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2017/12/06
下雪了嗎?還是霰、霜或霧淞呢?

紛鬧的下課時間,恰巧經過某個班級旁,幾個學生聚在一起七嘴八舌地聊著,其中有一位學生說:

「聽說昨天大坑下雪了耶。是真的嗎?」

「好像連板橋、中和那邊也下雪了喔!」

「可是好像有人說不是下雪,是下ㄒㄧㄢˋ耶。」

「什麼是ㄒㄧㄢˋ啊?網路的圖片上看起來挺像雪的啊。」

「ㄒㄧㄢˋ跟雪哪裡不一樣呢?」

「這週地科課時問問老師好了。」

2016年1月23至26日,臺灣經歷了一場近年以來的急冷事件,各地地面溫度均在十度上下,地勢較高地區(海拔500公尺以上)甚至可低至零度。加上此一期間水氣充足,本島各地中高海拔地區紛紛出現降雪或降霰(ㄒㄧㄢˋ),各地均湧現大批民眾前往賞雪的熱潮。

2016年1月寒流來襲時,各地地面溫度均僅約10度,海拔500公尺以上者甚至可下探至零度。

20161月寒流臺灣降雪分布圖(圖片出處Wikimedia Commons)

 

但,到底什麼情形下才會降雪呢?霰,又是什麼呢?跟結霜一樣嗎?樹枝上的冰晶─霧淞也是霜嗎?其實,雪、霰、霜與霧淞都是一種固態水,也就是冰。只是因為形成過程不同,因而出現不同名稱。以下,便按雪、霰、霜、霧淞,依序作一簡單介紹。

 

什麼是雪(snowflake)?

雪為固態降水種類之一,基本形態為六角板狀、六角樹枝狀、六角柱狀、針狀等,雪的產狀會根據結晶時的溫度與水氣的飽和程度,而生長出各種不同冰晶形狀,故可由其形態反推當時大氣狀態為何。

雪的形狀會根據結晶時的溫度與水氣的飽和程度,而生長出不同的形狀。

不同溫度與飽和度之下的冰晶形態

當含水氣的空氣塊受到外力向上抬升,因外部壓力減少、空氣塊體積膨脹,導致溫度持續下降。當空氣塊溫度降至「露點」之下,使水氣凝結成水滴,「雲」因此形成。若高度持續上升、溫度繼續下降至冰點以下,水滴便結成「冰晶」。當雲中水滴與冰晶共存時,因水面飽和水氣壓大於冰面飽和水氣壓,所以在同一溫度下,水滴雖已達100%的飽和狀態,但冰晶則為超過100%的過飽和狀態,使得鄰近冰晶的過冷水滴被迫蒸發成水氣,以供給冰晶持續成長,直至冰晶增大到一定大小後,便受重力作用向下墜落。這時若地表溫度高於零度,冰晶融化成水滴,形成降雨;地表溫度低於零度,冰晶緩慢飄落,則為降雪。

含水氣的空氣塊受到外力向上抬升,最後成長成冰晶,直到冰晶增大到一定大小後,受到重力作用向下墜落,形成降雨或降雪。

從空氣塊至降水的發生過程

 

什麼是霰(snow pellets)?

霰亦為固態降水種類之一,形狀為球粒狀或近圓錐狀,直徑約2~5mm,不如雪有結晶構造,故質地較雪來得鬆散而易裂解。

從電子顯微鏡下發現霰的晶形成不規則狀,表示沒有足夠的時間來形成結晶(A圖),或是過冷水滴遇到冰晶於其表面產出不規則排列的霰(B圖),(a)為冰晶、(b)為霰。

各種形狀的霰(圖片出處 (上)-NWS (下)-Wikimedia Commons)

如果雲中同時存在過冷水滴(低於零度但仍未結冰的液態水)、冰晶或塵埃,當過冷水滴接觸到冰晶或塵埃,會以冰晶或塵埃為凍結核,立即於表面結冰形成冰粒。當這類冰粒成長到一定大小後,便如同降雪一般墜落地面,我們稱這種現象為下霰。霰與冰晶的形狀不同,且墜落速度比雪快。

霰與冰晶的形狀不同,且墜落速度比雪快

混合雲中形成霰之過程

 

什麼是霜(frost)?

霜為固態水之一,可以呈片狀、樹枝狀等。通常在晴朗無風或微風的夜晚之時,地表岩石或植物葉面上所出現的結冰現象。

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樹幹與葉片上的霜(左)與汽車擋風玻璃的霜(右)(圖片出處 左-維基百科;右-Wikimedia Commons)

霜的形成過程與露相同,均是含有水氣的空氣塊遇到低溫表面所產生的凝華現象。若接觸到的表面溫度高於零度、低於露點,則水氣便凝結成水,出現「露珠」;若低於零度也低於霜點,則水氣將凝華成冰,形成「霜」。

霜的形成過程與露相同,均是含有水氣的空氣塊遇到低溫表面所產生的凝華現象

地表結霜過程
 

什麼是霧淞(hard rime)?

霧淞亦為固態水之一,雖看起來與霜的形狀相同,但形成過程不同。兩者的差別在於霜為水氣遇到冷表面凝華而成,霧淞則是過冷水滴碰到可作為凝固的表面而結冰,因此只要達到此一形成要件後,霧淞便可在任何時間結晶出現。

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斯洛維尼亞山區的霧淞(圖片出處Wikimedia Commons)

當近地表處有一團內部以過冷水滴為主的霧氣受空氣流動而隨風向在地面附近移動時,恰好遇到離地表較高的樹枝或其他物體之際,過冷水滴便會立即於物體表面出現結晶。若此類霧氣持續觸及該物體處,會在原已結晶的冰面上繼續結冰,這時將會出現與地表近乎平行的冰柱,此即霧淞。但因結晶較快,故冰柱體較易碎裂。

霧淞是物體上與地表近乎平行的冰柱

霧淞形成過程

不論是雪、霰、霜或是霧淞,有些看來很美、很浪漫,有些則對我們的生活造成某種程度上的不便,但它們僅是自然界中水循環的一部分變化,是為了平衡地球溫度的過程而已。以平常心看待這些現象,並了解它們的成因,或許當你再次與它們相遇之時,會看到另一種風景,有著另一種心情。

 

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