[科普中國(guó)]-霰

現(xiàn)象描述

霰：從云中降落至地面的不透明的球狀晶體，由過(guò)冷卻水滴在冰晶周?chē)鷥鼋Y(jié)而成，直徑 2—5mm。2

霰又稱(chēng)雪丸或軟雹。是由白色不透明的近似球形（有時(shí)呈圓錐形）的、有雪狀結(jié)構(gòu)的冰柜粒子組成的固態(tài)降水，3在高空中的水蒸氣遇到冷空氣凝結(jié)成的小冰粒，多在下雪前或下雪時(shí)出現(xiàn)。通常在地面氣溫不太冷時(shí)降落，常見(jiàn)于降雪前或與雪同時(shí)下降。霰產(chǎn)生于擾動(dòng)強(qiáng)烈云中，是由雪晶（或雪團(tuán)）大量地碰撞過(guò)冷云滴，使之凍結(jié)并合而成，下降的時(shí)候常呈陣性。夏天，在高山地區(qū)，天空里經(jīng)常有許多過(guò)冷水滴圍繞著結(jié)晶核凍結(jié)，形成了一種白色的沒(méi)有光澤的圓團(tuán)形顆粒，氣象學(xué)上把這種東西叫做霰，在不同的地區(qū)有米雪、雪霰、雪子、雪糝、雪豆子等名稱(chēng)。直徑約在0.3到2.5毫米之間。下降時(shí)常顯陣性，著硬地常反跳，松脆易碎。霰不屬于雪的范疇，但它也是一種大氣固態(tài)降水。常發(fā)生在攝氏0度，也可能存在攝氏-40度附近的溫度，而且屬于未結(jié)凍的狀態(tài)，霰通常于下雪前或下雪時(shí)出現(xiàn)。在航空例行天氣報(bào)告中的代號(hào)為GS。3

產(chǎn)生機(jī)理于某種壓力下，雪晶可能接觸到過(guò)冷云滴，這種小滴的直徑約10微米，于攝氏零下40度時(shí)仍呈液態(tài)，較正常的冰點(diǎn)低許多。雪晶與過(guò)冷云滴的接觸導(dǎo)致過(guò)冷云滴在雪晶的表面凝結(jié)。晶體增長(zhǎng)的過(guò)程即為凝積作用，雪晶的表面有許多極冷的小滴而成為霜，當(dāng)此過(guò)程持續(xù)使原本雪晶晶形消失則稱(chēng)為霰。

大量?jī)龈降谋|(zhì)粒包圍積集于雪晶四周，掩蔽了雪晶的本來(lái)形狀（冰晶同云滴碰并、凇附或碰凍——霰）

霰不易以光學(xué)顯微鏡觀(guān)察，是因霜晶(rimed crystals)表面的極冷小滴很難分離且霰微粒的結(jié)構(gòu)不易記錄，亦礙于儀器的分辨率及明視距離的極限。然而，以低溫掃描電子顯微鏡(LT－SEM)觀(guān)察，清楚顯示云滴附于晶體表面可達(dá)50微米大小。形成霜的四種基本雪晶之結(jié)構(gòu)已被觀(guān)察出，包括面狀冰晶、樹(shù)狀冰晶、柱狀冰晶及針狀冰晶。隨著淞化的過(guò)程持續(xù)，累加的云滴使原本的雪晶輪廓變得模糊，最后成為霰微粒。

霰的結(jié)構(gòu)較一般的雪及微粒為密實(shí)，是外覆的霜所造成，結(jié)合體的重量及低黏性使得表層無(wú)法穩(wěn)固在斜坡上，20至30厘米的層仍會(huì)有大雪崩的風(fēng)險(xiǎn)。由于氣溫及霰的特性，霰于雪崩后約一至二天變?yōu)檩^緊密及穩(wěn)固。

主要特征遇到霰時(shí)，許多人都以為是冰雹，霰和冰雹的主要區(qū)別是霰比較松散，而冰雹很硬；冰雹常出現(xiàn)在對(duì)流活動(dòng)較強(qiáng)的夏秋季節(jié)，而霰常出現(xiàn)在降雪前或與雪同時(shí)降落。

冰雹是一種短時(shí)間的強(qiáng)對(duì)流現(xiàn)象，而霰是一種穩(wěn)定的“固態(tài)降水”。從視覺(jué)上，冰雹是半透明的，而霰一般是不透明的。

霰是有雪狀結(jié)構(gòu)的冰相粒子組成的固態(tài)降水。多于下雪前或下雪時(shí)出現(xiàn)。霰很少出現(xiàn)，但也是一種正常的天氣現(xiàn)象。

霰通常在地面氣溫不太冷時(shí)降落，常見(jiàn)于降雪前或與雪同時(shí)降落。霰產(chǎn)生于擾動(dòng)強(qiáng)烈的云中，由雪晶（或雪團(tuán)）大量地碰撞過(guò)冷云滴，使之凍結(jié)并合而成，下降時(shí)常呈陣性。3

軟雹的生長(zhǎng)特點(diǎn)軟雹的形狀,即圓錐形、圓球形,橢球形，瘤塊狀,六角形和不規(guī)則形。

1圓錐形

根據(jù)圓錐形的形狀待 點(diǎn),首先要求氣流的擾動(dòng)比較弱,以維持其垂直下落的穩(wěn)定方向,從而形成上尖下寬的圓錐形 狀，此 外，典型的圓錐形軟雹還要求合并上去的 凍結(jié)物純粹是過(guò)冷水滴,不然的話(huà),就可能因?yàn)槠渌У恼尺B而長(zhǎng)出一些“瘤子”來(lái)。圓錐形軟雹的生長(zhǎng)中心可以是幾個(gè)冰針在并合過(guò)冷水滴的過(guò) 程 中互扣粘連 。也可以由一個(gè)比較大的過(guò)冷水滴在穩(wěn)定地下落過(guò)程中聚集過(guò)冷水滴的結(jié)果。許多觀(guān)測(cè)事實(shí)說(shuō)明,圓錐形軟雹是在比較高的溫度條件下形成 的,而按照 Nakaya人工雪晶的實(shí)驗(yàn),冰針的生長(zhǎng)溫度比較高,約 5 到 -7度之間,因此圓錐形軟雹的生長(zhǎng)層溫度應(yīng)當(dāng)更高，即-5度以 上。

2圓球形

要長(zhǎng)成圓球形的雹體,顯然要求在生長(zhǎng)過(guò)程中其四周?chē)寄軝C(jī)會(huì)均等地與過(guò)冷水滴并合,因此它在云中運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)必須是作隨機(jī)的翻滾,這就要求氣流的擾動(dòng)比較厲害些,這是和圓球形軟雹的情況最明顯不同之處。圓球形軟雹的生長(zhǎng) 中心是立體板晶或立體枝晶,而這種雪晶的生長(zhǎng)溫度是? 20℃左右，溫度要比冰針低得多,故圓球形軟雹的生長(zhǎng)層溫度應(yīng)當(dāng)在零下十幾度,比圓錐形軟雹低得多。很據(jù)圓球形軟雹的生長(zhǎng)特點(diǎn),我們認(rèn)為 球形軟雹表面長(zhǎng)出許多“瘤子”的原 因有兩個(gè)。第一,其生長(zhǎng)中心既然是立體枝晶,這些 枝 晶的許多突出部分就可能成為“瘤 子”的生長(zhǎng)基礎(chǔ)。第二,其生溫度既然比低,就可 能遇 到一 些冰 晶物 粘連 到 軟雹 的 表面,這 些也是“瘤子”生 長(zhǎng) 的起 點(diǎn)。

3 橢 球形

其生長(zhǎng)條件基本上和圓球形一樣,即總 的來(lái) 講在云中也作隨機(jī)翻滾、只是在某段時(shí)間里相對(duì)來(lái)講有某 一個(gè) 軸向要穩(wěn)定一 些。

4六 角形

這種軟雹多半比較扁平,故不大可能 作隨機(jī)翻滾以其最 截面穩(wěn)下落的可能性要大些。這種軟雹是以星狀為底的立 體枝晶 或者大的星狀雪晶 為核心，在其上面聚集大量過(guò)冷水滴而長(zhǎng)成的 。正如其它形式的軟雹一 樣，從雪 晶到軟雹,中間有一 個(gè)過(guò)渡形態(tài),即“塊狀 雪”或 叫“軟雹 型雪 ,它的孔隙度比雪晶小，但比 軟雹大。星狀雪 晶生長(zhǎng)溫度是-10℃ 到-20℃ 之 間,故六角形軟雹的生長(zhǎng)層溫度應(yīng)在-10℃ 左 右，介于球形（包括圓球和橢球 ）和圓錐形軟雹 之間。

5瘤決狀

瘤決狀軟雹和球狀軟雹比較,可以看出來(lái)球狀是瘤塊狀的基礎(chǔ)，當(dāng)球狀軟雹表面的某些“瘤 子”發(fā)育得比較厲害時(shí)就可以變成瘤塊伏的軟雹。瘤塊狀軟雹的生長(zhǎng)中心是帶輻射狀的枝狀雪 晶,這和球狀軟 雹的生長(zhǎng)中心的雪晶屬同一 類(lèi)型,只是前者的某 些枝枝更加突出,因而在這些突起的部分形成了明顯的“瘤子” ,從外形看起來(lái)就顯得很不規(guī)則。4

拓展云的起電機(jī)制（與霰有關(guān)部分）
當(dāng)對(duì)流發(fā)展到一定階段，云體伸入0℃層以上的高度后，云中就有了過(guò)冷水滴、霰粒和冰晶等。這種由不同相態(tài)的水汽凝結(jié)物組成且溫度低于0℃的云，叫冷云。冷云的電荷形成和積累過(guò)程有如下幾種：

a. 冰晶與霰粒的摩擦碰撞起電
霰粒是由凍結(jié)水滴組成的，呈白色或乳白色，結(jié)構(gòu)比較松脆。由于經(jīng)常有過(guò)冷水滴與它撞凍并釋放出潛熱，故它的溫度一般要比冰晶來(lái)得高。在冰晶中含有一定量的自由離子(OH-或OH+)，離子數(shù)隨溫度升高而增多。由于霰粒與冰晶接觸部分存在著溫差，高溫端的自由離子必然要多于低溫端，因而離子必然從高溫端向低溫端遷移。離子遷移時(shí)，較輕的帶正電的氫離子速度較快，而帶負(fù)電的較重的氫氧離子(OH-)則較慢。因此，在一定時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)了冷端H+離子過(guò)剩的現(xiàn)象，造成了高溫端為負(fù)，低溫端為正的電極化。當(dāng)冰晶與霰粒接觸后又分離時(shí)，溫度較高的霰粒就帶上負(fù)電，而溫度較低的冰晶則帶正電。在重力和上升氣流的作用下，較輕的帶正電的冰晶集中到云的上部，較重的帶負(fù)電的霞粒則停留在云的下部，因而造成了冷云的上部帶正電而下部帶負(fù)電。

b. 過(guò)冷水滴在霰粒上撞凍起電
在云層中有許多水滴在溫度低于0℃時(shí)仍不凍結(jié)，這種水滴叫過(guò)冷水滴。過(guò)冷水滴是不穩(wěn)定的，只要它們被輕輕地震動(dòng)一下，馬上就會(huì)凍結(jié)成冰粒。當(dāng)過(guò)冷水滴與霰粒碰撞時(shí)，會(huì)立即凍結(jié)，這叫撞凍。當(dāng)發(fā)生撞凍時(shí)，過(guò)冷水滴的外部立即凍成冰殼，但它內(nèi)部仍暫時(shí)保持著液態(tài)，并且由于外部?jī)鼋Y(jié)釋放的潛熱傳到內(nèi)部，其內(nèi)部液態(tài)過(guò)冷水的溫度比外面的冰殼來(lái)得高。溫度的差異使得凍結(jié)的過(guò)冷水滴外部帶正電，內(nèi)部帶負(fù)電。當(dāng)內(nèi)部也發(fā)生凍結(jié)時(shí)，云滴就膨脹分裂，外表皮破裂成許多帶正電的小冰屑，隨氣流飛到云的上部，帶負(fù)電的凍滴核心部分則附在較重的霰粒上，使霰粒帶負(fù)電并停留在云的中、下部。5