在地球上,水是不斷循環運動的,海洋和地麵上的水受熱蒸發到天空中,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麵。這種降水分為兩種:一種是液態降水,這就是下雨;另一種是固態降水,這就是下雪或下冰雹等。大氣裏以固態形式落到地球表麵上的降水,叫做大氣固態降水。雪是大氣固態降水中的一種最主要的形式。冬季,我國許多地區的降水,是以雪的形式出現的。氣象上一般把雪按24小時內降水量分為4個等級:0.1~2.4毫米的雪稱為小雪;2.5~4.9毫米的雪稱為中雪;5.0~9.9毫米的雪稱為大雪;10毫米以上(含10毫米)的雪稱為暴雪。從降水量看,即使是暴雪的量級也僅僅相當於雨量中的中雨。粗略地估計,10毫米深的積雪僅能融化為1毫米的水。大氣固態降水是多種多樣的,除了雪花以外,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。由於天空中氣象條件和生長環境的差異,造成了形形色色的大氣固態降水。這些大氣固態降水的叫法因地而異,因人而異,名目繁多,極不統一。為了方便起見,國際水文協會所屬的國際雪冰委員會,在征求各國專家意見的基礎上,於1949年召開了一個專門性的國際會議,會上通過了關於大氣固態降水簡明分類的提案。這個簡明分類,把大氣固態降水分為十種:雪片、星形雪花、柱狀雪晶、針狀雪晶、多枝狀雪晶、軸狀雪晶、不規則雪晶、霰、冰粒和雹。前麵的七種統稱為雪。為什麼後麵三種不能叫做雪呢?原來由氣態的水汽變成固態的水有兩個過程,一個是水汽先變成水,然後水再凝結成冰晶;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降水。在天空中運動的水汽怎樣才能形成降雪呢?是不是溫度低於0益就可以了?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,空氣裏就有多餘的水汽變成水滴或冰晶。因為冰麵飽和水汽含量比水麵要低,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)不小於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益時,相對濕度隻有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,在高空低溫環境裏,冰晶比水滴更容易產生。
另一個條件是空氣裏必須有凝結核。有人做過試驗,如果沒有凝結核,空氣裏的水汽,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象在自然大氣裏是不會存在的。所以沒有凝結核的話,我們就很難能見到雨雪。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、氮和其他一些化學物質的微粒。所以我們有時才會見到天空中有雲,卻不見降雪,在這種情況下人們往往采用人工降雪。
雪都是從天空中降落下來的,怎麼會有不是在天空裏凝結的雪花呢?
1779年冬天,俄國聖彼得堡的一家報紙,報道了一件十分有趣的新聞。這則新聞說,在一個舞會上,由於人多,又有成千上萬支蠟燭的燃燒,使得舞廳裏又熱又悶,那些身體欠佳的夫人、小姐們幾乎要在歡樂之神麵前昏倒了。這時,有一個年輕男子跳上窗台,一拳打破了玻璃。於是,舞廳裏意想不到地出現了奇跡,一朵朵美麗的雪花隨著窗外寒冷的氣流在大廳裏翩翩起舞,飄落在悶熱得發昏的人們的頭發上和手上。有人好奇地衝出舞廳,想看看外麵是不是下雪了。令人驚奇的是天空星光燦爛,新月銀光如水。
那麼,大廳裏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。
莫非有人在變魔術?可是再高明的魔術師,也不可能在大廳裏變出雪花來。
後來,科學家才解開了這個迷。原來,舞廳裏由於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,迫使大廳裏的飽和水汽立即凝華結晶,變成雪花了。因此,隻要具備下雪的條件,屋子裏也是會下雪的。
多姿多彩的雪花
下雪時的景致美不勝收,但科學家和工藝美術師讚歎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了。
西方冰川學的鼻祖丁鐸耳在他的古典冰川學著作裏,這樣描述他在羅紮峰上看到的雪花:“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範圍。”
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,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。”