雨氷
通常、大気は上に行くほど気温が下がるが、たと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、ほか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)
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メートルないし、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。
半透明の「粗氷」
白色不透明の「樹氷」
結晶構造が目立つ「樹霜」
Q l = − π L e h v Δ ρ v ( W / m 2 ) {\displaystyle Q_{l}=-\pi L_{e}h_{v}\Delta \rho _{v}\ (\mathrm {W/m^{2}} )} ...( L e {\displaystyle L_{e}} は水の蒸発潜熱 (J/kg)、 h v {\displaystyle h_{v}} は水蒸気の交換係数 (m/s)、 Δ ρ v {\displaystyle \Delta \rho _{v}} は水蒸気密度の差 (kg/m))
Q f = L f w {\displaystyle Q_{f}=L_{f}w} ...( L f {\displaystyle L_{f}} は水の凍結潜熱 (J/kg)、 w {\displaystyle w} は降水フラックス (kg/(m・s))
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 - 15センチメートル)程度の厚さになった記録がある。