ご質問にある「地上付近の気温がある程度高くても湿度が高いと氷のまま降ってくる」という現象があることは、私も初めて伺いました。いろいろと考えてみましたが、うまく説明できる理由は見つかりません。

　しかし、これとは逆の現象、すなわち「地上付近の気温がある程度高くても湿度が低いと氷のまま降ってくる」ということであれば、大いに可能です。すなわち、上空から降り落ちる雪の結晶は、落下途中で湿度が飽和点より低くなると昇華（固体である雪の結晶が直接水蒸気に変化する現象）を開始します。昇華のためには大量の熱（昇華熱と呼ばれます）が必要になりますので、その結果として結晶そのものが冷やされ、温度が下がってしまいます。したがって、地上付近で気温が０℃より高くなっても、結晶の温度はまだ０℃より低い状態に保たれる場合があり、雪の結晶は溶けずに氷のままで降ってくるということになります。

　大気の湿度が低くなればなるほど昇華は激しく起こりますので、雪の結晶の温度はより大きく下がることになります。これを気温の側から見ると、湿度が低いほど、より気温が高くなるまで雪の結晶が溶けずに降ってくるということになります。気象学の分野では、湿度と降雪との関係について様々な観測や研究が行われています。実際，湿度が50％以下になると、気温がプラス５℃以上でも雪の結晶は溶けずに降ってくるという観測結果もあります。

　最後に、氷の昇華に必要な熱は、一体どれくらいの大きさでしょうか。例えば、０℃の氷１gを昇華するために必要な熱は、100gの水の温度を６.8℃上げるために必要な熱とほぼ同じになります。たった１gの氷が昇華するだけで、こんなにたくさんの熱を吸収するのです。昇華による雪の結晶の冷却効果が、いかに大きいかが分かりますね。

（回答掲載日:2020年8月25日）

　粉雪や玉雪というのは、降雪における雪の呼び方としては科学の世界で使われる言葉ではありませんが、前者はかなり小さな雪粒がバラバラで降っている状態、後者は多数の雪粒がくっついて一塊になって降っている雪を示すと思われます。

　上空の雲の中で生まれた雪の結晶は、雲の中で水蒸気を集めて落下しながら成長し、やがて地上に達します。このとき、地表付近の気温がまだ充分に低く氷点下の場合は、雪の結晶はそのままバラバラの状態で地上に達します。これが粉雪の正体です。

　一方、地上付近の気温が0℃前後になると、雪の結晶の表面は薄い水の膜で覆われた状態になります。このような結晶が落下の途中で衝突すると、水膜を通して互いにくっつき、少し大きな雪粒になります。このような雪粒どうしの衝突が繰り返し起きると、最後には数百個もの雪の結晶が一塊になった巨大な雪粒が生成されます。これは、いわゆるボタン雪と呼ばれるもので、大きなものは数センチにも達し、降っている時には玉のように見えますので、これを玉雪と呼んでいるものと思います。

　それでは、なぜ気温が高いと雪粒どうしがくっつき合うのでしょうか。氷の粒である雪は０℃で溶けます。したがって、温度がプラスになると雪は半分溶けて濡れた状態になります。さらに、気温がマイナスであっても０℃に近いと、氷の表面は薄い水の膜で覆われていると考えられています。雪粒の表面にこのような水膜が存在すると、雪粒どうしが衝突すると、水膜を通してくっついてしまうのです。海岸で砂の像を作る時に乾いた砂ではうまく作れませんが、湿った砂では簡単に作ることができます。これも、砂粒の表面に水の膜があると砂粒どうしがくっつき易くなるからです。積もった雪でも、気温が低いとパウダースノーになったり雪だるまが作りにくくなったりします。これも雪粒の表面での水膜と関係しているのです。

（回答掲載日:2020年8月12日）

　雪の結晶は、ひとつひとつ形（パターン）が異なっているとよく言われます。とても不思議ですね。これは、雪の結晶がどのようにしてできるのかに関係しています。

　雪の結晶は、上空の雲の中に目に見えないほどの小さな氷の粒である雪の赤ちゃんが生まれることから始まります。この雪の赤ちゃんは、雲の中を落下しながら、周りの水蒸気を吸収して徐々に大きく成長します。そして、雲の下にいる私たちの目に触れる頃には、目に見えるほどの大きさになっているのです。

　この時に、雪の結晶がどんな条件で大きくなったかで結晶の形は違ってくるのです。雲の中を落ちてくる結晶は、ひとつひとつその道筋が異なりますので、結晶ができる条件も結晶ごとに異なるはずですね。

　私たちが目にする結晶は、すでに長い道筋をたどって成長してきたものですので、いろいろなパターンの結晶が観察されるのです。

（回答掲載日:2020年7月31日）

　雪と言えば白いものの代表格ですが、雪を作っているものは小さな氷の粒ですので、それ自体は無色透明です。氷の粒がたくさん集まると白く見えるのですが、その理由は簡単ではありません。

　光が氷の小さな粒に当たると、いろいろな方向に反射します。反射した光は、またすぐそばにある氷の粒に当たり、さらにいろいろな方向に反射します。このような過程を繰り返すと、雪全体では光を様々な方向に乱反射することになります。

　一方、光は波の性質を持っていますので、太陽からの光はいろいろな波長の光の集合体です。いろいろな波長の光が均等に混じり合っていると、私たちの目には白く見えます。したがって、小さな氷の粒の集合である雪は、太陽からくる様々な波長の光を乱反射させるので、白く見えるのです。

　私たちの身の回りには、雪以外にも白く見えるものはたくさんあります。例えば、空に浮かぶ雲は、無数の小さな雲粒が集合してできています。この雲粒は、水滴ですので無色透明ですが、これらに太陽光が当たると雪と同じように乱反射するので白く見えます。

　雪の科学館の中庭の「グリーンランド氷河の原」では、人工の霧を見ることができます。霧が白く見えるのも、雲の白と同じしくみなのです。

（回答掲載日:2020年7月31日）