雨氷

context: 雨氷(うひょう)は、0°C以下でも凍っていない過冷却状態の雨(着氷性の雨)が、地面や木などの物体に付着することをきっかけに凍って形成される硬く透明な氷のこと。着氷現象の一種でもある。

水はふつう凝固点である0°Cを下回ると凝固(凍結)し氷となる。しかし、ある条件下では0°C以下であっても凍結しないで液体のままを保つことがある。水を構成する分子が非常に安定しているときに起こるもので、これを過冷却状態という。自然界では、雲や霧を構成する水滴のように3-数百μmの大きさでは−20°C程度まで、雨粒のように数百μm-数mmの大きさでは−4°C程度まで、過冷却のものが存在することが知られている。

雨粒がこのような過冷却状態にある雨を着氷性の雨という。なお、直径0.5mm以下の雨粒からなる雨を霧雨というが、同様に過冷却状態にある霧雨を着氷性の霧雨という。本項目ではこれ以降、特に注記がない場合は「着氷性の雨」には霧雨も含めることとする。過冷却状態の水に衝撃を与えると急速に凍結を始めて氷となるが、着氷性の雨も同様に樹木、地面、電線などの(0°C以下に冷えている)物体に触れた衝撃で凍結する。このようにしてできる付着氷が雨氷である。なお、雨よりも小さな水滴でできている霧の場合にも起こりうる。過冷却状態にある霧を着氷性の霧という。着氷性の霧は、後述のように風速や気温などの条件次第で付着の様子が変わるため、雨氷に限らず、粗氷、樹氷にもなる。
qas: question: 水を構成する分子が非常に安定しているとき、0°C以下であっても凍結しないで液体のままを保つ現象をどう呼びますか?
answers: text: 過冷却状態

question: 着氷性の雨が物体に衝突したら凍っちゃう原因は何ですか?
answers: text: 衝撃

question: 着氷性雨が通常の雨と異なる点は何ですか?
answers: text: 過冷却状態

context: 1873年の国際会議で決定された気象用語では、ほぼ透明な付着氷が「glazedfrost」、白色で脆いものは「silverthaw」であった。日本では前者を「樹氷」に後者を「凝霜」と訳す予定であったが、1877年に内務省地理局が英語から気象用語を翻訳する際、2つの英文が入れ替わったため、「glazedfrost」は「凝霜」に「silverthaw」は「樹氷」と訳された。後に霜と混同して誤解を生むとされたことから、中国語の「霧淞」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。

英語では「上ぐすり(釉薬)」の意味があるglaze、glazeiceを雨氷を意味する語として用いる。また、航空の分野では航空機に付着する雨氷を特にcleariceと呼ぶことがある。また、着氷性の雨、霧雨、霧はそれぞれFreezingrain、Freezingdrizzle、Freezingfogという。
qas: question: もともと「glazedfrost」は和訳でどんな名前だった?
answers: text: 「樹氷」

question: 1877年に「silverthaw」に間違いでつけられた和訳は何ですか?
answers: text: 「樹氷」

question: 今使われている雨氷の名称はどの国から由来したものですか?
answers: text: 中国

context: 雨氷は、物体表面に硬く滑らかで透明な氷の層を作る。同じ着氷現象の1種である樹氷や粗氷とは、色や性質により区別されている。樹氷は白色不透明、粗氷は半透明なのに対して、雨氷は透明である。また樹氷より粗氷の方が固いがどちらも手で触れば崩れる程度の硬さであるのに対して、雨氷は固く手で触った程度では崩れない。色や脆さの違いは、気泡の含有率に起因している。樹氷は小さな気泡をたくさん含むため白色で脆く、粗氷は樹氷よりは固いがそれでも気泡を多く含むため半透明を呈する。一方の雨氷は気泡の含有率が低いため透明であり、氷が形成されるとき水滴同士が融合しあうので表面が滑らかになる。雨氷の密度は約0.9であり、純粋な氷とほぼ同じである。

なお、0°Cを僅かに超えた雨粒が0°C以下に冷えた物体に付着しても透明な氷ができ、雨氷と混同される場合がある。また、積雪が融解したあと再び凍結するなどして透明な氷ができることもある。これらは雨氷ではない。なお、再凍結によりできるもののうち、例えば細く地面に向かって垂れ下がるものは氷柱、反対に空に向かって伸びるものは氷筍という。
qas: question: 雨氷が他の着氷現象より硬い理由は何が高いためですか?
answers: text: 密度

question: 白色不透明の色をもつ着氷現象は?
answers: text: 樹氷

question: 着氷現象同士で色や脆さの違いが起こる要因は何ですか?
answers: text: 気泡の含有率

context: 着氷性の雨が発生する条件として、地上気温は0°Cからマイナス数°Cの狭い範囲に限られ、後述のように上空に適度な厚みの逆転層が存在することが必要である。ごくありふれた現象である雨や雪と比べて、雨氷は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。

低地の平野部よりも、地形に起伏のある山地などのほうが発生しやすい。これは起伏により逆転層が形成されやすくなることなどが原因である。

雨氷が物体に大量に付着すると、樹木の枝が重くなりって折れ曲がったり、地面に氷の層を作って人の転倒や車両のスリップを引き起こすなど、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風景を作り出すという側面もある。着氷性の雨や霧は上空でも生じるが、これにより雨氷が航空機の翼などに付着して運行に重大な支障を引き起こす例がある。
qas: question: 山地と平野の中では雨氷が多いのはどっち?
answers: text: 山地

context: 着氷性の雨の形成には2通りある。1つは雪が融けて生じるもので、上空で生成された雪が落下する間に融ける「融解過程」を経る。融解過程には、上空に逆転層が生じることが必要である。もう1つははじめから過冷却の状態にあるもので、始めから過冷却の水滴として雲の中で水滴が発達し、地上に達するものである。このプロセスは「過冷却の暖かい雨」と呼ばれている。

着氷性の霧の場合、はじめから過冷却の「過冷却の暖かい雨」である。
qas: question: 融解過程を経て着氷性の雨が形成されるために必要なものは何でしょう?
answers: text: 逆転層

question: はじめから過冷却の状態で降る雨をどう呼びますか?
answers: text: 「過冷却の暖かい雨」

context: 通常、大気は上に行くほど気温が下がるが、例えば上空の高さごとに風向が異なり、上下の冷たい空気の層(冷気層)の間に暖かい空気の層(暖気層)が侵入すると、逆転層が発生する。逆転層発生の要因は他にも地形による寒気のブロックなどがある。

上下の冷気層が気温0°C以下、真ん中の暖気層が気温0°C以上のとき、上の冷気層の雲から雪が降ると、暖気層で融解して雨、冷気層で再冷却され着氷性の雨となる。

雪(固体)→加熱による融解→雨(液体)→冷却→着氷性の雨(過冷却の液体)となる。
ただし、前記のような逆転層があっても、必ずしも着氷性の雨にはならない。逆転層があっても、暖気層で雪が完全に融けないで雪となる場合もあれば、冷気層で凍結してしまい氷の粒が降る凍雨として観測される場合もあるからである。実際、着氷性の雨より凍雨の方が遥かに発生頻度は高い。

具体的に暖気層の厚さが何百mないし、気温が何°Cというようなデータはいくつか報告されているが、事例によりまちまちで定性的ではない。
qas: question: 逆転層を経ても着氷性の雨にならなかった場合水滴はどんな形で観測されますか?
answers: text: 凍雨

question: 凍雨と着氷性の雨でもっと多く観測されるのはどっちですか?
answers: text: 凍雨

context: 着氷性の霧は条件により、雨氷・樹氷・粗氷になる。3者の違いは気泡の含有率にあることは概要の節で述べたが、これと相関性が高いのは付着成長していくときの気温と風速である。気温が高いほど、また風速が速いほど、気泡が少ない傾向にある。ある研究によれば気温−2°C以上では風速に関係なくほとんどが雨氷になり、気温−2°Cから−4°Cの間では風速により雨氷と粗氷に分かれ、気温−4°C以下ではほとんど雨氷は発生しない。
qas: question: 着氷性の霧の気泡の含有率に影響を与える要因は気温以外に何があるか?
answers: text: 風速

question: 風速に関係なくほとんどが雨氷になるために越えなきゃならない気温は?
answers: text: −2°C

context: 着氷性の雨や霧が物体に付着してから完全に凍結するまでには、多少の時間がかかる。この時間は、凍結に伴う潜熱放出による加熱、蒸発に伴う潜熱吸収による冷却などの熱のバランスに左右され、湿度・気温・風速などに相関性がある。凍結速度が遅いと、枝の表面などでは水の部分は重力により落下していくほか、氷の表面は濡れた状態である。

着氷性の雨(過冷却の液体)→物体表面に付着→冷却による凍結→雨氷(固体)となる。
なお、雨氷の凍結を決定する熱的な収支バランスは、顕熱フラックスQs、潜熱フラックスQl、雨氷の凍結に必要な熱量Qfの3つの和により表され、木の枝など円柱表面における算出式は以下のようになる。この値が負で値が大きいほど、凍結は速いと考えられる。

Qs=-πhaΔT(W/m2)とは(haは大気の熱交換係数(W/(m2・°C))、ΔTは大気と雨氷表面の温度差(°C))である。
Ql=-πLehvΔρv(W/m2)とは(Leは水の蒸発潜熱(J/kg)、hvは水蒸気の交換係数(m/s)、Δρvは水蒸気密度の差(kg/m3))である。
Qf=Lfwとは(Lfは水の凍結潜熱(J/kg)、wは降水フラックス(kg/(m2・s))である。
気温と物体表面の温度が低いなどの条件が整うと、着氷性の雨は物体に付着してすぐに凍結し、次々と積もって厚い氷として成長していく。屋根や壁のような平面の物体では低い方へ広がりながら凍結していく。電線や木の枝のように細長い物体ではそれを取り巻くように凍結する。時には氷柱)のように滴りながら成長したり、風のある場合は風上や風下に偏って成長したりする。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(10–15cm)程度の厚さになった記録がある。
qas: question: 雨氷の表面が濡れた状態となるのはどの要因と関係がありますか?
answers: text: 凍結速度

question: 低い方へ広がりながら凍結するのはどういうところに着氷する場合ですか?
answers: text: 平面の物体

question: 顕熱フラックスQs、潜熱フラックスQl、雨氷の凍結に必要な熱量Qfの総和が小さいほど凍結のスピードはどうなりますか?
answers: text: 速い

context: 総観スケールの気象は地域により差異があるため一概には言えないが、いくつかの例を挙げる。

日本においては主に2つの様式が多い。1つは海に面した平野部で、下層に北寄りの風による寒気の移流、中層に南寄りの風による暖気の移流があって、そこに逆転層が生じる様式である。もう1つは内陸の盆地で、弱風下で下層の盆地内に寒気が滞留していて(「冷気湖」という)、中層に南寄りの風による暖気の移流があって、そこに逆転層ができる様式である。天気図で見ると、大局的には日本海と本州南岸の2つの低気圧が並んで東進する「二つ玉低気圧」の時に起こる場合が多い。また着氷性の雨の分布は、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となる場合が多い。

アメリカではいくつかの様式がある。前線を伴った低気圧の北側(温暖前線や停滞前線の寒気側)で発生する様式、大陸に張り出す高気圧の辺縁部(寒冷前線の寒気側)で発生する様式、大陸を東進する低気圧と東海岸の高気圧との間で発生する様式、アパラチア山脈による寒気のせき止めにより発生する様式である。
qas: question: 日本で海に面した平野部で逆転層が生じる過程で寒気の移流はどの方向からですか?
answers: text: 北

question: 日本で逆転層が作られるとき暖かい風は普通どっから吹くの?
answers: text: 南

question: アメリカと日本で逆転層が生じる様式はどっちが多いですか?
answers: text: アメリカ

context: 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、雨氷が発生することがある。一般的に、標高が高いほど雨氷が発生しやすい。例えば日本で雨氷被害の多い長野県では、雨氷の発生日数が標高に対応して分布するという報告がある。ただし、ある程度の高さを超えると逆に発生しにくくなることがある。これは逆転層のできやすい高さがあり、標高が高くなると逆に暖気層に覆われることが多くなるためとみられている。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し、山の斜面のある高さの付近あるいは片側だけ、雨氷が発生した例もある。

一般的に起伏のある地形では樹氷や粗氷も発生しやすいが、例年のように樹氷が現れる場所で同様に雨氷が見られるかと言えばそうではない。雨氷は条件が非常に限定的なため、限られた狭い地域で偶発的に発生し、年々変動が大きい。
qas: question: 雨氷が発生しやすくなる地形的要因は何ですか?
answers: text: 標高

context: 広域的には、アメリカ、カナダ、ヨーロッパ、中国、日本など各地で発生例が報告されている。特にアメリカとカナダにまたがるセントローレンス川沿岸ではよく発生することが知られている。セントローレンス川沿岸に位置する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発生する。

アメリカで1948–2000年の着氷性の雨の年間平均発生日数を調べた調査では、最多のアディロンダック山地南部で7日、ミズーリ州からペンシルベニア州までの帯状の地域及びアイオワ州・ミネソタ州西部で5日などとなっている。同様にカナダで1961–1990年の着氷性の雨・霧雨の年間発生日数を調べた調査では、ニューブランズウィック州、ノバスコシア州、ニューファンドランド島東部で年間50日(着氷性の雨に限っても25日)などとなっている。

日本では、長野県で特に多く報告され多いところでは年平均2–3回の発生がある。また、1989–2003年に気象台や測候所のある都市の着氷性の雨・霧雨を調べた調査において、中部から東北にかけての山間部や東北と北海道の太平洋側平野部のいくつかの都市で4–5年に1回程度の発生が報告されているほか、被害をもたらすレベルの雨氷は国内で10年に1件程度という調査がある。

時期については、研究報告のある北半球では、冬季に発生のピークがくる地域が多いが、北極に近く寒冷な地域の中には夏季にピークがくるところもある。
qas: question: 年間約12–17回、時間にして年間計約45–65時間の雨氷が発生する地域はどこですか?
answers: text: モントリオール

question: アメリカで1948–2000年の着氷性の雨の年間平均発生日数調査で最大7日という結果が出たのはどこですか?
answers: text: アディロンダック山地南部

context: アメリカでは、着氷性の雨または着氷性の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「WinterWeatherAdvisory」、雨氷が1/4インチ以上積もることが予想される場合に「IceStormWarning」が、アメリカ海洋大気庁(NOAA)の気象局(NWS)によってそれぞれ発表され、警戒が呼びかけられる。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「SpecialWeatherStatement」に付随する注意情報または「FreezingDrizzleWarning」が、1–4時間以上着氷性の雨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「FreezingRainWarning」が、カナダ環境省の気象局(MSC)によってそれぞれ発表される。

日本では、着氷全般(雨氷以外の霧氷・樹氷・粗氷・樹霜、融雪の再凍結なども対象としている)に注意を呼びかける着氷注意報というものがあり、雨氷の発生が予測される場合に出される注意報・警報等ではこれが最も重い。着氷注意報の発表基準は都道府県や地域によって異なり、(24時間降雪量などが基準になる)大雪警報発表時に気温が−2–2°Cとなる場合(大雪注意報まで含めたり、湿度90%以上という条件を付加したものもある)、大雪注意報発表時に気温が-2°C以上となる場合、著しい着氷が予想される場合、気温0°C付近で並以上の雪が数時間以上降り続くと予想される場合、船への着氷のみを対象に発表する場合等がある。また、着雪注意報という類似の注意報があり、この基準のみを定めて着氷注意報の基準を定めていない所や、両方とも定めていない所もある。
qas: question: アメリカで「IceStormWarning」が下される基準は雨氷何インチですか?
answers: text: 1/4インチ

question: カナダで5時間以上着氷性の雨が降り続くことが予想される場合に発表されるのは何ですか?
answers: text: 「FreezingRainWarning」

question: 日本で雨氷が予測される場合出される注意報でもっとも重いやつはどれ?
answers: text: 着氷注意報

context: 雨氷ができた後、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。しかし、例えばカナダ・アメリカでは、着氷性の雨の約45%が1時間以内、約90%が5時間以内に終わってしまうという研究があり、長時間続くと被害が大きくなる。

雪や霧氷などに比べて雨氷は密度が高く、固い。雨氷による被害の主なものとして、樹木の被害、電力網への被害、交通の支障、人的被害等が挙げられる。北東部を中心に被害が多いアメリカでは、着氷性の雨を伴った天候をアイスストームと言うが、1949年から2000年までの間にアイスストームによる損害額は163億ドル(2000年時点)に上るとされ、同国内の気象災害によるケガの20%がアイスストームによるものだという報告もある。
qas: question: 1949年から2000年までの間の着氷性の雨によるアメリカの被害額はいくらですか?
answers: text: 163億ドル

question: 雨氷をアメリカではどう呼ぶ?
answers: text: アイスストーム

context: 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。

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、15mの木に総重量4.5トンの雨氷が付着した例もある。日本における事例では、森林に被害を与える気象現象の中で雨氷は珍しい部類ではあるが、北海道、岩手、長野などで詳しい記録がある。なお、雨氷で森林被害が生じても氷が解けるとそれが雨氷が原因であったことがわからないこともあるため、報告されていないものもあると考えられている。北海道のカラマツ人工林で行われた被害調査では、同年齢の樹木の中で太く高いものが被害を受ける事例、逆に細く低いものが被害を受ける事例、また樹勢に関係なく被害を受ける事例があり、樹勢よりも風や付着の仕方などの気象条件の方が雨氷被害との相関性が高いと報告されている。

2016年1月末に長野県中部で発生した雨氷による倒木被害は標高800–1100mの範囲に被害が集中していたが、このように雨氷による倒木被害が一定の標高に集中するのは、標高がより高い場所では雨粒が雪になり、標高がより低い場所の地表付近は気温が高く雨氷現象が起こらなくなるためという見方がある。
qas: question: 2016年長野県中部で発生した雨氷は何月のものですか?
answers: text: 1月

question: 雨氷によって被害を負う主な犠牲者は誰ですか?
answers: text: 樹木

question: カラマツ人工林の所在地はどこですか?
answers: text: 北海道

question: 長野県中部で発生した雨氷の被害が、標高が高いところで逆に少なくなった理由は何ですか?
answers: text: 雨粒が雪になり

context: 市街で発生した場合は、特に被害が大きくなる。氷が電線に付着して電柱が倒壊し、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は着雪などに比べて時間がかかり、運行再開は遅れがちになる。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。

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。雨氷は表面が滑らかで透明なうえ、雪が降るとすぐ覆い隠されてしまうため、道路が雨氷に覆われていることに気付かないことがある。また、気づいていても滑りやすいので、誤って怪我をしてしまうことが多い。戸外での移動に際しては、靴や車のタイヤのスリップ対策が必要になる。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。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。
qas: question: 電柱と送電線の鉄塔で重いのはどっちですか?
answers: text: 送電線の鉄塔

question: 電線の一定の方向にだけ雨氷が付着した状態で強風によって振動が起こる現象をどう呼びますか?
answers: text: ギャロッピング現象

question: 道路の制動距離は乾いている場合と雪に覆われている場合、どっちが長いですか?
answers: text: 雪に覆われている場合

question: 密閉された空間で暖房器具や発電機を使うことで生じる危険とは?
answers: text: 一酸化炭素中毒

context: 地上に限らず、上空でも雨氷の付着被害が発生する。航空機に雨氷が付着すると、視界が悪くなったり、機体の重量や空気抵抗が増加したり、翼に付着して揚力を低下させたり、ジェットエンジンやプロペラに付着して出力を低下させたりして、航行に支障が生じることがある。その他の着氷も航行への支障の原因となるが、付着速度は雨氷が最も速く、氷が硬く取れにくいため、もっとも厄介な着氷とされる。現在では航空機の防氷システム(英語版)が普及しており、中型機では主に防氷ブーツ、大型機では主にヒーターや空圧を利用した機構により着氷を防止したり、氷を除去(除氷)したりしている。

なお、航空機においては地表では凍雨として観測されていても上空では着氷性の雨という場合があり、予報の際には凍雨を含めて考える必要がある。
qas: question: 中型機で主な除氷手段として使われるものは何でしょう?
answers: text: 防氷ブーツ

question: 一番付着速度が早い着氷現象は何ですか?
answers: text: 雨氷