凍りつく雨

氷結雨は、周囲の気団によって氷点下の温度に保たれた雨で、表面と接触すると凍結します。雨と雪または氷の粒が混ざった雨とは異なり、氷結雨は完全に液滴でできています。雨滴は、地上数百メートル上空の氷点下の空気の層を通過する間に過冷却され、地面、木、電線、航空機、自動車など、遭遇するあらゆる表面に衝突すると凍結します。 ^[1]結果として生じる氷はグレーズアイスと呼ばれ、数センチメートルの厚さに積もり、露出した表面をすべて覆うことがあります。氷結雨のMETARコードはFZRAです。

氷雨によってかなり厚いつやのある氷が生じる嵐は、しばしば氷嵐と呼ばれます。これらの嵐は特に激しいものではありませんが、氷雨は道路の交通障害、木の枝の折れ、積もった氷の重みによる電線の切断を引き起こすことで有名です。電線の切断は影響を受けた地域で停電を引き起こし、積もった氷は頭上の重大な危険をもたらすこともあります。また、氷は翼や飛行制御面の形状を事実上「作り変える」可能性があるため、航空機にとって非常に危険であることでも知られています。（大気の着氷を参照。）^[2]

凍結雨は、温暖前線の接近に伴って発生することが多く、その際、氷点下の空気（氷点下またはそれ以下の気温）が大気の最下層に閉じ込められ、暖かい空気が上空に移流される。^[3]これは、例えば、寒い季節に低気圧がミシシッピ川流域からアパラチア山脈や北米のセントローレンス川流域に向かって移動し、さらに東側に強い高気圧がある場合に発生する。この状況は冷気堰き止めと呼ばれ、高気圧領域内の地表では非常に冷たく乾燥した空気が特徴である。メキシコ湾からの暖かい空気は、凍結性降水の燃料となることが多い。^[4]

氷結雨は、降雪が上空の暖かい空気の層、通常 800  mbar (800  hPa ; 80  kPa ) 程度の層に遭遇することで発生し、雪が溶けて雨になります。雨が降り続けると、地表のすぐ上の氷点下の空気の層を通過し、氷点下 (0 °C または 32 °F または 273 K) の温度まで冷却されます。この氷点下の空気の層が十分に深い場合、雨滴は地面に到達する前に氷の粒(みぞれ) に凍結する可能性があります。ただし、地表の氷点下の空気の層が非常に浅い場合は、そこを通過した雨滴は凍結する時間がなく、過冷却の雨として地面に落ちます。これらの過冷却の雨滴が地面、電線、木の枝、航空機、または 0 °C 未満のその他のものに接触すると、雨滴の一部が瞬時に凍結して薄い氷の膜を形成し、氷結雨になります。^{[5] [6]} これが起こる特定の物理的プロセスは核生成と呼ばれます。^[7]

有人または自動観測所による地表観測は、凍結雨の唯一の直接的な確認方法です。ドップラー式であれ従来型であれ、いかなるタイプの気象レーダーでも凍結雨、雨、雪を直接見ることはできません。しかし、レーダーを使って凍結雨が降っている範囲を間接的に推定することは可能です。^{[8] [9]}

レーダーエコーの強度（反射率）は、降水の形状（水または氷）と降水量の直径に比例します。実際、雨は雪よりも反射力がはるかに強いですが、その直径ははるかに小さいです。そのため、溶けた雪から降る雨の反射率はわずかに高いだけです。しかし、雪が溶けている層では、湿った雪片はまだ大きな直径を持ち、水で覆われているため、レーダー反射ははるかに強くなります。^{[8] [9]}

このブライトバンドの存在は、雪が溶ける可能性のある暖かい層が地上にあることを示しています。これにより、地上で雨が降ったり、気温が氷点下の場合は凍結雨が発生する可能性があります。添付の​​画像は、レーダーデータの断面を使用して、このようなアーティファクトの位置を特定する方法を示しています。^{[8] [9]}ブライトバンドの高さと傾斜は、融解が起こっている領域の範囲の手がかりになります。次に、この手がかりを地表観測と数値予測モデルに関連付けて、テレビの天気予報番組で見られるような出力を生成することができます。テレビの天気予報番組では、レーダーエコーが雨、混合、雪の降水として明確に表示されます。

凍結雨はしばしばつや消し氷を形成し、大規模な停電を引き起こす。凍結雨や霧雨が弱く、長引かない場合は、形成される氷は薄く、通常は軽微な被害（木の枯れ枝が落ちるなど）しか引き起こさない。^[10]しかし、大量に積もると、最も危険な冬の災害の1つとなる。^[11] 氷の層が約6.4 mm（0.25インチ）を超えると^[要出典]、枝が氷で覆われた木の大枝はその重さに耐えきれず折れ、電線に落ちることがある。強風や雷があれば、被害は悪化する。氷で覆われた電線は非常に重くなり、支柱、絶縁体、電線が破損する。道路に形成される氷は、車両の走行を危険にする。雪とは異なり、湿った氷は牽引力をほとんど提供せず、車両は緩やかな斜面でも滑ってしまう。氷結雨は氷の粒（「みぞれ」と呼ばれる）として地面に当たるのではなく、雨滴として地面に当たるため、地面や木の枝、車などの物体の形状に沿って動きます。これにより、しばしば「氷の層」と呼ばれる 厚い氷の層が形成されます。

大規模な凍結雨とつや出し氷は氷嵐と呼ばれる。植物への影響は深刻で、氷の重さに耐えられない。冬季には休眠状態となり脆いため、木が折れることもある。松の木も氷嵐の被害を受ける。松の葉は氷に引っかかるものの、重さに耐えられないからである。1994年2月、深刻な氷嵐により、ミシシッピ州、テネシー州、アラバマ州、ノースカロライナ州西部、特にアパラチア山脈を中心に、米国南部で10億ドル以上の被害が発生した。1998年の北米氷嵐では、特に深刻な氷嵐がカナダ東部、ニューヨーク州北部、ニューイングランドを襲った。^{[12] [10]}

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  スロベニア、リュブリャナのダウンタウンで厚い釉薬の層により木が倒れる
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  ケベック州ラ・マルベの木に施された釉薬
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  ポーランド、トマシュフ・マゾヴィエツキの針葉樹の氷
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  スロベニアのツェリェでは、厚い氷の層の下で白樺の木がひどく曲がっている。
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  2010 年 12 月、ロシアのモスクワ州における凍結雨の余波
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  電線や張り出した木の枝に氷が重なって停電が発生する

氷結雨は、構造上の氷結を急速に引き起こし、必要な部品を凍らせるため、航空機にとって極めて危険なものと考えられています。ほとんどのヘリコプターや小型飛行機には、氷結雨の強さにかかわらず飛行するために必要な除氷装置がなく、激しい氷結雨は、大型飛行機の最も洗練された除氷システムでさえも圧倒する可能性があります。氷結は航空機の重量を増加させる可能性がありますが、通常は危険を引き起こすほどではありません。主な危険は、氷が翼の形状を変えることです。これにより、揚力が低下し、抗力が増大します。これら 3 つの要因はすべて、失速速度を増大させ、航空機の性能を低下させ、上昇や高度の維持が非常に困難になります。

航空機は、暖かい空気に移動することで、最も簡単に凍結雨を避けることができます。ほとんどの状況では、そのためには航空機が降下する必要がありますが、構造氷が適度に積もっていても、通常は安全かつ簡単に降下できます。しかし、凍結雨は上空の気温逆転を伴うため、航空機は暖かい空気に移動するために上昇する必要があり、氷が少し積もっているだけでも、これは困難で危険な作業になる可能性があります。

例えば、1994年にアメリカンイーグル航空4184便は、インディアナ州インディアナポリスを出発してシカゴのオヘア国際空港に着陸する予定だったが、航空交通渋滞と悪天候に遭遇し、到着が遅れた。68人を乗せた双発ターボプロップ機のATR-72は、オヘアの南東105kmで待機パターンに入った。飛行機が旋回すると、過冷却した雲粒、着氷性の雨、または着氷性の霧雨が翼の上面に氷の尾根を形成し、最終的に飛行機の自動操縦装置が突然切断され、パイロットは制御不能になった。ATRは下の野原に衝突して分解し、乗客乗員全員が死亡した。

ある時、凍雨がぶら下がった腐ったリンゴの上に降り注ぎ、その上を瞬時に氷が張って、つや消しのコーティングを形成するのが観察された。リンゴの凝固点は水よりも低いため、暖かい気温では氷が解ける前にリンゴが解凍され、腐ったリンゴのドロドロした部分が底から滑り落ち、氷の殻が残った。^[13]リンゴの形をしたこれらの氷の殻はゴーストアップルと呼ばれ、 2019年2月に米国ミシガン州で観察された^[13] 。同様の現象が2015年2月にノースカロライナ州グリーンビルで観察されたが、駐車場からバックしたジープの下部前部（グリルとバンパーを含む）の氷の殻がつららの上に残った。^[14]

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