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  • 各种冬季降水现象有何不同?

  • 星期五, 2016年 3月 11日

2016 年 1 月下旬的一股强烈寒潮席卷华南,为香港带来严寒天气,天文台在 1 月 24 日的最低气温只有 3.1 度,创了 1957 年以来的最低温度记录。在 1 月 24 日,香港更出现了非常罕见的结冰、下冻雨及冰粒现象,引起传媒和市民的广泛关注,尤其对不同种类的冬季降水感兴趣,期间对「雨夹冰粒」及「雨夹雪」(两者在英语同被称为 sleet)的讨论甚多。本文尝试解释不同类型冬季降水的分别以及名称的选用。

正如在早前探讨冬季天气现象的网志中提到[1,2],上述的冬季降水现象在香港非常罕见。其实大多数在冬季出现的降水均源自高空云层中的雪花,它们在抵达地面时以哪种型态出现,即液态、固态或两者的混合,则取决于由高空直到地面之间的大气层温度变化。以下介绍各种冬季降水现象、以及有利它们形成的典型高空温度分布:




不论冬天或夏天,雨是在华南地区最常见的降水。当云与地面之间的空气绝大部分温度高于摄氏 0 度,即水的冰点,所有从冻结高度(气温降至 0°C 的高度)以上的云所产生的雪花在下降时会受热而融化,并在抵达地面前完全变成雨点(图一)。

图一
图一      出现雨的典型垂直温度分布





雪是一种固态降水,雪花由位于温度远低于冰点以下的细小冰晶黏贴一起而成。雪要能够抵达地面,由雪花形成的位置至地面之间的气温一般须在摄氏 0 度或以下,使雪花在下降过程中保持不被融掉(图二)。但亦有特殊的情况,就是如果近地面的空气够乾燥,即使近地面的温度稍高于冰点,一些已部分融化或未曾融化的雪花亦有可能抵达地面,形成降雪[3]。雪按照其大小和特征可分为「乾」、「湿」两种。如图三所示,经过乾燥而温度远低于冰点的空气而降下的雪花会较细小并呈粉状。这些雪通常被称为「乾雪」,适合进行雪上体育活动。如果雪花降下时经过的空气温度接近或稍高于冰点,雪花的边缘会融化,然后黏在一起,形成更大更重的雪花。这些雪通常被称为「湿雪」,适合制造雪球或雪人[4],但行人在「湿雪」上行走会较易滑倒。

图二

图二      2009 年 11 月 12 日摄于北京的雪



图三

图三      出现「乾雪」(左)及「湿雪」(右)的典型垂直温度分布


 
「雨夹冰粒」或「雨夹雪」(sleet)

英语中 'sleet' 一词是一个比较笼统的天气用语,用来形容固态与液态降水的混合情况,可是国际间没有一致的定义,世界不同地方对 'sleet' 指雨夹杂哪种固态降水有两种用法,分别是冰粒(图四)和部分融化的雪(如表一所列)。由于两者的外观和形成条件有所不同(图五),将这两种混合体清楚描述,即分别称为「雨夹冰粒」(rain and ice pellets)和「雨夹雪」(rain and snow)会较易理解及能避免误会。

名称而言,「雨夹冰粒」亦可以叫「雨夹冰丸」。对于应该用「冰粒」或「冰丸」,世界气象组织的『国际气象词典』所采用的是「冰丸」。天文台采用「冰粒」一词,较接近本地日常用语,让市民容易明白。至于用「雨夹雪」 (rain and snow)或「霙」来形容雨夹杂已部分融化的雪,「雨夹雪」这一词较为直观及简单易明。

表一


图四

图四      2016 年 1 月 24 日在大帽山雷达站观测到的冰粒(鸣谢李月婵提供)



图五

图五      出现雨夹冰粒(左)及雨夹杂部分融化的雪(右)的典型垂直温度分布



冻雨

有利冻雨出现的垂直温度分布与出现冰粒的类似,不同在于高空的暖空气层厚很多,而接近地面低于冰点的空气层则浅薄很多(图六)。雪花先在深厚的暖空气中降落并完全融化成雨点。然后,雨点在接近地面时经过一层低于冰点的浅薄空气,由于这层空气很薄,未足以令雨点(冻雨)立刻再次凝固成冰粒。当这些过冷水滴一旦接触到冰冷物体如地面、树木或电缆,会即时凝固成冰面或冰柱(图七)。冻雨引致的结冰路面会对行人和驾驶者构成危险(图八),而积冰的负荷则有可能破坏电缆和树干。

图六
图六      出现冻雨的典型垂直温度分布



图七

图七      2016 年 1 月 24 日在大埔嘉道理农场因冻雨造成的结冰(鸣谢李健威提供)



图八

图八      2016 年 1 月 24 日在大帽山出现结冰路滑的情况(鸣谢李月婵提供)


在气候变化的情况下,极端天气仍会发生。在香港出现如此罕见的冬季降水现象,或会吸引不少市民外出观赏和拍摄,不过大家要注意这些特殊现象、严寒天气及结冰路滑可能带来的危险。天文台最近推出的「户外摄影天气资讯网页」(http://www.hko.gov.hk/out_photo/outdoor_photo_uc.htm),提供了大气低层的温度、湿度、风速、风向等资料,让大家了解各区及高地的天气情况,及早作好准备。



何俊杰,李子祥


参考资料:

[1] 临近冰点的香港 – 观测角度
http://www.hko.gov.hk/blog/b5/archives/00000160.htm

[2] 临近冰点的香港 – 历史角度
http://www.hko.gov.hk/blog/b5/archives/00000159.htm

[3] The rate of snowflake melting as it falls
http://www.theweatherprediction.com/habyhints/208/

[4] UKMO, How is snow formed?
http://www.metoffice.gov.uk/learning/snow/how-is-snow-formed

[5] NOAA, National Weather Services, Glossary
http://w1.weather.gov/glossary/?word=sleet

[6] Cleveland Abbe, Jr., 1916 : American definition of “sleet”, Monthly Weather Review, 44(5), 281-286.

[7] UKMO, What is sleet ?
http://www.metoffice.gov.uk/learning/learn-about-the-weather/weather-phenomena/what-is-precipitation/sleet

[8] Bureau of Meteorology, Glossary
http://www.bom.gov.au/lam/glossary/spagegl.shtml



最近修订日期: <2016年7月12日>