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第44章 雪花的大小和温度湿度有关吗?

小说: 十万个为什么:   作者:刀光如梦
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清晨推开窗时,天地间己铺着一层薄薄的素白,细碎的雪粒还在风里打着旋儿,落在掌心瞬间便化成一小片凉润的水渍。走到街角的老槐树下,却见枝桠间积着的雪蓬松得像棉絮,轻轻一碰就簌簌往下掉,分明是同一场雪,落在不同地方的雪花,有的细如沙尘,有的却大得能看清花瓣般的纹路——原来这漫天飞舞的雪,从来都不是千篇一律的模样,它们的大小与形态,早被天空中的温度与湿度悄悄写好了密码。

很多人以为雪花都是六角形的,这话不算错,却不完整。雪花的“胚胎”是冰核,当云中的水汽遇到低于0℃的尘埃、花粉等微小颗粒,就会凝结成最初的冰晶,而冰晶的分子结构天生就带着六角对称的“基因”,这是水分子在低温下排列成六边形晶格的必然结果。但从一颗微小的冰晶长成我们能看见的雪花,中间的每一步变化,都离不开温度与湿度的“指挥”。就像农民种庄稼需要合适的土壤与气候,雪花的生长也需要天空提供恰到好处的“温湿度舞台”。

先说说温度这个“总导演”。气象学家通过无数次观测发现,不同温度区间下,雪花的生长速度和最终大小截然不同。当云中温度在-5℃到-10℃之间时,是雪花生长的“黄金温度带”。这个温度下,水分子在冰晶表面的移动速度不快不慢,既能不断附着在冰晶上,又不会因为移动太快而凝结成杂乱的冰粒。此时形成的雪花往往体积较大,还能长出复杂的枝杈,就像大自然用冰雕刻出的微型珊瑚,有的能达到5毫米以上,落在衣服上能清晰看见层层叠叠的纹路。小时候在东北老家,我曾见过能盖住半个指甲盖的大雪花,那时候不懂原理,只觉得是老天格外慷慨,后来才知道,那是因为当天高空云层的温度刚好卡在-7℃左右,给了雪花充分生长的时间。

可要是温度低于-20℃,情况就完全不一样了。极低温会让水分子的活动变得异常缓慢,它们刚接触到冰晶就被“冻住”,根本来不及扩散到冰晶的边缘形成枝杈。这时形成的雪花大多是细小的针状或柱状,体积也小得可怜,首径往往不到1毫米,看起来就像空中飘着的白色粉末,气象上把这种雪称为“干雪”。北方的寒冬腊月里,常能见到这种细雪,风一吹就漫天扬,落在地上也不容易堆积,扫起来像扫一层薄薄的盐粒。而当温度接近0℃时,虽然水分子活跃,却容易因为温度过高导致冰晶表面部分融化,融化后的水又会粘住周围的小冰晶,形成一团团不规则的雪粒,这种雪颗粒感强,落在地上容易压实,也就是我们常说的“湿雪”,虽然单个雪粒的体积可能不小,但己经失去了六角形的精致形态。

如果说温度决定了雪花生长的“速度”,那湿度就是决定雪花“饭量”的关键。这里的湿度,指的是云中的“过冷水汽含量”——简单说,就是低于0℃却还没结冰的水汽,它们是雪花生长的“原材料”。云中的过冷水汽越充足,冰晶能“吃”到的水汽就越多,生长速度就越快,最终形成的雪花也就越大。就像两个同样在长身体的孩子,一个每天能吃饱饭,一个只能饿着肚子,长大后的身高体重自然会有明显差别。

气象观测数据显示,当云中的相对湿度达到95%以上,且过冷水汽含量超过0.5克/立方米时,雪花的生长会进入“加速期”。这时候,冰晶的六个角会先吸收水汽,逐渐长成细长的枝杈,而枝杈的末端又会继续长出新的小枝杈,最终形成我们熟悉的“星状雪花”。这种雪花因为枝杈多、结构疏松,体积能长得很大,有的甚至能达到1厘米以上。2018年冬天,安徽合肥曾下过一场罕见的“大雪花”,当地市民拍到的雪花最大首径超过2厘米,后来气象部门分析发现,当时上空有一层厚度达800米的暖云,里面的过冷水汽含量是平时的3倍,给雪花的生长提供了充足的“养分”,才造就了这场“雪片大如掌”的奇观。

可要是云中的水汽不足,哪怕温度刚好在“黄金区间”,雪花也长不大。比如在我国西北的干旱地区,冬季虽然气温很低,但空气干燥,云中的水汽含量少,形成的雪花大多是细小的颗粒,首径通常在0.5毫米以下,下到地上也积不厚,往往中午太阳一出来就化了。还有些时候,云中的水汽分布不均匀,有的地方水汽多,有的地方水汽少,就会出现同一场雪中有大雪花也有小雪粒的情况——就像同一片田里,有的庄稼长得,有的却因为缺水而瘦小,都是“原材料”多少造成的差异。

除了温度和湿度,雪花在下落过程中的“经历”,也会影响它最终的大小。当雪花从高空云层中形成后,会随着气流下落,这个过程中如果遇到不同温度和湿度的空气层,就可能发生“二次生长”或“融化破碎”。比如一颗小雪花在下落时,突然进入了一层水汽充足的暖层(温度在-5℃左右),它表面就会重新吸收水汽,长出新的枝杈,体积变大;可要是遇到温度高于0℃的空气层,雪花边缘会融化,变成小水滴,这些小水滴再遇到下方的冷空气,又会重新冻结成小冰粒,原本的大雪花就变成了细小的冰粒雪。

我们在地面上看到的雪花大小,其实是它“一生”经历的最终体现。有时候,天空中明明下着大雪花,可落到地面时却变成了小雪粒,就是因为下落过程中经过了暖层的“折腾”;而有时候,刚开始下的是小雪粒,后来却变成了大雪花,说明高空的水汽条件变好了,温度也调整到了适合雪花生长的区间。就像一个人从出生到长大,会受到家庭、学校、社会等各种环境的影响,最终长成不同的模样,雪花的“一生”也在被天空中的各种条件塑造着。

还有一个容易被忽略的知识点:雪花的大小和它的重量并不是成正比的。很多人觉得大雪花肯定更重,其实不然。星状雪花虽然体积大,但结构疏松,中间有很多空隙,重量反而很轻,1000片星状雪花的重量可能还不到1克;而那些细小的针状雪花,因为结构紧密,同样数量下重量反而更重。气象学家做过实验,在同样的降雪量下,星状雪花覆盖的面积是针状雪花的2-3倍,这就是为什么有时候下“鹅毛大雪”时,积雪厚度增长得快,但融化后形成的水量却不多,而下“细雪”时,虽然看起来雪不大,但积雪融化后反而能积不少水。

了解了雪花大小与温度、湿度的关系,我们还能通过观察雪花,大致判断高空的气象条件。比如看到星状大雪花,就知道高空温度在-5℃到-10℃之间,水汽充足,未来一段时间天气可能比较稳定;如果看到的是细小的冰粒雪,说明高空温度很低,或者水汽不足,可能很快会转晴或刮大风;而如果看到的是湿雪粒,说明近地面温度接近0℃,容易出现积雪结冰,出门要注意防滑。这种“看雪识天气”的方法,虽然不如气象卫星精准,却充满了生活的智慧,是古人在长期观察中总结出来的经验,如今也得到了科学的验证。

冬天的雪,从来都不是冰冷的“静物”,而是天空写给大地的“书信”,每一片雪花的大小与形态,都是温度和湿度留下的印记。当我们下次再看到雪花飘落时,不妨伸出手接住一片,仔细看看它的纹路——那些细小的针状雪,是极低温下水分子的“急刹车”;那些宽大的星状雪,是水汽充足时冰晶的“慢生长”;那些成团的雪粒,是冷暖空气交汇时的“小妥协”。每一片雪花都独一无二,每一片雪花都藏着天空的秘密。

雪还在下,落在屋顶上、树枝上、行人的肩膀上,无声无息却又充满力量。它们从高空而来,带着温度与湿度的密码,落在我们的世界里,装点出一个洁白的冬天。而我们,在欣赏这份美丽的同时,也读懂了大自然的神奇——原来最平凡的雪景里,藏着最精妙的科学规律,只要我们愿意停下脚步,用心观察,就能在雪落无声处,听见科学与自然对话的声音。



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