雹
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直径約6センチ（2.4インチ）の大きな雹

雹は固体の降水の一種です。[ 1 ]雹は氷粒（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、それぞれが雹石と呼ばれます。[ 3 ]氷粒は一般的に寒い天候で降りますが、雹の成長は地表温度が低いときに大幅に抑制されます。

霰（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や針でできている）などの他の形態の水氷降水とは異なり、雹は通常、直径5 mm（0.2インチ）から15 cm（6インチ）の大きさです。[1] 5 mm（0.20インチ）以上の雹に対する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、積乱雲によって発生するため、ほとんどの雷雨中に発生する可能性があり[ 4 ]、また、親雷雨から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、親雷雨内で強い上昇気流（竜巻に類似）と氷点下の低下が伴う環境が必要です。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ら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、雹を伴う雷雨を検知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といった複雑な要因によって、大気圏における落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作物に深刻な被害をもたらす可能性があるため、厳重気象警報が発令されます。

意味

地面に達する雹を伴う雷雨は、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、雹石とみなされます。[ 4 ]雹石は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もあります。雹は透明な氷、または少なくとも1 mm（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これらの氷が積もり​​ます。雹は強い上昇気流によって空中に漂い、その重さで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2.5 cm（1インチ）からゴルフボール大の4.4 cm（1.75インチ）です。[ 8 ]

2cm (0.79 インチ) を超える雹は通常、被害をもたらすほどの大きさであると見なされます。カナダ気象局は、そのサイズ以上が予想される場合、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) を閾値としており、これは以前の閾値である 0.75 インチ (1.9cm) の雹から引き上げられました。[ 10 ]他の国では、雹に対する地域的な感受性に応じて閾値が異なります。たとえば、ブドウ栽培地域はより小さな雹でも悪影響を受ける可能性があります。雹は、上昇気流の強さによって非常に大きくも非常に小さくもなります。弱い雹嵐では、より強い雹嵐 (スーパーセルなど) よりも小さな雹が発生します。これは、より強い嵐の中では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、氷点下の地域、風のせん断などの要因によって影響を受けます。[ 12 ]

雹の層状性

雹のシャフト

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。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。

嵐の上昇気流は、風速が時速110マイル（180キロメートル）にも達し、[ 13 ]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、湿度と過冷却水滴の濃度が変化する雲の領域へと進みます。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も、雹の成長を左右する要因です。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。一方、雹が主に水蒸気で構成されてい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 ]

雹を含んだ激しい雷雨は特徴的な緑色を呈することがある。[ 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」と呼ばれる段階を経ることもあります。これは、凍結によって放出される潜熱が、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」段階の間に合体して抜け出し、雹はより透明になります。雹の成長様式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形成されることがあります。[ 17 ]

雹は雷雨の中で上昇を続け、その質量が上昇気流によって支えられなくなるまで上昇し続けます。雹を発生させる雷雨の上昇気流の力を考慮すると、上昇には少なくとも30分かかる可能性があります。雹の頂上は通常10km以上の高度に達します。その後、雹は同じプロセスで成長を続けながら地面に向かって落下し、雲を離れます。その後、氷点以上の気温に達すると融解し始めます。[ 18 ]

バングラデシュ北部タクルガオンでの激しい雹嵐（2022年4月）

このように、雷雨における唯一の軌道は、雹の層状構造を説明するのに十分である。複数の軌道が議論できる唯一のケースは、多細胞雷雨の場合であり、この場合、雹は「母」細胞の上部から放出され、より強力な「娘」細胞の上昇気流に捕捉される可能性がある。しかしながら、これは例外的なケースである。[ 14 ]

雹に有利な要因

雹は中緯度の大陸内部で最もよく発生します。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しやすくなるためです。[ 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るため雹が成長する体積が大きくなり、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、雹はそれほど多くありません。これは、熱帯地方の上空の大気が高度が高いほど暖かく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、過冷却水滴が稀になるため、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。高度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％は金床の下の澄んだ空気の中にあります。高度10,000フィート（3,000メートル）より下では、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）と呼ばれるフィールド調査に取り組んできました。[ 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および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するもので、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調査キャンペーンです。[ 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、標高が高いと、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インド北部の山岳地帯で、1888年には記録上最も多くの雹による死者数が記録された。[ 27 ]中国でもかなりの雹嵐が発生する。[ 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、イタリア北部です。[ 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 ]地中海沿岸の国の中には、秋に雹の発生頻度が最も高くなるところもあります。[ 29 ]

埠頭の雹

北米では、コロラド州、ネブラスカ州、ワイオミング州の3州が接する地域で雹が最も多く降り、通称「雹の通り道」と呼ばれています。[ 31 ]この地域では、雹は3月から10月にかけての午後から夕方にかけて多く降り、特に5月から9月にかけて多く降ります。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シーズンに平均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嵐通りがあり、ここでも大きな雹の発生頻度が高まっています。

雹嵐は南米のいくつかの地域、特に温帯地域でよく見られます。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、年間平均10～30回発生します。[ 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力、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、雹嵐が頻繁に発生します。チリ南部でも、4月中旬から10月にかけて雹が降り続けます。

3 体スパイクの例: 赤と白の雷雨の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。

短期検出

気象レーダーは、雹を伴う雷雨の存在を検知するのに非常に有用なツールです。しかし、レーダーデータは、現在の大気の状態に関する知識によって補完される必要があり、それによって現在の大気が雹の発生に適しているかどうかを判断できます。

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、再び雹に戻り、さらにレーダーに反射することによって発生します。雹からレーダーに直接反射したエネルギーに比べて、雹から地面へ、そしてまた地面へ戻るのに時間がかかります。また、エコーは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、反射率の弱い円錐状の領域を形成します。

最近では、気象レーダー反射の偏光特性を分析して、雹と大雨を区別する研究が行われている。[ 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ている。[ 39 ]可視衛星画像は雹の検出に使用され始めているが、この方法では誤報率が依然として高い。[ 40 ]Zdr{\displaystyle Z_{dr}}Zh{\displaystyle Z_{h}}

サイズと終端速度

雹の大きさは直径数ミリメートルから1センチメートル以上まで様々です

雹の大きさは、定規で直径を測るのが最も適切です。定規がない場合は、硬貨などの既知の物体と比較することで、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、ビー玉などの物体は寸法が様々であるため、雹の大きさを比較するのに使用すると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提供しています。[ 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0.25インチ（6.4mm）以上の大きなひょうを示します。GRはフランス語のgrêleに由来します。より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コードが使用されます。[ 43 ]

同心円状の大きな雹

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する。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るが、直径8cm（3.1インチ）の雹は48m/s（110mph）の速度で落下する。雹の速度は、雹の大きさ、抗力係数、雹が落下する際に受ける風の作用、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に雹が溶けるかどうかによって決まる。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ある。[ 44 ]

物体の大きさの比較

アメリカ合衆国では、国立気象局が雹の大きさを日常的な物体と比較して報告しています。直径1インチを超える雹は「激しい」と分類されます。[ 45 ]

NWS雹換算表
直径（インチ） 日常の物
0.25 - 0.375 エンドウ
0.50 小さなビー玉
0.75 ペニー
0.88 ニッケル
1.00 (15/16インチ) 四半期
1.25 ハーフダラー
1.50 ウォールナット/ピンポンボール
1.75 ゴルフボール
2.00 ライム
2.50 テニスボール
2.75 野球
3.00 大きなリンゴ
4.00 ソフトボール
4.50 グレープフルーツ
4.75 - 5.00 コンピュータCD / DVD
アメリカで記録された最大の雹

雹の記録

巨大氷塊は、雷雨を伴わない巨大な氷の塊であり、世界気象機関では、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ないため、巨大氷塊の極端な特徴の記録は雹の記録としては示されていない。

  • 最大重量: 1.02 kg (2.2 lb);ゴパルガンジ地区、バングラデシュ、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（47.6センチメートル）、直径7.0インチ（17.8センチメートル）。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）という高地であることも、雹の多発地帯となっている一因です。[ 50 ]ケリチョでは、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日にテキサス州ダラス地域を襲った雹嵐による自動車の被害。直径4.2インチ（11cm）の雹が降った。[ 52 ]

雹は深刻な被害をもたらす可能性があり、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 ]屋根への雹害は、漏水やひび割れなどの構造的な損傷が見られるまで気付かれないことがよくあります。シングル屋根や平らな屋根の雹害を認識するのが最も困難ですが、すべての屋根に独自の雹害検出の問題があります。[ 53 ]金属屋根は雹害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。米国企業・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災害の一つである。[ 55 ]雹の直径が0.5インチ（13mm）を超えると、航空機は数秒以内に深刻な損傷を受ける可能性がある。[ 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る。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物で覆わない限り、フロントガラスや窓にひび割れや粉々になることさえある。小麦、トウモロコシ、大豆、タバコは雹被害に最も敏感な作物である。[ 27 ]雹はカナダで最も高額な損害をもたらす災害の一つである。[ 57 ]

巨大な雹は、屋外に避難できずにいた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。雹嵐は歴史を通じて、費用のかかる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（5.1センチ）超）は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ことが知られているのはわずか3人です。[ 60 ]

蓄積

オーストラリアのシドニーに降り積もった雹（2015年4月）

雷雨活動に伴って雹が地面に積もる狭い帯は、雹条または雹帯として知られており、[ 61 ]嵐が過ぎ去った後、衛星によって検出することができます。[ 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、多くの木が倒れることがあります。急峻な地形では、雹が積もると突発的な洪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、積雪よりも狭い範囲ではあるものの、交通やインフラに積雪と同様の制約をもたらします。[ 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、また、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1つの街区に最大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1か所にのみ降り、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。除雪に使われたトラクターは、ダンプカー30台分以上の雹を積んだ。[ 66 ]

イチゴ畑で雹を押さえる手

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、これらの現象は観測された総観天気、レーダー、雷の特性において類似したパターンを示していることが示され、[ 67 ]これらの現象を発生前に予測できる可能性が示唆されています。 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暗闇に陥っています。 コロラド大学と国立気象局の協力により、共同プロジェクトの目標は、一般の人々の協力を得て、雹の積もった深さ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ある雹大砲

中世ヨーロッパでは、人々は教会の鐘を鳴らしたり大砲を撃ったりして、雹とそれに伴う農作物への被害を防ごうとしました。この方法を改良したものが現代の雹砲です。第二次世界大戦後、雹の脅威を排除するために雲の種まきが行われました。 [ 13 ]特にソ連では、ロケットや砲弾を使って雲の中にヨウ化銀を散布することで、雹嵐による農作物被害を70～98%削減できたと主張されています。[ 69 ] [ 70 ]しかし、これらの効果は西側諸国で行われた無作為化試験では再現されていません。[ 71 ]雹抑制プログラムは1965年から2005年の間に15カ国で実施されました。[ 13 ] [ 27 ]

参照

参考文献

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さらに読む

  • ロジャースとヤウ (1989). 『雲物理学短期講座』 マサチューセッツ州: バターワース・ハイネマン. ISBN 0-7506-3215-1。
  • ジム・メッザノット（2007年）『雹嵐』ギャレス・スティーブンス出版ISBN 978-0-8368-7912-4。
  • スノーデン・ドワイト・フローラ（2003年）『アメリカ合衆国の雹害』教科書出版社。ISBN 978-0-7581-1698-7。
  • ナラヤン・R・ゴーカレー（1974年）『雹嵐と雹石の成長』ニューヨーク州立大学出版局、ISBN 978-0-87395-313-9。
  • ダンカン・シェフ (2001)。氷と雹嵐。レインツリー出版社。ISBN 978-0-7398-4703-9。
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ウィキソースには、1879 年のアメリカ百科事典の記事 「Hail」のテキストがあります。

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