雨氷
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雨氷(うひょう、あめごおり)とは、落下または浮遊している過冷却の水滴が、樹木、地面、人工物などの物体に付着してできた、透明で均質な構造の氷のこと。物体表面に滑らかな氷の層をつくる[1][2][3]。
過冷却の水滴は、物体に付着した衝撃で瞬時に凍結して氷の結晶となる。従って雨氷は、付着前は液体であり、付着後は固体に変化する。雨氷は着氷現象の一種である[1]。
雨氷には2種類ある。1つは着氷性の雨によるもので、英語の訳語にはGlaze, Glaze iceが充てられる。もう1つは着氷性の霧によるもので、こちらの訳語にはClear iceが充てられる[2]。
Glazeにあたる雨氷とClear iceにあたる雨氷は、成因によって区別されているが、外観は同じである。英語等でもしばしば混同されたり、あるいは同一視されたりすることがある[2]。
日本語では、雨氷の原因の1つである着氷性の雨も「雨氷」と呼ぶことがあるが、厳密には誤りである。こちらは降水現象の一種である[2]。
目次 |
[編集] 概要
[編集] 着氷性の雨
気象学では、過冷却の水滴でできた雨が降る天候を、普通の雨と区別して、着氷性の雨(ちゃくひょうせいのあめ、英語:Freezing rain)または着氷性降水と呼ぶ。雨と霧雨が雨粒の大きさで区別されているのと同様に、着氷性の雨も雨粒の大きさが0.5mm以上のものを「着氷性の雨」、0.5mm未満のものを「着氷性の霧雨」(着氷性霧雨)と区分する[4]。
付着前(落下時)は液体、付着後は固体であり、付着前(落下時)は雨との区別ができないが、付着後は硬く透明な氷の層を形成し、ここで初めて着氷性の雨であることが分かって雨と区別される。また、気温が0℃以下(氷点下)であるにもかかわらず雨が降っている場合は、それが雨氷である可能性が高いと推測される。
[編集] 着氷性の霧
詳細は「着氷性の霧」を参照
雨と同様に、過冷却の水滴からなる霧を区別して、着氷性の霧(ちゃくひょうせいのきり、英語:Freezing fog)と呼ぶ。浮遊時は液体、付着後は固体である。付着前に普通の霧との区別ができない点は着氷性の雨と同じである。異なるのは、水滴が非常に小さく軽いこと、それに伴い水滴の密度が高いことや、いったん着氷が始まると、周りの水滴がどんどんと着氷し始めて急速に雨氷が成長する(ライミング)ことなどである。
着氷性の霧も、付着前は普通の霧との区別ができないが、付着後であれば区別が付く。また、森林などでは、普通の霧と着氷性の霧では霧自体の分布が違ってくることがある。例えば、霧が立ちこめる森を少し離れた所から概観したときに、普通の霧であれば木々の間にもびっしりと霧が入り込むが、着氷性の霧は木々の間だけ霧が晴れ、森の上にしか霧が見えないという現象が起こることがある。これはライミングによるものである[5]。
[編集] 雨氷
硬く透明な氷の層を形成する雨氷は、非常に密度が高く頑丈である。大量に付着すると非常に重くなり、樹木を折り曲げ倒したりするなど、被害を発生させることがある。一方、樹木などに付着した雨氷が美しい景観を作り出すという側面もある。
雨氷を他の着氷現象と比較すると、雪・霧氷・樹霜(霜を含む)・雪あられは不透明・半透明の結晶である点、細氷(ダイヤモンドダスト)・凍雨・氷あられ・雹は落下時も固体である点、氷霧は落下しない点、氷柱は付着後しばらくしてから凍結する点が、それぞれ異なる。
日本では、"glazed frost"の訳に当たる「凝霜」が、近代ごろより雨氷を表す言葉として用いられていた。しかし、霜ではないため誤解を生みやすいとされており、中国語の「雨淞」をより平易にした「雨氷」が1915年(大正4年)から使用されるようになった[6]。
[編集] 総括
上空の大気の気温の分布がある特殊な条件のときにのみ発生する(次節で詳しく解説)。地形に起伏のある山岳地帯では比較的多く見られるが、平野部ではあまり見られない。ごくありふれた現象である雨や雪と比べて、目にする機会が少なく、発生頻度も低いため、珍しい気象現象とされている。日本国内では、被害をもたらすような雨氷は10年に1回程度の頻度で発生し、それも中部地方以東に多く見られる[6]。一方、世界的に見て雨氷が多いセントローレンス川沿岸に位置するカナダのモントリオールでは、年間約12~17回、時間にして年間計約45~65時間という頻度で雨氷が発生する[7]。
雨氷の発生時期には多少の地域差はあるものの、北半球では12月~翌年1月を中心として冬に多く発生する[6][8]。ちなみに、雨氷は冬の季語となっている[9] [10]。
[編集] 発生から付着までの過程
[編集] 発生
通常、上空の大気(空気)は上に行くほど気温が下がるが、大気が風によってかき混ぜられると、気温が0℃以下の冷たい空気の層(冷気層)の上に気温が0℃以上ある暖かい空気の層(暖気層)がかぶさる状態になることがあり、これを逆転層が発生した状態という。
この状態で、地上付近の冷気層の厚さが薄いときに、暖気層より上の層にある雲から雨や雪が落下すると、次に挙げるようなプロセスを経て「着氷性の雨」として落下する。この冷気層が厚い場合には、雨粒が落下途中に過冷却を経て凍結してしまい、凍雨となって落下する。着氷性の雨よりも凍雨のほうが発生頻度が高い。
- 雲から落下した雨や雪は暖気層を通過する際に溶けて雨となる。
- その雨が下の冷気層を通過する際に過冷却の状態となる。
- 過冷却の雨、つまり着氷性の雨が地上に落下する。落下した衝撃で雨滴は凍結し氷晶となる。
- 着氷性の雨は凍結した氷晶の上にさらに付着して凍結していき、硬く透明な氷の層を形成する。
また、雨滴が過冷却ではない場合でも、過冷却寸前の0度近くに冷えていて、当たった物の温度が0℃以下だった場合も、同じように雨氷となって氷の層を形成する[11]。
ここまでは、冷たい雨のプロセスを経る着氷性の雨について述べてきた。このほかに、暖かい雨のプロセスを経る着氷性の雨もある。過冷却の暖かい雨(Supercooled Warm Rain Process, SWRP)などと呼ばれており、始めから過冷却の水滴として雲粒が発達し、一度も凍結しないまま降り物体に当たって初めて凍結するものである。この過程を経て着氷性の雨を降らせる雲は、おおむね雲頂(雲の最高部)の気温が-10℃より高いことが知られている[12]。このプロセスを経てできた雲は、雲粒があまり発達しないことが多く、通常は「過冷却の霧」(あるいは過冷却の雲粒からなる雲)となり、地上付近に発生した場合は雲粒が樹木などに付着して樹氷や粗氷を作る。このプロセスを経て過冷却の雨に発達する例はほとんど見られない。
樹氷(soft rime)とは、白色不透明でもろい氷の層・結晶を指す。また粗氷(hard rime)とは、白色半透明・透明で硬い氷の層・結晶を指す。またclear iceに当たる雨氷は、無色透明で固い氷の層を指す。雲粒が霧の粒子として浮遊できないほど大きく発達し、落下したものが(着氷性の雨による)雨氷となる。過冷却の雲を構成する粒が、非常に小さいと樹氷、やや小さいと粗氷、かなり大きいと雨氷(clear ice)、浮遊できず地表に落下するほど大きいと雨氷(glaze)になるとされており、この4つは深い関連性がある。
[編集] 逆転層の形成
逆転層の発生に関わる条件として、低気圧や前線の通過、地形の影響などがある。
上空の温度の分布の関係で、雨が降っている区域と雪が降っている区域の境界付近で着氷性の雨が降りやすいため、このような区域では着氷性の雨が降る可能性があると考えてよい。
[編集] 低気圧と前線の影響
低気圧によって南北で風向が大きく異なる強風が吹いている場合、北に雪を降らせる寒気があり南に風を送り出し、南に雨を降らせる暖気があり北に風を送り出しているような状態となることがある。すると、2つの空気の塊が衝突し、寒気の上に暖気が乗り上げ、逆転層ができて雨氷が降る。
このとき、地図上に気温と雨氷(着氷性の雨)の分布図を示すと、0℃の等温線と雨氷の分布がちょうど重なる。雨や雪の分布も重ねると、雨氷は雨と雪のちょうど境目付近に分布することが多い。凍雨は着氷性の雨と似た条件で発生するため、雨氷と同じような分布を示すことが多い。また、地図上に風速・風向の分布を重ねると、雨氷の分布地域や0℃の等温線とほぼ同じ地域に、風向が急変するウインドシアが見られることが多い。
天気図で見れば、低気圧の東側にある温暖前線の寒気側から低気圧の周囲付近にかけての細長い地域で着氷性の雨が降る例が多く[13]、他に寒冷前線の寒気側、停滞前線の寒気側などでも着氷性の雨が降ることがある。
ただし、北極に近い高緯度地方では、寒冷前線の寒気側で、幅50km以上の広範囲にわたって着氷性の雨が降ることもある。これは、この地域の寒気が非常に低温であることなどが関係している。寒気が大陸の乾燥した空気、暖気が海洋の湿った空気で構成されているとこの傾向が強くなる。[14]。
[編集] 地形の影響
山地など起伏のある地形の場所では、斜面を空気が上昇すると空気かかき混ぜられて逆転層ができ、雨氷が発生することがある。標高が高いほど雨氷が発生しやすいが、ある程度の高さを超えると逆に発生しにくくなる。これは逆転層のできやすい高さがあることが原因である。
逆転層の発生は、谷型の地形の場所、あるいは暖気と寒気が衝突しやすい場所に多いため、そのような場所で、かつ気温が0度付近以下に低下するような地域で多く発生する。
谷型の地形では、セントローレンス峡谷が典型的な発生地域で、世界でも最も頻繁に雨氷が発生する[7]。この地域は山脈に囲まれた峡谷となっており、寒気と暖気が衝突しやすく、逆転層発生の条件が整いやすい。
寒気と暖気が衝突する場所では、アメリカ、カナダ、ヨーロッパ、中国、日本などの広範囲で発生例が報告されている。アメリカでは、ロッキー山脈より東側(南部の海沿いの一部を除く)の地域で雨氷が発生し、西側の地域では発生しない。これは、北極気団がロッキー山脈に阻まれて、それより南西側には南下できないためである[15]。
また、山の斜面沿いでは、一時的に狭い範囲で逆転層が発生することがあり、山の斜面のある高さの付近だけ、帯状に雨氷に覆われるといったことも起こる。このような地形では、樹氷や粗氷も発生しやすい。
[編集] 付着形態
雨氷の大きな特徴として、物体に付着して次々と積もり、厚く硬い氷として成長していくことが挙げられる。液体として大気中を落下してきた過冷却の雨が、屋根のように物体の空に向いた面に触れると、物体に触れた面から凍結が始まり、まだ液体のままの部分は凍結した部分の周囲に広がりながら凍結していく。壁のように地面に対して横を向いた面に触れると、下に向かって滴りながら凍結する。電線のように筒状で地面と平行な物体に触れると、滴りながら凍結してつららのような氷をつくる。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)程度の厚さになる[16]。
一定以上の風がある場合、着氷性の雨は雨と同じように横殴りに吹き付ける。すると、物体の風上側の面に大量の氷が付着し、反対側はあまり多くない、と言ったことが起きる。また、水滴の大きさ次第では、付着から凍結までの時間が長くかかることがあり、物体表面を伝って垂れ下がりながら凍結した氷柱(つらら)のような雨氷を見ることもできる。風があれば、風向きに応じて斜めに垂れ下がる氷柱を見ることができる。
[編集] 雨氷の予測
雨氷は、集中豪雨などと同じように、現象が起こる範囲が狭い、いわゆる局地現象である。気温わずか10℃程度の変化で雨から着氷性の雨、凍雨、雪へと変わるほど発生の条件が限られており、雨氷が発生するような気象状態は幅50km程度までの範囲にしか発生しないと言われている。
雨氷の予測に適しているのが、気温の鉛直分布を調べることである。雨氷の場合は、逆転層の構造となり、かつ地面付近に分布する気温0℃以下の部分が狭く、その上の0℃以上の部分が広いことが特徴である。また、風向や風速の鉛直分布を調べることもよいとされる。これらは気象レーダーや地上・上空の気象観測などによって調べられる[17][18]。
また、着氷性の雨の発生前後には気象レーダーでブライトバンドと呼ばれる特殊なエコーが観測されることが知られている。これは、表面が一部解けた雪などをレーダーで観測したときに映りこむ強い反射帯である。しかし、ブライトバンドは霙(みぞれ)でも発生するため、着氷性の雨の予測にはあまり適さない[19]。
アメリカでは、着氷性の雨または着氷性の霧雨によって道路等の凍結で交通状況が悪くなることが予想される場合に「Winter Weather Advisory」、雨氷が1/4インチ(約6.3mm)以上積もることが予想される場合に「Ice Storm Warning」が、アメリカ海洋大気圏局(NOAA)の気象業務部(NWS)によってそれぞれ発令され、警戒が呼びかけられる[20]。カナダでは、7時間以上着氷性霧雨が降り続くことが予想される場合や大量の着氷性霧雨が降ることが予想される場合は「Special Weather Statement」に付随する注意情報または「Freezing Drizzle Warning」が、1~4時間以上着氷性の雨が降り続くことが予想される場合や2mm以上雨氷が降り積もることが予想される場合は「Freezing Rain Warning」が、カナダ環境省の気象庁(MSC)によってそれぞれ発令される[21]。
日本では、着氷全般(雨氷以外の霧氷・樹氷・粗氷・樹霜、融雪の再凍結なども対象としている)に注意を呼びかける着氷注意報というものがあり、雨氷の発生が予測される場合に出される注意報・警報等ではこれが最も重い。着氷注意報の発表基準は都道府県や地域によって異なり、(24時間降雪量などが基準になる)大雪警報発令時に気温が-2~2℃となる場合[22](大雪注意報まで含めたり[23]、湿度90%以上という条件を付加したもの[24]もある)、大雪注意報発令時に気温が-2℃以上となる場合[25]、著しい着氷が予想される場合[26]、気温0℃付近で並以上の雪が数時間以上降り続くと予想される場合[27]、船への着氷のみを対象に発令する場合(北海道)[28]等がある。また、着雪注意報という類似の注意報があり、この基準のみを定めて着氷注意報の基準を定めていない所や、両方とも定めていない所もある[29]。
[編集] 雨氷による災害
雨氷ができた後、気温が上昇するなどして氷が融けてしまえば大きな被害は発生しない。アメリカでは、発生する雨氷の99%が2時間以内で終わってしまうとされており、着氷性の雨が降り止んだ後はたいてい南から暖かい空気が押し寄せてきて雨氷が溶けてしまう[30]。しかし、融けずに長時間固まったままであれば、さらに雨氷や雪が積もって厚くなり、大きな被害をもたらす。
類似の被害をもたらす現象と比較した雨氷による被害の特徴として、その性質の違いによるものが挙げられる。新雪、押しつぶされた雪、霜、粗氷、樹氷、雪や霜が融けた後に再凍結した氷などと比較しても、雨氷は気泡が少なく密度が高い(比重は約0.9[6]で、同0.9168[31]の純粋な氷とほぼ同じ)。そのため、熱伝導率も高く、冷却効果が比較的高い。また、比較的頑丈で、割って取り除くのは難しい。
[編集] 山地での被害
雨氷は高山で発生することが多いため、山地で局地的に雨氷が発生し、樹木への被害をもたらす例が多数報告されている。雨氷が樹木にもたらす被害は、枝のみが折れる軽微なものもあるが、傾いたり、大きく曲がったり、地面に倒れこんだり、根ごと倒れたり、途中で折れたりといった深刻なものもあり、林業にとっては大きな打撃となる[6]。
雪が樹木の上部や外部にのみ付着するのに対し、雨氷は樹木の枝葉1つ1つに氷がついて重くなるため、雪の半分程度の降水量で折れ曲がったり倒壊してしまう。ある調査では、樹木に付着する雨氷の重さは、平均で木の総重量の5~16倍に達していたといい[6]、15mの木に総重量4.5トンの雨氷が付着した例もある[32]。木の重さの雨氷により樹木が倒壊すると、土壌がむき出しとなり土砂災害を起こしやすくなるため、二次災害を誘発する。
[編集] 居住地での被害
市街で発生した場合は、特に被害が大きくなる。雨氷はあらゆる物にくっついて凍るため、外気に触れている構造物のほとんどに硬い氷が付着し、どんどんと成長していく。また、氷が付着した物は、重みを増した上に氷により表面積が増えているため、強風に弱くなる。北米では、冬に多く見られる、着氷性の雨を伴った天候をice storm(アイスストーム)と言う[33]。
送電線に付着した氷の重みで電柱が倒壊し、氷の量が多い場合には送電線の鉄塔でさえ倒れることもある。鉄道の架線に付着した場合は、給電がストップして運行ができなくなるが、雨氷を取り除く作業にも時間がかかり、運行再開は遅れがちになる[34]。また、電線の一定の方向にだけ雨氷が付着すると、強風によりギャロッピング現象と呼ばれる振動現象を起こし、電線同士が接触するなどしてショートし、断線することがある[35]。
雨氷が道路を覆うと、表面は硬く滑らかなため非常に滑りやすい状態となり、車はスリップし、歩行者も転倒しやすくなる。雨氷に覆われた道路の制動距離は、乾いている場合の10倍、雪に覆われている場合の2倍といわれている[32]。雨氷は表面が滑らかで透明なうえ、雪が降るとすぐ覆い隠されてしまうため、道路が雨氷に覆われていることに気付かないことがある。また、気づいていても滑りやすいので、誤って怪我をしてしまうことが多い[16]。外での移動に際しては、靴や車のタイヤのスリップ対策が必要になる。また、鉄道の線路や飛行場の滑走路も凍結した場合、交通網の深刻な停滞・麻痺を来たす。
また、特に雨氷の場合に留意しなければならないのが、停電に伴う影響である。雨氷は電線に付着して停電を起こしやすいため、ガスや電気の代わりとして暖房に火を使うことになる。それによって火災の危険性が高まり、締め切った室内で暖房器具や発電機を使うことで一酸化炭素中毒の危険性も高まる。実際、1998年1月上旬に北米を襲ったアイスストームでは、多数の一酸化炭素中毒患者が出ている[36]。
着氷性の雨に前後して強い寒波が訪れ、低温が長期間続くと、これに水道管の凍結などが加わり、ライフラインがほぼ全て停止するほどの大きな影響が出ることがある。氷が融けない状態が続けば、被害は長期化する。
[編集] 航空機への被害
地上に限らず、上空でも雨氷の付着被害が発生する。航空機などは、雨氷が付着すると視界が悪くなったり、機体の重みが増したりすることで、航行に支障が生じることがある[11]。その他の着氷も航行への支障の原因となるが、付着速度は雨氷が最も早く、氷が取れにくいため、もっとも厄介な着氷とされる。
[編集] 雨氷と景観
雨氷が物体に付着すると、独特の景観がもたらされる。木々に付着した雨氷は、透明な氷の層を形成し、光が当たるとガラスのように光り輝く。また、山の斜面に帯状の雨氷ができ、それが白く輝いて見えることがある。これらは観光や自然観賞の対象となり、寒い時期に見られる美しい景観として親しまれている。廬山や黄山をはじめとして、山でよく見られる景観として捉えられている地域もあれば[37]、平野部の居住地でも身近に見ることができる景観として捉えられている地域もある。
雨氷を見ることができる地域では、雨氷がもたらす美しい景観やその情緒が、さまざまな形で芸術に表現されている。雨氷をテーマとした文化作品や芸術作品を以下に挙げる。
- 『雨氷の朝』(詩) - 尾崎喜八 『自註富士見高原詩集』、1969年、日本
- 『Freezing rain』(歌) - m.o.v.e アルバム『Deep Calm』、2004年、日本
- 『Freezing Rain Freezin'』(歌) - トロイ・グレゴリー(Troy Gregory)、2002年、アメリカ
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雨氷と氷柱が付いた枝 |
[編集] 過去に起こった雨氷の例
北米やヨーロッパでは、冬を中心に、低気圧の通過時に平野部でも雨氷が発生することがある。以下に顕著な被害を出した例を挙げる。
- 1994年10月31日 - アメリカ インディアナ州上空を飛行中のアメリカン・イーグル4184便が雨氷に遭遇し、着氷により操縦不能に。同州ローズローン近郊に墜落、乗客・乗員68名が死亡[38]。(American Eagle Flight 4184)
- 1996年1月23日 - 24日 - イギリス ウェールズからイングランド中南部にかけての地域で雨氷が発生、各地で停電や交通障害が発生した。[39]
- 1998年1月5日 - 10日 - カナダ南東部・アメリカ北東部の広範囲で雨氷(アイスストーム)が発生、特にセントローレンス川沿岸で数十mmの雨氷が降り積もった。停電により約400万人が影響を受け、46人が死亡、被害額は数十億ドルに達した[40]。(North American ice storm of 1998)
日本でも、雨氷の観測や、雨氷被害の報告が多数ある。山地で局地的に発生することが多いため、集落や都市部で見られることは少ない。以下に主な例を挙げる。
- 1902年1月8日 - 関東地方のおよそ100km四方の範囲で雨氷が発生、電線に被害が出た[6]。
- 1954年2月27日 - 28日 - 北海道上川支庁で南北約160kmにわたる範囲で雨氷、森林に被害が出た[6]。
- 1969年1月28日 - 29日 - 長野県の山間部でおよそ90km四方に渡って雨氷が発生、鉄道や電線、林業に被害を出した[35][6]。
- 1970年2月24日 - 25日 - 新潟県内陸部~長野県南東部[35]
- 1980年3月22日 - 23日 - 長野県中部でおよそ70km四方にわたって雨氷が発生、鉄道や電線、林業に被害を出した[6]
- 1987年2月27日 - 28日 - 熊本県阿蘇地方の阿蘇外輪山東側で局地的な雨氷が発生、人工林の杉などが折れ曲がったりし、およそ1億6,000万円相当の被害を出した[41]。
- 1989年1月24日 - 宮城県仙台平野で雨氷が発生[35]。
- 2003年1月3日 - 4日 - 関東地方内陸部で雨氷が発生、朝から鉄道の不通や道路のスリップ多発など大きな影響が生じた[34]。
中国でも、雨氷の観測や被害例が多数ある。南方では「下冰凌」「天凌」「牛皮凌」、北京地方では「地油子」といった俗称がある。以下に顕著な被害を出した例を挙げる。
- 1972年2月末 - 華中から華南にかけての非常に広い範囲で雨氷が発生、広州市、長沙市、南京市、昆明市、重慶市、成都市、貴陽市、北京市にかけて通信障害が発生し、多大な損失が出た[37]。
- 2008年1月後半 - 記録的な寒波の影響で貴州省、安徽省、江西省、湖南省などで雨氷が発生し、停電やスリップによる交通事故が多数発生した[42]。(2008年の中国雪害も参照)
[編集] 天気記号
国際式天気図の天気記号では、
の5種類が、着氷性の雨や着氷性の霧雨を表す。 また、着氷性の霧は英語"clear ice"にあたる雨氷を発生させるが、この雨氷は霧氷に含まれる。したがって、霧や霧氷の記号にあたる以下2つを用いる[8]。
日本式天気図の天気記号では、着氷性の雨と普通の雨は区別されていないため、雨を表す雨、霧雨、雨強しの3つのいずれかに含まれている。(ただし、雷を伴う場合は優先順位によりこれと異なることがある。)
定時飛行場実況気象通報式 (METAR) では、「特性」の欄の着氷性を表すFZと、「降水現象」の欄の雨を表すRAを組み合わせた、FZRAが着氷性の雨を表す。着氷性の霧雨の場合はFZDZ。[43]
[編集] 脚注
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- ^ a b c d WMO, "International Cloud Atlas"(国際雲図帳), Revised Edition 1975, Volume I, Manual on the Observation of Clouds and other Meteors, WMO No.407, ISBN 92-63-10407-7
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[編集] 関連項目
[編集] 参考文献
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- 寺田 寅彦、1935「凍雨と雨氷」、『寺田寅彦全集 第六巻』 → 青空文庫掲載
[編集] 外部リンク
Springfield Missouri Ice Storm - January 2007(雨氷の被害映像) - YouTube
- Wet, Icy Weather Coats Northeast ABC News Video, 2009年1月7日(雨氷の被害を伝えたニュース映像)
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