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冰雹-地震灾害链间的可能机制

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冰雹与地震间最多最直接的关系表现在地震后,特别是大地震后冰雹有时会跟随发生,造成损失乃至影响震后的救灾工作。这样的事例在2010年4月14日的青海玉树7.1级地震、2008年5.12汶川地震后都有发生。
有些小地震因为震源浅,也会让人有明显震感,小震前后附近地区也有冰雹跟随。而且因时空距离近,容易给人以雹-震相联系的印象。举几个例子:
1、2004年5月27日山西平遥发生4.1级地震,震源深度33公里。据《搜狐新闻》报道,20多天后,“6月20日下午4时许河北省南部邯郸市的磁县、峰峰矿区、武安市等地遭遇特大冰雹袭击。据目击者说,最大的冰雹像乒乓球一般大小。------县里街道上许多遮雨棚被砸成破烂,沿街楼房的玻璃也有很多破碎,城内有的大树还被大风刮倒。30多年来从没见过这样大的冰雹。”山西平遥距河北磁县205公里,距武安市180公里。这是震后降雹的例子。
2、燕赵晚报讯 “据河北省气象台监测,(2021年)5 月 27 日 8 时至 17 时,张家口、承德、唐山、秦皇岛出现降雨。------降雨时,崇礼、沽源降冰雹,测站冰雹最大直径分别为 0.7 厘米和 0.6 厘米。”20多天后,2021年6月22日河北张家口市张北县发生3.9级地震,震源深度10公里。张北距沽源100公里,距崇礼50公里。这是震前降雹的例。
3、2021年7月27日大庆市肇源县发生3.4级地震,震源深度10公里。20多天后,2021年8月23日黑龙江哈尔滨、大庆突降冰雹十多分钟(下图)。肇源距大庆、哈尔滨均约120公里。

4、据中新网消息,2014年3月31日,“(广东)东莞市普降大暴雨,并伴有雷雨大风等强对流天气。另外,虎门还遭受冰雹袭击。”20多天后,2014年4月25日在河源市东源县发生3.8级地震,震源深度7公里。当地震感明显,有类似重型汽车经过的“地声”,部分老旧民房出现少量掉瓦现象。此外,惠州、梅州、东莞、广州等地部分市民有震感。河源东源-东莞虎门间相距175公里。
5、下面是一篇来自美国的微博:
“4月的(旧金山)湾区下冰雹了,不少地方还下起了雪。很多网友留言,在冰雹,闪电,雷鸣后,很快感受到房子一阵晃,地震了!
据美国地质勘探局消息,这次的地震强度为3.8级,发生在圣何塞Alum Rock附近。”
这个微博发布于2018年4月17 日,题为《3.8级地震,冰雹和雪今早一起“问候”旧金山湾区》。
6、还有一篇降雹与地震接踵而至的报道来自云南大关:

降雹属于一种自然现象。大地震前降雹也没有什么新鲜之处。但有些大震前的降雹很罕见,在时、空、规模上异常,令人印象深刻。这样的异常降雹发生在大地震前,容易让人联想到这两个在时空上相对集中发生的小概率事件(大地震、异常降雹)之间可能存在某种内在联系。
2008年5.12汶川地震前,出现在各地被当地视为异常的降雹至少包括:1、2008年1月南方冰雪冻雨期间,1月28日清晨,湖南临湘“难得一见”下了两个多小时冰雨(小冰雹)。冰珠打在窗户栅栏上发出“兵兵”的声音。2、2008年3月17日晨湖南郴州市“14年来城区首次出现”短暂的狂风暴雨冰雹天气。3、2008年3月17日下午,广东中山市冰雹持续1分钟左右,“为23年来的首次”。4、2008年4月8日湖北省遭遇“春季罕见”的雷雨大风冰雹天气,至少造成宜昌当阳市、荆门沙洋县两地共8人死亡,受伤66人。三峡库区的湖北兴山县峡口等乡镇遭受特大冰雹、暴风雨袭击,高桥、水月寺两地地面积冰近2寸厚。同时,湖南省也遭遇了“罕见”雷雨大风冰雹天气。长沙市天心区大托镇桂井村突降大雨,狂风夹杂着冰雹肆虐10多分钟。遭特大冰雹暴雨袭击的还有重庆巫溪、巫山两县。巫溪县城厢等二十二个乡镇、二百多个村庄遭受特大冰雹袭击。5、2008年入春后,浙江下冰雹的次数明显多于往年同期。2008年4月8日早晨,嘉兴海宁下冰雹,冰雹个头越来越大,最大像乒乓球。有当地居民称“活了60多岁,也没见过这么大的冰雹。”地里的冰雹平均厚度有10厘米,厚的地方近20厘米。6、2008年5月2日下午4点半河北永年县罕见降雹。7、汶川地震临震前,2008年5月11日23时至12日7时,湖北省襄樊、钟祥、荆门、天门、仙桃一带先后遭“在入夏的平原地区较罕见”的冰雹袭击。钟祥市洋梓镇冰雹有乒乓球大小;受灾程度、损失为四十年所罕见。天门市岳口、彭市两镇部分村组遭受特大龙卷风、暴雨、冰雹的袭击,直径30厘米的树木被连根拔起。在上述对灾害的描述中,“特大”被认为等同于“罕见”。那么地震前的罕见降雹与大震之间是否存在内在的联系机制呢?
地震前(后)降雹,可以源于如下的机制:地震断层受力破裂(地震)前,在包括未来破裂在内的广大地区,会因震区地壳应力水平增强而产生大量微破裂。微裂使通常处于地下深处一定压力下的地下气体(可见之于火山喷发时或地热井中)沿裂隙向地表运移,并逸出地表进入大气。从地下一定深度排出的地气因其温度高、湿度大(水蒸气成分较高)而密度较低,盘踞在震区上空会使那里出现低气压。排气强烈时,一个具有气象意义的低压系统即在其上空形成。低压系统的存在利于形成强对流天气(周围的气流流向低压区,发生碰撞并向高空涌升)。这个低气压也会随风飘向(震区)下风地区,使得与其相关的强对流天气出现在处于下风向的某地而非震区当地。震前震区强烈排气过程一般不止一次,有N次强烈排气就形成N个低压系统。低压系统导致强对流,这就是震区逸气产生降雹的机制。
以上所述的震前降雹原因其实也可以是其它震前强对流天气:暴雨、暴雪、雷暴、强风、龙卷风等的形成原因。
由于震前地内排出的气体携带地面浅表的各种气溶胶粒子(大小为0.001~100微米的固体或液体小质点;源于土壤、生物乃至江海)进入大气,与震前地表排气相关的对流云系中冰雹形成的机会有所增加,冰相降水(雹、霰)在总降水量中的比例增加。在相同的云中含水量的情况下,地面上出现雨雹、冰雹而不仅仅是降雨的可能性就增大了。
震后的降雹机制与震前略同,不过震后的地气逸出主要沿震时产生的破裂(断层)发生。震后地气逸出(降雹)的持续时间也较短,比如说不超过一个月。
以下依据气象工作者的工作,以一次雹-震灾害链为例,说明以上思路。
2002年7月19日下午6时30分至8时,河南省郑州市及一些市县受到狂风暴雨、冰雹的袭击,造成郑州市15人死亡,200多人受伤。一些老郑州说,五六十年来从没见郑州下过这么大的冰雹。省气象台工作人员也称,凭印象至少从1990年郑州没有发现过此次这么大的冰雹。
冰雹过后一个半月,2002年9月3日凌晨1时52分,距郑州约360公里的山西省太原市发生5级地震,宏观震中位于太原市迎泽区郝庄乡,山西中北部大部分地区有震感。
由于郑州7.19雹灾造成重大人员伤害和财产损失,气象学者对其进行了深度研究。对产生灾害的对流云团的生成、移动、成灾过程有了明确的认识。指出


由上面卫星云图可见,至7月19日15时,对流云团还覆盖在山西平定、太原一带或这一带的边缘之上,后来进一步向东、向南压。之后云系结构变得紧致(亮度增大),雹灾发生。按照震前震区地气逸出形成低压及对流云的说法,可以认为7.19雹灾对流云团的生成与9月3日太原5级地震震前的地气逸出相关联。7月19日午后,包括未来宏观震中太原郝庄乡在内的广大震区发生了一次大规模的震前地气逸出,在震区上空及处于震区下风处的邻区上空形成低压和对流云团(图a、图b)。对流云团向东南压,变得紧密,形成降雹和雹灾。因此,7.19郑州罕见降雹也预示了雹区附近地区可能的地震灾害。
由此例也可见,震区低压系统形成后受风的影响很大,与其相关的对流云团在空中可以随风飘荡很远距离之后(在上例中为3百余公里)才对地面产生灾害或影响。这也是人们往往不会联想到地震与由震区逸气而产生的强对流之间可能存在关系的原因


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