當被稱為 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，與過度降雨事件相關(guān)的危害以由此產(chǎn)生的災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，冰雹會對農(nóng)作物、車輛和建筑物造成損害，而且對暴露在外的人類和動物也可能是危險的。因此，更重要的是天氣模型能夠更準確地預測任何此類降水的可能性和范圍。為了這，

Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) 的垂直風洞是世界上唯一的一個，它通過使用 3D 打印機制造的人造冰雹進行的新實驗，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定了它們在撞擊前的速度。” Szakáll 的團隊已經(jīng)能夠證明，與具有光滑表面的冰雹相比，葉狀冰雹產(chǎn)生的動能更少，因此破壞力也更小。他們的研究發(fā)表在《大氣科學雜志》上。

當水滴在暴風云中結(jié)冰時，會形成冰雹和霰——這是用來描述沉淀的小而軟的冰粒的術(shù)語。這種凍結(jié)過程是由這些云中的湍流和復雜的物理過程促進的，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首。假設(shè)冰粒在到達地面之前沒有時間完全融化，它們以冰雹或霰粒的形式到達。

天然和人造冰雹的實驗

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。“在我們對天然冰雹的實驗中，我們看到它們?nèi)诨纬芍睆娇蛇_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 補充道。從記錄的測量結(jié)果中，他的團隊能夠推斷出可以用作計算機模型中云和降水數(shù)值模擬的主要元素的參數(shù)。

美因茨的研究小組在實驗室里用冰凍的水制造了冰雹和霰粒。研究人員利用現(xiàn)實的溫度和濕度條件，仔細觀察了它們是如何在垂直風洞中掉落或融化的。此外，他們還使用 3D 打印機制造了仿照自然對應物的人造冰雹和霰粒——甚至材料密度與冰的密度相對應。他們用這些來測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驗獲得的降水微觀物理方面的見解應用到用于分析暴風云的模型中，我們可以更好地預測它們會做什么，”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研究所。Borrmann 強調(diào)說：“鑒于極端天氣事件(例如干旱和暴雨)可能會因氣候變化而在我們所在的地區(qū)發(fā)生，這一點變得尤為重要。”

美因茨的實驗是在德國研究基金會 (DFG) 贊助的 HydroCOMET 項目的支持下進行的。研究結(jié)果已發(fā)表在五個同行評審期刊上，并作為書籍供稿。

審查 HydroCOMET 調(diào)查結(jié)果的專家對在美因茨進行的實驗室實驗和相關(guān)出版物提供了非常積極的評估。他們特別強調(diào)了現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施(即垂直風洞)所發(fā)揮的重要作用。