你聽說過冬天下冰雹嗎？應該沒有吧！

都是由冰構成的，為什麼冬天會下雪下冰粒子（有的地方叫冰霰子）就是不會下冰雹呢？冰雹有哪些特别之處？它會出現在什麼地方？本文将從科學的角度為你一一解析。

古人說“高處不勝寒”。無論盛夏還是嚴冬，越往高處氣溫越低，至少在地球的對流層是有科學道理的。

在咱們頭頂上，大氣對流層的平均厚度大約為17千米，相對于大氣層來說并不算厚，但這裡積聚了整個大氣質量的75%、水蒸氣和氣溶膠的99%。大氣層就像是一個巨大的襁褓包裹着地球，為我們保暖。

從空間站拍攝航天飛機，背景中橘紅色是地球的對流層

地球主要通過太陽輻射的光來獲得熱量，陽光中大約有47%的能量會被地表吸收，然後再輻射出來。輻射加熱了大氣層（主要是對流層）中的二氧化碳和水蒸氣等溫室氣體，于是地表的大部分熱量會在對流層裡循環。越靠近地面的地方接收地面熱輻射越多，因此這裡的溫度越高；越往高處接收到的熱輻射越少，溫度就越低。

前些天坐飛機從北京回深圳，通過飛機上的信息系統了解到空中的實時溫度信息，可以看出，随着飛行高度的上升，機艙外空氣的溫度在不斷降低，當飛機最終上升到1.1萬米的巡航高度時，艙外氣溫基本穩定在-60℃左右。由此可見，高處不勝寒是真的。

飛行高度與艙外氣溫的變化

受許多因素的影響，大氣溫度與高度并沒有嚴格的對應關系，但在幾千米高空的雲層裡，無論冬夏，氣溫低于0℃的情況很常見。雲團中常常混合着幾微米大小的冰晶、1~20微米直徑的過冷水滴和被冷卻的水分子。這裡是雨水、雪花和冰雹誕生的地方。

雲中充滿水蒸氣、水滴和冰晶

雲裡的水滴因為有表面張力，它們很難變大，所以也不容易掉下來。即便是有個頭大一點的，比如長大到100微米，掉出了雲層，它也會迅速蒸發，變成水蒸氣，又重新回到雲裡。隻有結成冰，水滴才有逃出生天、降臨人間的機會。

雲層裡的水滴通常都十分細小，它的直徑大多在2~10μm之間，由于過冷水滴周圍的蒸氣被消耗，它不容易長大。同時因為表面張力等原因，兩個小水滴會互相排斥，相碰撞時也不會融合成一顆，而是像皮球一樣彈開。

在雲層中，水滴與冰晶大多會發生彈性碰撞

雲層中的小冰晶卻比較容易長大，它與過冷水滴上的蒸氣壓存在差異，冰晶表面的蒸氣壓比過冷水滴低0.266毫巴。假設冰晶溫度與過冷水滴的溫度都是-10℃，對于水來說蒸氣壓剛好飽和，而對于冰則處于超飽和，壓力梯度從水過渡到冰晶，使冰晶有機會得到快速生長，變成大冰粒甚至雪花。

随着一點點長大，冰粒和雪晶會從寒冷的雲層中飄落。如果雲層下方的空氣溫度高于雲裡的氣溫（大多數時候都是如此），冰晶會融化成雨滴落下來；若下方的溫度不足以完全融化冰晶，下的就是雨夾雪；而如果在隆冬季節，我們看到的便是雪花了。

下雨與下雪的區别

切開一顆冰雹，你會發現它的剖面像洋蔥一樣是一層一層的。為什麼會出現這種情況？

冰雹切開後的剖面

所有的冰雹都分層，這是由上升氣流造成的，上升氣流越強，冰雹的分層就越多，冰雹也越大。

接近地表的空氣溫度比較高時，熱空氣會膨脹，密度降低，熱氣團上升形成向上的氣流。上升氣流會向上托舉那些掉落的冰粒，将其送回到高空寒冷的雲層之中。那些來不及融化的冰粒在雲層中重新凍結，它周圍那些過冷的水滴和冰晶也會在冰的表面迅速凝結。在冷雲團的上方的溫度非常低，水滴凝固的速度非常快，以至于許多空氣泡被困其間，于是我們看到這裡呈白色。

冰雹長大後再次下落，在下降到冷暖雲層交彙處時，表層開始融化，這時候周圍水氣和霧滴凝結的速度變慢，冰面的空氣泡有機會逃出來，于是冰雹的表面變得透明，直到上升氣流再一次将它推送到冷雲團中重複上面的旅程。

冰雹在起落的過程中不斷長大

就這樣，冰粒在一次一次的起起落落中一點點變大，直到下方的熱空氣團托不動它，于是冰雹掉下來砸在地面。

巨大的冰雹與被砸壞的車

通過前一節對于冰雹形成過程的分析，我們可以看出，冰雹的生成需要上升氣流。上升氣流是冰雹生成和長大的必要條件，上升氣流越強，就越有力量将冰疙瘩一次次地向上推，于是冰雹就能在吸積、融化與凝結的循環中長得更大。這一切需要在強對流雲團中才能完成，冬天地表的空氣溫度比較低，不具備生成強對流雲團的條件，也就不會生成冰雹。

冰雹生成于上升氣流中

有人可能會說，老粥你講的不對，我明明見過冬天下的冰雹！并且我有證據：

冰霰

這種冬季常見的小冰疙瘩叫冰霰，英文名為Graupel。盡管有人将其稱為“軟冰雹”，但它其實是豌豆大小一坨一坨的雪丸。從微觀角度觀察，冰霰是在下落過程中被過冷霧滴包裹起來的雪晶，它松散易碎，不像冰雹那樣有一層一層堅硬的冰殼。與冰雹相比，冰霰不過是徒有其表而已。

冰雹、冰霰、冰粒和雪花

雨、雪和冰雹都是由高空寒冷雲層中的冰晶發展而成，雲中的水氣和過冷水滴通過在冰晶上凝結，使冰晶變大變重下落，從而形成降雨或降雪。

冰雹的形成需要額外的上升氣流，上升氣流會将下落的冰晶重新推到濕冷的雲層中，使其包裹更多的水冰并一點點長大。

冰雹的大小與上升氣流的強度密切相關，39公裡/小時的溫和上升氣流隻能形成豌豆大小的冰雹；97公裡/小時的上升氣流可以讓冰雹長到核桃那麼大；124公裡/小時的風能将冰雹推得更高，讓它長到網球大小；而166公裡/小時的超強氣流可以使冰雹直徑超過10厘米。

一顆大冰雹與壘球的對比

冬季氣溫低，缺乏明顯上升氣流，不具備冰雹産生的必要條件。雪花和冰粒達到一定重量後會穿破雲層直接落向地面，沒有力量讓它們在寒冷潮濕的雲團裡反複徘徊，因此它們沒有機會長得更大。

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