科普：雨雪、冰暴与霜雾

在各种天气现象中，人们最熟悉和关注的，就是云、雨、雪、冰现象了。但很多人还不是十分清楚造成它们之间差别的原因。

 

云（cloud），是空气中水汽的“过剩”现象，一般在1500米以上，最高的达6000米以上。过剩的水汽以尘埃等小颗粒为核心，凝结成小水滴，当高空的温度低于某一温度时，过剩的水汽便凝华成小冰晶。这些许许多多漂浮在高空的小水滴和小冰晶集聚在一起，便形成了云。云中的小水滴和小冰晶体积都非常小，直径平均只有几微米，它们只能飘浮在高空，还不能下降形成雨和雪。

 

雨（rain），当云中的小水滴和小冰晶增大到所受的重力足以克服空气的浮力和暖空气（暖气流）上升的举力，又不会被蒸发掉时，才能降落到地面上，形成雨或雪。当云内温度较高时，云完全是由水滴组成的，降到地面上的便是雨；水滴开始下降时，如果是冰晶或是雪花，但是当它们通过较暖的空气层后，也会熔解成雨滴，或者形成雨加雪（雨夹雪，rain and snow mixed，）；只有当云内和云下空气的温度都低于 0℃时，掉下来的才是雪。

 

雪（snow），是降水（rain）形式的一种，是从云中降落的水的结晶状固体冰（常以雪花的形式存在）。因为雪是由小的冰颗粒物构成，所以是一种颗粒（pellet）材料。它的结构开放，因此显得比较柔软。雪花有多种的形式和大小。相对比较结实的球状降雪，是由于在降落过程中雪被融化后又重新冻结，此类降雪有米雪（granular snow，snow grains）、冰粒（或冰丸ice pellets）和冰雹（hail）。它们的区别只是体积大小，而体积大小是由于气流和温度变化而上下运动的次数或时间导致的水滴凝结多少来决定的。

 

冰雹（hail），是一种固态降水物，系圆形或圆锥形的冰块，由透明层和不透明层相间组成；直径一般为 5～50毫米，大的亦可达到10厘米以上。冰雹是在对流云所形成的积雨云（也称秋雨云）中形成，当水汽随气流上升遇冷会凝结成小水滴，若随着高度增加温度继续降低，达到摄氏零度以下时，水滴就凝结成冰粒；在它上升运动过程中，并会吸附其周围小冰粒或水滴而增大，直到因其重量增加而下降，当其降落至较高温度区时，其表面会融解成水；同时亦会吸附周围的小水滴，此时若又遇强大之上升气流再被抬升，其凝结成冰粒又不断凝结变大，直到因自身重量而下落，若降到地面时未融化解成水则仍呈固态的冰粒（或冰丸ice pellets）或冰雹。

 

冰凌（ice slush，ice run），是冬天下雪后，房顶的积雪融化，顺着屋檐滴下而冻结成的椎状冰柱，也称冰钩。如果使用ice run，则表示河流结冰的一种现象：水在0℃或低于0℃时，凝结成的固体称为冰；流动的冰称为凌。有时冰、凌通用，没有严格区别。中国的黄河冰凌，是指随着气温的下降，河水结成冰花，逐渐聚集在一起，如棉絮，似莲叶，相互拥挤，缓缓流淌，漫漫凝结。如果在河流中出现冰塞、冰坝这种特殊冰情以后，还会导致凌洪泛滥成灾。有的区间河段既有流凌又能封冻；有的区间河段仅能流凌不能封冻；还有的区间河段在自然条件卜经常发生封冻，但水库修建后改变了热力、水力条件，使水库上游发生过几次冰塞，水库下游变封冻为不封冻。

 

冰暴（ice storm），是以冻雨或冻结的液态降水为特征的扰动天气现象。它也是一种暴风雨，其所降落的雨（rain）只要一接触任何物体就立刻冻结。所谓冻雨（ice rain，sleet，shower，freezing rain），是由过冷水滴组成，当它在降落过程中遇到温度低于0℃的物体或地面时，立即冻结成冰的降水。一般来讲，这时候的地面温度会很低（0℃以下），再加上地面暴风的作用，温度往往低于气象台预报的温度。

 

霜冻地震（frost quake），也称冰震（cryoseism），是大气气温和地面温度突然下降，地下水结冰，令土地和岩石发生爆裂，它所释放的爆炸能量造成巨大声响和地面震动，这种现象通常发生在午夜和黎明间。

 

从雨雪和冰暴的表面解释来看，其实都是水（water，H2O）的两种或三种物理状态之间的转化。就冬季来说，一般只会出现雨雪（包括米雪、冰丸、冰粒），以及冰暴和冻雨，但有时候也会出现冰雹，因为温度的因素。水的三种物理状态之间的转化，主要就是温度问题（大气温度与地面温度是两个不同概念），当然，另一个条件就是风（气流），风（气流）是降温过程中最显著的外因。云、雨、雪、冰的出现，实际上就是水在不同条件下的不断积累与聚合的现象。

 

风（wind）与气流（air current，airflow）的区别：在地球上，风是由空气的大范围运动形成的。从科学的角度来看，风常指空气的水平运动分量，包括方向和大小，即风向和风速。而流动的空气，通称为气流，比如风。气流的种类很多，除了大自然的大气气流，也有人工气流。大气气流一般分为暖气流和冷气流，再冷就是寒潮（cold-air outbreak）了。另外，高速气流，或称喷射气流、高空急流（Jet Stream）不同于地面气流。云、雨、雪、冰主要与前者相关；“霜”、“露”和“雾”主要与后者相关，但并不是绝然分开的。

 

从温度变化来简单描述水变化的第一条“轨迹”：地面（或水面）上的水升温，就上升到了大气层，形成云；云在颗粒尘埃的作用下，温度高的形成雨，温度低于0℃时形成雪；当风（气流）变化加上温度变化时，雪花逐渐形成米雪、冰丸、冰粒；当米雪、冰丸、冰粒继续变大时，形成冰雹。

 

水变化的第二条“轨迹”：先有云，后有雨。不过，这时候，大气中的温度并不低，在0℃以上，所以不能形成雪，但还是可以降雨。当风（气流）变化时，一般是寒潮，地面温度很低（0℃以下，但在风的作用下，很可能感觉有零下10度左右，因为风有带走热量而降温的作用）。这个时候，就可能形成冻雨，也就是说雨只要遇到温度低的物体就结冰；如果不遇到温度低的物体，就不会结冰。但是，如果继续降雨、继续寒潮，冻雨就会不停地在温度低的物体上凝结，再加上狂风，这就是冰暴。如果地面降温更低，可能会出现霜冻地震。

 

所谓的“暴（sudden and violent）”，就是又急又猛的风（或气流）而已，比如风暴、雪暴、冰暴等。

 

水变化的第三条“轨迹”：“霜”、“露”和“雾”。

 

霜（frost），是水蒸气（也就是气态的水）在温度很低时，一种凝华现象，跟雪很类似，但通常在地面以上几百米，不在云层范围。严寒的冬天清晨，户外植物上通常会结霜，这是因为夜间植物散热的慢、地表的温度又特别低、水蒸气散发不快，还聚集在植物表面时就结冻了，因此形成霜。此外，温度低于的地面和物体表面上有水汽凝结成白色结晶的是白霜；水汽含量少没结霜称黑霜；对农作物都有冻害，称霜冻。每年春季，最后一次出现的霜冻称为晚霜冻。

 

露（dew），也称露珠、露水，是稀薄的小水滴，出现于早晨或夜晚中。由于早晨气温较低，当物体的表面温度低于露点时，气化的水份会液化成液态，凝聚在物体表面，形成露水。由于其形态经常凝结成珠状，因此也被称为露珠。露与温度表面有关，所以露在仲夏时最容易出现。当温度够非常低，露水就会以冰的固态形式的出现，是为霜。文学上，露经常同纯净和生气勃勃联系在一起。

 

科学上，霜是由冰晶组成，和露（dew）的出现过程是雷同的，都是空气中的相对湿度到达100%时，水分从空气中析出的现象。它们的差别只在于露点（水蒸气液化成露的温度）高于冰点，而霜点（水蒸气凝华成霜的温度）低于冰点，因此只有近地表的温度低于0℃时，才会结霜。

 

冰霜（icy water），也称冰霜花，看上去类似雪花，它是房间（或汽车）的玻璃窗外面凝结的冰，由霜和露凝结而成。冰霜花大小姿态各异，有六瓣的，像放大了的雪花；有不规则的，长短不一，呈辐射状的花瓣。

 

雾（fog，霧），是指在接近地球表面的大气中悬浮的由小水滴或冰晶组成的水汽凝结物，是一种常见的天气现象。雾的高度一般要比霜和露更高，有时候雾的顶端会达到云层的高度，但雾的主体还是在地面范围。雾能影响能见度，对交通影响很大。根据国际上的定义，雾中的能见度要小于1000米；而将目标物的水平能见度在1000－10000米的这种现象称为轻雾或霭（Mist）。当气温达到露点温度时（或接近露点），空气里的水蒸气凝结生成雾。根据凝结的成因不同，雾有数种不同类型。雾形成的条件：一是冷却，二是加湿，增加水汽含量。

 

雾霾（fog and haze），也称阴霾，是“霾”的同义词，是指大量烟、尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象。在史书中，“霾”是用来表示有风沙的天气的，有“风而雨土为霾”之说。在气象学中，霾是一种天气现象，也称灰霾（烟霞），指空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等大量极细微的干尘粒子均匀的浮游在空中，使空气浑浊，视野模糊并导致能见度恶化。如果水平能见度小于10000米时，将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾（Haze）或灰霾（Dust-haze），香港天文台称烟霞（Haze）。当水汽凝结加剧、空气湿度增大时，霾就会转化为雾，或者描述为“烟雾”，香港称“毒雾”。这个词的原意是指在伦敦出现的“豌豆汤雾”。中国目前进入雾霾高发期，可能会持续10-20年。

 

上述这三种现象与云没有多大关系，只是大气的水蒸气（steam，vapour）运动而已，而雾霾是人为的灾难。

 

（编辑整理）

 

 

相关阅读：

 

http://www.backchina.com/blog/250647/article-101763.html#.Ur7lgLKt9ko