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北京突降巨型冰雹的事儿刷爆了朋友圈，满屏都是手里托着一个冰疙瘩的照片，有好几张照片里的巨型冰雹，还真的比包子还大。
我们经常用“天上下刀子”来比喻最糟糕的天气，这回天上确实没下刀子，但是掉下来的是锤子。
我们对冰雹的直觉是，雨滴在寒冷的高空中冻成了冰块，空气托不住这些冰块，冰雹就从天上掉下来了。但是你想过没有，包子大的冰块，就算你在冰箱里冻，也要花费好几个小时的时间。冰块又不是气球，凭什么能在天上长到那么大？这根本不科学嘛！
要回答这个问题，你就不能总盯着掉在地上的冰疙瘩，我得带你去天上看看。对了，多穿点儿衣服，天上冷得很。
北京上空的单体雷暴云，图源AI
这就是我要带你去的地方——雷暴云。如果你觉得这家伙看起来有点儿眼熟，那就对了，它确实像一个核爆炸形成巨大的蘑菇云。
雷暴云与核爆炸的蘑菇云在成因上确实有很多相似之处。城市地面附近的热空气密度较小，就会形成上升气流。而外沿的冷空气团有较大密度，就会下降。这就形成了一个巨大的蘑菇。蘑菇云的垂直高度可以达到10-15公里，直径可以达到10-20公里。这个巨大的蘑菇中，蕴藏着50万吨到200万吨水。
顺便说一下，北京昆明湖的水量差不多就是200万吨，你细品。
北京昆明湖
一般情况下，雷暴云中的上升空气，会阻止小水滴的下降，让雨滴保持悬浮或者重新上升。部分水滴会在运动过程中相互碰撞合并，最后变成大水滴。这就是雷暴降雨总是暴雨的原因。不过，想要形成冰雹，还需要一个必要条件，那就是过冷水。
你可以把积雨云想象成一个巨大的、分层的冰雪世界。随着高度的上升，云中的气温也会迅速下降，一般每上升1公里的高度，气温就会下降5℃。所以，即便是在30℃的炎炎夏日，在对流层的顶端，大约8公里的高度上，温度必然是低于0摄氏度的。更高的高空里温度更低，这里的云中储存的水滴，就是过冷水滴。
所谓过冷水，就是温度低于冰点，却依然保持液态的水。它们像一个个不稳定的炸弹，无论碰到任何东西，都会立刻凝结成冰。如果你把超级干净的水放进一个超级干净的瓶子，再把它放进冰箱，你会发现当水温降低到零度以下，还能持续保持液态，这就是过冷水。只要你轻轻摇一下瓶子，过冷水就能从瓶子的内壁开始瞬间结冰。
装着过冷水的瓶子往桌上一蹲，瞬间结冰
不知道你有没有看过电影《后天》，当饱含过冷水的寒风吹过城市时，可以把整个城市立即冻结在冰雪之中。这不是科幻，在特定的天气条件下，这完全可能成真。
电影《后天》剧照
天上的过冷水滴就是这样，它们大量储存在空气之中，时刻等着被“唤醒”。
现在，让我们回到蘑菇云中心的上升空气中，那些被上升空气吹向高空的雨滴终于进入了这个充满过冷水滴的“冰雪世界”。
接下来会发生什么？它会像一个饥饿的冰球，在云里四处游荡，一旦撞到过冷水滴，水滴就瞬间冻结在它身上，冰球也就长大了一点。
现在知道为什么你在冰箱里冻一个冰球要几个小时，而天空中的冰球可以快速长大了吧。因为天上的水都是过冷水，它们并不需要释放热量降低温度，它们的温度本来就在零度以下，只需要附着在冰核身上，它们就能立即冻结起来。
所以，一颗冰雹能长多大，关键不在于冻结时间，而在于它能在这个大蘑菇里遇到多少过冷水滴。
但是，新的问题又来了，当冰雹变大以后，它也同样变重了，到底是什么力量，能把包子大的冰雹托在空中，让过冷水在上面持续结冰呢？光靠上升气流能做到吗？
科学家们通过研究巨型冰雹的形成，发现了一个惊人的秘密。在那些能产生巨型冰雹的超级单体风暴内部，存在一个非常特殊的区域。这个区域就像一个神秘的洞穴。它位于风暴强大的上升气流的边缘。这里的气流强大到不仅能阻止小雨滴下落，还能把巨大的冰雹托在空中。
上升气流托住包子大的冰雹，这听起来违背常识，但这确实是真的。气象学家通过风洞试验、雷达反演、气象测量和计算机模拟，已经建立了冰雹尺寸与上升气流速度的对应关系。
风洞测试表明，让小于1cm的冰雹悬浮在空气中，上升气流的速度需要达到9米/秒。让一个5厘米的冰雹悬浮在空中，需要的上升气流速度是30米/秒。包子大小的冰雹，直径可以达到10厘米左右，这需要超过50米/秒的上升气流才能让它不掉下来。
那么，真实的雷暴云内部，上升气流的速度有多块呢？根据气象雷达的实际测量，已经多次测到过超过40米/秒的上升气流。通过在风暴边缘投放探空仪的方法，还测到过超过60米/秒的垂直风速。
一颗冰雹胚胎被上升气流带到过冷水富集区，吞下一大口过冷水后，体型变大变重。接着，它开始下沉，但还没来得及掉出云层，又被回旋上升的气流再次托起，带回过冷水富集区，继续“进食”，再次变重，再次下沉……这种周而复始的循环，让冰雹胚胎有足够的时间和机会去捕获海量的过冷水滴。每一次循环，它都会长大一圈。
这就是为什么，我们切开一个大冰雹，会看到像洋葱一样的层状结构，每一层，都记录着它在“雷暴云中一次次成长的轨迹。
冰雹的分层结构
所以，普通的小冰雹，可能只是在云里飘了一下，或者只经历了一两次循环就掉下去了。而那些包子大的冰雹，则必须是在一个拥有稳定上升气流和精密穴道结构的超级单体风暴里，经历数十次，甚至上百次的循环，才能最终修炼成精。
包子大的冰雹，是极端气象条件的产物。它需要的不仅仅是充足的过冷水，更需要一个强大而精密的雷暴云。这种风暴的形成，需要几个关键的条件同时到位：
足够的热量和水分：这是风暴的燃料，让云能持续发展，并产生强劲的上升气流。
不稳定的气流结构：风暴形成前，高空和低空的风向、风速存在巨大差异，这种风切变会让上升气流产生旋转，形成涡旋，这正是超级单体风暴的标志，也是维持强风穴道结构的关键。
当这些条件都满足时，一个强大的冰雹工厂就建成了。它内部有强劲的上升气流，有精密的穴道循环，有源源不断的过冷水滴供应。这时的天空，就像一台全速运转的冰雹制造机，把一颗颗小小的冰粒，培育成能砸坏车窗的庞然大物。
说到这里，肯定有人想问，这种超级单体雷暴云，与前一阵子产生特大暴雨的强雷暴云，是一回事儿吗？
嗯，是，也不是。
说他们是一回事儿，是因为它们的本质都是积雨云，能量的来源也是相同的，在同一场强雷暴过程中，可能下暴雨，同时也下冰雹。
说它们不是一回事儿，是因为巨型冰雹的产生依赖的是蘑菇云一样的超级单体雷暴云，只有这种超级单体结构，才能产生持久强大的上升气流，把冰疙瘩托住，让它们持续增长。而导致暴雨的强雷暴云，往往是一大群排列紧密的雷暴群，它们总能量更大，影响面更广，降水总量更多，但不如超级单体雷暴云那么极端。
正在形成的超级单体雷暴云
所以，当下一次你举起手机，拍下那个比包子还大的冰疙瘩时，请记得——它不是从冰箱掉下来的，而是从15公里高空、在50米/秒的垂直台风中，历经数十次生死循环、吞下万吨过冷水，才修炼成形的天空之锤。
它砸在车顶的那一刻，不是偶然，而是大气物理写下的必然；它躺在你掌心的那一刻，不是奇观，而是地球在用最冷酷的方式，提醒我们：自然从不讲人情，只遵守定律。而读懂它，是我们唯一能做的敬畏与准备。
