这是一个非常有趣的问题!
冰雹的形成不是简单的“绕圈”就能长大,而是一个在强对流云(积雨云)中上下运动、反复穿过“过冷水区”的过程。我们可以从科学原理来估算它大致经历的循环次数。
冰雹增长所需时间、循环次数与上升气流速度、过冷水含量、环境温度结构等有关。
我们可以大致推算一下:
假设每次上下循环,冰雹经过过冷水区增长约 1 mm 的半径(不同研究给出的单次循环增长量不同,取决于云中过冷水含量),那么:
初始半径 ( r_0 = 2.5 \, \text{mm} )
目标半径 ( r_f = 25 \, \text{mm} )
需增加半径 ( \Delta r = 22.5 \, \text{mm} )
如果每次循环增加半径 ( 0.5 \, \text{mm} ),则循环次数
[
N \approx \frac{22.5}{0.5} = 45 \text{ 次}
]
如果每次循环增加半径 ( 1 \, \text{mm} ),则
[
N \approx 22 \text{ 次}
]
一次上下循环的时间取决于上升与下降速度以及云的高度。
因此,从米粒大到鸡蛋大可能需要 20 到 40 次循环,对应约 2 到 6 小时(但实际中强对流单体生命史通常 1~2 小时,所以冰雹常需在多个单体或持久单体中长大)。
有观测和模拟研究显示:
所以,一颗冰雹要从米粒大到鸡蛋大,大致需要在云里完成 20 到 40 次“上下循环”,才能一层一层地长到落地。
(不过要注意:如果上升气流极强、含水量极高,每次循环增长厚度可以更大,循环次数会减少;但大多数强对流情况下,几十次循环是合理的估计。)