【学点科学】寒冷为何改变了雪花的模样

时间:2021-01-10 17:27:27  来源:中国气象局气象宣传与科普中心

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【学点科学】寒冷为何改变了雪花的模样

在冬天,遇上一场雪,我们总有一种说不出的喜爱,喜欢它的洁白无瑕,喜欢下雪时的气氛……那你是否留意过它的形状呢。对于雪花的形状,很多人可能会脱口而出“六边形”,那么实际情况是这样吗。雪花的形状很大程度上取决于云层中的温度和湿度


在冬天,遇上一场雪,我们总有一种说不出的喜爱,喜欢它的洁白无瑕,喜欢下雪时的气氛……那你是否留意过它的形状呢?对于雪花的形状,很多人可能会脱口而出“六边形”,那么实际情况是这样吗?

要想知道雪花的形状,不得不提历史上第一位给雪花拍照的人Wilson Bentley,他1865年出生于美国佛蒙特州农场,从小对雪花着迷,不到19岁就开始记录雪花,终其一生拍过的雪花数量超过5000朵,且形状未有任何重复,可以说是当之无愧的“爱花人”。

雪花的形状很大程度上取决于云层中的温度和湿度。要知道温湿度如何影响雪花的形状,就不得不提日本的一个物理学家中谷宇吉郎(Ukichiro Nakaya),他早在20世纪30年代就通过实验室培育雪花,发现了不同雪花形成的规律,并制作了雪花形态图表。

从图中可以看到在任何给定温度和饱和水平条件下形成雪花的主要类型。最大、最上镜的六瓣星状雪花只生长在云层温度在-15℃左右的狭窄温度范围内,针叶和柱状物雪花最常形成于-6℃左右的云层中。当云层湿度较高时,会长出更精致的树枝状雪花晶体,湿度较低则易形成简单的板状或者柱状晶体。

目前,尽管研究人员一直在研究预测雪花晶体形状的理论方程,但我们仍然不知道形成特定形状背后的精确变量。多年来,雪花晶体可以分类的种类数量一直在稳步增加,在20世纪30年代的早期研究中,它们被分为21个不同的基于形状的类别;在20世纪50年代,这个类别扩大到42个类别,在20世纪60年代扩大到80个类别,2013年扩大到惊人的121个类别。

简单来说,每一片雪花都不尽相同。在雪花刚开始形成的时候,你也许会找到一些极其相似的雪花,但雪花完全成型之后,每一片的结构都有所不同,尽管有些只是极其细微的角度差别。

1902年Wilson Bentley拍摄的雪花形状

温度和饱和水平对雪花类型的影响。丁茜 制图

蕨类状雪花(本组图片由阿列克谢·卡尔加托夫拍摄)

柱状雪花

彩虹雪花

六角板雪花

两朵雪花碰撞而成的十二瓣雪花(其中一片对另一片进行了30°旋转)

极其罕见的三角雪花

像花瓣一样的雪花

像钻石一样闪亮的霜晶状雪花

编辑:秦秦


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