【物理知识】如果“冰雹”出现在物理试卷里,会考些什么?
创始人
2025-05-19 22:20:48

5月13日晚,北京孩子们收到了来自“强对流天气”的礼物:小如米粒,大如鸡蛋的冰雹无差别的袭击了朝阳、丰台、海淀、房山、门头沟一带。

关于冰雹,你是不从小就有这样的疑问:

为什么夏天会出现冰雹?

为什么冰雹是一层一层的?

为什么冰雹那么重还能被云层托住?

No1. 冰雹云

一起来学习一下冰雹里的物理知识:先从冰雹在天空的家——“云”说起。

大气中有各种不同形式的空气运动,形成了不同形态的云。一般的积雨云可能产生雷阵雨,而只有发展特别强盛的积雨云,云体十分高大,云中有强烈的上升气体,云内有充沛的水分,才可以产生冰雹,这种云通常也称为冰雹云。

冰雹云云层很厚,云内水汽十分丰富,上下对流强烈,云顶可伸至10公里以上的高空,那里非常寒冷,温度可在-20℃~-40℃。云体的下部离地面1公里左右,温度在0℃以上。空气中的水汽随气流逐渐上升,大气温度逐渐降低。

云中的温度如果低于0℃,这就有利于冰晶的形成,在0℃层以上,冰晶和过冷水并存,如果冰晶与过冷却水滴相碰并,过冷却水就会在冰晶表面凝结。

这种冰晶收集过冷却水滴并增长之后,由此得到的稍大些的冰相物质就被称为霰(xiàn)

当较大体积的冰晶下降过程中,跟过冷水滴碰撞后,就在冰晶身上冻结成为一层不透明的冰核,冰雹胚胎就这样形成了。由于冰雹云中气流升降变化很剧烈,冰雹胚胎也就这样一次又一次地在空中上下翻滚着,粘贴更多的过冷水滴,好像滚雪球似的,越滚越大,一旦滚成的大冰雹,重得云中上升气流托不住时,它就从空中摔下来,于是就成了通常百姓所说的“下冰雹”了。

No2. 冰雹的形成

需要注意,不同高度的云层的含水量、温度会有差异,当冰雹通过温度较低、过冷水滴(低于0°C但仍未冻结的水滴)较少的区域时,水滴缓慢冻结,形成致密透明的冰。 当冰雹进入过冷水滴富集区时,水滴迅速冻结并捕获空气气泡,形成疏松、不透明的冰这也解释了冰雹为什么跟洋葱一样是一层一层的。

冰雹和雪同为冰相降水过程,他们最大的区别就是在质量上的不同,一片雪花砸不穿纸片,而一个冰雹则能砸破脑袋。

再来想一想,冰雹这么大的质量,如果想要保持它在天上不掉下来,则需要一双无形的手将它托住,这双手就是强上升气流只有强烈的上升气流才能抵消冰雹的重力,才能将冰雹托住直到它长到足够大之后才降落。而只有夏天才能提供这种强对流天气,因此冰雹一般发生在5~7月份。

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