為甚麼正負兩度是駕駛者的噩夢?

甚麼都是 “百年一遇”!氣候變遷,大自然險象頻傳,使得單純的旅行變成 Adventure (冒險),我們身處北國,感受最深。在十年來不下六十萬公里的自駕旅途之中,我倆不怕嚴寒暴凍,也不怕遇上強烈暴風雪,反而最怕是半雪半冰之間,亦即是氣溫在正負兩度,此時出現最多類型的冬季降水形式,包括降雪 (Snow),濕雪 (Sleet),凍雨 (Freezing rain),冰珠 (Ice pellets)或霰粒 (Graupel),都對駕駛者造成最多風險!本文將介紹這些介乎正負兩度、不同形式的冬季降水形態,以供大家預先做好應對的心理準備。

鍍上雨凇的樹枝, 冰掛, Glaze ice,
本圖為鍍上雨凇的樹枝(或稱為「冰掛」),晶瑩剔透。

乾雪 (Snow) 與 濕雪 (Sleet)

眾所周知,雪 (Snow) 是由大量白色不透明的雪晶 (Snow crystals) 聚合成雪花(小雪團)的一種降水形式。當冷鋒來襲,或濕潤的暖流經過帶來水分,冷雲層中的水蒸氣凍結在一小個凝結核時,就會形成雪晶,雪晶懸浮在大氣中,由水蒸汽不斷在其周圍凝華而聚結成更大的雪花形態,超過重量然後飄落,若地面氣溫夠低時,雪花落到地面仍是雪花,就是下雪了!

雪花 (Snowflakes) 是眾多雪晶的聚合體,它在雲層中生長,每一片雪花各自在不同溫度和濕度的雲層中漂浮和飄落,受此影響,故各有不同大小和各種美麗形狀。單一雪晶呈對稱六角形,有些専家依其圖案將它們分成扇片狀、薄板狀、針晶狀、星樹狀、蕨類樹狀、六棱柱狀和許多其他形狀。單一雪晶會集合形成更大的雪花,那就分不出六角形了,通常天氣愈冷,其集合的形狀愈小。若天氣寒冷(溫度低於或遠低於零度),雪花很輕,裡面沒有液態水,所以沒有黏性,故是「乾」的,稍微有風就會將它吹走,也不會將衣服或汽車擋風窗弄濕。

Snow crystals, Snowflakes, 雪晶, 雪花
飄落在冰凍汽車擋風板上的雪花沒有黏性,很容易將之吹走。

如果雪花在接近地面時,遇到一層很薄而稍高於冰點的暖氣層,導致地面溫度若接近或略高於零度時,雪花還未來得及全部融化便落到地面。在此半融狀態的雪花飄落過程中,大量雪花黏在一起,形成更大更重的雪球(大雪團),那就是又濕又厚的「濕雪」(Sleet),濕雪時常跟完全融化的冰雨一起落下,中國古文稱之為「霙」,現代習稱為「雨雪」,在英文都統統稱為 Sleet,或將之翻譯為「雨夾雪」。

濕雪或雨夾雪 (Sleet) 常出現在地面溫度接近零度的環境下,當下雪轉變為下雨的短暫期間發生,它很容易受凍結成濕冰 (Wet Ice),造成路面濕滑容易跌倒,車輛被導向路肩衝出馬路。上次我在朱紅山口就是遇上由濕雪構成的雪暴,路面結上一層濕冰,車輛很難在斜坡起動,而且不斷打滑。太大量的濕雪甚至會在路面堆積成一堆堆雪泥 (Slush),它很重而且很難被剷除清理,常使陷入雪泥的車輛車輪空轉動彈不得,特別在停車起歩的時候,所以雪泥危險勿入。即使有四驅裝置,有一次我在育空道森市參觀 Percy DeWolfe 狗拉雪橇比賽,為了好心將寳馬 X5 停在更靠近路邊不算太深的雪泥裡,結果就是開不出來,不得已花錢和花時間請拖車前來救援!(可參閱我們的書:《育空極地大冒險》)

濕雪, 雨夾雪, Sleet
濕雪亦稱為「雨夾雪」 (Sleet),是大量雪花黏在一起,形成更大更重的雪球。

凍雨 (Freezing rain)

降水不祇有「雨」和「雪」這兩種形式,若地面溫度低於或接近 0 °C 時,降水將以凍雨、冰珠 (冰粒) 甚至霰粒 (雪粒,軟冰雹) 的形式落下,它們都為駕駛者帶來極度風險。

凍雨 (Freezing rain) 通常發生在低氣壓暖鋒正要接近之前。如下圖所示:假如在冰晶層和地面冷氣層中間存在一個較暖的逆溫層(黃色部份),當雪花從冰晶層掉下來通過這道暖層時,雪花將完全融化成雨滴,接着雨滴落入靠近地面數百米但溫度低於冰點的冷氣層,此時雨滴受凍變得過冷,被迅速冷卻成為「過冷雨滴」(Supercooled water,一種遠低於正常冰點的低溫液相雨水)。如果當時地面冷氣層太薄以至於過冷雨滴在到達地面之前沒有足夠的時間凍結成「冰珠」 (Ice pellets),而維持雨水狀態落至地面,就會發生「凍雨」 (Freezing rain)。又如前所述,如果該逆溫層太薄而地面溫度在零度左右,雪花還未來得及融化便落到地面,就會産生「濕雪」或「雨夾雪」(Sleet)。

凍雨和「雨夾雪」(Sleet) 圖解,本圖取自:美國國家氣象局 (NWS) 網站。

上圖取自美國國家氣象局 (NWS) 網站:https://www.weather.gov/rnk/Measure_Icing,可讓大家一目了然,瞭解這些在正負兩度的降水形式其形成的原因。它們之間有一個共通點,其中有一個較暖的逆溫層夾在冰晶層和地面冷氣層之間,溫層夾與地面冷氣層兩者的厚薄強弱,正決定了降雨、凍雨、雨滴再凝結成冰珠、濕雪(雨夾雪)或乾雪等哪一種降水形式,但要注意的是,美國人將冰珠和濕雪合併在雨夾雪 (Sleet) 混為一談,加拿大則將兩者分開,而我會將之加以細分。

凍雨是一種遠低於正常冰點的低溫液相雨水(亦即:過冷雨滴),當凍雨淋到冰點以下的地表時,與它接觸的任何地方都會立刻結成一層冰,覆蓋所有暴露物的表面。凍雨會在樹木、電線或汽車等任何表面凍結,像是幫它們鍍上一層光滑的薄釉那樣,稱為「釉化」(Glazed 或 Silver thaw)。有時候凍雨會在樹木上凝結成一條條細長類似鐘乳石的冰棱,垂吊在上面,這些覆蓋或吊掛在附著物上面的冰,都稱為「雨淞」(Glaze ice),又或者凍雨在地面上形成一層玻璃狀的透明覆蓋冰層,稱為「濕冰」(Wet ice)。

雨淞冰, Glaze ice
這些吊掛在附著物上面的冰,是由水滴凍結而成,稱為「雨淞冰」(Glaze ice)。

如第一張圖片所示,鍍上雨凇冰的樹枝雖然美麗(或俗稱為「冰掛」),它比霧淞冰 (Rime ice) 或白霜 (Hoar frost) 更光滑、更堅硬和更透明 。可是大面積的凍雨或雨淞的背後代表「冰風暴」(Ice storm),這種冰暴通常不是猛烈的風暴,而可能僅是一場雨量不大的「凍毛毛雨」(Freezing drizzle),可是凍雨形成的雨凇和濕冰,對環境卻具有極大的破壞性。

雨淞冰的禍患不可少覷,它可以累積到幾厘米的厚度,讓樹枝完全包裹在冰層中,冰會迅速增加附著物的重量,使樹枝容易折斷並掉到電線上,因而導致大停電,及對倒下的地方造成損壞,凍雨形成嚴重積冰,也會使飛機不堪重負,或損害機件正常運作,對農作物造成嚴重傷害更不在話下。那些覆蓋在路面上的「濕冰」比黑冰更加危險,它幾乎沒有磨擦力,車輛即使停在緩坡上也會滑動,而且濕冰覆蓋的面積範圍比黑冰更大,很難閃躲得到,直到來不及反應。

就是那一次深秋夜晩,我和朋友在露易絲湖遇上大雨,可是翌日早上溫度驟降至零度以下,車門都被雨水結冰封住了,搖了半小時才打得開駕駛座車門,這真是頭一遭!更加棘手的是,其它車門仍然被結冰緊緊粘住,完全無法鬆動,尤其是小凡 (Minivan) 的電動拉門,它的把手非常脆弱,絶對不能使用暴力。後來我到加油站找融冰水浸進門縫才能脫困。所謂「融冰水」,就是刷水潑的雨刷水呀!

雨淞, Glaze ice
雨淞冰 (Glaze ice) 俗稱為「冰掛」,是凍雨在樹枝上結冰形成的一道冰層。

黒冰與濕冰

無論黒冰,或由凍雨或濕雪(雨夾雪)結冰造成的濕冰,抑或由濕氣凝結形成的霧淞冰,不管哪種類型,冰都會在道路上形成一道光滑的覆蓋層,它們很難被刨除,導致駕駛者在幾乎沒有被警示的情況下,失去對汽車方向盤的控制,對駕駛者及旅行者構成危險。

黑冰 (Black ice) 出現在溫度低於 0°C 的路面上,當路面上已經存在的水,到了晩上隨著溫度低於冰點,又凝結成冰時,便形成黑冰;或者白天的積雪被陽光曝曬融化,經過車輛不斷輾壓,即使當時環境溫度略高於冰點一兩度,也可能形成滑溜溜的厚冰層。黑冰本身並不黑,但視覺上透明度很高,往往可以透過它看到下面黑色的路面,在外觀上與地面幾乎相同。橋樑和高架道路特別容易結成黑冰,因為它們四周都被冷空氣包圍,結冰速度更快,所以特別危險,經過時務必慢行。

如果天氣變得更加寒冷(遠低於 -2°C 以下),白雪被凍得像沙粒那麼硬,當微風吹拂,路邊或樹上的雪粒被吹灑落在黑冰之上,或者空中飄下小雪,這些雪粒會增加路面的摩擦力,車子就像行走在沙地一樣,所以祇要溫度夠低,摒除心理障礙,我的車速時常可達百公里以上,實際上沒有那麼可怕!這是為甚麼我說:正負兩度是駕駛最危險的原因。

Ground blizzard in Columbia Icefield. 
 Icefield Hihgway
當氣溫遠低於 -2°C 以下時,地面上的雪粒像沙粒那麼硬,可以放心行駛。

冰珠 (Ice pellets)

冰珠 (Ice pellets) 亦稱「冰粒」,由雪花落下時融化再凝固所形成,它與凍雨都是通過逆溫層的相同程序發生的,這兩種冬季降水類型之間的差異,取決於地面冷空氣層的厚度,如果冷空氣層夠厚,讓雨滴在到達地面之前,足以重新凍結成冰粒,就會以冰珠的形式落下。冰珠的外形為半透明冰狀小球粒,體積比冰雹小,它落至地表或撞擊物體時會像彈珠那樣反彈,不會粘附在物體上,併發出比液態雨滴還要清脆的聲音。

一般而言,冰珠發生時間不會太長,累積的數量也不會太多。不過,雖然冰珠堆積時不會凝固成一塊,其本身並不危險,但在同一條件下,亦會有一些過冷雨滴再次凍結在凝結核上,在空中形成雪晶和雪花,或原本在冷氣層降下的雪花被雨滴粘濕聚積,最終産生濕雪。所以冰珠經常伴隨著濕雪(這是美國人為何將冰珠和濕雪合併與雨夾雪混為一談的原因),冰珠會跟濕雪一起積聚成為雪泥,或者在路面形成一層濕冰,造成危險的道路狀況,增加行車困難。冰珠比相同體積的乾雪來的重,因此較難清除,而且也比相同體積的雪要花更久時間融化。我們在亞省南部 Cardston 小鎮遇過一次冰珠夾著濕雪,看到一部「農夫車」(Pickup truck) 迎面地擺滑過來,險象橫生!幸好前方有一堆雪泥擋在前面,故無大礙,這種打滑相信是由濕雪形成的濕冰造成,不單是冰珠的原因。

Cardston
冰珠發生時間不會太長,常與雨夾雪混為一談,在 Cardston。

冰珠不同於冰雹

冰珠不同於冰雹。冰雹 (Hail) 由大顆粒狀或不規則的透明冰塊組成,是在雷暴期間會落下的一大塊冰,最常見於溫暖的天氣。雖然冰雹與冰珠都是固體降水的一種形式,它與體積較小且半透明的冰珠 (Ice pellets),或者由雪花霧淞化而製成的鬆軟雪粒 (霰,Graupel),冰雹與後兩者形成的原因完全不同。

冰雹是在強烈的雷暴雲中形成,當高空與低空的溫度差異極大,上升氣流強烈向上運動,甚至形成風暴時,水氣通過強烈的向上運動懸浮在冰冷的上空中,使雨滴聚集凝結成冰晶,冰晶從冰胚胎開始,然後可以成長到非常大的冰塊,直到它的重量克服了上升氣流浮而落到了地上。與此同時,下降氣流與上升氣流在雲端急湍産生亂流,亂流中的水滴與冰晶互相摩擦產生電壓,放電時就會產生閃電和雷聲。冰雹在落下之前就長成為大冰塊,這與濕雪或霰粒在飄落過程中積聚長大的情況不太一樣。冰雹會對農作物及人造結構造成嚴重破壞,冰雹越大,汽車、屋頂、壁板和農作物受損的風險就越大,甚至危及生命安全。

冰雹多發生在夏季雷暴期間,與形成冰珠的條件不同。

霰粒 (Graupel)

在氣溫剛剛落入零度以下,還有一種類似冰珠的常見降水形式,稱為霰粒 (Graupel)。“Graupel” 這個名字據說源於德語,意謂被冰包裹的微小雪粒,在中國民間也被俗稱為雪粒子 (Snow pellets),其意思相同。霰通常是白色和不透明的 “軟霧淞球” (Rime ball),是當過冷水滴落下時,附著在雪晶或雪片上所形成的一種顆粒狀的降水雪花。

在北地行車途中,您會時常看見霰粒像雪花那樣輕輕飄下,讓人以為那是飄雪,但它打在擋風板上卻像冰珠一樣聲聲作響,而且會在車窗前面集成一堆白色顆粒,不像雪花那樣沒有發出聲音自然飄走。因為霰粒是過冷水滴與雪花急速凍結而成,粒子裡頭有很多空隙,所以霰粒結構比冰珠鬆散,不如冰珠那麼堅硬,也不透明,碎開後可見到雪片,我將之形容為 “軟顆粒雪花”。

霰粒 (Graupel), 軟顆粒雪花,
霰粒 (Graupel) 是一種顆粒狀的雪花,碎開後可見到雪片。

霰粒 (Graupel) 也被稱為軟冰雹 (Soft hail),但霰粒與冰雹兩者之間毫無關係,其形成的機制反而與前圖所示的冰珠 (Ice pellets) 和凍雨類似,都是由過冷雨滴落至地表冷氣層結冰時形成,祇是該半空中的逆溫層更薄,地面溫度在零到負兩度之間,空氣中仍然充滿著大量雪花,過冷雨滴含量較少,在雪花落下的時候,當過冷水滴凍結在雪晶 (Snow crystals) 表面(不像冰珠重新凍結成冰粒),水滴與雪晶兩者結合形成柔軟或堅硬程度不一的小顆粒,再經過持續進行類似霧淞化的積長過程 (Accretion 或 Riming),更多的過冷雨滴在雪花上凝華或結冰,從而產生了狀似顆粒的霰粒,甚至較大體積的霰石。在積長過程中,如果空氣水分過多就會黏聚成一團團濕雪,因此,若將霰粒放在以上的圖譜中,應該介乎 Sleet (雨夾雪) 與 Snow 之間,甚至霰粒與雪花之間祇有一線之隔,最常出現在零度上下。

霰粒 (Graupel), 軟顆粒雪花,
霰粒是由雪花霧淞化而形成的鬆散 “軟顆粒雪花”,落地就會散開變成碎冰。

霰粒很容易與冰雹和冰珠區分辨開來:冰雹更硬更大且相對透明和均勻,通常只在雷暴時落下;冰珠是結冰的過冷雨滴,一般為半透明球狀之固體顆粒;霰粒是白色和不透明的,其原始雪晶被一層霧淞冰覆蓋著,外觀上狀似球粒卻沒有固定結晶結構,也不像冰雹和冰珠那麼透明清晰。如前述,由於霰粒是由雪花霧淞化而形成的鬆散軟雪粒,所以特別輕盈和脆弱,很容易會散開分解,變成碎冰,落在身上除了有些許冰涼感之外,似乎沒有被撞擊的感覺,不會像冰雹或冰珠那樣傷及途人。不過,霰粒不是沒有危險之處,當霰粒在雪地累積到一個厚度,因為它在當時的環境溫度很容易融化,或被車輪輾壓後再凝結,形成黑冰。

總的來說,為甚麼正負兩度行車最為危險,其罪魁禍首除了「風速女神」之外,就是「冰姫仙子」!

本文資料來源,主要來自維基百科。

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