水是地球上各種生靈存在的根本,水的變化和運動造就了我們今天的世界.在地球上,水是不斷循環(huán)運動的,海洋和地面上的水受熱蒸發(fā)到天空中,這些水汽又隨著風運動到別的地方,當它們遇到冷空氣,形成降水又重新回到地球表面.這種降水分為兩種：一種是液態(tài)降水,這就是下雨；另一種是固態(tài)降水,這就是下雪或下冰雹等.
大氣里以固態(tài)形式落到地球表面上的降水,叫做大氣固態(tài)降水.雪是大氣固態(tài)降水中的一種最廣泛、最普遍、最主要的形式.大氣固態(tài)降水是多種多樣的,除了美麗的雪花以外,還包括能造成很大危害的冰雹,還有我們不經常見到的雪霰和冰粒.
由于天空中氣象條件和生長環(huán)境的差異,造成了形形色色的大氣固態(tài)降水.這些大氣固態(tài)降水的叫法因地而異,因人而異,名目繁多,極不統(tǒng)一.為了方便起見,國際水文協(xié)會所屬的國際雪冰委員會,在征求各國專家意見的基礎上,于1949年召開了一個專門性的國際會議,會上通過了關于大氣固態(tài)降水簡明分類的提案.這個簡明分類,把大氣固態(tài)降水分為十種：雪片、星形雪花、柱狀雪晶、針狀雪晶、多枝狀雪晶、軸狀雪晶、不規(guī)則雪晶、霰、冰粒和雹.前面的七種統(tǒng)稱為雪.為什么后面三種不能叫做雪呢?原來由氣態(tài)的水汽變成固態(tài)的水有兩個過程,一個是水汽先變成水,然后水再凝結成冰晶；還有一種是水汽不經過水,直接變成冰晶,這種過程叫做水的凝華.所以說雪是天空中的水汽經凝華而來的固態(tài)降水.（右圖為十種大氣固態(tài)降水示意圖,從上向下分別為：雪片、星形雪花、柱狀雪晶、針狀雪晶、多枝狀雪晶、軸狀雪晶、不規(guī)則雪晶、霰、冰粒、雹）.
雪的近親家族
霰
夏天,在高山地區(qū),天空里經常有許多過冷水滴圍繞著結晶核凍結,形成了一種白色的沒有光澤的圓團形顆粒,氣象學上把這種東西叫做霰,許多地方口語稱它為米雪或雪霰.霰的直徑一般在0.3到2.5毫米之間,性質松脆,很容易壓碎.霰不屬于雪的范疇,但它也是一種大氣固態(tài)降水.
冰粒和冰雹
夏天,在北方平原地區(qū),常常會遇到另外兩種大氣固態(tài)降水,這就是冰粒和雹.冰粒和雹是比較大的能夠流淌的水滴圍繞著凝結核一層又一層地凍結而形成的半透明的冰珠.氣象學上把粒徑不超過5毫米的叫做冰粒,把粒徑超過5毫米的叫做冰雹.冰雹給農業(yè)生產帶來很大危害.據記載,世界上最大的冰雹,比拳頭還大,直徑超過十厘米,重量超過一公斤.
霜、雨淞和霧淞
除了大氣固態(tài)降水之外,地面上還經常出現(xiàn)另一種所渭“地表生長型”的固態(tài)降水,這就是霜、雨淞和霧淞.
這些固態(tài)降水,雖不屬于大氣固態(tài)降水,僅僅是水汽在地表凝華結晶和凍結而形成的.但這些固態(tài)降水,對人類的生產活動也影響較大.霜凍是大家比較熟悉的,它經常讓農業(yè)減產.為了避免霜害,人們付出了艱巨的勞動.雨淞和霧淞對人類也并不是很友好的,它們一般在高山地帶出現(xiàn).在過冷天氣里,微小的雨滴或霧滴碰到劇烈冷卻的物體表面時,便在上面形成雨淞和霧淞.
這類固態(tài)降水的強度和規(guī)模,有時是非常驚人的,往往在一二天之內,物體迎風面上能聚結上一層一米多厚的冰殼,景色十分神異,好象童話里的意境.
雪花是怎樣形成的
在天空中運動的水汽怎樣才能形成降雪呢?是不是溫度低于零度就可以了?不是的,水汽想要結晶,形成降雪必須具備兩個條件：
一個條件是水汽飽和.空氣在某一個溫度下所能包含的最大水汽量,叫做飽和水汽量.空氣達到飽和時的溫度,叫做露點.飽和的空氣冷卻到露點以下的溫度時,空氣里就有多余的水汽變成水滴或冰晶.因為冰面飽和水汽含量比水面要低,所以冰晶生長所要求的水汽飽和程度比水滴要低.也就是說,水滴必須在相對濕度（相對濕度是指空氣中的實際水汽壓與同溫度下空氣的飽和水汽壓的比值）不小于100%時才能增長；而冰晶呢,往往相對濕度不足100%時也能增長.例如,空氣溫度為-20℃時,相對濕度只有80%,冰晶就能增長了.氣溫越低,冰晶增長所需要的濕度越小.因此,在高空低溫環(huán)境里,冰晶比水滴更容易產生.
另一個條件是空氣里必須有凝結核.有人做過試驗,如果沒有凝結核,空氣里的水汽,過飽和到相對濕度500%以上的程度,才有可能凝聚成水滴.但這樣大的過飽和現(xiàn)象在自然大氣里是不會存在的.所以沒有凝結核的話,我們地球上就很難能見到雨雪.凝結核是一些懸浮在空中的很微小的固體微粒.最理想的凝結核是那些吸收水分最強的物質微粒.比如說海鹽、硫酸、氮和其它一些化學物質的微粒.所以我們有時才會見到天空中有云,卻不見降雪,在這種情況下人們往往采用人工降雪.
不在天空里凝結的雪花
雪都是從天空中降落下來的,怎么會有不是在天空里凝結的雪花呢?
1773年冬天,俄國彼得堡的一家報紙,報導了一件十分有趣的新聞.這則新聞說,在一個舞會上,由于人多,又有成千上百支蠟燭的燃燒,使得舞廳里又熱又悶,那些身體欠佳的夫人、小姐們幾乎要在歡樂之神面前昏倒了.這時,有一個年輕男子跳上窗臺,一拳打破了玻璃.于是,舞廳里意想不到地出現(xiàn)了奇跡,一朵朵美麗的雪花隨著窗外寒冷的氣流在大廳里翩翩起舞,飄落在悶熱得發(fā)昏的人們的頭發(fā)上和手上.有人好奇地沖出舞廳,想看看外面是不是下雪了.令人驚奇的是天空星光燦爛,新月銀光如水.
那么,大廳里的雪花是從哪兒飛來的呢?這真是一個使人百思不解的問題.莫非有人在耍什么魔術?可是再高明的魔術師,也不可能在大廳里耍出雪花來.
后來,科學家才解開了這個迷.原來,舞廳里由于許多人的呼吸飽含了大量水汽,蠟燭的燃燒,又散布了很多凝結核.當窗外的冷空氣破窗而入的時候,迫使大廳里的飽和水汽立即凝華結晶,變成雪花了.因此,只要具備下雪的條件,屋子里也會下雪的.
雪花的基本形狀
下雪時的景致美不勝收,但科學家和工藝美術師贊嘆的還是小巧玲瓏的雪花圖案.遠在一百多年前,冰川學家們已經開始詳細描述雪花的形態(tài)了.
西方冰川學的鼻祖丁鐸耳在他的古典冰川學著作里,這樣描述他在羅扎峰上看到的雪花：“這些雪花……全是由小冰花組成的,每一朵小冰花都有六片花瓣,有些花瓣象山蘇花一樣放出美麗的小側舌,有些是圓形的,有些又是箭形的,或是鋸齒形的,有些是完整的,有些又呈格狀,但都沒有超出六瓣型的范圍.”
在我國,早在公元前一百多年的西漢文帝時代,有位名叫韓嬰的詩人,他寫了一本《韓詩外傳》,在書中明確指出,“凡草木花多五出,雪花獨六出.”
雪花的基本形狀是六角形,但是大自然中卻幾乎找不出兩朵完全相同的雪花,就象地球上找不出兩個完全相同的人一樣.許多學者用顯微鏡觀測過成千上萬朵雪花,這些研究最后表明,形狀、大小完全一樣和各部分完全對稱的雪花,在自然界中是無法形成的.
在已經被人們觀測過的這些雪花中,再規(guī)則勻稱的雪花,也有畸形的地方.為什么雪花會有畸形呢?因為雪花周圍大氣里的水汽含量不可能左右上下四面八方都是一樣的,只要稍有差異,水汽含量多的一面總是要增長得快一些.
世界上有不少雪花圖案搜集者,他們象集郵愛好者一樣收集了各種各樣的雪花照片.有個名叫賓特萊的美國人,花了畢生精力拍攝了近六千張照片.蘇聯(lián)的攝影愛好者西格尚,也是一位雪花照片的攝影家,他的令人銷魂的作品經常被工藝美術師用來作為結構圖案的模型.日本人中谷宇吉郎和他的同事們,在日本北海道大學實驗室的冷房間里,在日本北方雪原上的帳篷里,含辛茹苦二十年,拍攝和研究了成千上萬朵的雪花.
但是,盡管雪花的形狀千姿百態(tài),卻萬變不離其宗,所以科學家們才有可能把它們歸納為前面講過的七種形狀.在這七種形狀中,六角形雪片和六棱柱狀雪晶是雪花的最基本形態(tài),其它五種不過是這兩種基本形態(tài)的發(fā)展、變態(tài)或組合.
雪的保溫作用
積雪,好象一條奇妙的地毯,鋪蓋在大地上,使地面溫度不致因冬季的嚴寒而降得太低.積雪的這種保溫作用,是和它本身的特性分不開的.
我們都知道,冬天穿棉襖很暖和,穿棉襖為什么暖和