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 μ m 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 [2][3][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 [5][6][7][8]. 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 [6][8]. 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 [9].

Tương tự như băng mưa nhưng là các hiện tượng khác nhau

• "Băng sương" bán trong suốt
• Băng tuyết trắng đục
• Băng tinh thể với cấu trúc tinh thể đáng chú ý [注 1][6]

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 [5][9].

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 [9][10].