下雪

简介

雪是一种自然现象。由于气象条件和天空生长环境的不同，导致了各种大气固体降水。

这些大气固态降水的名称因地而异，因人而异，有不同的名称和极其不同的定义。为方便起见，国际水文协会下属的国际冰雪委员会在征求各国专家意见的基础上，于1949年召开了一次特别国际会议。会议通过了一项关于大气固体降水简明分类的建议。这一简明分类将大气固体降水分为十种类型:雪花、星形雪花、柱状雪花、针状雪花、多分支雪花、轴向雪花、不规则雪花、霰、冰粒和冰雹。前七个物种统称为雪。为什么后面三个不能叫做雪？最初，从气态水蒸气到固态水有两个过程。一个是水蒸气首先变成水，然后水凝结成冰晶。另一个是水蒸气不通过水直接变成冰晶。这个过程叫做水的凝结。因此，雪是天空中凝结水蒸气的固体沉淀。(右图显示了十种大气固体降水，从上到下依次为:雪花、星星雪花、柱状雪花、针状雪花、多分支雪花、轴向雪花、不规则雪花、霰、冰粒和冰雹)。

形成机制

情况

空气运动中的水蒸气如何形成天空中的降雪？如果温度低于零度可以吗？不，水蒸气要结晶，必须满足两个条件才能形成降雪:

一个条件是水蒸气饱和。空气在一定温度下所能容纳的最大水蒸气量被称为饱和水蒸气。空气达到饱和的温度称为露点。当饱和空气冷却到露点以下时，空气中多余的水蒸气会变成水滴或冰晶。因为冰表面的饱和水蒸气含量低于水表面的饱和水蒸气含量，所以冰晶生长所需的水蒸气饱和度低于水滴。换句话说，只有当相对湿度(相对湿度是指在相同温度下空气中的实际水蒸气压力与空气中的饱和水蒸气压力之比)不小于100%时，水滴才能生长。另一方面，即使相对湿度低于100%，冰晶也会生长。例如，当气温为-20℃时，相对湿度仅为80%，冰晶可以生长。温度越低，冰晶生长所需的湿度越小。因此，在高海拔和低温环境中，冰晶比水滴更容易产生。

另一个条件是空气中必须有凝结核。有些人做过实验。如果没有凝结核，空气中的水蒸气在凝结成水滴之前会过饱和到相对湿度超过500%的程度。然而，这样大的过饱和不会存在于自然大气中。所以如果没有凝结核，我们将很难看到地球上的雨雪。凝结核是悬浮在空气中的微小固体颗粒。理想的凝结核是那些吸收最多水分的粒子。例如，海盐、硫酸、氮气和其他化学物质的微粒。这就是为什么我们有时会看到天空中有云，但没有雪。在这种情况下，人们经常使用人工降雪。

雪花的形成

雪从天而降。天空中怎么会有不凝结的雪花呢？

1773年冬天，俄罗斯彼得堡的一家报纸报道了一个非常有趣的故事。新闻说，在一个舞厅里，人群和燃烧的数百支蜡烛使大厅又热又闷，生病的女士们几乎在欢乐之神面前晕倒。这时，一个年轻人跳到窗台上，用拳头打碎了玻璃。结果，舞厅里出现了意想不到的奇迹。美丽的雪花随着窗外的冷空气在大厅里翩翩起舞，落在闷热的人们的头发和手上。有人好奇地冲出舞厅，想看看外面是否下雪。令人惊奇的是天空布满星星，新月像水一样银色。

那么，大厅里的雪花是从哪里来的呢？这真是一个令人困惑的问题。有人在玩魔法吗？然而，不管魔术师有多聪明，也不可能在大厅里制造雪花。

后来，科学家们解开了这个谜。原来，舞厅里许多人的呼吸充满了水蒸气，而蜡烛的燃烧也驱散了许多凝结的核。当窗外的冷空气穿过窗户进入时，它迫使大厅里饱和的水蒸气结晶并变成雪花。因此，只要有下雪的条件，房子里也会下雪。

雪花的基本形状

下雪时的景色非常美丽，但是科学家和艺术家仍然欣赏小巧精致的雪花图案。100多年前，冰川学家开始详细描述雪花。

西方冰川学的鼻祖丁铎尔在他的经典冰川学著作中对他在罗扎峰上看到的雪花描述如下:“这些雪花...都是由小冰花组成的。每朵小冰花有六片花瓣。有些花瓣发出美丽的小舌头，像苏华花，有些是圆的，有些是箭头形的，或之字形的，有些是完整的，有些是格子形的，但它们不超过六瓣的范围。”

在我国，早在100多年前的西汉文帝时代，就有一位名叫韩颖的诗人。他写了一本叫《韩石外传》的书。在书中，他明确指出，“有五种以上植物和花的地方，只有六片雪花。”

雪花的基本形状是六边形的，但是自然界中几乎没有两个完全相同的雪花，就像地球上没有两个完全相同的人一样。许多学者用显微镜观察了成千上万的雪花。这些研究最终表明，形状和大小完全相同、完全对称的雪花不可能在自然界中形成。

在人们观察到的雪花中，即使是普通的雪花也有一些异常。为什么雪花会变形？因为雪花周围大气中的水分含量不可能在所有方向上都相同，只要有一点点差异，水分含量高的一面总是会长得更快。

世界上有许多雪花图案的收藏家。他们像集邮者一样收集各种雪花照片。一位名叫宾特利的美国人一生拍摄了近6000张照片。苏联摄影爱好者希赞也是一名雪花摄影师。他迷人的作品经常被工艺美术家用作结构图案的模型。在日本北海道大学实验室的寒冷房间里，在日本北部白雪皑皑的平原上的帐篷里，栗川和他的同事们辛苦工作了20年，拍摄并研究了成千上万的雪花。

然而，尽管雪花有各种形状，但它们从不会改变它们原来的形状，所以科学家能够把它们归纳为前面提到的七种形状。在这七种形态中，六边形雪花和六边形棱柱雪花是最基本的雪花形态，而另外五种只是这两种基本形态的发展、变形或组合。