我們都知道,云是由許多小水滴和小冰晶組成的,雨滴和雪花是由這些小水滴和小冰晶增長變大而成的.那么,雪是怎么形成的呢?
在水云中,云滴都是小水滴.它們主要是靠繼續(xù)凝結(jié)和互相碰撞并合而增大成為雨滴的.
冰云是由微小的冰晶組成的.這些小冰晶在相互碰撞時,冰晶表面會增熱而有些融化,并且會互相沾合又重新凍結(jié)起來.這樣重復(fù)多次,冰晶便增大了.另外,在云內(nèi)也有水汽,所以冰晶也能靠凝華繼續(xù)增長.但是,冰云一般都很高,而且也不厚,在那里水汽不多,凝華增長很慢,相互碰撞的機會也不多,所以不能增長到很大而形成降水.即使引起了降水,也往往在下降途中被蒸發(fā)掉,很少能落到地面.
最有利于云滴增長的是混合云.混合云是由小冰晶和過冷卻水滴共同組成的.當(dāng)一團空氣對于冰晶說來已經(jīng)達到飽和的時候,對于水滴說來卻還沒有達到飽和.這時云中的水汽向冰晶表面上凝華,而過冷卻水滴卻在蒸發(fā),這時就產(chǎn)生了冰晶從過冷卻水滴上"吸附"水汽的現(xiàn)象.在這種情況下,冰晶增長得很快.另外,過冷卻水是很不穩(wěn)定的.一碰它,它就要凍結(jié)起來.所以,在混合云里,當(dāng)過冷卻水滴和冰晶相碰撞的時候,就會凍結(jié)沾附在冰晶表面上,使它迅速增大.當(dāng)小冰晶增大到能夠克服空氣的阻力和浮力時,便落到地面,這就是雪花.
在初春和秋末,靠近地面的空氣在0℃以上,但是這層空氣不厚,溫度也不很高,會使雪花沒有來得及完全融化就落到了地面.這叫做降"濕雪",或"雨雪并降".這種現(xiàn)象在氣象學(xué)里叫“雨夾雪”.
雪花的形狀極多,而且十分美麗.如果把雪花放在放大鏡下,可以發(fā)現(xiàn)每片雪花都是一幅極其精美的圖案,連許多藝術(shù)家都贊嘆不止.但是,各種各樣的雪花形狀是怎樣形成的呢?雪花大都是六角形的,這是因為雪花屬于六方晶系.云中雪花"胚胎"的小冰晶,主要有兩種形狀.一種呈六棱體狀,長而細,叫柱晶,但有時它的兩端是尖的,樣子象一根針,叫針晶.別一種則呈六角形的薄片狀,就象從六棱鉛筆上切下來的薄片那樣,叫片晶.
如果周圍的空氣過飽和的程度比較低,冰晶便增長得很慢,并且各邊都在均勻地增長.它增大下降時,仍然保持著原來的樣子,分別被叫做柱狀、針狀和片狀的雪晶.
如果周圍的空氣呈高度過飽和狀態(tài),那么冰晶在增長過程中不僅體積會增大,而且形狀也會變化.最常見的是由片狀變?yōu)樾菭?
原來,在冰晶增長的同時,冰晶附近的水汽會被消耗.所以,越靠近冰晶的地方,水汽越稀薄,過飽和程度越低.在緊靠冰晶表面的地方,因為多余的水汽都已凝華在冰晶上了,所以剛剛達到飽和.這樣,靠近冰晶處的水汽密度就要比離它遠的地方小.水汽就從冰晶周圍向冰晶所在處移動.水汽分子首先遇到冰晶的各個角棱和凸出部分,并在這里凝華而使冰晶增長.于是冰晶的各個角棱和凸出部分將首先迅速地增長,而逐漸成為枝叉狀.以后,又因為同樣的原因在各個枝叉和角棱處長出新的小枝叉來.與此同時,在各個角棱和枝叉之間的凹陷處.空氣已經(jīng)不再是飽和的了.有時,在這里甚至有升華過程,以致水汽被輸送到其他地方去.這樣就使得角棱和枝叉更為突出,而慢慢地形成了我們熟悉的星狀雪花.