直径約6cm（2.4インチ）の大きな雹

雹は固体の降水の一種です。[1]氷粒（アメリカ英語では「sleet」）とは異なりますが、両者はしばしば混同されます。[2]雹は球状または不規則な氷の塊で構成されており、それぞれが雹と呼ばれます。[3]氷粒は一般的に寒い天候で降りますが、地表温度が低い間は雹の成長が大幅に抑制されます

霰（あられ、霧氷でできている）、氷粒（より小さく半透明）、雪（微細で繊細な結晶の薄片または針でできている）などの他の形態の氷の降水とは異なり、雹は通常、直径5mm（0.2インチ）から15cm（6インチ）の大きさです。[1] 5mm（0.20インチ）以上の雹のMETAR報告コードはGRで、それより小さい雹と霰はGSでコード化されています

雹は、ほとんどの雷雨（積乱雲によって発生するため）[4]だけでなく、親嵐から2海里（3.7km）以内でも発生する可能性があります。雹の発生には、親雷雨内での強い上昇気流（竜巻に類似）と氷点下の低下という環境が必要です。中緯度では、 雹は大陸の内部付近で発生しますが、熱帯地方では高地に限定される傾向があります

気象衛星や気象レーダー画像を用いて、雹を伴う雷雨を検出する方法があります。雹は一般的に、大きさが大きくなるにつれて落下速度が速くなりますが、融解、空気との摩擦、風、雨や他の雹との相互作用などの複雑な要因により、大気圏における降下速度が遅くなることがあります。雹が破壊的な大きさに達した場合、人工構造物、そして最も一般的には農家の作物に深刻な被害をもたらす可能性があるため、雹に関する厳重な気象警報が発令されます。

定義

地面に到達する雹を発生させる雷雨はすべて雹嵐と呼ばれます。[5]直径5mm（0.20インチ）を超える氷の結晶は雹とみなされます。[4]雹は15cm（6インチ）まで成長し、重さは0.5kg（1.1ポンド）を超えることがあります。[6]

氷粒とは異なり、雹は層状になっていることが多く[7]、不規則な形状で塊になっていることがあります。[要出典]雹は透明な氷、または少なくとも1mm（0.039インチ）の厚さの透明と半透明の氷が交互に重なった層で構成されており、雲の中を移動する雹の上に堆積します。雹は強い上昇気流によって空中に浮遊し、その重さが上昇気流を克服して地面に落ちます。雹の直径は様々ですが、アメリカ合衆国では、被害をもたらす雹の平均観測値は2.5cm（1インチ）からゴルフボール大の4.4cm（1.75インチ）です。[8]

2cm（0.79インチ）を超える雹は通常、被害を引き起こすのに十分な大きさとみなされます。カナダ気象局は、そのサイズ以上の雹が予想される場合、激しい雷雨警報を発令します。[9]米国国立気象局は、2010年1月から直径1インチ（2.5cm）の雹を閾値としており、これは以前の0.75インチ（1.9cm）の雹の閾値から引き上げられました。[10]他の国では、雹に対する地域の感受性に応じて閾値が異なります。例えば、ブドウ栽培地域は、より小さな雹によって悪影響を受ける可能性があります。雹は、上昇気流の強さに応じて、非常に大きくも非常に小さくもなります。弱い雹嵐は、より強い嵐（スーパーセルなど）よりも小さな雹を生成します。これは、より強い嵐のより強力な上昇気流が、より大きな雹を空中に留めることができるためです。

形成

雹は強い雷雲の中で発生します。特に、強い上昇気流、高い水分含有量、広い垂直範囲、大きな水滴、そして雲層の大部分が氷点下（0℃、32℉）にあるような雲の中で発生します。[4]このような強い上昇気流は、竜巻の存在を示すこともあります。[11]雹の成長率は、標高の高さ、氷点下の低さ、風のせん断などの要因の影響を受けます。[12]

雹の層の性質

雹柱

積乱雲の他の降水と同様に、雹は水滴から始まります。水滴が上昇し、気温が氷点下になると、過冷却水となり、凝結核と接触して凍結します。大きな雹の断面は、玉ねぎのような構造を示します。これは、雹が厚く半透明の層と、薄く白く不透明な層が交互に重なり合ってできていることを意味します。以前の理論では、雹は複数回の下降と上昇を繰り返し、湿気のある領域に落ち込み、上昇する際に再凍結すると考えられていました。[要出典]この上下運動が、雹の層を形成すると考えられていました。しかし、理論と現地調査に基づく新たな研究により、これは必ずしも真実ではないことが示されました。[要出典]

嵐の上昇気流は、最大時速110マイル（180キロメートル/時）にも達し、形成中の雹を雲の上へと吹き上げます。雹が上昇するにつれて、湿度と過冷却水滴の濃度が変化する雲の領域を通過します。雹の成長速度は、遭遇する湿度と過冷却水滴の変化に応じて変化します。これらの水滴の付着速度は、雹の成長におけるもう一つの要因です。雹が水滴の濃度が高い領域に移動すると、水滴を捕らえて半透​​明の層を形成します。雹が主に水蒸気が存在する領域に移動すると、不透明な白い氷の層を形成します。[14]

雹を伴う激しい雷雨は、特徴的な緑色を呈することがあります。[15]

さらに、雹の速度は雲の上昇気流における位置と質量に依存します。これによって、雹の層の厚さが変化します。過冷却水滴が雹に付着する速度は、これらの水滴と雹自体の相対速度に依存します。つまり、一般的に大きな雹はより強い上昇気流からある程度離れた場所に形成され、そこでより長い時間成長することができます。[14]雹が成長するにつれて潜熱が放出され、その外側は液体の状態を保ちます。「湿潤成長」するため、外層は粘着性（つまり、より粘着性が高い）があり、1つの雹が他の小さな雹と衝突して成長し、不規則な形状の大きな物体を形成することがあります。[16]

雹は「乾式成長」を経ることもあります。これは、凍結による潜熱の放出が外層を液体状態に保つのに十分ではない状態です。このようにして形成される雹は、急速な凍結中に石の中に閉じ込められる小さな気泡のために不透明に見えます。これらの気泡は「湿式成長」モードで合体して抜け出し、雹はより透明になります。雹の成長モードは発達の過程で変化する可能性があり、その結果、雹の断面に明確な層が生じることがあります。[17]

雹は、その質量が上昇気流によって支えられなくなるまで、雷雨の中で上昇し続けます。雹を発生させる雷雨の上昇気流の力に基づくと、これは少なくとも30分かかる場合があります。雷雨の頂上は通常10km以上の高さです。その後、同じプロセスに基づいて成長を続けながら地面に向かって落下し、雲を離れるまで続きます。その後、氷点以上の空気中に移動すると溶け始めます。[18]

バングラデシュ北部タクルガオンにおける激しい雹嵐（2022年4月）

このように、雷雨の独特な軌道は、雹の層状構造を説明するのに十分です。複数の軌道を議論できる唯一のケースは、多細胞雷雨の場合です。この場合、雹は「母」細胞の上部から放出され、より強い「娘」細胞の上昇気流に捕捉される可能性があります。しかし、これは例外的なケースです。[14]

雹を助長する要因

雹は中緯度の大陸内部で最も多く発生します。氷点下が高度11,000フィート（3,400メートル）を下回ると雹が発生する可能性がかなり高くなるためです。[19]大陸上空の強い雷雨に乾燥した空気 が流入すると、蒸発冷却が促進され、雷雲の氷点下が下がり、雹が成長する体積が大きくなるため、雹の発生頻度が高まります。そのため、熱帯地方では雷雨の頻度が中緯度よりもはるかに高いにもかかわらず、雹はそれほど多く発生しません。これは、熱帯地方の上空の大気が高度が高いほど温暖になる傾向があるためです。熱帯地方の雹は主に高地で発生します。[20]

気温が-30℃（-22℉）を下回ると、過冷却水滴が少なくなるため、雹の成長は極めて小さくなります。[19]雷雨の周辺では、雹は高度20,000フィート（6,100メートル）以上の雲の中にある可能性が最も高くなります。10,000フィート（3,000メートル）から20,000フィート（6,100メートル）の間では、雹の60%はまだ雷雨の中にありますが、40%は金床下の澄んだ空気の中にあります。10,000フィート（3,000メートル）以下では、雹は雷雨の中とその周囲に2海里（3.7キロメートル）の距離まで均等に分布しています。[21]

科学的研究

2025年春から、米国の科学者たちは「平原における雹の収集のための現場共同実験」（ICECHIP）として知られるフィールド研究に取り組みました。[22]このプロジェクトは、「雹の通り道」として知られる2つの地域（グレートプレーンズとコロラド州とワイオミング州のロッキー山脈フロントレンジ沿い）における雷雨における雹のプロセスを研究しており、4カ国11州から100人の科学者が参加する、雹の研究に特化した世界最大規模のフィールドキャンペーンです。[23]このプロジェクトは、雹の形成と成長に関する多くの未解明の疑問に光を当てると期待されています。[24]

気候学

雹は中緯度の大陸内陸部で最も頻繁に発生し、熱帯地方ではそれほど一般的ではないが、中緯度よりも雷雨の頻度がはるかに高い。[25]また、雹は山脈沿いではるかに多く発生する。これは、山脈が水平風を押し上げる（地形性揚力として知られる）ため、雷雨内の上昇気流が強まり、雹が発生しやすくなるためである。[26]また、標高が高いほど、雹が地面に到達する前に溶ける時間が少なくなる。大粒の雹がよく発生する地域の一つは、北インドの山岳地帯で、1888年には記録上、雹による死亡者数が最も多かった。[27] 中国でも大規模な雹嵐が発生する。[28]中央ヨーロッパとオーストラリア南部でも、多くの雹嵐が発生する。雹嵐が頻繁に発生する地域は、ドイツ南部と西部、フランス北部と東部、ベネルクス南部と東部、イタリア北部である。[29]南東ヨーロッパでは、クロアチアとセルビアで雹が頻繁に発生します。[30]地中海諸国の中には、秋に雹の発生頻度が最も高くなるところもあります。[29]

北米では、コロラド州、ネブラスカ州、ワイオミング州の3州が交わる「雹の路地」と呼ばれる地域で雹が最も多く発生します。 [31]この地域では、雹は3月から10月にかけての午後と夕方に発生し、特に5月から9月にかけて多く発生します。ワイオミング州シャイアンは北米で最も雹が発生しやすい都市で、1シーズンあたり平均9～10回の雹嵐が発生します。[32]この地域の北、ロッキー山脈の風下には、アルバータ州の雹の路地があり、ここでも大きな雹の発生頻度が増加しています

雹嵐は南米のいくつかの地域、特に温帯地域でもよく見られます。メンドーサ地方から東のコルドバにかけて広がるアルゼンチンの中央部は、世界でも有​​数の頻度で雹嵐が発生しており、年間平均10～30回の嵐が発生しています。[33]アルゼンチン南部のパタゴニア地方でも雹嵐が頻繁に発生しますが、これはこの寒冷地では霰（小さな雹）も雹としてカウントされるためでもあると考えられます。[33]ブラジル南部のパラナ州、サンタカタリーナ州、アルゼンチンの三州国境地域も、被害をもたらす雹嵐で知られています。[34]雹嵐は、アルゼンチン北部の雹頻度の高い地域に隣接するパラグアイ、ウルグアイ、ボリビアの一部でも一般的です。 [35]南米のこれらの地域で雹嵐が頻繁に発生するのは、この地域の地形による対流の強制、アマゾンからの水分輸送、そして地表と上層大気の温度差によって生じる不安定性が原因です。[33]コロンビアでは、ボゴタとメデジンの都市も標高が高いため、頻繁に雹嵐が発生します。チリ南部でも、4月中旬から10月まで雹が降り続けます。

三体スパイクの例：赤と白の雷雨核の後ろにある弱い三角形のエコー（矢印で示されている）は、嵐の中の雹に関連しています。

短期的な検出

気象レーダーは、雹を発生させる雷雨の存在を検出するための非常に有用なツールです。しかし、レーダーデータは、現在の大気が雹の発達に適しているかどうかを判断するための現在の大気条件に関する知識によって補完される必要があります

現代のレーダーは、サイトの周囲を多くの角度でスキャンします。嵐の際の地上からの複数の角度での反射率の値は、その高さでの降水量に比例します。垂直統合液体（VIL）の反射率を合計すると、雲内の液体の水含有量が得られます。研究によると、嵐の上層での雹の発達は、VILの進化に関連しています。VILを嵐の垂直範囲で割った値はVIL密度と呼ばれ、雹の大きさと関係がありますが、これは大気の状態によって変わるため、あまり正確ではありません。[36]伝統的に、雹の大きさと確率は、この研究に基づくアルゴリズムを使用してコンピューターでレーダーデータから推定できます。一部のアルゴリズムでは、雹が溶けて地面に何が残るかを推定するために、凍結レベルの高さを組み込みます。

特定の反射パターンは気象学者にとっても重要な手がかりとなります。三体散乱スパイクはその一例です。これは、レーダーからのエネルギーが雹に当たって地面に反射し、そこから雹に戻り、さらにレーダーに反射する結果です。雹からレーダーに直接向かうエネルギーに比べて、雹から地面へ、そしてまた戻ってくるエネルギーには時間がかかり、エコーは同じ放射状の経路上にある雹の実際の位置よりもレーダーから遠く離れているため、反射率の弱い円錐を形成します。

最近では、気象レーダーの反射の偏光特性が分析され、雹と大雨を区別するようになりました。[37] [38]差分反射率（）と水平反射率（）を組み合わせることで、さまざまな雹分類アルゴリズムが開発されました。[39]可視衛星画像は雹の検出に使用され始めていますが、この方法では誤報率が依然として高いままです。[40]

サイズと終端速度

直径数ミリメートルから1センチメートルを超える雹

雹の大きさは、定規で直径を測るのが最も良い方法です。定規がない場合は、コインなどの既知の物体の大きさと比較して、目視で雹の大きさを推定することがよくあります。[41]鶏卵、エンドウ豆、ビー玉などの物体を使って雹の大きさを比較するのは、寸法がさまざまであるため正確ではありません。英国の組織TORROは、雹と雹嵐の両方の尺度も作成しています。[42]

空港で観測された場合、ひょうの大きさに関連する地上気象観測ではMETARコードが使用されます。METARコードでは、GRは直径6.4mm以上の大きなひょうを示すために使用されます。GRはフランス語のgrêleに由来します。小さなサイズのひょうや雪粒には、フランス語のgrésilの略であるGSというコードが使用されます。[43]

同心円状の大きなひょう

雹の終端速度、つまり雹が地面に衝突したときに落下する速度は変化します。直径1cm（0.39インチ）の雹は9m/s（20mph）の速度で落下すると推定されていますが、直径8cm（3.1インチ）の雹は48m/s（110mph）の速度で落下します。雹の速度は、雹の大きさ、抗力係数、落下時の風の動き、雨滴や他の雹との衝突、そして暖かい大気中を落下する際の融解に依存します。雹は完全な球体ではないため、抗力係数、ひいては速度を正確に計算することは困難です。[44]

物体との大きさの比較

アメリカ合衆国では、国立気象局（NWS）は雹の大きさを日常的な物体との比較で報告しています。直径1インチを超える雹は「激しい」と表示されます。[45]

アメリカ合衆国で記録された最大の雹

雹の記録

雷雨を伴わない巨大な氷の塊であるメガクライオメテオは、世界気象機関（WMO）によって、雷雨を伴う氷の集合体である「雹」として正式に認められていません。そのため、メガクライオメテオの極端な特徴に関する記録は、雹の記録として提供されていません。

  • 最大重量： 1.02 kg（2.2ポンド）。バングラデシュ、ゴパルガンジ地区、1986年4月14日。[46] [47]
  • 公式に測定された最大直径：直径7.9インチ（20cm）、円周18.622インチ（47.3cm）。サウスダコタ州ビビアン、 2010年7月23日。[48]
  • 公式に測定された最大の円周：円周18.74インチ（47.6cm）、直径7.0インチ（17.8cm）。ネブラスカ州オーロラ、2003年6月22日。[47] [49]
  • 平均雹降水量が最も多い：ケニアの ケリチョでは、年間平均50日間雹嵐が発生します。ケリチョは赤道に近く、標高2,200メートル（7,200フィート）であるため、雹が降りやすい地域となっています。[50]ケリチョは、年間132日間雹が降るという世界記録を達成しました。[51]

危険

1926年5月8日、テキサス州ダラス地域を襲った雹嵐による自動車の損傷。直径4.2インチ（11cm）の雹が降った。[52]

雹は深刻な被害を引き起こす可能性があり、特に自動車、航空機、天窓、ガラス屋根の建物、家畜、そして最も一般的には作物に被害を与えます。[32]屋根への雹による損傷は、漏水やひび割れなどの構造的な損傷が見られるまで、気づかれないことがよくあります。屋根瓦や陸屋根の雹による損傷を認識するのが最も困難ですが、すべての屋根には独自の雹による損傷の検出に関する問題があります。[53]金属屋根は雹による損傷に対してかなり耐性がありますが、へこみや塗装の損傷という形で外観上の損傷が蓄積する可能性があります。米国ビジネス・住宅安全保険協会（IBHS）によると、2023年には、雹嵐によって米国は自動車、屋根、作物に460億ドルの損害を被りました。[54]

雹は、航空機にとって最も重大な雷雨の危険の一つです。[55]雹の直径が0.5インチ（13mm）を超えると、飛行機は数秒以内に深刻な損傷を受ける可能性があります。[56]地面に積もった雹も、着陸中の航空機にとって危険となる可能性があります。雹は自動車の運転手にとってよくある悩みの種であり、車にひどいへこみをつけたり、ガレージに駐車するか遮蔽材で覆わない限り、フロントガラスや窓にひびが入ったり、粉々になったりすることがあります。小麦、トウモロコシ、大豆、タバコは、雹による被害に最も敏感な作物です。[27]雹はカナダで最も高額な被害をもたらす災害の一つです。[57]

巨大な雹は、屋外で避難所のない人々に脳震盪や致命的な頭部外傷を引き起こすことが知られています。雹嵐は歴史を通して、高額な損害と致命的な出来事の原因となってきました。一部の研究者は、9世紀頃にインドのウッタラーカンド州ループクンドで数百人の遊牧民が死亡したのは雹嵐が原因であると示唆していますが、これには異論もあります。[58] [59] 1888年4月30日、インドのモラダバード地区で激しい雹嵐により200人以上が死亡しました。現代では致命傷はより稀です。例えば米国では、雹が毎年数十億ドルの損害を引き起こし、大きな雹（直径2インチ（5.1cm）以上）がかなり一般的であるにもかかわらず、現代の記録が残されて以来、雹に打たれて死亡した人はわずか3人しか知られていません。[60]

蓄積

オーストラリア、シドニーの雹（2015年4月）

雷雨活動に伴い雹が地面に積もる狭い帯は、雹の筋または雹の帯として知られており[61] 、嵐が通過した後に衛星で検出できます[62] 。雹嵐は通常、数分から15分間続きます[32] 。積もった雹嵐は、地面を2インチ（5.1cm）以上の雹で覆い、数千人が停電し、多くの木が倒れる可能性があります。急峻な地形では、雹が積もると鉄砲水や土砂崩れが懸念されます[63]

最大18インチ（0.46メートル）の深さが報告されています。積もった雹で覆われた地形は、一般的に積雪で覆われた地形に似ており、雹が大量に積もると、たとえ面積が小さくても、交通やインフラに積雪と同じ制限的な影響を及ぼします。[64]積もった雹は排水溝を塞いで洪水を引き起こす可能性があり、雹は洪水によって運ばれ、雪のような泥水となって低地に堆積することもあります

稀に、雷雨が停滞、あるいはほぼ停滞する一方で、雹が大量に降り、相当の深さまで積もることがあります。これは山岳地帯で起こりやすく、例えば2010年7月29日にはコロラド州ボルダー郡で1フィート（約30cm）の雹が積もりました[65] 。2015年6月5日には、コロラド州デンバーの街区の一つに最大4フィート（約1.2m）の雹が降りました。マルハナバチとピンポン玉の大きさの雹は、雨と強風を伴いました。雹は一箇所にのみ降り、周囲の地域は影響を受けませんでした。午後10時から午後11時30分までの1時間半にわたって降り続けました。ボルダーの国立気象局の気象学者は、「非常に興味深い現象です。嵐が停滞し、狭い範囲に大量の雹が降るのを目撃しました。これは気象現象です」と述べています。除雪に使用されたトラクターは、ダンプカー30台分以上の雹を積んだ。[66]

イチゴ畑で雹を持つ手

コロラド州のフロントレンジで30分間に5.9インチ（15cm）以上の雹が積もった4日間に焦点を当てた研究では、これらの事象は観測された総観気象、レーダー、および雷の特性において同様のパターンを共有していることが示され、[67]発生前にこれらの事象を予測できる可能性を示唆しています。この分野での研究を継続する上での根本的な問題は、雹の直径とは異なり、雹の深さが一般的に報告されていないことです。データが不足しているため、研究者や予報官は運用方法を検証する際に途方に暮れています。コロラド大学と国立気象局の協力が進行中です。この共同プロジェクトの目標は、一般の人々の協力を得て、雹の積算深度のデータベースを作成することです。[68]

抑制と予防

スロバキア、バンスカー・シュチャヴニツァの古城に設置された雹砲

中世ヨーロッパでは、人々は雹とそれに伴う作物への被害を防ぐために、教会の鐘を鳴らしたり大砲を撃ったりしていました。このアプローチの改良版は、現代の雹砲として利用可能です。第二次世界大戦後、雹の脅威を排除するために人工降雨が行われました[13]。特にソビエト連邦では、ロケットや砲弾を用いて雲の中にヨウ化銀を散布することで、雹嵐による作物被害が70～98%減少したと主張されていました[69] [70] 。しかし、これらの効果は西側諸国で実施された無作為化試験では再現されていません[71] 。 1965年から2005年の間に15カ国で雹抑制プログラムが実施されました[13] [27]。

参照

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ウィキメディア・コモンズには、雹に関連するメディアがあります。
フリー辞書のウィクショナリーで「雹」 または「hail」を調べてください。
ウィキソースには、1879年のアメリカ百科事典の 雹の記事のテキストがあります。
  • 雹嵐研究ツール - 2022年2月2日、ウェイバックマシンでhailtrends.comにアーカイブ
  • 雹に関するファクトシート（アーカイブ）ucar.eduから
  • 米国の10億ドル規模の気象災害と気候災害 - 2018年7月26日、ウェイバックマシンでNOAA.govにアーカイブ