霰

2020年7月28日下午3時20分許，北京市東城區出現異常景觀，天空出現白色的“雪花”紛紛揚揚。這種奇妙的現象持續了五六分鐘。氣象學博士、南京信息工程大學大氣科學學院教授智協飛分析稱，李先生看到的現象應該是在夏季強對流天氣里也很可能出現的霰。

霰：從雲中降落至地面的不透明的球狀晶體，由過冷卻水滴在冰晶周圍凍結而成，直徑 2—5mm。

霰又稱雪丸或軟雹。是由白色不透明的近似球形（有時呈圓錐形）的、有雪狀結構的冰櫃粒子組成的固態降水，在高空中的水蒸氣遇到冷空氣凝結成的小冰粒，多在下雪前或下雪時出現。通常在地面氣溫不太冷時降落，常見於降雪前或與雪同時下降。霰產生於擾動強烈雲中，是由雪晶（或雪團）大量地碰撞過冷雲滴，使之凍結併合而成，下降的時候常呈陣性。在不同的地區有米雪、雪霰、雪子、雪糝、雪豆子等名稱。直徑約在0.3到2.5毫米之間。下降時常顯陣性，著硬地常反跳，鬆脆易碎。霰不屬於雪的範疇，但它也是一種大氣固態降水。常發生在攝氏0度，也可能存在攝氏-40度附近的溫度，而且屬於未結凍的狀態，霰通常於下雪前或下雪時出現。在航空例行天氣報告中的代號為GS。

於某種壓力下，雪晶可能接觸到過冷雲滴，這種小滴的直徑約10微米，於攝氏零下40度時仍呈液態，較正常的冰點低許多。雪晶與過冷雲滴的接觸導致過冷雲滴在雪晶的表面凝結。晶體增長的過程即為凝積作用，雪晶的表面有許多極冷的小滴而成為霜，當此過程持續使原本雪晶晶形消失則稱為霰。

大量凍附的冰質粒包圍積集於雪晶四周，掩蔽了雪晶的本來形狀（冰晶同雲滴碰並、凇附或碰凍——霰）

霰不易以光學顯微鏡觀察，是因霜晶(rimed crystals)表面的極冷小滴很難分離且霰微粒的結構不易記錄，亦礙於儀器的解析度及明視距離的極限。然而，以低溫掃描電子顯微鏡(LT－SEM)觀察，清楚顯示雲滴附於晶體表面可達50微米大小。形成霜的四種基本雪晶之結構已被觀察出，包括面狀冰晶、樹狀冰晶、柱狀冰晶及針狀冰晶。隨著淞化的過程持續，累加的雲滴使原本的雪晶輪廓變得模糊，最後成為霰微粒。

霰的結構較一般的雪及微粒為密實，是外覆的霜所造成，結合體的重量及低黏性使得表層無法穩固在斜坡上，20至30厘米的層仍會有大雪崩的風險。由於氣溫及霰的特性，霰於雪崩后約一至二天變為較緊密及穩固。

遇到霰時，許多人都以為是冰雹，霰和冰雹的主要區別是霰比較鬆散，而冰雹很硬；冰雹常出現在對流活動較強的夏秋季節，而霰常出現在降雪前或與雪同時降落。

冰雹是一種短時間的強對流現象，而霰是一種穩定的“固態降水”。從視覺上，冰雹是半透明的，而霰一般是不透明的。

霰是有雪狀結構的冰相粒子組成的固態降水。多於下雪前或下雪時出現。霰很少出現，但也是一種正常的天氣現象。

霰通常在地面氣溫不太冷時降落，常見於降雪前或與雪同時降落。霰產生於擾動強烈的雲中，由雪晶（或雪團）大量地碰撞過冷雲滴，使之凍結併合而成，下降時常呈陣性。

軟雹的形狀，即圓錐形、圓球形，橢球形，瘤塊狀，六角形和不規則形。

1圓錐形

根據圓錐形的形狀待 點，首先要求氣流的擾動比較弱，以維持其垂直下落的穩定方向，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併上去的 凍結物純粹是過冷水滴，不然的話，就可能因為其它冰晶的粘連而長出一些“瘤子”來。圓錐形軟雹的生長中心可以是幾個冰針在併合過冷水滴的過 程 中互扣粘連。也可以由一個比較大的過冷水滴在穩定地下落過程中聚集過冷水滴的結果。許多觀測事實說明，圓錐形軟雹是在比較高的溫度條件下形成 的，而按照 Nakaya人工雪晶的實驗，冰針的生長溫度比較高，約 5 到 -7度之間，因此圓錐形軟雹的生長層溫度應當更高，即-5度以 上。

2圓球形

要長成圓球形的雹體，顯然要求在生長過程中其四周圍都能機會均等地與過冷水滴併合，因此它在雲中運動的姿態必須是作隨機的翻滾，這就要求氣流的擾動比較厲害些，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 中心是立體板晶或立體枝晶，而這種雪晶的生長溫度是− 20℃左右，溫度要比冰針低得多，故圓球形軟雹的生長層溫度應當在零下十幾度，比圓錐形軟雹低得多。很據圓球形軟雹的生長特點，我們認為 球形軟雹表面長出許多“瘤子”的原 因有兩個。第一，其生長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”的生長基礎。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 的起 點。

3 橢 球形

其生長條件基本上和圓球形一樣，即總 的來 講在雲中也作隨機翻滾、只是在某段時間裡相對來講有某 一個 軸向要穩定一 些。

4六 角形

這種軟雹多半比較扁平，故不大可能 作隨機翻滾以其最 截面穩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冷水滴而長成的。正如其它形式的軟雹一 樣，從雪 晶到軟雹，中間有一 個過渡形態，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 晶生長溫度是-10℃ 到-20℃ 之 間，故六角形軟雹的生長層溫度應在-10℃ 左 右，介於球形（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，可以看出來球狀是瘤塊狀的基礎，當球狀軟雹表面的某些“瘤 子”發育得比較厲害時就可以變成瘤塊伏的軟雹。瘤塊狀軟雹的生長中心是帶輻射狀的枝狀雪 晶，這和球狀軟 雹的生長中心的雪晶屬同一 類型，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” ,從外形看起來就顯得很不規則。

雲的起電機制（與霰有關部分）

當對流發展到一定階段，雲體伸入0℃層以上的高度后，雲中就有了過冷水滴、霰粒和冰晶等。這種由不同相態的水汽凝結物組成且溫度低於0℃的雲，叫冷雲。冷雲的電荷形成和積累過程有如下幾種：

a. 冰晶與霰粒的摩擦碰撞起電

霰粒是由凍結水滴組成的，呈白色或乳白色，結構比較鬆脆。由於經常有過冷水滴與它撞凍並釋放出潛熱，故它的溫度一般要比冰晶來得高。在冰晶中含有一定量的自由離子(OH-或OH+)，離子數隨溫度升高而增多。由於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於低溫端，因而離子必然從高溫端向低溫端遷移。離子遷移時，較輕的帶正電的氫離子速度較快，而帶負電的較重的氫氧離子(OH-)則較慢。因此，在一定時間內就出現了冷端H+離子過剩的現象，造成了高溫端為負，低溫端為正的電極化。當冰晶與霰粒接觸后又分離時，溫度較高的霰粒就帶上負電，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雲的上部，較重的帶負電的霞粒則停留在雲的下部，因而造成了冷雲的上部帶正電而下部帶負電。

b. 過冷水滴在霰粒上撞凍起電

在雲層中有許多水滴在溫度低於0℃時仍不凍結，這種水滴叫過冷水滴。過冷水滴是不穩定的，只要它們被輕輕地震動一下，馬上就會凍結成冰粒。當過冷水滴與霰粒碰撞時，會立即凍結，這叫撞凍。當發生撞凍時，過冷水滴的外部立即凍成冰殼，但它內部仍暫時保持著液態，並且由於外部凍結釋放的潛熱傳到內部，其內部液態過冷水的溫度比外面的冰殼來得高。溫度的差異使得凍結的過冷水滴外部帶正電，內部帶負電。當內部也發生凍結時，雲滴就膨脹分裂，外表皮破裂成許多帶正電的小冰屑，隨氣流飛到雲的上部，帶負電的凍滴核心部分則附在較重的霰粒上，使霰粒帶負電並停留在雲的中、下部。