霰

现象发生

2020年7月28日下午3时20分许，北京市东城区出现异常景观，天空出现白色的“雪花”纷纷扬扬。这种奇妙的现象持续了五六分钟。气象学博士、南京信息工程大学大气科学学院教授智协飞分析称，李先生看到的现象应该是在夏季强对流天气里也很可能出现的霰。^[1]

现象描述

霰：从云中降落至地面的不透明的球状晶体，由过冷却水滴在冰晶周围冻结而成，直径2—5mm。

霰又称雪丸或软雹。是由白色不透明的近似球形（有时呈圆锥形）的、有雪状结构的冰柜粒子组成

产生机理

于某种压力下，雪晶可能接触到过冷云滴，这种小滴的直径约10微米，于摄氏零下40度时仍呈液态，较正常的冰点低许多。雪晶与过冷云滴的接触导致过冷云滴在雪晶的表面凝结。晶体增长的过程即为凝

大量冻附的冰质粒包围积集于雪晶四周，掩蔽了雪晶的本来形状（冰晶同云滴碰并、凇附或碰冻——霰）

霰不易以光学显微镜观察，是因霜晶(rimedcrystals)表面的极冷小滴很难分离且霰微粒的结构不易记录，亦碍于仪器的分辨率及明视距离的极限。然而，以低温扫描电子显微镜(LT－SEM)观察，清楚显示云滴附于晶体表面可达50微米大小。形成霜的四种基本雪晶之结构已被观察出，包括面状冰晶、树状冰晶、柱状冰晶及针状冰晶。随着淞化的过程持续，累加的云滴使原本的雪晶轮廓变得模糊，最后成为霰微粒。

霰的结构较一般的雪及微粒为密实，是外覆的霜所造成，结合体的重量及低黏性使得表层无法稳固在斜坡上，20至30厘米的层仍会有大雪崩的风险。由于气温及霰的特性，霰于雪崩后约一至二天变为较紧密及稳固。

主要特征

遇到霰时，许多人都以为是冰雹，霰和冰雹的主要区别是霰比较松散，而冰雹很硬；冰雹常出现在对流活动较强的夏秋季节，而霰常出现在降雪前或与雪同时降落。

冰雹是一种短时间的强对流现象，而霰是一种稳定的“固态降水”。从视觉上，冰雹是半透明的，而霰一般是不透明的。

霰是有雪状结构的冰相粒子组成的固态降水。

霰通常在地面气温不太冷时降落，常见于降雪前或与雪同时降落。霰产生于扰动强烈的云中，由雪晶（或雪团）大量地碰撞过冷云滴，使之冻结并合而成，下降时常呈阵性。

生长特点

软雹的形状，即圆锥形、圆球形，椭球形，瘤块状，六角形和不规则形。

1圆锥形

根据圆锥形的形状待点，首先要求气流的扰动比较弱，以维持其垂直下落的稳定方向，从而形成上尖下宽的圆锥形状，此外，典型的圆锥形软雹还要求合并上去的冻结物纯粹是过冷水滴，不然的话，就可能因为其它冰晶的粘连而长出一些“瘤子”来。圆锥形软雹的生长中心可以是几个冰针在并合过冷水滴的过程中互扣粘连。也可以由一个比较大的过冷水滴在稳定地下落过程中聚集过冷水滴的结果。许多观测事实说明，圆锥形软雹是在比较高的温度条件下形成的，而按照Nakaya人工雪晶的实验，冰针的生长温度比较高，约5到-7度之间，因此圆锥形软雹的生长层温度应当更高，即-5度以上。

2圆球形

要长成圆球形的雹体，显然要求在生长过程中其四周围都能机会均等地与过冷水滴并合，因此它在云中运动的姿态必须是作随机的翻滚，这就要求气流的扰动比较厉害些，这是和圆球形软雹的情况最明显不同之处。圆球形软雹的生长中心是立体板晶或立体枝晶，而这种雪晶的生长温度是−20℃左右，温度要比冰针低得多，故圆球形软雹的生长层温度应当在零下十几度，比圆锥形软雹低得多。霰

3椭球形

其生长条件基本上和圆球形一样，即总的来讲在云中也作随机翻滚、只是在某段时间里相对来讲有某一个轴向要稳定一些。

4六角形

这种软雹多半比较扁平，故不大可能作随机翻滚以其最截面稳下落的可能性要大些。这种软雹是以星状为底的立体枝晶或者大的星状雪晶为核心，在其上面聚集大量过冷水滴而长成的。正如其它形式的软雹一样，从雪晶到软雹，中间有一个过渡形态，即“块状雪”或叫“软雹型雪,它的孔隙度比雪晶小，但比软雹大。星状雪晶生长温度是-10℃到-20℃之间，故六角形软雹的生长层温度应在-10℃左右，介于球形（包括圆球和椭球）和圆锥形软雹之间。

5瘤决状

瘤决状软雹和球状软雹比较，可以看出来球状是瘤块状的基础，当球状软雹表面的某些“瘤子”发育得比较厉害时就可以变成瘤块伏的软雹。瘤块状软雹的生长中心是带辐射状的枝状雪晶，这和球状软雹的生长中心的雪晶属同一类型，只是前者的某些枝枝更加突出，因而在这些突起的部分形成了明显的“瘤子”,从外形看起来就显得很不规则。

拓展

云的起电机制（与霰有关部分）

当对流发展到一定阶段，云体伸入0℃层以上的高度后，云中就有了过冷水滴、霰粒和冰晶等。这种由不同相态的水汽凝结物组成且温度低于0℃的云，叫冷云。冷云的电荷形成和积累过程有如下几种：

a.冰晶与霰粒的摩擦碰撞起电

霰粒是由冻结水滴组成的，呈白色或乳白色，结构比较松脆。由于经常有过冷水滴与它撞冻并释放出潜热，故它的温度一般要比冰晶来得高。在冰晶中含有一定量的自由离子(OH-或OH+)，离子数随温度升高而增多。由于霰粒与冰晶接触部分存在着温差，高温端的自由离子必然要多于低温端，因而离子必然从高温端向低温端迁移。离子迁移时，较轻的带正电的氢离子速度较快，而带负电的较重的氢氧离子(OH-)则较慢。因此，在一定时间内就出现了冷端H+离子过剩的现象，造成了高温端为负，低温端为正的电极化。当冰晶与霰粒接触后又分离时，温度较高的霰粒就带上负电，而温度较低的冰晶则带正电。在重力和上升气流的作用下，较轻的带正电的冰晶集中到云的上部，较重的带负电的霞粒则停留在云的下部，因而造成了冷云的上部带正电而下部带负电。

b.过冷水滴在霰粒上撞冻起电

在云层中有许多水滴在温度低于0℃时仍不冻结，这种水滴叫过冷水滴。过冷水滴是不稳定的，只要它们被轻轻地震动一下，马上就会冻结成冰粒。当过冷水滴与霰粒碰撞时，会立即冻结，这叫撞冻。当发生撞冻时，过冷水滴的外部立即冻成冰壳，但它内部仍暂时保持着液态，并且由于外部冻结释放的潜热传到内部，其内部液态过冷水的温度比外面的冰壳来得高。温度的差异使得冻结的过冷水滴外部带正电，内部带负电。当内部也发生冻结时，云滴就膨胀分裂，外表皮破裂成许多带正电的小冰屑，随气流飞到云的上部，带负电的冻滴核心部分则附在较重的霰粒上，使霰粒带负电并停留在云的中、下部。

参考资料

[1] 中国科普博览＿冰雪馆 · 中国科普博览[引用日期2021-12-25]