Do powstania gołoledzi potrzebne są specyficzne warunki atmosferyczne, które pozwalają na powstawanie przechłodzonych kropelek wody i ich wypadanie, jako opad marznącego deszczu lub mżawki. Przechłodzenie, to obniżenie temperatury wody poniżej 0˚C do stanu krzepnięcia, ale bez zamarznięcia. Przechłodzone kropelki wody występują często w chmurach, gdzie mają istotne znaczenie przy tworzeniu się opadów. W występowaniu gołoledzi istotny jest fakt, że takie kropelki spadają jako opad deszczu i zamarzają natychmiast po zetknięciu się z powierzchnią (drzewo, budynek, droga, itp.) zwłaszcza, gdy jej temperatura nie osiąga 0˚C.

W genezie groźnych przypadków gołoledzi decydującą rolę odgrywa specyficzny rozkład pionowy temperatury i wilgotności w atmosferze. Sytuacja taka ma miejsce głównie w miesiącach październik – kwiecień, czyli w chłodnej połowie roku. Podstawową kwestią jest istnienie środowiska generującego powstawanie opadu, czyli w tym wypadku strefa frontu atmosferycznego. Gdy jest to front ciepły, ciepłe powietrze 'wślizguje' się na powietrze chłodne w strefie przed linią frontu (Ryc. 2.1). Gdy przed frontem zalega powietrze o temperaturze ujemnej występuje wtedy sytuacja, przedstawiona na rycinie 2.2. W atmosferze tworzy się warstwa o dodatniej temperaturze powietrza (strefa górnego frontu ciepłego, warstwa topnienia, tzw. ang. warm nose – ciepły nos), w której następuje topnienie cząstek stałych, aż do stanu ciekłego. Kropelki te, spadając dalej w kierunku powierzchni ziemi, dostają się w przyziemną warstwę temperatury ujemnej (warstwa ponownego zamarzania, ang. refreezing layer), gdzie przyjmują charakter przechłodzonych kropelek wody. Ich zetknięcie się z przedmiotem o temperaturze poniżej 0˚C powoduje zamarznięcie i w konsekwencji gołoledź.

Schemat przechodzenia frontu ciepłego z opadami marznącymi w zimie.

Ryc. 2.1. Schemat przechodzenia frontu ciepłego z opadami marznącymi w zimie.

Model opisujący generalną charakterystykę przekroju pionowego powietrza przy występowaniu marznącego deszczu lub deszczu lodowego.

Ryc. 2.2. Model opisujący generalną charakterystykę przekroju pionowego powietrza przy występowaniu marznącego deszczu lub deszczu lodowego.

Bardzo istotny i wart podkreślenia jest fakt złożoności opisanego wyżej procesu. W zależności od grubości warstwy topnienia oraz warstwy ponownego zamarzania, opad marznący może się nie utworzyć (warstwa topnienia zbyt cienka) lub ponowie zamarznąć w warstwie przyziemnej (miąższa warstwa ponownego zamarzania lub zbyt wysoko położona warstwa topnienia). W tym drugim przypadku opad dotrze do powierzchni ziemi jako deszcz lodowy (Ryc. 2.1). Istnieją również badania, które pokazują, że istnienie warstwy topnienia jest w niektórych przypadkach niekonieczne do wystąpienia gołoledzi. Wystarczy obecność w dolnej troposferze bardzo wilgotnej warstwy powietrza o temperaturze nieco poniżej 0˚C, w której występują przechłodzone kropelki wody (Ryc. 2.3 – Typ A). Wydaje się to uzasadnione, biorąc pod uwagę, że przechłodzone kropelki występują najczęściej w temperaturze od 0˚C do -15˚C.

Schematy opisujące różne charakterystyki przekroju pionowego powietrza przy występowaniu opadów marznących

Ryc. 2.3. Schematy opisujące różne charakterystyki przekroju pionowego powietrza przy występowaniu opadów marznących
(Carriere J-M. et al., 2000, Climatological study of surface freezing precipitation in Europe, Meteorological Applications Vol. 7, s. 229-238)

Sytuacje tego typu mają często miejsce np. w przechłodzonych, podinwersyjnych chmurach stratus w chłodnej porze roku. W chmurze występują wówczas przechłodzone kropelki wody podczas, gdy jej temperatura wynosi nieco poniżej 0˚C. Niektóre badania pokazują, że około 75% przypadków gołoledzi na terenie Rosji to sytuacje związane z obecnością frontu ciepłego w zimie, a około 25% to sytuacje wewnątrz jednej masy powietrza (np. podinwersyjna przechłodzona chmura stratus).