去年5月，北京大學(xué)“冰雹課題小組”介紹了一個(gè)名為“冰雹換瑪瑙”的活動(dòng)，引起廣泛關(guān)注。如今，這個(gè)活動(dòng)有了新進(jìn)展。北京大學(xué)微信公眾號(hào)發(fā)文稱，那些被公眾收集并冷凍的“小冰球”為一項(xiàng)重要研究提供了關(guān)鍵素材。這項(xiàng)研究最近登上了國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》的封面。

該研究從全球視角定量揭示了氣候變暖背景下冰雹尺寸分布與災(zāi)害潛勢(shì)的演變規(guī)律，為未來(lái)冰雹風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、防災(zāi)減災(zāi)及氣候適應(yīng)性規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)。

“冰雹換瑪瑙”活動(dòng)由北京大學(xué)物理學(xué)院張慶紅教授課題組發(fā)起，邀請(qǐng)公眾通過(guò)收集冰雹參與科學(xué)研究。參與者需按照一定要求收集外表、大小、數(shù)量符合標(biāo)準(zhǔn)的冰雹樣本，并合理保存和記錄相關(guān)信息。聯(lián)系課題組后，成員會(huì)攜帶便攜式冷凍設(shè)備上門取回樣本，并送上精美的瑪瑙紀(jì)念品。自2016年起，課題組開(kāi)始嘗試在朋友圈發(fā)出收集冰雹的請(qǐng)求，2021年正式發(fā)起了這一長(zhǎng)期活動(dòng)。為了保證研究?jī)r(jià)值，冰雹樣本需全程冷凍，課題組成員帶著小型移動(dòng)冰箱前往全國(guó)各地取樣。北至黑龍江，南至廣西、貴州，西至西藏，東至山東、浙江、江蘇、福建等地都有志愿者幫忙收集到冰雹樣本。

由于冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣具有尺度小、突發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)，常規(guī)氣象觀測(cè)網(wǎng)難以捕捉到冰雹事件的信息，因此收集冰雹非常困難。課題組無(wú)法提前預(yù)知哪里會(huì)下雹再去蹲守，所以想到發(fā)動(dòng)志愿者來(lái)幫忙收集冰雹樣本。

選擇瑪瑙作為禮物是因?yàn)槠淝衅尸F(xiàn)出一圈圈紋路，與冰雹切開(kāi)后的透明與不透明交替類似，且每一顆瑪瑙的切片都是獨(dú)一無(wú)二的。大多數(shù)志愿者并非為了瑪瑙而來(lái)，而是各地氣象系統(tǒng)的工作者，很多人參與一次后還會(huì)主動(dòng)繼續(xù)幫忙收集冰雹。

近日發(fā)表于《自然》的文章是北京大學(xué)物理學(xué)院大氣與海洋科學(xué)系張慶紅教授課題組聯(lián)合美國(guó)中央密歇根大學(xué)約翰·艾倫教授關(guān)于“在全球變暖背景下冰雹災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)”的研究成果。研究表明，未來(lái)的冰雹會(huì)變得更大、更具破壞力。數(shù)據(jù)顯示，30毫米以下小冰雹的發(fā)生頻率將減少約4%至12%，而30毫米以上大冰雹的發(fā)生頻率則大幅增加約38%至52%。近地面冰雹的累積動(dòng)能預(yù)計(jì)將增加約37%至42%，碳排放量越高，增幅越明顯。

研究進(jìn)一步揭示了“大冰雹變多、小冰雹變少”的物理機(jī)制。一方面，未來(lái)低層大氣變暖變濕，為云層提供了更充沛的液態(tài)水和更強(qiáng)的上升氣流，使冰雹增長(zhǎng)效率提高，大冰雹數(shù)量增加；另一方面，全球變暖抬升高空的融化層高度，導(dǎo)致小冰雹在落地前被融化殆盡，從而減少近地面小冰雹的數(shù)量。

在全球不同區(qū)域，這兩種機(jī)制的博弈帶來(lái)了顯著的空間差異。中高緯度地區(qū)如中國(guó)北方、美國(guó)大平原和歐洲，低層大氣表現(xiàn)為“強(qiáng)升溫、弱增濕”，大氣不穩(wěn)定能量大幅增加，上升氣流異常強(qiáng)勁，冰雹的“增長(zhǎng)效應(yīng)”占據(jù)優(yōu)勢(shì)，形成更多大冰雹，災(zāi)害潛勢(shì)增強(qiáng)。而在熱帶及季風(fēng)區(qū)如赤道非洲和東南亞，低層大氣“升溫弱、增濕強(qiáng)”，不穩(wěn)定能量增加有限，加之融化層升高，冰雹生長(zhǎng)空間變薄，“融化效應(yīng)”占據(jù)上風(fēng)，最終導(dǎo)致近地面冰雹尺寸減小，災(zāi)害潛勢(shì)減弱。