雨氷
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
雨氷（うひょう、あめごおり, 英語:Freezing rain）は、空から過冷却の水滴が落下する天候のこと。過冷却の水滴は、樹木、岩、地面などの物体に付着するとその衝撃で瞬時に凍結して氷の結晶となる。従って雨氷は、付着前は液体であり、付着後は固体に変化する。このとき付着する氷の結晶のことも「雨氷」と呼ぶ。降水現象、着氷現象の一種。
目次 |
[編集] 概要
着氷現象の一つであるため、気象学の分野では着氷性の雨、着氷性降水とも呼ぶ。雨と霧雨が雨粒の大きさで区別されているのと同様に、雨氷も雨粒の大きさが0.5mm以上のものを「着氷性の雨」（雨氷）、0.5mm未満のものを「着氷性の霧雨」（着氷性霧雨）と区分することがある[1]。
付着前（落下時）は液体、付着後は固体であり、付着前（落下時）は雨との区別ができないが、付着後は硬く透明な氷の層を形成し、ここで初めて雨氷であることが分かって雨と区別される。この氷を他の雪氷現象（着氷現象は雪氷現象の1種である）と比較すると、雪・霧氷・樹霜（霜を含む）・雪あられは不透明・半透明の結晶である点、細氷（ダイヤモンドダスト）・凍雨・氷あられ・雹は落下時も固体である点、氷霧は落下しない点、粗氷は過冷却の水滴からなる霧によって発生する点、氷柱は付着後しばらくしてから凍結する点が、それぞれ異なる。霙は雨と雪（霰・雹・凍雨・細氷を含む）が同時に降る状態であり、これも雨氷とは異なる。
硬く透明な氷の層を形成する雨氷は、非常に密度が高く頑丈である。大量に付着すると非常に重くなり、樹木を折り曲げ倒したりするなど、被害を発生させることがある。一方、樹木などに付着した雨氷が美しい景観を作り出すという側面もある。
日本では、"glazed frost"の訳に当たる「凝霜」が、近代ごろより雨氷を表す言葉として用いられていた。しかし、霜ではないため誤解を生みやすいとされていたため、中国語の「雨淞」をより平易にした「雨氷」が1915年（大正4年）から使用されるようになった[2]。日本語では、降っているものも、物に付着して凍ったものも、雨氷だと分かっていればすべて「雨氷」と呼ぶことが多い。しかし英語では、雨氷により付着した氷にもいくつかの名前がつけられており、上薬のように物の表面を覆ったものをGlazeまたはGlaze ice、透明・半透明の氷や光沢のある氷をClear iceと呼ぶ[3][4]。
上空の大気の気温の分布がある特殊な条件のときにのみ発生する（次節で詳しく解説）。高山では比較的多く見られるが、平野部ではあまり見られない。ごくありふれた現象である雨や雪と比べて、目にする機会が少なく、発生頻度も低いため、珍しい気象現象とされている。日本国内では、被害をもたらすような雨氷は10年に1回程度の頻度で発生し、それも中部地方以東に多く見られる[2]。一方、世界的に見て雨氷が多いセントローレンス川沿岸に位置するカナダのモントリオールでは、年間約12～17回、時間にして年間計約45～65時間という頻度で雨氷が降る[5]。
雨氷の発生時期には多少の地域差はあるものの、北半球では1月を中心として冬に多く発生する[2]。ちなみに、雨氷は冬の季語となっている[6] [7]。
[編集] 発生から付着までの過程
[編集] 発生
通常、上空の大気（空気）は上に行くほど気温が下がるが、大気が風によってかき混ぜられると、気温が0℃以下の冷たい空気の層（冷気層）の上に気温が0℃以上ある暖かい空気の層（暖気層）がかぶさる状態になることがあり、これを逆転層が発生した状態という。
この状態で、地上付近の冷気層の厚さが薄いときに、暖気層より上の層にある雲から雨や雪が落下すると、次に挙げるようなプロセスを経て雨氷として落下する。この冷気層が厚い場合には、雨粒が落下途中に過冷却を経て凍結してしまい、凍雨となって落下する。雨氷よりも凍雨のほうが発生頻度が高い。
- 雲から落下した雨や雪は暖気層を通過する際に溶けて雨となる。
- その雨が下の冷気層を通過する際に過冷却の状態となる。
- 過冷却の雨が地上に落下する。落下した衝撃で雨滴は凍結し氷晶となる。
- 過冷却の雨は凍結した氷晶の上にさらに付着して凍結していき、硬く透明な氷の層を形成する。
また、雨滴が過冷却ではない場合でも、過冷却寸前の0度近くに冷えていて、当たった物の温度が0℃以下だった場合も、同じように雨氷となって氷の層を形成する[8]。
このほかに、通常はほとんど見られないプロセスを経てできる雨氷もある。Supercooled Warm Rain Process (SWRP)といい、始めから過冷却の水滴として雲粒が発達し、一度も凍結しないまま降り物体に当たって初めて凍結するものである。この過程を経て雨氷を降らせる雲は、おおむね雲頂（雲の最高部）の気温が-10℃より高いことが知られている[9]。このプロセスを経てできた雲は、雲粒があまり発達しなかった場合は「過冷却の霧」となり、地上付近に発生した場合は雲粒が樹木などに付着して樹氷や粗氷を作る。雲粒が霧の粒子として浮遊できないほど大きく発達し、落下したものが雨氷となる。過冷却の雲を構成する粒が、小さいと樹氷、大きいと粗氷、浮遊できず地表に落下するほど大きいと雨氷になるとされており、この3つは深い関連性がある。
[編集] 逆転層の形成
逆転層の発生に関わる条件として、低気圧や前線の通過、地形の影響などがある。
上空の温度の分布の関係で、雨が降っている区域と雪が降っている区域の境界付近で雨氷が降りやすいため、このような区域では雨氷が降る可能性があると考えてよい。
[編集] 低気圧と前線の影響
低気圧によって南北で風向が大きく異なる強風が吹いている場合、北に雪を降らせる寒気があり南に風を送り出し、南に雨を降らせる暖気があり北に風を送り出しているような状態となることがある。すると、2つの空気の塊が衝突し、寒気の上に暖気が乗り上げ、逆転層ができて雨氷が降る。
このとき、地図上に気温と雨氷の分布図を示すと、0℃の等温線と雨氷の分布がちょうど重なる。雨や雪の分布も重ねると、雨氷は雨と雪のちょうど境目付近に分布することが多い。凍雨は雨氷と似た条件で発生するため、凍雨は雨氷と同じような分布を示すことが多い。また、地図上に風速・風向の分布を重ねると、雨氷の分布地域や0℃の等温線とほぼ同じ地域に、風向が劇的に変化するウインドシアが見られることが多い。
天気図で見れば、低気圧の東側にある温暖前線の寒気側から低気圧の周囲付近にかけての細長い地域で雨氷が降る例が多く[10]、他に寒冷前線の寒気側、停滞前線の寒気側などでも雨氷が降ることがある。北極大陸性気団(cP)と北極海洋性気団(mP)の境界にできる寒帯前線のcP側でも雨氷が降ることがあるが、非常に低温な気団のため激しいアイスストームとなり、幅50km以上の広範囲に雨氷を降らせることもあるという特徴がある[11]。
[編集] 地形の影響
山地など起伏のある地形の場所では、斜面を空気が上昇すると空気かかき混ぜられて逆転層ができ、雨氷が降ることがある。標高が高いほど雨氷が発生しやすいが、ある程度の高さを超えると逆に発生しにくくなる。これは逆転層のできやすい高さがあることが原因である。
逆転層の発生は、谷型の地形の場所、あるいは暖気と寒気が衝突しやすい場所に多いため、そのような場所で、かつ気温が0度付近以下に低下するような地域で多く発生する。
谷型の地形では、セントローレンス峡谷が典型的な発生地域で、世界でも最も頻繁に雨氷が発生する[5]。この地域は山脈に囲まれた峡谷となっており、寒気と暖気が衝突しやすく、逆転層発生の条件が整いやすい。
寒気と暖気が衝突する場所では、アメリカ、カナダ、ヨーロッパ、中国、日本などの広範囲で発生例が報告されている。アメリカでは、ロッキー山脈より東側（南部の海沿いの一部を除く）の地域で雨氷が発生し、西側の地域では発生しない。これは、北極気団がロッキー山脈に阻まれて、それより南西側には南下できないためである[12]。
また、山の斜面沿いでは、一時的に狭い範囲で逆転層が発生することがあり、山の斜面のある高さの付近だけ、帯状に雨氷に覆われるといったことも起こる。このような地形では、まだ発達段階で雨氷よりも水滴が小さい雲が「過冷却の霧」として発生することがあり、樹氷や粗氷も発生しやすい。
[編集] 付着形態
雨氷の大きな特徴として、物体に付着して次々と積もり、厚く硬い氷として成長していくことが挙げられる。液体として大気中を落下してきた過冷却の雨氷が、屋根のように物体の空に向いた面に触れると、物体に触れた面から凍結が始まり、まだ液体のままの部分は凍結した部分の周囲に広がりながら凍結していく。壁のように地面に対して横を向いた面に触れると、下に向かって滴りながら凍結する。電線のように筒状で地面と平行な物体に触れると、滴りながら凍結してつららのような氷をつくる。地面に積もる量としては、極度に激しい雨氷の場合、最大でおよそ4～6インチ（10～15センチメートル）程度の厚さになる[13]。
[編集] 雨氷の予測
雨氷は、集中豪雨などと同じように、現象が起こる範囲が狭い、いわゆる局地現象である。気温わずか10℃程度の変化で雨から雨氷、凍雨、雪へと変わるほど発生の条件が限られており、そういった気象状態は幅およそ50kmまでの範囲にしか発生しない。
雨氷の予測に適しているのが、気温の鉛直分布を調べることである。雨氷の場合は、逆転層の構造となり、かつ地面付近に分布する気温0℃以下の部分が狭く、その上の0℃以上の部分が広いことが特徴である。また、風向や風速の鉛直分布を調べることもよいとされる。これらは気象レーダーの観測によって調べられる。[14][15]
アメリカでは、雨氷または着氷性霧雨によって道路等の凍結で交通状況が悪くなることが予想される場合に「Winter Weather Advisory」、雨氷が1/4インチ(約6.3mm)以上積もることが予想される場合に「Ice Storm Warning」が、アメリカ海洋大気圏局(NOAA)の気象業務部(NWS)によってそれぞれ発令され、警戒が呼びかけられる[16]。カナダでは、7時間以上着氷性霧雨が降り続くことが予想される場合や大量の着氷性霧雨が降ることが予想される場合は「Special Weather Statement」に付随する注意情報または「Freezing Drizzle Warning」が、1～4時間以上雨氷が降り続くことが予想される場合や2mm以上雨氷が降り積もることが予想される場合は「Freezing Rain Warning」が、カナダ環境省の気象庁(MSC)によってそれぞれ発令される[17]。
[編集] 雨氷による災害
雨氷が降った後、気温が上昇するなどして氷が融けてしまえば大きな被害は発生しない。アメリカでは、発生する雨氷の99%が2時間以内で終わってしまうとされており、雨氷が止んだ後はたいてい南から暖かい空気が押し寄せてきて雨氷が溶けてしまう[18]。しかし、融けずに長時間固まったままであれば、さらに雨氷や雪が積もって厚くなり、大きな被害をもたらす。
類似の被害をもたらす現象と比較した雨氷による被害の特徴として、その性質の違いによるものが挙げられる。新雪、押しつぶされた雪、霜、霧氷、雪や霜が融けた後に再凍結した氷などと比較しても、雨氷は気泡が少なく密度が高い（比重は約0.9[2]で、同0.9168[19]の純粋な氷とほぼ同じ）。そのため、熱伝導率も高く、冷却効果が比較的高い。また、比較的頑丈で、割って取り除くのは難しい。
[編集] 山地での被害
雨氷は高山で発生することが多いため、山地で局地的に雨氷が発生し、樹木への被害をもたらす例が多数報告されている。雨氷が樹木にもたらす被害は、枝のみが折れる軽微なものもあるが、傾いたり、大きく曲がったり、地面に倒れこんだり、根ごと倒れたり、途中でごと折れたりといった深刻なものもあり、林業にとっては大きな打撃となる[2]。
雪が樹木の上部や外部にのみ付着するのに対し、雨氷は樹木の枝葉1つ1つに氷がついて重くなるため、雪の半分程度の降水量で折れ曲がったり倒壊してしまう。ある調査では、樹木に付着する雨氷の重さは、平均で木の総重量の5～16倍に達していたといい[2]、15mの木に総重量4.5トンの雨氷が付着した例もある[20]。木の重さの雨氷により樹木が倒壊すると、土壌がむき出しとなり土砂災害を起こしやすくなるため、二次災害を誘発する。
[編集] 居住地での被害
市街で発生した場合は、特に被害が大きくなる。雨氷はあらゆる物にくっついて凍るため、外気に触れている構造物のほとんどに硬い氷が付着し、どんどんと成長していく。また、氷が付着した物は、重みを増した上に氷により表面積が増えているため、強風に弱くなる。北米では、冬に多く見られる、雨氷を伴った天候をice storm（アイスストーム）と言う[3]。
送電線に付着した氷の重みで電柱が倒壊し、氷の量が多い場合には送電線の鉄塔でさえ倒れることもある。鉄道の架線に付着した場合は、給電がストップして運行ができなくなるが、雨氷を取り除く作業にも時間がかかり、運行再開は遅れがちになる[21]。また、電線の一定の方向にだけ雨氷が付着すると、強風によりギャロッピング現象と呼ばれる振動現象を起こし、電線同士が接触するなどしてショートし、断線することがある[22]。
雨氷が道路を覆うと、表面は硬く滑らかなため非常に滑りやすい状態となり、車はスリップし、歩行者も転倒しやすくなる。雨氷に覆われた道路の制動距離は、乾いている場合の10倍、雪に覆われている場合の2倍といわれている[20]。雨氷は表面が滑らかで透明なため、道路が雨氷に覆われていることに気付きにくく、そのために誤って怪我をしてしまうことが多い[13]。また、鉄道の線路や飛行場の滑走路も凍結した場合、交通網の深刻な停滞・麻痺を来たす。
また、特に雨氷の場合に留意しなければならないのが、停電に伴う影響である。雨氷は電線に付着して停電を起こしやすいため、ガスや電気の代わりとして暖房に火を使うことになる。それによって火災の危険性が高まり、締め切った室内で暖房器具や発電機を使うことで一酸化炭素中毒の危険性も高まる。実際、1998年1月上旬に北米を襲ったアイスストームでは、多数の一酸化炭素中毒患者が出ている[23]。
雨氷に前後して強い寒波が訪れ、低温が長期間続くと、これに水道管の凍結などが加わり、ライフラインがほぼ全て停止するほどの大きな影響が出ることがある。氷が融けない状態が続けば、被害は長期化する。
[編集] 航空機への被害
地上に限らず、上空でも雨氷は発生する。航空機などは、雨氷が付着すると視界が悪くなったり、機体の重みが増したりすることで、航行に支障が生じることがある[8]。ただ、雨氷だけではなく、その他の着氷も航行への支障の原因となる。
[編集] 雨氷と景観
雨氷が物体に付着すると、独特の景観がもたらされる。木々に付着した雨氷は、透明な氷の層を形成し、光が当たるとガラスのように光り輝く。また、山の斜面に帯状の雨氷ができ、それが白く輝いて見えることがある。これらは観光や自然観賞の対象となり、寒い時期に見られる美しい景観として親しまれている。廬山や黄山をはじめとして、山でよく見られる景観として捉えられている地域もあれば[24]、平野部の居住地でも身近に見ることができる景観として捉えられている地域もある。
雨氷を見ることができる地域では、雨氷がもたらす美しい景観やその情緒が、さまざまな形で芸術に表現されている。雨氷をテーマとした文化作品や芸術作品を以下に挙げる。
- 『雨氷の朝』（詩） - 尾崎喜八 『自註富士見高原詩集』、1969年、日本
- 『Freezing rain』（歌） - m.o.v.e アルバム『Deep Calm』、2004年、日本
- 『Freezing Rain Freezin'』（歌） - トロイ・グレゴリー(Troy Gregory)、2002年、アメリカ
[編集] 過去に起こった雨氷の例
北米やヨーロッパでは、冬を中心に、低気圧の通過時に平野部でも雨氷が発生することがある。以下に顕著な被害を出した例を挙げる。
- 1994年10月31日 - アメリカ インディアナ州上空を飛行中のアメリカン・イーグル4184便が雨氷に遭遇し、着氷により操縦不能に。同州ローズローン近郊に墜落、乗客・乗員68名が死亡[25]。(American Eagle Flight 4184)
- 1996年1月23日～24日 - イギリス ウェールズからイングランド中南部にかけての地域で雨氷が発生、各地で停電や交通障害が発生した。[26]
- 1998年1月5日～10日 - カナダ南東部・アメリカ北東部の広範囲で雨氷（アイスストーム）が発生、特にセントローレンス川沿岸で数十mmの雨氷が降り積もった。停電により約400万人が影響を受け、46人が死亡、被害額は数十億ドルに達した[27]。(North American ice storm of 1998)
日本でも、雨氷の観測や、雨氷被害の報告が多数ある。山地で局地的に発生することが多いため、集落や都市部で見られることは少ない。以下に主な例を挙げる。
- 1902年1月8日 - 関東地方のおよそ100km四方の範囲で雨氷が発生、電線に被害が出た[2]。
- 1954年2月27日～28日 - 北海道上川支庁で南北約160kmにわたる範囲で雨氷、森林に被害が出た[2]。
- 1969年1月28日～29日 - 長野県の山間部でおよそ90km四方に渡って雨氷が発生、鉄道や電線、林業に被害を出した[22][2]。
- 1970年2月24日～25日 - 新潟県内陸部～長野県南東部[22]
- 1980年3月22日～23日 - 長野県中部でおよそ70km四方にわたって雨氷が発生、鉄道や電線、林業に被害を出した[2]
- 1987年2月27日～28日 - 熊本県阿蘇地方の阿蘇外輪山東側で局地的な雨氷が発生、人工林の杉などが折れ曲がったりし、およそ1億6,000万円相当の被害を出した[28]。
- 1989年1月24日 - 宮城県仙台平野[22]
- 2003年1月3日～4日 - 関東地方内陸部で雨氷が発生、朝から鉄道の不通や道路のスリップ多発など大きな影響が生じた[21]。
中国でも、雨氷の観測や被害例が多数ある。南方では「下冰凌」「天凌」「牛皮凌」、北京地方では「地油子」といった俗称がある。以下に顕著な被害を出した例を挙げる。
- 1972年2月末 - 華中から華南にかけての非常に広い範囲で雨氷が発生、広州市、長沙市、南京市、昆明市、重慶市、成都市、貴陽市、北京市にかけて通信障害が発生し、多大な損失が出た[24]。
- 2008年1月後半 - 記録的な寒波の影響で貴州省、安徽省、江西省、湖南省などで雨氷が発生し、停電やスリップによる交通事故が多数発生した[29]。
[編集] 天気記号
国際式天気図の天気記号では、
- 24.前1時間内に着氷性の雨または霧雨があった（しゅう雨性ではない）→
- 56.弱い着氷性の霧雨→
- 57.並または強い着氷性の霧雨→
- 66.弱い着氷性の雨→
- 67.並または強い着氷性の雨→
の5種類が雨氷を表す。
日本式天気図の天気記号では、雨氷と雨は区別されていないため、原則として雨、霧雨、雨強しの3つのいずれかが雨氷をあらわす。ただし、雷を伴う場合は優先順位によりこれと異なることがある。
定時飛行場実況気象通報式 (METER) では、「特性」の欄の着氷性を表すFZと、「降水現象」の欄の雨を表すRAを組み合わせた、FZRAが雨氷を表す。着氷性の霧雨の場合はFZDZ。[30]
[編集] 脚注
- ^ Precipitaion Patterns Digital Atlas of Idaho、2008年3月12日閲覧
- ^ a b c d e f g h i j 牛山素行 雨氷現象について disaster-i.net（年報長野県地理、No.9(1991)、pp.18-27）
- ^ a b Weather.com Glossary CLEAR ICE, GLAZE
- ^ NOAA National Weatehr Service Glossary C(clear ice), G(glaze)
- ^ a b Ice Storm Discovery Cannnel
- ^ 三省堂 『大辞林 第二版』
- ^ 大塚美佳 ○短歌・俳句・川柳○ ◇雨氷（うひょう）で一句
- ^ a b 山下勇 11月07日(水) 気象一口メモ
- ^ Supercooled Warm-Rain Processes WW2010 Online Guides、University of Illinois Atmospheric Sciences
- ^ Freezing Rain - Definition WW2010 Online Guides、University of Illinois Atmospheric Sciences
- ^ Freezing Rain - Cyclones and Fronts WW2010 Online Guides、University of Illinois Atmospheric Sciences
- ^ Freezing Rain - Regions of Freezing Rain WW2010 Online Guides、University of Illinois Atmospheric Sciences
- ^ a b Freezing Rain - Dangers to People WW2010 Online Guides、University of Illinois Atmospheric Sciences
- ^ Freezing Rain - Forecasting WW2010 Online Guides、University of Illinois Atmospheric Sciences
- ^ Common Freezing Rain Sounding WW2010 Online Guides、University of Illinois Atmospheric Sciences
- ^ Freezing Rain Climatology Quad Cities, IA/IL Weather Forecast Office, NOAA National Weather Service
- ^ Watches, Warnings and Special Weather Statements Meteorological Service of Canada, Environment Canada
- ^ Freezing Rain In The US West THE WEATHER DOCTOR
- ^ 氷 MSN エンカルタ 百科事典
- ^ a b ICE STORMS: HAZARDOUS BEAUTY THE WEATHER DOCTOR
- ^ a b 2003年1月3日の降雪 ～関東地方で着氷災害～ Earth Travel Museum 気象気候館
- ^ a b c d 田所裕 雨氷ギャロッピング現象事例解析 北見工業大学地域共同研究センター、研究成果報告書第4号、1997年
- ^ The Ice Storm of 1998 CBC Archives
- ^ a b 冻雨的形成与危害 问天网、2001年11月13日。
- ^ American Eagle Flight 4184 National Transportation Safety Board Aircraft Accident Report
- ^ A British Ice Pellet, Freezing Rain and Glaze Event During the Cold Snap of Late January 1996. Dan Suri、2001年3月5日
- ^ The January 1998 Ice Storm Montreal, Quebec, Canada Fast Facts, Introduction, HydroQuebec's Map 2005年1月24日
- ^ 上中作次郎 阿蘇地方に発生した造林地の雨氷害 森林総合研究所九州支所、『九州の森と林業』第4号、1988年6月1日
- ^ 冻雨 Hoodong、2008-02-15 15:59:46の版
- ^ 航空実況気象通報式 METARの読み方 WEATHER NAVIGATOR
[編集] 関連項目
[編集] 参考文献
- 牛山 素行、1991、「雨氷現象について」、『年報長野県地理』No.9(1991)、pp.18-27 → disaster-i.net掲載版
- 山内 仁人、2006、「雨氷」、長野県林業総合センター ミニ技術情報、2006年3月
- Sadao Nakahara、2003、「(43) 雨氷現象」、『お天気歳時記』、2003年1月5日
- 寺田 寅彦、1935「凍雨と雨氷」、『寺田寅彦全集 第六巻』 → 青空文庫掲載
