當(dāng)被稱為 Bernd 的低壓系統(tǒng)決定在 2021 年夏天將自己停放在中歐部分地區(qū)時(shí)，與過度降雨事件相關(guān)的危害以由此產(chǎn)生的災(zāi)難性洪水的形式變得非常明顯。天氣記錄顯示，由于氣候變化，干旱、暴雨和冰雹等極端自然事件可能在世界這一地區(qū)更頻繁地發(fā)生。他們的后果可能變得更具破壞性。例如，冰雹會(huì)對(duì)農(nóng)作物、車輛和建筑物造成損害，而且對(duì)暴露在外的人類和動(dòng)物也可能是危險(xiǎn)的。因此，更重要的是天氣模型能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)任何此類降水的可能性和范圍。為了這，

Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) 的垂直風(fēng)洞是世界上唯一的一個(gè)，它通過使用 3D 打印機(jī)制造的人造冰雹進(jìn)行的新實(shí)驗(yàn)，提供了這方面的重要信息。

JGU 大氣物理研究所 (IPA) 的 Miklós Szakáll 博士解釋說：“到目前為止，我們了解到的一件事是，冰雹的形式?jīng)Q定了它們?cè)谧矒羟暗乃俣取?rdquo; Szakáll 的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)能夠證明，與具有光滑表面的冰雹相比，葉狀冰雹產(chǎn)生的動(dòng)能更少，因此破壞力也更小。他們的研究發(fā)表在《大氣科學(xué)雜志》上。

當(dāng)水滴在暴風(fēng)云中結(jié)冰時(shí)，會(huì)形成冰雹和霰——這是用來描述沉淀的小而軟的冰粒的術(shù)語(yǔ)。這種凍結(jié)過程是由這些云中的湍流和復(fù)雜的物理過程促進(jìn)的，這些云可以延伸到非常高的高度。如果這些冰粒在下降的過程中穿過溫暖的空氣層，它們就會(huì)融化。結(jié)果是大而冷的雨滴，這些通常是極端降雨降水的罪魁禍?zhǔn)住＜僭O(shè)冰粒在到達(dá)地面之前沒有時(shí)間完全融化，它們以冰雹或霰粒的形式到達(dá)。

天然和人造冰雹的實(shí)驗(yàn)

云內(nèi)部的條件決定了這些冷凍液滴的特征形式、大小和質(zhì)量。“在我們對(duì)天然冰雹的實(shí)驗(yàn)中，我們看到它們?nèi)诨纬芍睆娇蛇_(dá)幾毫米的雨滴。大冰雹在融化過程中也可能破裂，形成許多小水滴，”Szakáll 補(bǔ)充道。從記錄的測(cè)量結(jié)果中，他的團(tuán)隊(duì)能夠推斷出可以用作計(jì)算機(jī)模型中云和降水?dāng)?shù)值模擬的主要元素的參數(shù)。

美因茨的研究小組在實(shí)驗(yàn)室里用冰凍的水制造了冰雹和霰粒。研究人員利用現(xiàn)實(shí)的溫度和濕度條件，仔細(xì)觀察了它們是如何在垂直風(fēng)洞中掉落或融化的。此外，他們還使用 3D 打印機(jī)制造了仿照自然對(duì)應(yīng)物的人造冰雹和霰粒——甚至材料密度與冰的密度相對(duì)應(yīng)。他們用這些來測(cè)量下降物體的自由落體特性，這些因素與極端降水事件中的微物理過程特別相關(guān)。

在六米高的風(fēng)洞中，冰雹和霰粒粒自由懸浮在人工產(chǎn)生的垂直氣流中。他們的行為是使用高速和紅外相機(jī)以及專門開發(fā)的全息成像系統(tǒng)記錄的。

“如果我們將通過這些實(shí)驗(yàn)獲得的降水微觀物理方面的見解應(yīng)用到用于分析暴風(fēng)云的模型中，我們可以更好地預(yù)測(cè)它們會(huì)做什么，”IPA 的斯蒂芬博爾曼教授和馬克斯普朗克的主任解釋說化學(xué)研究所。Borrmann 強(qiáng)調(diào)說：“鑒于極端天氣事件(例如干旱和暴雨)可能會(huì)因氣候變化而在我們所在的地區(qū)發(fā)生，這一點(diǎn)變得尤為重要。”

美因茨的實(shí)驗(yàn)是在德國(guó)研究基金會(huì) (DFG) 贊助的 HydroCOMET 項(xiàng)目的支持下進(jìn)行的。研究結(jié)果已發(fā)表在五個(gè)同行評(píng)審期刊上，并作為書籍供稿。

審查 HydroCOMET 調(diào)查結(jié)果的專家對(duì)在美因茨進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和相關(guān)出版物提供了非常積極的評(píng)估。他們特別強(qiáng)調(diào)了現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施(即垂直風(fēng)洞)所發(fā)揮的重要作用。