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ており、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落下しますが、雹の成長は地表温度が低いときに大きく阻害されます。

雹は、霰（樹氷でできている）、氷粒（より小さく半透明）、雪（小さく繊細な結晶の薄片や針でできている）など、他の形態の水氷降水とは異なり、通常、直径が5 mm (0.2インチ)から15 cm (6インチ)の間です。 ^{[ 1 ]} 5 mm (0.20インチ)以上の雹の METAR 報告コードは GR ですが、より小さい雹や霰はGS とコード化されます。      

雹は、ほとんどの雷雨（積乱雲によって発生するため）^{[ 4 ]} 、および親雷雨から2 nmi (3.7 km)以内で発生する可能性があります。雹の形成には、親雷雨内の強い上昇気流（竜巻に似ている）と、氷点高度の低下が必要です。中緯度では、雹は大陸の内陸付近で形成されますが、熱帯では、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、雹を伴う雷雨を検知する方法があります。雹は一般的に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要因によって、地球の大気圏を通過する速度が遅くなることがあります。雹が被害をもたらすほどの大きさになると、人工建造物や、最も多い被害は農作物に深刻な損害を与える可能性があるため、雹に関する悪天候警報が発令されます。

地上に降る雹を伴う雷雨はすべて雹嵐として知られています。^{[ 5 ]}直径が5 mm (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15 cm (6インチ)まで成長し、 0.5 kg (1.1ポンド)を超える重さになることがあります。^{[ 6 ]}      

氷粒とは異なり、雹はしばしば層状になっており^{[ 7 ]}、不規則な形をしていて塊になっていることがあります。雹は、少なくとも厚さ1 mm (0.039インチ)の透明な氷、または透明な氷と半透明の氷が交互に重なった層で構成されており、雹が雲の中を移動する際に、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に打ち勝って地上に落下するまで、雹の上に付着します。雹の直径は様々ですが、米国では、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)の間です。^{[ 8 ]}      

2 cm (0.79インチ)より大きい石は、通常、被害をもたらすのに十分な大きさであると考えられています。カナダ気象局は、そのサイズ以上の雹が予想される場合に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 月より、直径1インチ (2.5 cm)の雹の閾値を設けており、これは以前の0.75インチ (1.9 cm)の雹の閾値から増加しています。^{[ 10 ]}他の国では、雹に対する地域の感受性に応じて異なる閾値が設けられています。たとえば、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、非常に大きい場合も非常に小さい場合もあります。弱い雹嵐は、強い雹嵐 (スーパーセルなど) よりも小さな雹を生成します。これは、強い嵐のより強力な上昇気流が、より大きな雹を上空に維持できるためです。      

雹は、強い雷雲、特に強い上昇気流、高い液状水含有量、大きな垂直方向の広がり、大きな水滴、そして雲層の大部分が氷点下（0 °C、32 °F）であるような雲の中で形成されます。^{[ 4 ]}このような強い上昇気流は、竜巻の存在を示す場合もあります。^{[ 11 ]}雹の成長速度は、標高の高さ、氷点下の低さ、風のシアなどの要因によって影響を受けます。^{[ 12 ]}  

雹の層状構造

積乱雲における他の降水現象と同様に、雹は水滴として始まります。水滴が上昇し、気温が氷点下になると、過冷却水となり、凝結核と接触すると凍結します。大きな雹の断面を見ると、タマネギのような構造が見られます。これは、雹が厚くて半透明の層と、薄くて白くて不透明な層が交互に重なってできていることを意味します。以前の理論では、雹は何度も下降と上昇を繰り返し、湿度の高い領域に落下して上昇するにつれて再び凍結すると考えられていました。この上下運動が、雹の層が連続して形成される原因だと考えられていました。しかし、理論と現地調査に基づいた新しい研究により、必ずしもそうではないことが明らかになりました。

嵐の上昇気流は、上向きの風速が最大110 mph (180 km/h)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も、雹の成長の要因の一つです。雹が水滴の濃度が高い領域に移動すると、水滴を捕捉して半透明の層を獲得します。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獲得します。^{[ 14 ]}  

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。これにより、雹の層の厚さが変わります。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で形成され、そこでより長い時間をかけて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。雹は「湿潤成長」を経るため、外層は粘着性があり（つまり、より接着性が高い）、そのため、1つの雹は他の小さな雹と衝突して成長し、不規則な形状のより大きな塊を形成することがあります。^{[ 16 ]}

雹は「乾燥成長」と呼ばれる過程を経ることもあり、その場合、凍結による潜熱放出が外層を液体の状態に保つのに十分ではない。このようにして形成された雹は、急速な凍結中に石の中に閉じ込められた小さな気泡のために不透明に見える。これらの気泡は「湿潤成長」の過程で合体して放出され、雹はより透明になる。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生じることがある。^{[ 17 ]}

雹は、上昇気流によってその質量を支えきれなくなるまで、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強さによっては、これは少なくとも30分かかる可能性があります。その雷雨の頂上は通常10km以上の 高さになります。その後、雹は同じプロセスに基づいて成長を続けながら地上に向かって落下し、雲から離れます。その後、氷点以上の気温の空気に入ると溶け始めます。^{[ 18 ]}

したがって、雷雨における単一の軌道は、雹の層状構造を説明するのに十分である。複数の軌道について議論できる唯一のケースは、多細胞性雷雨の場合であり、雹は「母」セルの上部から放出され、より強い「娘」セルの上昇気流に捕捉される可能性がある。しかし、これは例外的なケースである。^{[ 14 ]}

雹は中緯度の内陸部で最も頻繁に発生し、熱帯地方では中緯度地方よりも雷雨の頻度がはるかに高いにもかかわらず、あまり一般的ではありません。^{[ 25 ]}また、山脈沿いでは、山が水平方向の風を上向きに押し上げるため（地形性上昇として知られています）、雷雨内の上昇気流が強まり、雹が降りやすくなります。^{[ 26 ]}標高が高いほど、雹が地面に到達する前に溶ける時間が短くなります。大きな雹がよく発生する地域の 1 つは、山岳地帯の北インドで、1888 年に記録上最も高い雹による死者数が報告されています。^{[ 27 ]}中国でも大きな雹嵐が発生します。^{[ 28 ]}中央ヨーロッパと南オーストラリアでも多くの雹嵐が発生します。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、北イタリアです。^{[ 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 ]}地中海沿岸のいくつかの国では、秋季に雹の発生頻度が最大になります。^{[ 29 ]}

北米では、コロラド州、ネブラスカ州、ワイオミング州が交わる地域、通称「雹の通り道」で雹が最も多く発生します。^{[ 31 ]}この地域では、3月から10月にかけて午後から夕方にかけて雹が降り、その大半は5月から9月にかけて発生します。ワイオミング州シャイアンは、北米で最も雹が降りやすい都市で、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側には、アルバータ州の雹嵐通り道があり、ここでも大きな雹の発生頻度が高くなります。

雹嵐は南米のいくつかの地域、特に温帯地域でもよく発生します。アルゼンチンの中央地域、メンドーサ地方から東のコルドバまで広がる地域では、世界で最も雹嵐が頻繁に発生し、平均して年間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、これはこの寒冷な地域で霰（小さな雹）が雹としてカウントされることが一因かもしれません。^{[ 33 ]}ブラジル南部のパラナ州、サンタカタリーナ州、アルゼンチンの三国国境地帯も、被害をもたらす雹嵐で知られる地域です。^{[ 34 ]}雹嵐は、アルゼンチン北部の雹嵐が頻繁に発生する地域に隣接するパラグアイ、ウルグアイ、ボリビアの一部地域でもよく発生します。 ^{[ 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と、アマゾンからの湿気の輸送、地表と上層大気の温度差によって生じる不安定性が組み合わさった結果である。^{[ 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、雹嵐が頻繁に発生する。チリ南部でも、4月中旬から10月にかけて雹が降り続く。

雹の大きさは、定規で直径を測るのが最も正確です。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することで、雹の大きさを視覚的に推定することがよくあります。^{[ 42 ]}鶏の卵、エンドウ豆、ビー玉などの物体を雹の大きさの比較に使用すると、寸法が異なるため不正確になります。英国の組織TORROも、雹と雹嵐の両方のスケールを作成しています。^{[ 43 ]}

空港で観測される場合、METARコードは雹の大きさに関連する地上気象観測内で使用されます。METARコード内では、GRは直径が少なくとも0.25インチ（6.4 mm）の大きな雹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。より小さなサイズの雹や雪粒には、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。^{[ 44 ]}  

雹の終端速度、つまり雹が地面に衝突する速度は様々です。直径1 cm (0.39インチ)の雹は9 m/s (20 mph)の速度で落下すると推定されていますが、直径8 cm (3.1インチ)の雹は48 m/s (110 mph)の速度で落下します。雹の速度は、雹の大きさ、抗力係数、落下する風の動き、雨滴や他の雹との衝突、暖かい大気中を落下する際の融解に依存します。雹は完全な球形ではないため、抗力係数、ひいてはその速度を正確に計算することは困難です。^{[ 45 ]}        

物体とのサイズ比較

米国では、国立気象局が雹の大きさを日常の物体と比較して報告している。直径1インチを超える雹は「激しい」とされている。^{[ 46 ]}

雹は、特に自動車、航空機、天窓、ガラス屋根の構造物、家畜、そして最も一般的な作物に深刻な被害をもたらす可能性があります。^{[ 32 ]}屋根の雹による被害は、漏水やひび割れなどの構造的な損傷がさらに現れるまで気づかれないことがよくあります。瓦屋根や平屋根の雹による被害を認識するのが最も難しいですが、すべての屋根には雹による被害の検出に関する問題があります。^{[ 54 ]}金属屋根は雹による被害にかなり強いですが、へこみやコーティングの損傷などの外観上の損傷が蓄積する可能性があります。保険事業・住宅安全協会（IBHS）によると、2023年に雹嵐によって米国では自動車、屋根、作物に460億ドルの損害が発生しました。^{[ 55 ]}

雹は航空機にとって最も重大な雷雨の危険の一つです。^{[ 56 ]}雹の直径が0.5インチ（13 mm）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。 ^{[ 57 ]}地上に積もった雹も着陸中の航空機にとって危険となることがあります。雹は自動車の運転手にとってよくある迷惑で、ガレージに駐車するか遮蔽材で覆わない限り、車にひどくへこみができ、フロントガラスや窓にひびが入ったり、粉々に割れたりすることがあります。小麦、トウモロコシ、大豆、タバコは雹の被害に最も弱い作物です。^{[ 27 ]}雹はカナダで最も費用のかかる危険の一つです。^{[ 58 ]}  

巨大な雹は、シェルターのない屋外にいる人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、そして死者が出るよう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、インドのウッタラカンド州ループクンドで数百人の遊牧民が死亡した原因は雹嵐だったと示唆していますが、これは議論の的となっています。^{[ 59 ] [ 60 ]} 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。現代では致命的な負傷はより稀です。たとえば米国では、雹が毎年数十億ドルの損害をもたらし、大きな雹 (直径2 インチ (5.1 cm)以上) がかなり一般的であるにもかかわらず、近代の記録が残されて以来、雹に当たって死亡したことが知られているのは 3 人だけです。^{[ 61 ]} 

雷雨活動に伴って地面に雹が積もる狭い範囲は、雹の筋または雹の帯として知られており、^{[ 62 ]}嵐が通過した後に衛星で検出できます。^{[ 63 ]}雹嵐は通常、数分から15分間続きます。^{[ 32 ]}積もる雹嵐は、地面を2インチ（5.1cm ）以上の雹で覆い、数千世帯が停電し、多くの木が倒れることがあります。積もる雹によって、急峻な地形の地域では鉄砲水や土砂崩れが懸念されます。^{[ 64 ]}  

最大で18インチ (0.46 m)の深さが報告されています。積もった雹で覆われた景観は、一般的に積もった雪で覆われた景観に似ており、かなりの量の雹が積もると、積雪よりも小さい範囲ではありますが、輸送やインフラに積雪と同様の制約効果をもたらします。^{[ 65 ]}積もった雹は排水溝を塞いで洪水を引き起こすこともあり、雹は洪水によって運ばれ、雪のようなシャーベット状になって低い標高に堆積します。  

まれなケースでは、雷雨が停滞したり、ほぼ停滞したりして、大量の雹が降り、かなりの深さまで積もることがあります。これは山岳地帯でよく起こる現象で、例えば2010年7月29日にはコロラド州ボルダー郡で1フィートの雹が積もりました^{[ 66 ]} 。2015年6月5日には、コロラド州デンバーの1ブロックに最大4フィートの深さの雹が降りました。雹はミツバチとピンポン玉の中間の大きさで、雨と強風を伴っていました。雹は1つのエリアにのみ降り、周囲のエリアは影響を受けませんでした。雹は午後10時から午後11時30分までの1時間半降りました。ボルダーの国立気象局の気象学者は、「これは非常に興味深い現象です。嵐が停滞するのを見ました。狭いエリアに大量の雹が降りました。これは気象学的な現象です」と述べています。その地域を片付けるために使用されたトラクターは、ダンプトラック30台分以上の雹を満載した。^{[ 67 ]} 

コロラド山脈のフロントレンジで30分以内に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気象、レーダー、雷の特性において類似したパターンを共有していることが示されており^{[ 68 ]} 、これらの現象が発生する前に予測できる可能性を示唆している。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、雹の深さは一般的に報告されていないことである。データの不足により、研究者や予報官は運用方法を検証しようとする際に情報不足に陥る。コロラド大学と国立気象局の協力による取り組みが進行中である。共同プロジェクトの目標は、雹の積もり深さのデータベースを開発するために一般市民の協力を得ることである^{[ 69 ] 。} 

中世ヨーロッパでは、人々は雹とその後の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発射したりしていました。この方法の改良版は、現代の雹砲として利用できます。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、 ^{[ 13 ]}特にソビエト連邦では、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、雹嵐による作物被害が70～98%減少したと主張されました。^{[ 70 ] [ 71 ]}しかし、これらの効果は西側で行われた無作為化試験では再現されていません。^{[ 72 ]} 1965年から2005年の間に15か国で雹抑制プログラムが実施されました。^{[ 13 ] [ 27 ]}

• みぞれ（曖昧さ回避）
• 積乱雲と航空

• ロジャースとヤウ（1989）。雲物理学入門。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・メッツァノッテ（2007）。雹嵐。ガレス・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）。アメリカ合衆国の雹嵐。教科書出版社。ISBN 978-0-7581-1698-7。
• ナラヤン・R・ゴカレ（1974）。雹嵐と雹の成長。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。

• 雹嵐調査ツール（2022年2月2日アーカイブ、 hailtrends.com ）
• ucar.eduの雹に関するファクトシート（アーカイブ済み）
• 米国における数十億ドル規模の気象・気候災害に関する アーカイブ（2018年7月26日、 NOAA.govのWayback Machineにて公開）