在冬季或高山地區,我們民眾時常對從天而降的白色固體降水感到興奮,並直覺地稱之為「雪」。然而,在這些看似相似的銀白世界中,其實存在著一種獨特且經常被誤解的大氣現象——「霰」(注音:ㄒㄧㄢˋ;拼音:xiàn)。
霰,又被稱為軟雹或雪丸,此字在中文裡同時也是一個罕見的姓氏。雖然其外觀與雪相似,但形成過程、物理特性及降落動態均有顯著不同。本文將深入探討霰的定義、形成機制,並詳細比較其與雪、冰雹等其他固態降水的差異,幫助讀者全面瞭解這個迷人的天氣現象。
霰的定義與物理特徵
霰(英文術語:Graupel 或 Snow pellets),是一種由過冷水滴(Supercooled water droplet)附著並凍結在雪晶上所形成的固態降水。它具有以下幾個鮮明的特徵:
外觀與形狀:霰呈現白色不透明的球狀或圓錐狀顆粒,直徑通常介於2至5毫米之間。其外觀形似保麗龍顆粒,表面結構較為粗糙。
質地:質地鬆軟而脆弱,用手輕輕觸碰或掉落至堅硬地面時,很容易碎裂。這也是它被稱為「軟雹」的主要原因。
降落特性:相較於輕盈飄落的雪花,霰的密度較高,因此下降速度更快。當它降落在地面時,常會反彈起來。
氣象代碼:在國際通用的航空例行天氣報告(METAR)中,霰的代碼為 GS。
霰的形成機制:撞凍過程
霰的形成是一個被稱為「撞凍」(Accretion)或「凇化」(Riming)的過程。此過程的發生需要特定的大氣條件:
核心存在:大氣中必須先有固態的冰晶或雪花作為成長的核心。
過冷水滴:雲層中同時存在大量的「過冷水滴」。這些水滴的溫度雖已低於冰點(0°C),甚至可達零下40°C,但由於缺乏凝結核,仍然維持液態。
碰撞與凍結:當作為核心的雪花在下落過程中,與這些過冷水滴發生碰撞時,過冷水滴會瞬間在其表面凍結。
持續成長:這個撞凍過程會持續進行,無數的過冷水滴不斷附著並包覆原始的雪晶。當凍結的冰層完全覆蓋並遮蔽了雪晶原有的六角形結晶結構時,一個霰粒就形成了。
由於過冷水滴是快速凍結的,冰粒之間會夾雜著許多微小的空氣,這導致霰的內部充滿空隙,密度較低,外觀呈現不透明的白色。霰通常在下雪前或與雪同時降下,也常見於冬季風暴及對流陣雨中。
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霰、雪、雹的辨別:一張圖表看懂差異
一般民眾最容易混淆的便是霰、雪與冰雹。它們雖然都是固態降水,屬於廣義的冰相粒子,但在成因與特性上有天壤之別。以下表格整理了三者的主要區別:
特徵
霰 (Graupel)
雪 (Snow)
冰雹 (Hail)
形成過程
過冷水滴撞凍附著於雪晶上,快速凍結。
水氣在低溫下由氣態直接凝華成冰晶,緩慢成長。
在強烈對流雲中,冰晶核心反覆融化與凍結,層層包裹增大。
外觀與形狀
白色不透明,球形或圓錐形,無固定結晶。
通常為白色,具有清晰的六角形結晶結構。
半透明或全透明,質地堅硬,可見層狀結構。
質地
鬆軟易碎,密度低。
輕柔,蓬鬆,密度最低。
堅硬如石,密度高。
降落特性
降落速度較快,落地後會反彈。
緩慢飄落,落地後堆積。
降落速度最快,常伴隨巨大衝擊力。
形成條件
氣溫約在 0°C 至 -5°C,存在過冷水滴。
氣溫通常需低於 -5°C,有充足時間形成結晶。
多發生於春夏季節的強烈雷暴天氣,與高溫無關。
霰與雪崩風險
霰因其顆粒狀、高密度及低黏性的特點,在高山地區構成了一種特殊的風險。當大量的霰降下並堆積在斜坡上時,它們之間無法形成穩固的結合,就像一層鬆散的滾珠。若積累厚度達到20至30公分,這一層不穩定的霰層極易因重力或外部擾動而整體滑落,形成極具破壞力的「硬層雪崩」(Slab avalanche)。通常需要1至兩天的時間,經過溫度的變化與壓實,這層霰才能逐漸變得穩固。
常見問題
Q1: 霰的正確讀音是什麼?
A1: 霰的注音為「ㄒㄧㄢˋ」,漢語拼音為「xiàn」,讀音與「羨慕」的「羨」字相同。
Q2: 霰算是雪的一種嗎?
A2: 不算。雖然霰的形成核心是雪晶,但其主體是由過冷水滴快速凍結而成,遮蓋了雪的原始樣貌。從形成機制和最終物理特性來看,氣象學將它們歸類為兩種不同的降水類型。
Q3: 下霰是否代表天氣非常寒冷?
A3: 下霰代表大氣溫度接近或略低於冰點(約0°C),足以讓過冷水滴存在並凍結。然而,形成美麗六角形雪花通常需要更低的溫度(約-5°C以下),因此下霰雖然冷,但不一定比下雪的天氣更嚴寒。而與直接在物體表面形成的霜或霧淞相比,霰是屬於從天而降的降水現象。
Q4: 為什麼霰掉到地上會彈起來,而雪不會?
A4: 這是因為霰的密度比雪高,結構更為緊實,形狀呈顆粒狀。當它接觸到堅硬表面時,其動能使其反彈。相反,雪花結構蓬鬆,重量輕,空氣阻力大,落地時能量已被大量抵銷,因此只會輕柔堆積。
總結
總而言之,霰是一種介於雪與冰雹之間的獨特天氣現象。它源自於雪晶與過冷水滴的結合,形成了質地鬆軟、白色不透明的冰粒。透過本文的說明,瞭解其「撞凍」的形成機制,以及與雪的「凝華」、雹的「反覆凍結」之根本差異,我們不僅能更精準地辨識天氣,更能體會大自然物理變化的奧妙。下次當您見到從天而降、落地反彈的白色小顆粒時,便能自信地說出:「這不是雪,是霰!」
資料來源
霰- 維基百科,自由的百科全書
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