為什麼橋面比一般道路更早結冰？
― 橋沒有腳下那份「地面的暖意」
冬天早晨，一般道路只是濕濕的，橋面卻結了冰。橋並不是蓋在特別冷的地方，差別在於橋下沒有地面。熱量從上下兩面散失，又得不到任何地方的補充。
一個晴朗的冬日早晨，你騎著腳踏車出門。馬路微濕，泛著黑亮的光，輪胎穩穩抓著路面。
可是一騎上跨河的橋，前輪突然往旁邊一滑。橋面看起來和剛才濕濕的路一模一樣。
路邊「橋面易結冰」的標示牌，就是為這種場面而立。同一個早晨，同樣的氣溫，為什麼只有橋面會結冰呢？
橋面先結冰的原因，只有兩個
一般道路只有上面會變冷。橋像一塊懸空的板子，下面也暴露在冷空氣中，等於有兩倍的面積在散熱。
地面底下儲存了白天和夏天累積的熱量，即使在冬夜也比空氣暖。一般道路能從下方接收這份熱量，橋卻接收不到。
也就是說，橋面是「散出去的熱多，進來的熱卻沒有」的地方。我們一步一步來看。
晴朗的夜裡，路面正把熱量丟向天空
晴朗無風的夜晚特別冷。因為地面和路面會以看不見的光（紅外線）的形式，不斷把熱量送向夜空。有雲的話，雲會把熱量反射回來，但晴朗的夜空幾乎什麼也不會還給我們。這就叫做輻射冷卻。
請看圖1。左邊的橋，除了向上的箭頭表示熱量散向天空，向下的箭頭也表示熱量往下散失。因為橋下是河或山谷，有冷空氣流動。
右邊的一般道路，熱量同樣會往上散失。但道路正下方有一層厚厚的土。這些土儲存了到秋天為止累積的熱量，會用向上的箭頭把熱量從下方送到路面。
比較降溫速度，橋面大約是2.5倍
那麼，差距到底有多大呢？假設一座厚20公分的混凝土橋和一條地面上的道路，日落時都是5℃。請用圖2的滑桿，移動日落之後經過的時間看看。
同樣從5℃開始，橋面在午夜前後就會降到0℃以下，到早晨約降到零下3℃。地面上的道路在同一個早晨，仍有1〜2℃。一邊結冰，一邊只是濕濕的。開頭腳踏車的場景，正是這個差距造成的。
天氣預報的氣溫，是離地約1.5公尺高處的空氣溫度。晴朗的夜裡，路面會把熱量丟向天空，據說可能比空氣低好幾℃。即使預報「最低氣溫3℃」，橋面也不能大意。
高架道路和天橋下面也是空的，和橋一樣。隧道出入口，以及被建築物或山遮住的道路，白天曬不到太陽、無法回暖，到了早晨也容易殘留著冰。
那麼，該怎麼辦呢？
- 晴朗無風的寒冷早晨，過橋時要當作「橋面已經結冰」就算看起來只是濕的，也無法分辨
- 在上橋之前，先把速度降下來不要在橋上煞車，也不要突然打方向盤
- 走路時，步伐要小，整個腳掌一起著地戴上手套，不要把手插在口袋裡
薄薄一層冰是透明的，會透出底下路面的顏色，看起來黑黑的，和濕路無法區分。如果跌倒後重撞到頭、意識不太對勁、或站不起來，請不要猶豫，立刻撥119求救。
總結
一般道路一邊從腳下的地面分得一些熱量，一邊度過整個夜晚。橋沒有這份暖意，而且還從上下兩面同時散熱。所以同一個早晨，只有橋面會先降到0℃以下。
地面，就像道路的熱水袋。
橋面上，沒有那個熱水袋。
結冰的路面為什麼那麼滑，請看「結冰的路為什麼那麼滑？」；冰從地底長出來的故事，請看「霜柱為什麼會從土裡長出來？」。
- 在晴朗又寒冷的早晨，比較附近的天橋或小橋，和橋前地面上的道路。
- 比較車頂、橋的扶手這類下方懸空的東西，和停在地面上的腳踏車座墊這類貼近地面的東西，看看霜附著的情形有何不同。
- 在可能會很冷的夜晚，在庭院或陽台放兩塊相同的板子。一塊直接放在地上，另一塊用磚塊墊高，隔天早上比較上面的霜。
觀察結冰的路面時，請在可以停下腳步的人行道上進行，不要走到車道上。你可以親眼看到，下方愈是懸空的東西，霜愈容易結得厚。
想知道更多的人 ― 名詞・算式・與教科書的連結明確標示內容屬於國中理化到大學專業課程的哪個程度
- 國中國中理化會學到的範圍
- 高中高中「基礎物理」「基礎地球科學」會學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或教科書專欄的內容
- 大學高中不會學到、大學專業課程（熱傳工程、氣象學）的內容
- 研究連大學也不會當作「定論」來教，是目前研究者正在探究的內容
國中名詞：這個現象有名字
- 輻射冷卻：物體放出紅外線而失去熱量、逐漸變冷。在晴朗無風的夜晚特別強烈。
- 熱容量：讓物體溫度升高或降低1℃所需的熱量。愈重、愈容易儲熱的物體，熱容量愈大，也愈不容易變冷。
- 地熱（地面的熱流）：白天或夏天滲入地面的熱量，在夜晚或冬天回到地表的流動。
國中高中用算式確認：橋面一晚會降幾℃？
把路面當作「儲存了熱量的一塊板子」，用算式表示散出的熱量與降溫幅度的關係。橋與地面上的道路，只改變淨損失的熱量來比較。
| 用符號寫 | ΔT ＝ ( q × t ) ÷ ( ρ × c × d ) |
| 用文字寫 | 下降的溫度 ＝ 淨損失熱量的速率 × 時間 ÷ 每1平方公尺板子的熱容量 |
| 這個算式的來源 | 能量守恆。從板子散出去的熱量，等於板子的熱容量與降溫幅度的乘積 |
| 符號 | 意義與單位 |
| ΔT | 下降的溫度（℃） |
| q | 每1平方公尺淨損失熱量的速率（瓦特每平方公尺） |
| t | 時間（秒） |
| ρ, c, d | 混凝土的密度（公斤每立方公尺）、比熱（焦耳每公斤每℃）、厚度（公尺） |
| 混凝土的密度 | 每立方公尺 約2400 kg |
| 混凝土的比熱 | 每 1 kg・1℃ 約 880 J |
| 橋板的厚度 | 假設為 0.2 m（20公分） |
| 晴朗夜晚從路面上面散失的熱量 | 假設每平方公尺 約 70 W（一般認為約數十〜100 W） |
| 從橋下面散失的熱量 | 假設約 30 W → 橋合計 約 100 W |
| 地面上的道路從下方土壤獲得的熱量 | 假設約 30 W → 淨損失 約 40 W |
| 每1平方公尺板子的重量 | 0.2 × 2400 ＝ 480 kg |
| 每1平方公尺板子的熱容量 | 480 × 880 ＝ 422400 J/℃ |
| 橋1小時損失的熱量 | 100 × 3600 ＝ 360000 J |
| 橋1小時下降的溫度 | 360000 ÷ 422400 ≒ 0.85 ℃ |
| 地面上的道路1小時損失的熱量 | 40 × 3600 ＝ 144000 J |
| 地面上的道路1小時下降的溫度 | 144000 ÷ 422400 ≒ 0.34 ℃ |
| 降溫速度的比 | 0.85 ÷ 0.34 ＝ 2.5 倍 |
| 橋10小時下降的溫度 | 0.85 × 10 ＝ 8.5 ℃ |
| 地面上的道路10小時下降的溫度 | 0.34 × 10 ＝ 3.4 ℃ |
| 日落時5℃的橋降到0℃所需時間 | 5 ÷ 0.85 ≒ 5.9 小時 |
日落時5℃的橋，大約6小時後就會降到0℃以下，10小時後的早晨約為零下3.5℃。地面上的道路在同一個早晨約有1.6℃，還不會結冰。這些數值是設定假設後的估算，但可以看出，光是「下面有沒有地面」，就足以分出結冰與不結冰。
高中高中＋用「收支」來看熱量的進出
高中在基礎物理中，我們學到物體獲得的熱量等於「質量 × 比熱 × 溫度變化」。這篇文章的算式，就是把這個關係用在「失去熱量」這一側。路面的溫度，取決於散出的熱量與進來的熱量之差，也就是熱量的收支。
高中＋以輻射方式散出的熱量，與物體絕對溫度的4次方成正比（斯特凡－玻茲曼定律）。從地面看，晴朗的夜空就像一個零下數十℃的物體，所以路面淨值上會不斷失去熱量。有雲時，雲會把熱量送回來，冷卻就會減弱。
大學地表熱收支與熱傳導方程式
在氣象學中，進出地表的熱量被分成「淨輻射」「顯熱」「潛熱」「地中熱通量」，用地表熱收支式來處理。在地面上的道路，地中熱通量會抵消一部分夜間的輻射冷卻。地面內部的溫度分布，可以用熱傳導方程式表示。隨晝夜與季節起伏的地表溫度，愈往深處起伏愈小，傳到的時間也愈晚。因此即使在冬夜，地底深處仍比地表溫暖。橋板則要當作下表面接觸空氣、厚度有限的板子，在兩面都散熱的條件下求解。
📖 算式的推導與更進階的內容：熱傳導方程式（維基百科） ／ 輻射冷卻（維基百科）
研究目前還不太清楚的事
- 預測哪座橋、什麼時候會結冰 路面溫度會因橋的方向、高度、河面來的濕空氣、陰影的形成而大幅改變。預測路面結冰時間（提前數小時）的方法，各地仍持續改良。
- 形成霜還是冰 路面上的水，是從空氣中的水蒸氣直接凝成的霜，還是雨水或凝結水結成的冰，滑的程度可能不同。兩者分界的條件，目前還沒有細緻的了解。
- 防止結冰措施的效果 把地底熱量送到路面的裝置、不易結冰的鋪面等，各種方法都在試驗。費用與效果的平衡，據說需要依地點逐一驗證。
也就是說，這篇文章的內容，也只是「就目前所知範圍內的說明」。尤其是②的數值，是為了看清楚機制而做的簡化估算。
與教科書的連結（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 在這篇文章的哪裡 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化「天氣及其變化」 | 晴朗夜晚變冷的輻射冷卻 |
| 高中 | 基礎物理「熱」 | 熱容量與溫度變化的算式 |
| 高中＋ | 物理「熱輻射」 | 斯特凡－玻茲曼定律 |
| 大學 | 氣象學・熱傳工程 | 地表熱收支、熱傳導方程式 |
| 研究 | 道路氣象・雪冰學 | 路面結冰的預測與對策 |
| ― | 與生活的連結 | 冬天早晨通過橋、高架、背陽道路的方法 |
- 近藤純正『地表面に近い大気の科学 ― 理解と応用』東京大学出版会（東京大學出版會；關於地表熱收支與輻射冷卻）
- 日本雪氷学会（日本雪冰學會）編『新版 雪氷辞典』古今書院（關於路面結冰與霜）
- 国土交通省（日本國土交通省）各地方整備局的冬季道路注意提醒資料（關於橋梁、隧道出入口與背陰處容易結冰）
- 熱容量 - 維基百科
※本文是寫給一般大眾的科學解說。文中的數值是為了理解機制而給的參考值與概算。實際的路面狀況會因地點與天氣而有很大差異。冬季行駛道路時，請遵從道路管理單位、地方政府、警察等機關的資訊與指示。