Băng mưa

Băng mưa là một lớp băng cứng và trong suốt được hình thành do  mưa siêu lạnh không bị đóng băng ngay cả ở nhiệt độ dưới 0 °C (mưa hình thành băng) rơi xuống, bám vào mặt đất hoặc các vật thể như cây cối và bị đóng băng lại. Nó cũng là một loại hiện tượng nước đóng băng.

Siêu lạnh và đóng băng

Nước có điểm đóng băng 0 °C. Khi nó nhỏ hơn 0 °C, nó đông cứng lại (đóng băng) và trở thành băng. Tuy nhiên, trong những điều kiện nhất định, nó không đóng băng ngay cả khi nhiệt độ nhỏ hơn 0 °C, và vẫn giữ ở thể lỏng. Nó xảy ra khi các phân tử nước rất ổn định, được gọi là siêu lạnh. Trong thế giới tự nhiên, những giọt nước tạo thành mây hoặc sương mù có kích thước từ 3 đến vài trămg μm có thể giữ ở thể lỏng khi đến -20 °C, những hạt mưa kích thước từ vài trăm μm đến vài mm có thể giữ ở thể lỏng cho đến -4 .
Những cơn mưa có những hạt mưa ở trạng thái siêu lạnh như vậy được gọi là mưa đóng băng. Các hạt mưa ở trạng thái siêu lạnh sẽ đóng băng nhanh chóng ngay khi nó bị tiếp xúc, khi hạt mưa chạm vào các vật như cây cối, mặt đất, dây điện, v.v. (đang lạnh ở nhiệt độ dưới 0℃) và bị đóng băng theo hình thù của vật. Ngoài ra, nó có thể xảy ra trong trường hợp sương mù với  những giọt nước nhỏ hơn hạt mưa. Một màn sương siêu lạnh được gọi là sương mù đóng băng . Đóng băng trong khí quyển được mô tả dưới đây cho tình trạng bám dính khác nhau tùy thuộc các điều kiện như tốc độ gió và nhiệt độ.

Tính chất của băng mưa

Băng mưa tạo ra một lớp băng cứng, mịn và trong suốt trên bề mặt vật thể. Nó được phân biệt với băng tuyết và băng sương bởi màu sắc và bản chất của nó. Băng tuyết có màu trắng đục không trong suốt, băng sương bán trong suốt trong khi băng mưa trong suốt. Mặc dù băng sương cứng hơn băng tuyết, nhưng cả hai đều dễ vỡ khi chạm vào,  còn băng mưa khá cứng, vẫn giữ được hình dạng khi chạm vào. Sự khác biệt về màu sắc và độ giòn là do các bọt khí chứa bên trong. Băng tuyết có màu trắng và giòn vì nó chứa nhiều bong bóng nhỏ, và băng sương cứng hơn băng tuyết nhưng vẫn mờ đục vì chứa nhiều bong bóng. Trong khi băng mưa trong suốt là do hàm lượng bong bóng thấp và khi băng được hình thành, các giọt nước hợp nhất với nhau để làm cho bề mặt mịn . Mật độ của băng mưa là khoảng 0,9, tương đương với băng nguyên chất.
Ngoài ra, những hạt mưa trên 0 °C một chút, khi chạm vào những vật lạnh dưới 0 °C cũng có thể tạo ra lớp băng trong suốt, có thể gây nhầm lẫn với băng mưa. Cũng có trường hợp, băng tuyết tan ra và đông lại một lần nữa, cũng tạo ra lớp băng trong suốt. Đây không phải là băng mưa .

Đặc điểm

Điều kiện để tạo ra mưa băng là nhiệt động không khí phía trên mặt đất ở trong khoảng hẹp từ 0 đến âm vài độ, cộng với tồn tại lớp không khí dày nghịch nhiệt ở trên cao. So với những hiện tượng mưa và tuyết rất phổ biến, băng mưa ít thấy hơn, và được coi là hiện tượng thời tiết hiếm gặp .
Nó dễ hình thành ở vùng địa hình đồi núi gồ ghề hơn đồng bằng ở vùng thấp. Điều này do thực tế là lớp nghịch nhiệt dễ dàng hình thành do sự không đồng đều của địa hình.
Khi một lượng lớn băng mưa dính vào các vật thể, các nhánh cây có thể trở nên nặng hơn và bị uốn cong, hoặc có thể tạo thành một lớp băng trên mặt đất, khiến con người dễ ngã hoặc trượt, v.v. Mặt khác,  băng mưa dính trên cây v.v... tạo nên cảnh đẹp. Băng mưa dính vào cánh của máy bay và có thể gây ra vấn đề nghiêm trọng trong hoạt động .

Quá trình hình thành

Có hai cách để hình thành mưa băng. Một là tuyết rơi xuống bị tan chảy trong lớp không khí ấm trên cao rồi vào trạng thái siêu lạnh ở lớp không khí lạnh gần mặt đất. Quá trình tan chảy này đòi hỏi sự hình thành của một lớp nghịch nhiệt trên bầu trời. Hai là trạng thái siêu lạnh ngay từ đầu, từ đầu những giọt nước trong các đám mây phát triển thành những giọt siêu lạnh và chạm tới mặt đất. Quá trình này là " mưa ấm siêu lạnh (supercooled warm rain process, SWRP)".

"Mưa ấm siêu lạnh"

Người ta đã đề cập rằng các giọt nước siêu lạnh không phải là hiếm trong môi trường mây và mưa. Ví dụ: trong đám mây thông thường có nhiệt độ khoảng 0 đến -4 °C, hầu hết các giọt nước ở trạng thái siêu lạnh, nhiệt độ càng thấp thì số lượng giọt siêu lạnh càng ít, nhưng các giọt nước siêu lạnh vẫn tồn tại đến khoảng -20 °C. Hơn nữa, trên thực tế, phần lớn loại đám mây này thường có nhiệt độ cao hơn -10 °C ở đỉnh của đám mây. Nếu các hạt này phát triển và rơi xuống vẫn duy trì trạng thái siêu lạnh khi chạm đất, hoặc tạo một lớp băng trên một chiếc máy bay ở trên không, thì đó sẽ là một cơn mưa băng . Loại mưa đóng băng này có đường kính giọt nhỏ, và hầu hết được phân loại vào mưa phùn thay vì mưa .
Những đám mây chứa những giọt nước siêu lạnh được quan sát thấy cũng là sương mù băng giá khi chúng xuất hiện trên các vùng núi.

Sương mù đóng băng

Tùy thuộc vào điều kiện, sương mù sẽ thành mưa băng, sương muối cứng, sương muối mềm. Nó đã được đề cập trong phần tóm tắt rằng sự khác biệt giữa ba là ở lượng bong bóng khí, nhưng điều tương quan cao với điều này là nhiệt độ không khí và tốc độ gió khi hình thành. Nhiệt độ càng cao và tốc độ gió càng nhanh, bọt khí càng ít. Theo một nghiên cứu, nhiệt độ trên -2 °C, hầu hết trở thành mưa băng bất kể tốc độ gió, nhiệt độ -2 đến -4 °C  sự hình thành mưa băng tùy thuộc vào tốc độ gió.   Dưới -4 °C, hầu như không có mưa băng xảy ra .

Thời tiết mang theo băng mưa

Các đặc điểm của mưa băng bao gồm các điều kiện thời tiết ở quy mô rộng như áp suất thấp và vượt qua ranh giới 2 khối khí nóng lạnh và ảnh hưởng của địa hình.

Quy mô thời tiết

Không có thiệt hại lớn nếu băng tan khi nhiệt độ tăng sau khi hình thành băng. Tuy nhiên, ví dụ, ở Canada và Mỹ, khoảng 45% cơn mưa băng kéo dài dưới một giờ, một nghiên cứu cho thấy khoảng 90%  kết thúc sau chưa đầy 5 giờ , thiệt hại sẽ tăng lên nếu mưa băng tiếp tục trong một thời gian dài.
Băng mưa dày đặc và cứng hơn tuyết hoặc sương muối . Thiệt hại chính do mưa và băng là thiệt hại cây cối, thiệt hại cho lưới điện, các vấn đề giao thông và thiệt hại cá nhân.