树挂(又称“冰挂”)是自然界中美丽的冰雪景观,主要分为雾凇和雨凇两种类型。它们的形成需要特定的气候条件和复杂的物理机制,下面详细解析:
一、雾凇(Rime Ice)
定义:雾凇是低温时过冷雾滴或水汽在树枝、电线等物体表面直接凝华(气态→固态)或冻结形成的白色疏松冰晶,呈毛茸茸的絮状或粒状。
形成条件:
低温环境:
- 气温需低于0℃,通常在-10℃至-5℃之间最易形成。
- 物体表面温度也必须低于冰点。
充足水汽:
- 空气湿度接近饱和(相对湿度>90%),常见于大雾天气或近水区域(如河湖、水库附近)。
微风条件:
- 风速1~3米/秒的微风,利于雾滴缓慢接触物体表面。强风会吹散雾气,静风则不利于水汽输送。
过冷雾滴:
- 雾滴温度低于0℃但仍保持液态(过冷水滴),一旦接触低于冰点的物体表面便会冻结。
物理机制:
凝华作用(主要):
- 当空气中水汽饱和时,水蒸气直接在物体表面凝华成冰晶(气态→固态),形成晶状雾凇(结构清晰,类似霜)。
冻结作用:
- 过冷雾滴撞击到低温物体表面瞬间冻结,形成粒状雾凇(结构致密,呈乳白色)。
- 冻结过程释放潜热,若潜热不能及时散失,会阻碍后续冻结,因此需要持续低温。
典型气候环境:
- 地域:常见于高纬度或高海拔寒冷湿润地区,如中国吉林松花江畔(冬季水温高于气温,雾气弥漫)、黄山、峨眉山。
- 时间:冬季清晨,夜间辐射降温强,易形成雾且气温低。
二、雨凇(Glaze Ice)
定义:雨凇是过冷雨滴(0℃以下的液态雨)降落到低于冰点的物体表面后迅速冻结形成的透明或毛玻璃状冰层,质地坚硬光滑。
形成条件:
逆温层结构(关键!):
- 高空暖层:云层温度>0℃,降水以液态形式下落。
- 近地冷层:地表附近气温<0℃,物体表面温度≤0℃。
- 雨滴穿过冷层时未完全冻结,保持过冷状态。
物体表面低温:
过冷雨滴:
- 雨滴温度低于0℃但未冻结(缺乏凝结核或冻结时间不足)。
物理机制:
过冷雨滴撞击冻结:
逐层累积:
- 雨滴在冰面上铺展并冻结,形成光滑透明的冰层(俗称“冰壳”)。
- 若冻结速度慢,可能出现浑浊的毛玻璃状冰(内部含气泡)。
典型气候环境:
- 天气系统:多发生在冬季或早春的暖锋活动期间:
- 暖湿气流沿冷空气楔爬升,形成高空暖层(雨)和地面冷层(冻)。
- 地域:中国南方冬季(如湖南、贵州)、北美东北部,易形成灾害性“冻雨”。
三、雾凇 vs 雨凇:核心区别
特征
雾凇
雨凇
形态
白色絮状/粒状,疏松多孔
透明或毛玻璃状,坚硬光滑
密度
低(0.1~0.4 g/cm³)
高(0.8~0.9 g/cm³)
形成过程
水汽凝华或雾滴冻结
过冷雨滴直接冻结
天气条件
大雾+低温+微风
冻雨(高空暖、地面冷)
危害性
较轻(可能压弯细枝)
严重(压垮电线、树木)
四、树挂的灾害与价值
- 灾害性:
- 雨凇:易导致电路中断(如2008年中国南方雪灾)、交通瘫痪、树木折断。
- 雾凇:较轻,但大量积累可能损坏输电线路。
- 生态价值:
- 景观价值:
- 吉林雾凇与桂林山水、云南石林、长江三峡并称“中国四大自然奇观”。
总结
树挂的形成是水相变(凝华、冻结)与特定气候(低温、高湿、逆温层)共同作用的产物:
- 雾凇 = 过冷雾滴/水汽 + 低温物体表面 → 凝华或冻结。
- 雨凇 = 过冷雨滴 + 逆温层结构 + 冷地表 → 撞击冻结。
理解这些机制,不仅能欣赏自然奇观,也能科学应对其潜在的灾害风险。