冬季不冻的松花江水造“奇迹”

吉林冬季龙舟赛是近年来国际上的一项新比赛。这是因为赛龙舟曾经在夏天举行，甚至中低纬度地区的冬季比赛也很少听说，因为冬天大多是旱季。吉林市位于北纬43度，一月份平均气温低至零下20℃，极端最低气温为零下40℃。自然界中的水滴成冰，河流和湖泊的表面冻结到1米厚。如何举行龙舟比赛？

最初，吉林省松花江上游有一个小丰满水库，那里举行龙舟比赛。当水电站在1958年建成发电时，从电站出口排出的水保持在4摄氏度的恒定温度，并且排出的水量很大。因此，有可能确保下游数十公里的河流表面不会结冰。此外，这条河很宽，这使得举行冬季龙舟比赛成为可能。

龙舟比赛中的河流没有结冰

为什么小峰满水电站冬季出水温度能达到4度？

新华社2003年1月5日发布，“国际冬季龙舟赛”首次在北纬43度的吉林市举行文章说，“这条河在流经巨大的水轮机组后上升并变暖，带着大量热能顺流而下，创造了当今世界的一个独特奇迹，即寒冷地区不会使这条河结冰。”这篇文章还引用了一位美国选手金·基恩的话:“我在世界上走了这么多地方，却从未见过零下30摄氏度的室外流水，这太令人惊讶了。这简直是天方夜谭。”

但事实上原因并非如此。但由于冬季过后水温迅速下降，低温水的密度很高，会沉入水底，不断降低底层水温。但有趣的是，水的密度不是在0℃而是在4℃，所以除非水库冻结到底部，否则底部和水体中下部的温度将永远是4℃。这就是为什么尽管有1米厚的冰，小峰满水库的水面仍然是4℃。这是物理定律。

因此，如果小峰满水电站排放4℃水的原因是通过与发电机叶片的摩擦产生热量，那么它是否不必从比小峰满电站规模大得多的水电站(如南三峡)排放温水甚至热水呢？因为南方的温度仅在冬季就比吉林高20~30℃。此外，如果水在4℃时不具备最大密度的物理特性，那么在水库底部就会形成冰，水电站发电的“第一推动力”从何而来？

吉林雾凇不是由“霜冻”引起的

事实上，松花江水创造的冬季不结冰的奇迹不是吉林冬季龙舟赛，而是比龙舟赛早54年的吉林雾凇。吉林雾凇形成的原因是小峰门电站出口排出的4℃未冻温水会在瞬间接触到零下20℃的冰冻自然大气。它通常就像一个盖子被揭开的蒸笼。浓雾将会上升并沿着河流向西流动。它经过的地方，吉林沿岸的雾凇就会诞生。

本文的第二个科学问题是吉林雾凇诞生的原因。几年前的冬天，吉林市*在《北京青年报》等主要报纸上刊登了整版旅游广告，上面经常写着:“松花江释放的水汽凝结在两岸的树木和草地之间”，“河水蒸腾的雾气凝结在冷空气中的树木上，形成吉林雾凇”等。

事实上，吉林雾凇的形成原理和方法不是“凝结”，而是“冻结”。如果空气中的水蒸气逐渐凝结在地面物体的表面，这就叫做霜。由于地面空气层中水蒸气有限，分子凝结速度极慢，夜间凝结的霜只是一层薄薄的粉末。吉林雾凇是如何形成一朵美丽而又极其浓密的花(据报道可达4~6厘米)的，它有一种类似于“像春天的大风，在夜里吹来，吹开万株梨树的花瓣”的惊喜呢？此外，雾凇必须在雾中形成，而霜，另一方面，发生在没有雾的晴朗夜晚，两种形状完全不同。

因此，雾凇形成的真正原因是雾中大量过冷水滴撞击并冻结沿海地面的结果。过冷水滴指的是低于零度且暂时没有冻结的水滴。一旦它们遇到温度低于零度的地面物体，如树木，以及浓雾队列，它们会很快结冰。这就像是由过冷水滴组成的冻雨，会立即将地面冻结成冰(雾凇)。正是由于这种快速的冰冻形成，吉林雾凇的厚度和体积比霜要大得多，成为“冷江雪柳，玉树琼花”的“冰雪之花”。

事实上，这种对雾凇成因的误解也存在于气象部门内部。例如，我的总编辑在“天气新闻”中包含了这样一篇文章，只是因为其他材料很好，所以在文章中添加了总编辑的注释(指出错误的原因)后，它仍然包含在内。还应该提到的是，在至少两三年前的第一个霜冻节气的那一天，*电视台综合频道19: 30天气预报节目的头条照片是雾凇而不是霜冻。因为照片里有树，所以树上覆盖着美丽的雾凇。谁能看到如此美丽的“三维霜”，它会长在一棵高高的树顶上？

(作者是中国气象科学研究院研究员)