温层。最底部的温度通常在0℃以上,由水滴构成;中间层温度为0℃至-20℃,主要由过冷水滴、冰晶和雪花构成;顶部温度则低于-20℃,几乎全是冰晶和雪花。
在冰雹云中,气流极为强劲,通常有两股显著的气流在云内流动。一股是自云底向云顶快速上升的气流,另一股是来自云后方下沉的气流。这两股气流的相互作用创造了一个强大的气流结构,使得云内水汽充足,为冰雹的生成提供了理想的条件。上升气流不仅提供了足够的水汽,还支撑着冰雹在云内不断生长,直到它们足够大,才会从云中降落。
那么,冰雹是如何在云内成长的呢?在冰雹云中,上升气流携带着大量水滴和冰晶,这些水滴和冰晶在气流的作用下不断碰撞、结合,形成越来越大的冰粒。当这些冰粒到达云中湿气丰富的区域时,它们便成为了冰雹的核心。冰雹核在这里获得了充足的水分,并迅速变大。随着上升气流将这些冰雹粒子带入更高的、温度更低的区域,冰雹会继续增长。云层中的冰晶、雪花以及少量过冷水滴会附着在冰雹的表面,形成不透明的冰层。
随着冰雹不断上升和下降,它们的外层会交替覆盖上一层透明的冰层和不透明的冰层。每一次的上升和下落,都会让冰雹变得越来越大。直到云中的上升气流无法支撑这些庞大的冰雹,它们才会从云层中跌落下来,成为我们所看到的冰雹。
这些在云层中成长的冰雹,通常会带着不同层次的结构,表面时而透明、时而不透明,这取决于它们生长过程中经历的环境温度和湿度条件的不同。最终,它们降落到地面时,便会形成各种大小不一的冰雹粒,给人们带来一场视觉和自然力量的震撼。