冰雹，作为一种突发性强、破坏力大的极端天气，在全球多地频繁发生。近年来，随着温室气体排放导致全球持续变暖，极端冰雹事件更是屡见不鲜。然而，一个关键问题始终悬而未决：在全球变暖的背景下，未来的冰雹灾害到底会变强还是变弱？由于全球各地记录冰雹的标准不一，且冰雹在云中生长碰撞的物理过程极为复杂，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）此前一直将这一趋势判定为“低信度”——意味着科学界尚无法给出确切答案。

针对这一难题，北京大学物理学院张庆红课题组联合美国中央密歇根大学John T. Allen教授，开展了一项开创性的全球研究。研究团队首先利用卫星观测，锁定了全球近1.5万次（14,297次）强冰雹风暴事件。随后，他们自己开发了一套冰雹生长轨迹的“准三维模型”，并结合主流的国际气候模式（CMIP6）和“伪全球变暖”方法，定量评估了未来不同碳排放情景下（高中低3种排放情景），全球冰雹的大小分布和破坏潜势的变化趋势。相关成果以“Rising global hail damage potential in a warming world”为题发表于国际顶级学术期刊《自然》（Nature），并被选为当期封面。该研究首次从全球角度定量评估了气候变暖背景下冰雹谱分布与灾害潜势的演变规律，为未来冰雹风险评估、防灾减灾和气候适应性规划提供了重要科学依据。

研究发现，未来近地面冰雹谱分布将整体向“大冰雹”方向偏移。相比历史气候态，未来30毫米以下小冰雹的发生频率减少4—12%，而30毫米以上大冰雹的发生频率则增加38%—52%，导致全球冰雹灾害潜势显著增强，近地面冰雹累积动能预计增加37%—42%，并且碳排放量越高，这一增幅就越发明显。

图1：21世纪末冰雹灾害潜势的变化。（a）EC-Earth3模式模拟的当前气候（1985—2014年）与未来气候（2071—2100年）SSP585排放情景之累计动能差异（AKED）的全球分布，差值定义为未来值减去当前值。每个5°×5°网格中的情景累计动能（AKE）为该网格内所有冰雹事件的平均值。点状区域表示差异通过了Student’s t检验的95%显著性水平。（b）当前气候背景（HIST，黑色）和未来SSP585排放情景（紫色）下，融化层高度（MLH，虚线）以及融化后近地表（SFC，彩色实线）的冰雹直径谱分布

研究进一步揭示了“大冰雹变多、小冰雹变少”背后的物理机制。一方面，未来低层大气变暖变湿，为云层提供了更充沛的液态水和更强的上升气流，冰雹在云中如同获得了“丰沛养料”与“更强托举”，增长效率大幅提高，大冰雹数量随之增加；另一方面，全球变暖也会抬升高空的融化层高度，这就好比加厚了冰雹降落时要穿透的“暖层”，个头较小、体质较弱的冰雹往往在落地前就被融化殆尽，导致近地面小冰雹数量减少。

区域尺度上，未来冰雹灾害变化呈现显著空间差异。灾害潜势增强的冰雹事件主要分布于中高纬地区（如中国北方、美国大平原和欧洲）。这些区域低层大气强升温与弱增湿叠加，使大气不稳定能量大幅增加，上升气流更强，冰雹增长效应超过融化损失影响，更容易形成大冰雹。相比之下，热带及季风区（如赤道非洲和东南亚）低层大气升温较弱、增湿明显，不稳定能量增加有限，而融化层升高与增长层变薄导致冰雹融化损失效应更加明显，最终使近地面冰雹尺寸减小，灾害潜势减弱。

论文第一作者为北京大学大气与海洋科学系博士生张诗怡，张庆红和John T. Allen为共同通讯作者。上述研究得到国家自然科学基金重点项目（42030607），北京市科技计划项目（Z251100004525005），美国国家科学基金会项目（AGS-1945286），以及中国科学院重大科技基础设施建设项目（地球系统数值模拟装置）的资助。