Mưa đá hình thành trong những đám mây dông rất cao, nơi luồng khí bốc lên mạnh liên tục nâng các hạt băng nhỏ lên vùng lạnh, để chúng gom thêm nước siêu lạnh và lớn dần thành từng lớp. Khi hạt đá nặng tới mức luồng khí không đỡ nổi, nó rơi xuống đất. Luồng khí bốc lên càng mạnh, hạt đá càng to. Ở Việt Nam, mưa đá hay xảy ra ở miền núi phía Bắc vào mùa xuân và đầu hè, có thể làm hỏng mái nhà, hoa màu và gây thương tích.
Đám mây sinh ra mưa đá
Mưa đá chỉ đến từ mây dông vũ tích (cumulonimbus) — loại mây có thể cao tới 10–15 km, đỉnh phẳng như cái đe. Trong đám mây này có ba thứ cùng lúc:
- Luồng khí bốc lên rất mạnh: không khí ấm ẩm ở dưới thấp bị đẩy lên cao nhanh, có thể tới vài chục mét mỗi giây trong dông mạnh.
- Nước siêu lạnh: ở độ cao nhiệt độ dưới 0 °C, rất nhiều giọt nước vẫn chưa đông, gọi là nước siêu lạnh. Chúng đông ngay khi chạm vào một vật rắn.
- Hạt nhân băng: hạt băng nhỏ, hạt tuyết hay giọt nước đã đông làm "mầm" cho hạt đá.
Hạt đá lớn lên từng lớp
- Một hạt băng nhỏ bị luồng khí cuốn lên vùng có nhiều nước siêu lạnh.
- Các giọt siêu lạnh va vào hạt băng và đông lại trên bề mặt nó.
- Nếu đông chậm (ở nơi ấm hơn, nhiều nước), nước kịp trải đều trước khi đông, tạo lớp băng trong. Nếu đông nhanh (ở nơi lạnh hơn, ít nước), nước đông ngay khi chạm, nhốt nhiều bọt khí, tạo lớp băng trắng đục.
- Hạt đá có thể đi qua nhiều vùng khác nhau trong mây, gom thêm nhiều lớp trong và đục xen kẽ.
- Khi hạt quá nặng so với sức nâng của luồng khí, nó rơi xuống.
Cắt đôi một hạt mưa đá lớn, có thể thấy các lớp đồng tâm giống vân gỗ, ghi lại hành trình của nó trong mây. Trước đây người ta tin rằng hạt đá "tung lên tung xuống" nhiều lần trong mây; các nghiên cứu mô phỏng và quan sát radar gần đây cho thấy nhiều hạt chỉ đi theo một vài vòng lớn, và các lớp hình thành khi hạt đi qua những vùng có điều kiện khác nhau.
Vật lý của việc "giữ" hạt đá trên không
Hạt đá được giữ lơ lửng khi lực cản của luồng khí thổi lên bằng trọng lượng của nó — tức khi vận tốc luồng khí bằng vận tốc rơi giới hạn của hạt. Vận tốc rơi giới hạn tăng theo kích thước hạt:
| Đường kính hạt mưa đá | So sánh với | Vận tốc rơi gần đúng |
|---|---|---|
| 1 cm | Hạt đậu | khoảng 30–40 km/h |
| 2,5 cm | Đồng xu lớn | khoảng 60–70 km/h |
| 4,5 cm | Quả bóng golf | khoảng 90–100 km/h |
| 7 cm | Quả bóng tennis | khoảng 110–130 km/h |
| 10 cm trở lên | Quả cam lớn | có thể trên 150 km/h |
Các con số là ước lượng theo tài liệu khí tượng, phụ thuộc hình dạng và mật độ hạt. Bảng cho thấy: muốn có hạt to cỡ quả bóng tennis, luồng khí bốc lên trong mây phải mạnh tới hơn 100 km/h. Chỉ những cơn dông rất mạnh mới làm được điều đó.
Hạt mưa đá lớn rơi với tốc độ cao mang động năng lớn, có thể làm vỡ kính ô tô, thủng mái tôn, làm bị thương người và gia súc.
Những kỷ lục mưa đá
- Hạt mưa đá lớn nhất được ghi nhận chính thức ở Mỹ rơi ở Vivian, bang Nam Dakota, ngày 23 tháng 7 năm 2010: đường kính khoảng 20 cm, nặng khoảng 0,88 kg, theo Cục Khí tượng Quốc gia Hoa Kỳ.
- Hạt mưa đá nặng nhất từng được ghi nhận theo nhiều tài liệu là ở Gopalganj, Bangladesh, ngày 14 tháng 4 năm 1986, nặng khoảng 1 kg; trận mưa đá ấy được ghi nhận làm nhiều người thiệt mạng.
Mưa đá ở Việt Nam
Ở Việt Nam, mưa đá thường xảy ra vào thời kỳ chuyển mùa, khoảng tháng 2 đến tháng 5, khi không khí lạnh còn tràn về gặp không khí nóng ẩm, tạo ra những cơn dông mạnh. Các tỉnh miền núi phía Bắc như Lào Cai, Lai Châu, Điện Biên, Sơn La, Tuyên Quang, Cao Bằng (theo địa giới hiện nay) là nơi hay có mưa đá nhất. Đồng bằng và miền Trung, Tây Nguyên cũng có mưa đá nhưng ít hơn.
Mưa đá thường đi kèm dông, lốc, sét, gió giật mạnh. Mỗi năm, các trận mưa đá ở miền núi có thể làm hư hại hàng nghìn ngôi nhà (thủng mái, vỡ ngói), dập nát hoa màu, đặc biệt là ngô, lúa, rau và cây ăn quả.
Làm gì khi có mưa đá
- Vào nhà ngay, tránh xa cửa kính, cửa sổ, giếng trời.
- Nếu đang ở ngoài trời không tìm được chỗ trú: ngồi xuống, che đầu và gáy bằng tay, túi, cặp. Tránh trú dưới cây to đứng một mình vì nguy cơ sét và cành gãy.
- Nếu đang lái xe: dừng xe ở chỗ an toàn (gầm cầu vượt, trạm xăng có mái), không dừng giữa làn đường; quay lưng về phía kính hoặc che mặt bằng áo khoác phòng kính vỡ. Người đi xe máy nên dừng xe vào chỗ có mái che.
- Không chạy ra nhặt đá khi mưa chưa dứt hẳn.
- Theo dõi bản tin cảnh báo dông, lốc, sét, mưa đá của cơ quan khí tượng, nhất là vào mùa chuyển mùa ở miền núi.
- Gia cố mái nhà: nhiều địa phương vùng núi khuyến cáo chằng chống mái tôn, mái ngói trước mùa dông.
Góc nhìn hôm nay: nhìn vào bên trong một hạt đá
Nếu gặp mưa đá (và đã an toàn trong nhà), có thể nhặt một hạt lớn khi mưa đã dứt, dùng dao cắt đôi (người lớn làm) và soi dưới ánh đèn: các lớp trong và đục xen kẽ kể lại hành trình của hạt đá trong mây. Đếm số lớp, đo đường kính, so với bảng trên để ước lượng sức mạnh luồng khí trong cơn dông vừa qua. Để bảo quản, cho hạt đá vào túi nhựa, đặt ngay vào ngăn đá. Các tài liệu phổ biến kiến thức của Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) và Cục Khí tượng Quốc gia Hoa Kỳ có thêm nhiều hình ảnh về cấu trúc hạt mưa đá.
Câu hỏi thường gặp
Mưa đá hình thành như thế nào?
Trong mây dông vũ tích rất cao, luồng khí bốc lên mạnh nâng hạt băng nhỏ lên vùng lạnh có nhiều nước siêu lạnh. Nước đông lại trên hạt băng từng lớp, hạt lớn dần cho tới khi quá nặng, luồng khí không đỡ được thì rơi xuống.
Vì sao mưa đá thường rơi vào mùa xuân, đầu hè?
Vì thời kỳ chuyển mùa có không khí lạnh tràn về gặp không khí nóng ẩm, tạo ra những cơn dông rất mạnh với luồng khí bốc lên lớn. Ở Việt Nam, mưa đá hay xảy ra từ khoảng tháng 2 đến tháng 5 ở miền núi phía Bắc.
Hạt mưa đá lớn nhất là bao nhiêu?
Hạt lớn nhất được ghi nhận chính thức ở Mỹ rơi ở Vivian, Nam Dakota, năm 2010, đường kính khoảng 20 cm, nặng khoảng 0,88 kg. Hạt nặng nhất theo nhiều tài liệu là ở Gopalganj, Bangladesh, năm 1986, nặng khoảng 1 kg.
Vì sao trong hạt mưa đá có nhiều lớp?
Vì hạt đá đi qua những vùng khác nhau trong mây. Nơi nước đông chậm tạo lớp băng trong, nơi nước đông nhanh nhốt bọt khí tạo lớp băng trắng đục. Các lớp xen kẽ ghi lại hành trình của hạt.
Gặp mưa đá khi đang đi đường phải làm gì?
Tìm chỗ có mái che chắc chắn như gầm cầu vượt, trạm xăng, nhà dân; không dừng giữa làn đường. Nếu không có chỗ trú, ngồi xuống che đầu và gáy, tránh đứng dưới cây to đơn độc vì nguy cơ sét và cành gãy.