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飞雪迎春到,你真的了解雪吗?

环境问题观察 环境问题观察 2021-05-30


飞雪迎春到。在猪年的春节前,全国多地喜降大雪。


一下雪,西安就变成了长安,北京就变成了北平,苏州变成了姑苏,南京变成了金陵,洛阳变成了东都....


一下雪,就不禁想起了堆雪人、打雪仗,瑞雪兆丰年,冰雪大世界,更吟出了“山回路转不见君,雪上空留马行处......“



一场大雪过后,世间万物都回归最质朴、最纯净的样子,整个朋友圈都在被雪刷屏,那你对雪的了解究竟有多少呢?下面就让我们一起走进雪的知识世界吧



雪的大小?


全国多地喜降大雪,到甚至是暴雪,多大的雪才叫大雪、暴雪呢?天气预报上说,暴雪是指24小时降水量大于10毫米的降雪,并且有积雪。但十几毫米,就是可以说“暴雪”了么?为啥才十几毫米?还没有高跟鞋底厚,是不是是搞错了!应该是以厘米为单位吧!其实,降雪量与积雪深度是两个不同的概念,降雪量并不是指积雪深度,而是冬天的降水量值。



降雪量是如何测量的呢?是工作人员将采集到的雪化成水后,再用标准仪器测量得到的结果。降雪等级标准是:


小雪:12小时内降雪量小于1.0毫米(折合为融化后的雨水量,下同)。

中雪:12小时内降雪量1.0毫米至3.0毫米或24小时内降雪量2.5毫米至5.0毫米。

大雪:12小时内降雪量3.0毫米至6.0毫米或24小时内降雪量5.0毫米至10.0毫米。

暴雪:12小时内降雪量大于6.0毫米或24小时内降雪量大于10.0毫米。


在很多地方,有时降雪量会远大于10毫米,因此很多地方和预报也参照大暴雨和特大暴雨这两个等级引入了大暴雪和特大暴雪这两个概念。


大暴雪:24小时内降雪量20.0毫米至30.0毫米的降雪过程。

特大暴雪:24小时内降雪量30毫米以上的降雪过程。


除此以外,在生活中,我们还偶尔会见到有雪飘落,但是不能形成积雪的状况,这种降雪被称为“零星小雪”。


PS:古诗里讲的“北风卷地白草折,胡天八月即飞雪”,描写八月飞雪的壮美景色,抒发了诗人雪中送别之情,没有其他送别诗里的伤感,反而充满了雪景的瑰丽浪漫,气势蓬勃。大家猜猜,这是多大的雪呢?






雪的厚度?



雪深雪浅,雪红雪白。雪的厚度是如何测量的呢?在气象学上,雪的厚度也有一个测量指标,就是积雪深度,是积雪表面到地面的垂直深度,以毫米为单位。同样的降雪量,积雪深度也有不同。一般而言,北方地区1毫米降雪的积雪深度有8-10毫米,在南方地区积雪深度有6-8毫米。



PS:原来,10毫米降雪量,在地下就可以形成6-10厘米深的积雪,没个马蹄,肯定没问题。这下,大家知道为什么十几毫米的降雪量,就可以被称为暴雪了吧~



雪的形成条件


雪就是固态的水。从气象学看,雪是从天空中的混合云降落到地面呈雪花形态的固体水。这些固体水由大量白色不透明的冰晶(雪晶)和其聚合物(雪团)组成。这种水在空中凝结再落下的自然现象,就是下雪。


在天空中运动的水汽怎样才能形成降雪,而不是降水或冰雹呢?是不是温度低于零度就可以下雪了呢?答案是否定的。


水汽想要结晶,形成降雪必须具备三个条件:水汽饱和、空气里有凝结核和必要的环境温度。由于高空的水汽含量较少,因此水汽饱和这就成为了雪形成的首要条件。对于凝结核,大家可能比较陌生,其实就是一些悬浮在空中的灰尘、花粉、盐粒、海盐、硫酸、氮和其它一些化学物质的微粒等。所以我们有时会见到天空中有云,却不见降雪,在这种情况下人们往往采用人工降雪,其原理就是人工制造凝结核,大多是碘化银,满足降雪的第二个条件。如果想要形成雪花就不能有较高的温度,这也就是夏天为什么不会下雪的原因。当然形成雪花不一定就要求温度低于零度。雪花是在混合云中,由于冰水共存使冰晶不断凝华增大形成的。当云下气温低于零度时,雪花可以一直落到地面而形成降雪。如果云下气温高于零度时,则可能出现雨夹雪。


PS:灰尘、花粉、盐粒、海盐、硫酸、氮和其它一些化学物质的微粒,就是大家经常说的PM2.5之类的大气颗粒物了,没有想到吧,原来这些作为“污染物”的PM(Particulate matter)也有大作用,没有了它们,下雪下雨就都不可能了。大自然真是充满了奥秘。


雪景


雪的结晶


当雪具备了上述形成条件,它形成的小冰晶可通过水汽在它表面凝华而增长,但冰晶所处的高空水汽不多,所以并不能很快增长。大部分小冰晶经过相互碰撞,其表面会增热而有些融化,并且会互相粘合又重新冻结增长。这样重复多次,冰晶便增大了。


其中,最有利于云滴增长的是混合云。混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的。在0℃以下,除了存在小冰晶,还有液态的过冷却水滴存在。当一团空气中的水汽,对于冰晶说来已经达到饱和的时候,对于水滴来说却还没有达到饱和时,云中的水汽向冰晶表面上凝华,而过冷却水滴却在蒸发,这时就产生了冰晶从过冷却水滴上“吸附”水汽的现象,这就是著名的贝吉龙(Bergeron)过程。在这种情况下,冰晶增长得很快。此外,过冷却水滴还有个特别的特征,过冷却水是很不稳定的。一碰它,它就要冻结起来。所以,在混合云里,当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候,就会冻结沾附在冰晶表面上,使它迅速增大。当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时,便落到地面,这就是雪花。


PS:吉林著名的雾松,也是这种过冷却水滴碰到温度更低的物体所形成的奇观,是一种附着于地面物体(如树枝、电线)迎风面上的白色或乳白色不透明冰层。它也是由过冷水滴凝结而成。不过,这些过冷水滴不是从天上掉下来的,而是浮在气流中由风携带来。


雾凇雪景


雪花的形状


在我们大多人的印象中,雪花都是六角形。那雪花还有没有其它的形状呢?

其实,雪花的形状极多,十分美丽。如果把雪花放在放大镜下,可以发现每片雪花都是一幅极其精美的图案,连许多艺术家都赞叹不止,有星状、柱状、片状等等,但基本形状是六角形。雪花之所以多呈六角形,花样之所以繁多,是因为冰的分子以六角形为最多,对于六角形片状冰晶来说,由于它的面上、边上和角上的曲率不同,相应地不同部位具有的饱和水汽压不同,故其凝华增长的情况也不相同。再加上冰晶不停地运动,它所处的温度和湿度条件也不断变化,这样就使得冰晶各部分增长的速度不一致,形成多种多样的雪花。


PS:据科学家研究发现,在自然界中很难找到任何两个形状完全相同的雪花,每一个雪花都拥有自己的独有图案而从不重复的。这并不是雪花有什么智慧,也不是雪花因为喜怒哀乐而变化形状,完全就是大自然的神奇造化呐。


雪的形状


雪花的颜色


雪花是什么颜色?看起来,雪花是白的。实际上,雪是冰的晶体,冰晶是无色透明的。可是它的每一面都象一个小镜子,反射光线的能力非常强,就显示出了白颜色。由于雪中冰晶的全反射作用,雪在人的眼中一般是白色的。事实上,当雪中掺杂了其他颜色的物质(如沙尘、煤屑、藻类色素等)时,颜色就会发生变化。当然,这也得其他颜色物质的密度够高才能成功染色。曾在俄罗斯、保加利亚等欧洲国家出现的罕见“橘雪”,就是撒哈拉沙漠的沙尘暴移动至东欧与白雪混合形成的叠加结果。

欧洲国家出现的罕见“橘雪”

喜马拉雅山上的红雪,是由雪衣藻、溪水绿球藻和雪生纤维藻等藻类含有特殊的色素——血色色素染成的。当白茫茫的冰雪被这些雪藻染成血红色后,在阳光的照射下,使瑞雪覆盖的喜马拉雅山,变成了一片玫红色的红雪。


雪花的大小和重量


雪花有多大?雪花晶体的大小,完全取决于水汽凝华、结晶时的温度状况。在非常寒冷时形成的雪晶很小,几乎看不见,只有在阳光下闪烁时,人们才能发现它们像金刚石粉末似地存在着。最大的雪花直径不超过3毫米。我们常见的鹅毛大雪,类似在降落过程中的雪片,其实是许多雪花粘结在一块形成的。


雪花有多重?雪花非常轻,这样微小的雪花只有在极精确的分析天平上才能称出它们重量,大约3000~10000个雪花加在一起才有一克重。有位科学家粗略统计了一下,一立方米的雪,约有60~80亿颗雪花,比地球上的总人口数还要多。

长白山大峡谷雪景


雪,是一种常见但又神奇的自然现象,每一朵雪花都是一件精致的艺术品。每一次化雪永远都比下雪冷,就像每一次结束都比开始更难过


2018年该结束的都结束了,希望在新的一年里,在暴雪的洗礼下,能够有更多的收获和喜悦、健康和幸福。



参考文献:

[1] 周淑贞, 张如一, 张超. 气象学与气候学(第三版) [M].北京:高等教育出版社,1997.

[2] 雪[DB/OL]. 百度百科, 2019-01-01.

[3] 黄美媛, 徐华英等. 云和降水物理[M]. 北京:科学出版社,1999.

[4] 汪亚萍, 雨雪的前世今生[DB/OL]. 中国科学院大气物理研究所.2015-12-21.

[5] 整个朋友圈都在下雪,那雪是怎么形成的?雪的10种形状,你都见过吗?[DB/OL].上海新闻网. 2018-01-15.

[6] 付丽丽. 你没看错,雪确实不只有白色[DB/OL]. 科技日报. 2018-3-30.


致谢:本文数据引用相关统计资料,特别后半部分大篇幅引用了郭湘宇先生撰写、在中科院地球环境研究所公众号上发表的“你真的了解雪吗?”一文内容,特此感谢。


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