降水過程
降水過程(こうすいかてい、precipitation process)とは、空気中の水蒸気から雲が生成され水滴や氷晶が成長、降水である雨や雪などの形で降るまでのメカニズムのこと。特に、氷(固体)の状態を経るものを冷たい雨または氷晶雨、水の状態(液体)だけで進むものを暖かい雨という。
現在も通用している降水過程のメカニズムが解明されたのは、20世紀初頭のことである。ベルシェロン・フィンデセンの説(Bergeron Findeisen process)または氷晶説などと呼ばれており、現在で言う「冷たい雨」の雨粒の形成メカニズムを明らかにした。
ドイツの地球物理学者・気象学者アルフレート・ヴェーゲナーは、水が0 °C以下であっても凍らない過冷却の状態が存在すること(過冷却現象自体はそれ以前に同じくドイツのガブリエル・ファーレンハイトが発見していた)、氷晶の周囲よりも水滴の周囲のほうが飽和水蒸気圧が高いこと、氷晶は空気中の水蒸気を引き寄せること、といった説を1911年に発表した。
これを証明したのがスウェーデンの気象学者トール・ベルシェロンである。彼は、霧に包まれたモミの森で、気温 0°C以下のときは木々に霧氷ができて木々の間だけは霧が晴れ、気温0 °C以上のときは木々の間にも霧が入り込む事を発見した。
過冷却水滴より氷晶のほうが飽和水蒸気圧が小さいため、氷晶のまわりでは過冷却水滴が蒸発して昇華する(昇華成長、昇華凝結成長)。例えば、1気圧の大気における水の飽和水蒸気圧は2.862 ヘクトパスカル(hPa)、氷の飽和水蒸気圧は2.597 hPaで、水について飽和に達した空気は氷に対して10 %の過飽和状態になる。昇華成長は水滴の凝結成長よりも速く、昇華だけでも10 - 20分で雪の大きさの氷晶まで成長できる。成長速度は約-12 °Cで最大となる。昇華成長には多数の過冷却水滴の存在が必要となる。
主にこの過程で、独特の形をした雪の結晶(雪片)が形成される。"晶癖"と呼ばれる結晶形状の差異は、気温や氷過飽和度の大小によって変化する。