是什麼原因造成夏天下冰雹?

Question

八月天 在偵結三一九槍擊案ㄉ時候，合歡山昆陽到武嶺間，卻是風狂雨驟，還下起冰雹 。
是什ㄇ原因造成夏天下冰雹?

Answer 1

簡介　冰雹（hail）是大氣層中固態降水現象的一種，它在積雨雲（cumuloni-mbus）內強烈的上升和下降氣流環境中形成。雲中水蒸氣隨氣流上升遇冷會凝結成小水滴，隨著高度增加而溫度繼續降低，當溫度達到攝氏零度以下時，水滴就凝結成冰粒。在冰粒繼續上升運動的過程中，會吸附周圍的小冰粒或水滴而長大，直到其重量無法為上升氣流所承載時即往下降。當冰粒降落至較高溫度區時，其表面會溶解成水，同時亦會吸附周圍的小水滴，此時若又遇強大的上升氣流再被抬升，表面則又凝結成冰。如此反覆進行，就像滾雪球般，冰粒的體積越來越大，直到它的重量大於空氣的浮力，即往下降落。若達地面時未溶解成水仍呈固態冰粒者稱為冰雹，如溶解成水就是我們平常所見的雨。

雹塊的外觀 　個別的冰雹稱為雹塊（hailstone）。雹塊的外觀與其運動過程有密切關係 ，大多數的雹塊呈球狀或橢圓形，有些則為圓錐狀，另外有些雹塊表面崎嶇不平或呈不規則狀，特殊一些的則有呈啞鈴狀。雹塊的直徑大致從0.5至15公分，或者更大一些。巨大的雹塊像葡萄柚或壘球，較小的雹塊則如豌豆般大小。1970年9月，美國堪薩斯州降落的冰雹中，發現一塊直徑達43公分、重量有0.75公斤的雹塊。據說，在1882年8月15日該州更曾發現過重達40公斤的降雹，不知是否真確。

雹塊的構造 　大多數的雹塊是由許多透明與不透明冰層相間組成的。不透明冰層的產生原因，是由於雹塊捕獲到雲中小水滴，隨即快速凍結，上升空氣中的氣泡因此被困在水滴間，而產生不透明或白色狀。透明冰層形成的原因，則是雹塊迅速捕獲許多水滴後，水滴在冰雹的外圍形成一層薄薄的水層，而後逐漸凍結，過程中有足夠的時間讓大多數的上升氣泡從水滴中脫離，水凍結後即形成透明狀。如果將雹塊放入水中，可以觀察看看當它溶化時是否有許多氣泡從水中冒出。如果想辦法把雹塊切開，也可以看看它有多少透明與不透明冰層的分層結構。

雹塊的形成 　形成冰雹的雲層垂直伸展很高，由於垂直溫度逐漸降低的關係，雲層內由下而上分布著水滴、過冷卻水滴（溫度低於0℃的液態水）、冰粒等不同形態的水。冰粒主要分布在雲層頂部 ，當它夠大時即往下墜落，墜落時表面溶解成水並吸附周圍的過冷卻水滴 ，隨後受強烈上升氣流的作用而又上升，如此反覆進行，冰粒逐漸長大，直到上升氣流無法承受，便脫離雲體墜到地面成為雹塊。小冰粒和過冷卻的液態水都是冰粒成長為雹塊不可或缺的。直徑大於1至2公分的雹塊在下落到地面的過程中，體積變化很小 ；直徑小於1公分的雹塊，可能在它抵達地面前就已溶化殆盡。最大的雹塊下落速度可達每小時88哩（約每秒40公尺），而大多數較小的雹塊則以每小時44哩（每秒10至20公尺）的速度落下。

雹暴的抑制 　大量的冰雹降落稱為雹暴（hailstorm），對一般人而言，這是一種難得而又刺激的大氣現象，然而雹暴通常會造成農作物的重大損失，甚至危及生命。因此，雖然功效有限，抑制雹暴發生以避免造成重大災害的工作，仍舊在各個國家氣象專家與相關政府機構的努力下持續進行著。利用碘化銀注入雲體中形成許多微小冰粒（較自然產生的多）的過程，能有效地捕獲雲中許多過冷卻的液態水而使它們變成雹塊。過程中所形成的雹塊數量龐大而尺寸較小，在墜落地面時，逐漸會溶解為水而產生降雨。然而，是不是在各種情況中都可採用這項「種雲」作業？或者，在某些情況下反而形成更多的冰雹而減少了雨水？兩者仍存在著爭論。由於雹暴存在著高度的複雜性，利用實驗來測試其理論勢將耗費頗鉅。然而，在許多國家所做的試驗顯示，這種「消雹降雨」工作的努力結果可能減少30%的冰雹而增加10%的降雨

Answer 2

冰雹是在對流雲中形成，當水汽隨氣流上升遇冷會凝結成小水滴，若隨著高度增加溫度繼續降低，達到攝氏零度以下時，水滴就凝結成冰粒，在它上升運動過程中，並會吸附其周圍小冰粒或水滴而長大，直到其重量無法為上升氣流所承載時即往下降，當其降落至較高溫度區時，其表面會融解成水，同時亦會吸附周圍之小水滴，此時若又遇強大之上升氣流再被抬升，其表面則又凝結成冰，如此反覆進行如滾雪球般其體積越來越大，直到它的重量大於空氣之浮力，即往下降落，若達地面時未融解成水仍呈固態冰粒者稱為冰雹，如融解成水就是我們平常所見的雨。

冰雹的形成：

當有強烈的上昇氣流（旺盛的對流雲）時，

雲層裡的水氣被強烈的上昇氣流快速舉升到高空，

隨著高度的增加，氣溫會逐漸降低。

因為氣流上昇時（的絕熱膨脹過程使得）溫度下降，

每升高100公尺氣溫約降低 0.67℃。

使得水氣（小水滴）因為氣溫驟降而凝結成『冰』（非常小的冰球）。

當冰雹體積/重量 逐漸增加（重力增加，速度漸緩）

到上昇氣流無法支撐時，就會開始下降。

降落過程中（溫度漸增）雖有部份冰雹會融化，

但是更多水氣再被氣流舉昇，凝結成冰，形成更大的冰雹。

而當上昇氣流又無法支撐時，又再落下，如此重複循環。

當冰雹在 強烈上昇氣流中上下往返多次運動時，

體積就像滾元宵般越滾越大！當最後上昇氣流已經完全無法再支撐時，便又落下。

冰雹雖由於重力而落下，但是氣流會對其產生阻力，

一般空氣阻力與 速度 v 的平方及物體的截面積 A=πr2 成正比。

空氣阻力 Fr = 常數 *空氣密度* πr2 *v2

重力 Fg = 冰雹密度* 4/3 *πr3 * g

最後 當阻力等於重力時，也就是合力為零，以等速度落下（稱終端速度）。

因此 終端速度的平方 會隨著 冰雹重量而增加（越大的冰雹速度越大）。

當冰雹半徑變為 4倍時，體積增加為幾倍呢？重量增加為幾倍呢？

截面積增加幾倍呢？ 因此 速度增加幾倍呢？

最常見的冰雹大小以直徑半吋（1.27公分）居多，最大也可達數吋。



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估算一下終端速度：

空氣密度 約 1.293 ×10-3 g/m3 , 直徑 2.5公分

取常數 = 1 , 可得 v = 11 m/s (以 45°拋出，可拋 13公尺遠）

比直徑 0.1公分的雨滴，速度大 5 倍。

但是雨滴接觸到 地面時（與地面碰撞），作用時間較長。

但冰雹則作用時間短 ，因此 作用力 又增大許多。

於 民國 87年 二月 18日 清晨， 嘉義 新港 飼養 五千餘頭大鵝的 蔡先生，

欣賞冰雹情景後發現，150隻 重約 8 公斤的鵝 被冰雹擊斃。

Answer 3

天空中有時會落下許多的小碎冰粒，我們叫它「冰雹」。下冰雹時，往往雷電交加、狂風怒吼，一粒粒的小碎冰打在身上，還真的很痛呢！有時冰雹還可能像雞蛋或拳頭一樣大，這樣一場冰雹過後，農作物一定損失慘重。

冰雹是從雷雨雲裡落下的，但不是每個雷雨雲都會形成冰雹。只有當雷雨雲的某個部分，氣流上升猛烈，把水氣帶到高空凝結成雪花，又遇上忽強忽弱不穩定的現象，將雪花上下翻滾，結上一層冰殼，才會有冰雹的產生。

真正會形成冰雹的雷雨雲部分，大概只有三、五公里寬，但當它們移動時，卻可以走上數十到數百公里遠，因此，一旦是在農作物生長的地區下起冰雹，那麼受損的區域，往往就是狹長的一大塊。

一般在山坡地，常迫使氣流急遽上升，所以，通常這裡的空氣上升運動，就比平地或山谷來的厲害。因此，山區和丘陵地，下冰雹的機會就比較多了