近日，南京大学赵坤教授课题组、汪曙光教授课题组联合香港城市大学陈仲良教授，基于长期雷达观测资料、高分辨率数值模拟及人工智能预报模型，系统揭示了“对流合并”这一新型冰雹风暴组织机制，阐明其在城市区域显著增强冰雹风暴的重要作用机理。研究发现，由对流合并引发的冰雹事件频次约为常规冰雹风暴的两倍，致灾性更强，且集中在超大城市区域。在全球变暖与城市化叠加影响下，此类合并型冰雹事件未来将呈显著增长趋势。相关成果以“Increased hailstorms in cities through cell merger mechanism across North America and East Asia”为题，于2026年3月14日发表于《Nature Communications》，并被ScienMag等国内外科研新闻网站报道。

研究背景

冰雹是破坏性最强的对流性灾害天气之一，每年造成数十亿美元的经济损失。长期以来，经典冰雹理论主要围绕孤立对流系统建立，形成了以单体风暴为核心的冰雹增长与预报理论框架。然而在真实大气中，不同对流系统之间的相互作用与合并过程广泛存在。对流合并是对流系统之间相互作用的一类典型升尺度增长现象，可在短时间内重塑对流系统的结构与物理过程，显著促进对流发展并导致更强的灾害天气，具有“1+1>2”的放大效果。这一现象启示我们，若对流合并可显著增强冰雹发生，在未来复杂的气候变化下，我们是否需要重新审视基于经典理论的冰雹预报思想？

现象揭示

围绕上述科学问题，研究团队基于长时间雷达观测与地面冰雹记录，在北美和东亚地区共识别1124个冰雹事件，并根据其发展方式分为合并型冰雹（merger hailstorm）与正常型冰雹（normal hailstorm）（图1）。

图1. 合并型冰雹概念模型

图2. 两类冰雹时空分布特征

统计结果显示，合并型冰雹占比超过60%，其发生频次较正常型冰雹高出约70%。更值得关注的是，合并型冰雹明显集中在超大城市区：在北美，城区合并型冰雹发生中位数较乡村地区高出35%（图2a，0.42 vs. 0.31小时/年）；在东亚，这一差异高达95%（图2c，0.78 vs. 0.40小时/年）。相比之下，正常型冰雹的城郊差异并不显著（图2b，2d）。此外，合并型冰雹的降雹影响范围较正常型高出约80%（图2f），表明城市地区正面临更加频繁且更具破坏性的冰雹灾害威胁。

科学认识

图3. 两类冰雹发生环境

再分析资料揭示了两类冰雹事件发生环境存在显著差异。合并型冰雹发生时，通常伴随更高的近地面气温和更高的大气不稳定度（图3a）。随着温度和不稳定度升高，合并型冰雹相对于正常型冰雹的发生比值持续增加；其中，当温度超过35℃时，合并型冰雹的发生概率可达到正常型的4倍。这表明，在更暖的环境条件下，冰雹风暴的组织形式正向合并型发展方式转变。

研究进一步揭示，城市化通过增强地表温度和局地不稳定性，能够触发更多对流活动，并提高对流单体之间的合并概率，进而在城市地区诱发更多合并型冰雹（图1）。需要强调的是，除传统认知中的城市下垫面辐射效应外，人为热效应也是不可忽视的重要因素。敏感性试验表明，在考虑人为热效应后，对流触发频次与对流合并频次分别增加28%和24%，并导致冰雹影响区域扩大71%。这意味着，人为热效应不仅明显增强了城市热岛强度，也显著增加了城市冰雹灾害的发生频次与致灾强度。

未来预估

图4. 未来情景下冰雹发生频次预估

基于CatBoost机器学习模型（准确率达96.85%），构建了环境变量与冰雹发生频次的映射关系，揭示了低层温度和湿度对于合并型冰雹的促进作用。开展冰雹趋势预估，发现未来所有气候情景下，合并型冰雹均呈增加趋势，正常型冰雹则显著下降（图4a-d）。在SSP-585高排放情景下，到本世纪末，合并型冰雹占比将超过90%（图4d）。

更关键的是，合并型冰雹随温度升高的增长呈现显著的非线性特征，具有明显的阈值效应（图4e）：当全球变暖幅度超过1℃时，合并型冰雹开始加速增长；当升温超过3.5℃，出现非线性跃升。考虑到典型超大城市的热岛效应可额外贡献2℃以上的局地升温，因此，部分城市地区可能在本世纪中叶前接近这一临界点，届时合并型冰雹频次翻倍的概率约为40%（图4f）。

研究意义

该成果拓展了对冰雹形成机制的科学认知，为政策制定和城市规划提供科学依据，凸显了拓展冰雹发展理论的重要性与重新审视冰雹预测框架的必要性。论文第一作者是南京大学大气科学学院周昂博士，赵坤教授为论文通讯作者，第一作者单位是灾害天气科学与技术全国重点实验室，主要合作者包括香港城市大学陈仲良教授和南京大学汪曙光教授。研究受到国家自然科学基金42025501（青A，赵坤教授）等项目的资助。

该研究是赵坤教授课题组在对流组织化研究方向的又一进展，先前成果包括：合并过程的热动力—微物理耦合（Zhou and Zhao, 2020，JGR，入选AGU期刊封面），合并促进冰雹发展微物理反馈机制（Liu and Zhou，2025，JGR，入选AGU期刊封面），华南地区对流合并统计（Zhou and Zhao，2023，JGR）。上述研究系统揭示了对流合并的结构演变与物理机制，丰富和发展了季风区对流组织化理论。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-026-70826-0

来源：赵坤教授课题组、汪曙光教授课题组

审核：赵坤