來源:中國青年報
2025-05-21 08:25:05
原標題:“下面有請冰雹發言”
來源:中國青年報
原標題:“下面有請冰雹發言”
來源:中國青年報
5月13日傍晚,冰雹突襲北京。
它們從摩天大樓間穿過,擊中一些汽車的擋風玻璃、引擎蓋和綠化帶里的月季花,也打在農民的田地里,砸中瓜藤、櫻桃和蔬菜大棚。這一天,北京白天最高氣溫超過30攝氏度,乍暖之下,很少有人知道,高空之上正在醞釀風暴。
直到冰雹落下,噼里啪啦的聲音才傳入社交媒體,不少人曬出冒險撿到的冰雹,與此同時,一條消息也在網絡中不脛而走:北京大學有個冰雹課題小組,正在收集冰雹做科研,聯系他們,可用冰雹換瑪瑙。
第二天,課題組成員林翔宇帶著瑪瑙吊墜出現在海淀區一位市民家門口。這位北京大學物理學院大氣與海洋科學系博士研究生2019年進入“冰雹變化機制研究”小組,今年是他負責收集冰雹的第六年。這幾天他格外忙碌,接到20多通電話,去了10多戶人家,把收到的冰雹存入實驗室的冰柜。媒體的電話也不斷打來,林翔宇意識到,“冰雹換瑪瑙”出圈了。
“噱頭”背后是課題組對冰雹的渴望,他們想讓更多冰雹“開口”,坦陳自己的一生。
6000多顆冰雹,在8年時間里,經過63位志愿者的幫助,來到課題組的實驗室。它們被裝在幾十公斤重的移動冰箱里,乘過飛機、高鐵和綠皮火車,還曾和鄉村巴士一同在山路上顛簸。它們大部分來自全國的15個省份,有黑龍江的北方雹,還有廣西的南方雹,西藏的也有。其中還有10顆國際雹來自意大利。
林翔宇解釋,每顆冰雹都記錄著獨特的氣象信息,冰雹云如同黑箱,溫度、濕度、環境風速處處不同,又時時變化,身處其中的冰雹生長方式各異,有著完全不同的經歷,“最終形成不一樣的‘人格’”。研究冰雹,是為了窺探它們在云內的生長機制,輔助提高天氣預報水平,減少經濟損失。
北京大學的這個冰雹課題小組在2013年成立,不久后,李瀟斐入組讀博。最初,李瀟斐主要采用計算機模擬方式,研究冰雹的形成、運動及與環境的相互作用,“本質上是和數字打交道”,并不清楚真實的云里在發生什么。
沒過多久,課題組導師、北京大學教授張慶紅決定,要收集冰雹,從實際樣本出發來做實驗,和模擬結果相對照,讓研究更“接地氣”。張慶紅長期從事“中尺度氣象學”研究,關注雷暴、大風、冰雹等強對流天氣的形成機制。由于涉及多種嚴重災害天氣,這也是當代大氣科學中最受關注的領域之一。
很多學科都在探索冰雹的奧秘,大氣科學的學者想弄清全球變暖對冰雹頻率和強度的影響;農業科學的學者想知道冰雹如何影響農作物的產量;計算機科學的研究者,則希望用AI算法更好地進行冰雹風險提示。
作為物理學院的學生,李瀟斐開始面對真實的冰雹。它們常在夏天到來,但最初的實驗室條件不夠,不能保證操作時冰雹不融化,李瀟斐只能等到冬天再做實驗。封閉的環境中溫度太高,他就去物理學院樓頂的倉庫,搭上簡易的實驗臺,通著北京冬天的風,切冰雹。研究冰雹成分要使用離子色譜儀,他就泡在化學與分子工程學院的實驗室里。
那時,他還肩負一項任務,就是找冰雹。
和雨、雪不同,冰雹的空間尺度更小,“勢力范圍”通常為幾公里到幾十公里,最小的范圍不過幾百米。冰雹的一生也更短,從云中形成胚胎到落地,短則幾分鐘,長不過十幾分鐘。離開高空的冰雹,觸碰到零攝氏度以上的環境就開始融化,直徑1厘米以下的冰雹,可能沒有機會到達地面,再大上一點的冰雹,也會在墜落中減去幾毫米的腰圍。落地后的冰雹,若不及時撿起,難免沾上雨水、灰塵、雜草,影響它存儲的“天氣記憶”。
滿足實驗標準的雹子,更是一雹難求。為了拿到冰雹,課題組等過也找過。
一開始,他們到下冰雹最頻繁的地方去收集。2014年夏天,課題組一行4人從北京出發去西藏,先坐飛機到拉薩,再坐火車前往那曲。
那曲是中國海拔最高的地級市,也是氣象記錄顯示冰雹最多的地區之一,研究者翻看的記錄顯示,一到夏天,“幾乎隔幾天就下一次”。然而,在近20天里,他們卻沒等來一次冰雹。
因為“稀罕”,不少網友會在社交媒體發布偶遇冰雹的照片。李瀟斐曾嘗試在微博上給人留言,請人家幫忙存些樣本。最后,他冰雹沒收到,賬號卻被系統識別為“詐騙”,到今天還封著。
后來,課題組又搞了個微信公眾號,發布需要冰雹的消息,邀請更多人一起幫忙收集,還在網上定制了一批瑪瑙吊墜,作為給志愿者的回禮——這便是“冰雹換瑪瑙”的由來。
瑪瑙不算名貴,卻蘊含一層巧思:冰雹的分層記錄著它在高空的成長歷程,而瑪瑙的橫切面同樣展示出類似的環狀紋帶,那是地質活動在它身上留下的印記。
2016年3月,一名在北京上學的大學生看到公眾號的消息,讓家鄉的父母收集了半罐指甲蓋大的冰雹,聯系李瀟斐前去領取。李瀟斐帶著瑪瑙吊墜,先坐飛機到遵義,再搭乘班次極少的鄉村小巴,才到達貴州省畢節市沙土鎮的對方家中。
當時,冰雹堆放在透明的玻璃罐中,像一顆顆冰糖,李瀟斐為它們和瑪瑙吊墜拍合照,也拍下志愿者的身影。最頻繁的時候,一年中有一個多月的時間,他都在外面收冰雹。參與的志愿者大多是各地氣象局的工作人員,以及課題組成員的親友。每每一看到冰雹預警,這些研究者就趕緊聯系熟人,“點對點”打招呼。
不過,沒人能確定冰雹到底來不來,什么時候來。李瀟斐坦言,提前一天的天氣預警,常常不準確,而較為準確的雷達觀測,相當于發射的電磁波已經碰到冰雹的身體,轉身帶回訊息,這意味著,冰雹馬上就要來臨。能夠提前一小時觀測到,已經是不錯的水平。
有時候,冰雹根本沒來;還有的時候,冰雹來了也收不到。課題組成員張海帆記得,有一次她聯系到一位山區的農民,卻因其沒有冰箱而作罷;還有一次,對方已經把冰雹存到冰箱里,卻突然遭遇停電,冰雹化了。
去寧夏銀川,這些收冰雹的人坐了一晚上火車;去福建寧德,他們乘8個小時高鐵到福州,再開一上午車,才從茶農的手中接過兩袋冰雹。打開志愿者的冰柜,和冰雹放在一起的,可能是臘肉,也可能是農藥。
在路上,他們親眼見到了冰雹的威力。相較于城市建筑,農作物脆弱得多。在山東青州,雹子砸破了當地農民的塑料大棚,砸爛了瓜藤;在靠近中越邊境的廣西靖西,農民種植的煙葉被冰雹一砸,葉子上全是大洞,價格一落千丈。
一顆直徑5厘米、雞蛋大小的雹子從高空下落,時速約每小時110公里,接近高速公路上的一輛汽車。一顆雹子落地的殺傷力相當于有人從3層樓高的地方扔了個帶土的花盆,下冰雹就像是多起高空拋物事件同時發生。
除了南北極,地球上哪里都會下冰雹。在中國,每個縣都有冰雹的足跡。2005年5月31日,北京一日兩場雹,造成9萬人受災。2010年,一顆直徑約20厘米、重達879克的巨型冰雹落在美國南達科他州的土地上。這場雹災伴隨強風,導致農作物大面積絕收,農業經濟損失高達數億美元。
2023年秋天,借由國際項目合作,10顆來自意大利的冰雹先到美國,再跟隨張慶紅飛躍太平洋,抵達北京。課題組成員為此而興奮,為了不讓冰雹在10多個小時的旅途中融化,他們做了許多測試,最終決定采用運送人體器官的醫用保溫箱來儲存。
林翔宇記得,這批冰雹比在國內收集到的要“大得多”,最小的直徑是6.5厘米,最大的直徑接近10厘米。它們帶來了大洋彼岸的氣象信息,現在正在實驗室里,等待進一步研究分析。
在大多數科普讀物里,一顆冰雹的成長故事是:春夏之交,地面溫度驟升,小水滴在上升氣流的裹挾下來到海拔5000米以上、氣溫低于零下10攝氏度的高空,進入冰雹云中。一些小水滴直接凍成透明雹胚,另一些或附著灰塵、或黏結冰晶,形成含有氣泡、色如珍珠的不透明雹胚。雹胚如同種子,在上升氣流、重力和其他外力的作用下運動,不斷裹上冰層或黏結顆粒,形成透明和不透明交替疊加的冰層,冰雹也越長越大。直到上升氣流無法托住它的重量,就離開云層砸向地面。
至于每顆冰雹具體經歷了什么,在世界范圍內的氣象學研究中,仍屬于未解之謎,冰雹怎么運動、生長,人們知之甚少。落地的雹子,如同一個個黑匣子,帶著小水滴運動的記憶,也保存著強對流天氣的密碼。
要讓它們開口,就得打開它們的心。
在北京大學物理學院的一間實驗室里,林翔宇戴著橡膠手套,把電鉆的鉆頭換成砂紙,打磨冰雹,磨去表面一兩毫米的薄層后,他將雹子送入溫度維持在零攝氏度以下的切割機中,固定在載物臺上。
一根10厘米左右長、零點幾毫米粗的電阻絲懸置在它的上方,加熱至暗紅,林翔宇用它切割冰雹,他將雙手伸入切割機,通過機器按鈕操控電阻絲的位置。
這是一項“不敢眨眼”的操作,電阻絲要在冰雹中心的位置切割兩次,切出一片直徑與冰雹大約相當、厚約3毫米的薄片,移至拍攝臺。在相機拍下的照片中,雹子的橫截面顯示出透明、不透明交替的逐層結構,如同樹木的年輪。
接著,這片薄薄的冰再次被移入切割機,林翔宇不斷調整電阻絲的角度、位置,小心地沿著“年輪”邊界畫線,嘗試將不同冰層分開,薄片十分脆弱,稍有不慎就碎成細小的冰晶。半小時后,這片冰雹被分割完畢,逐片裝入試劑瓶,在室溫中融化。這些冰層就像一個個時間膠囊,記錄了冰雹形成時的氣象條件,冰層的水汽來源對應特定海拔的溫度、氫氧同位素特征,能反推冰雹在天空中的位置和軌跡。
做完分層,林翔宇發酸的手才能得到片刻休息。切割冰雹是個細致活兒,除了雙手要在低溫環境中操作,還要時刻關注切割的位置。有時遇上直徑大、層數多的冰雹,整個切割過程會被拉長至1小時。
等到冰雹的各個分層完全溶解在試劑瓶中,溶液會被送入各種檢測儀器。
傳統理論認為,冰雹內部之所以交替出現透明和不透明生長層,是因為其在云內上下反復運動,在“顛勺”的循環中長大。林翔宇分析了來自中國各地的27顆冰雹后發現,僅有一顆雹子在生長時經歷了“顛勺”,其他的,有的在云內水平運動時變大,還有的則在上升或下降的過程中成長。
如今,李瀟斐已經畢業6年,成了西北大學城市與環境學院的一名教師,繼續和黃土高原的冰雹打交道。他當初從北大畢業時,切割冰雹的方法尚不成熟。現在,通過多方合作,課題組已經研發出冰雹切割機,打開它們的心扉,更簡便高效了。
2019年,林翔宇進組讀博,他針對冰雹生長軌跡的最新研究成果,今年4月發表在《大氣科學進展》雜志上。那些在實驗室里講完故事的冰雹,化成水,進入新一輪大氣循環中。
不久前,5月16日,北京市氣象臺再次發布冰雹預警。像過往無數次那樣,它們再一次無言地爽約了。
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