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今冬以来最大范围降雪来袭!科学家带你看没见

2019-12-01 21:32栏目:商业
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28日夜间至30日,中国北方将出现一轮大范围雨雪天气。华北多个城市或将迎来今冬初雪。北京今或迎首个“准点”初雪,预计今天(29日)傍晚前后到夜间北京将有小雪。


看雪、赏雪、堆雪人、打雪仗、滑雪,说到对雪的喜爱,南北方难得达成了一致。但说到“玩”雪,恐怕没有人敢说自己比他们更专业。


其实雪不单单只有这些属性,当你靠近去观察雪,就会发现一个神奇的雪世界。现在就让我们跟随着天山积雪研究团队,一起走入雪的奇妙世界吧。


当水汽压超过水汽饱和点,大气中水汽过饱和时,形成云。当云中温度低于0℃时,出现过冷的水气和合适的气溶胶,以饱和的空气团中的尘埃粒子为核心,通过吸引过冷的水滴,然后以晶体的形式凝聚,雪雏形冰晶体便在云中形成。


水汽不断地凝聚在雪雏形冰晶体上,当冰晶达到了足够的尺寸,并可能与其他冰晶合并,到达一定重量,然后以雪的形式飘落下来。


它们主要可以分为八大类和至少80个个体变种。冰晶的主要组成形状是针状、柱状、板状等,而冰晶相互之间又可以出现多种组合,从而复合成形状各异的雪花。所以我们可以根据雪花的形状来判断局域的气候和气候变化。


看起来白茫茫的雪,其实是由无色冰晶体构成的。而雪花对光的漫反射是雪呈现白色的主要原因。


雪花从天而降,在飘落的过程中会磨掉雪花的枝角。同时雪花之间相互挤压,会破碎成细小的冰晶,最终成为直径小于0.5mm的圆形颗粒,我们称为圆化雪晶体。它是雪晶体在地面上发育生长的起始状态。


随着雪的积累,积雪厚度增加。雪的低热传导性导致雪表面和靠近大地的雪层温度明显不同,从而使积雪内部温度呈现明显的梯度变化。


午间太阳光的热辐射和空气温度导致表面雪层的温度高于底部雪层,而当夜晚到来,温度下降,表面雪层的温度低于底部雪层的温度。昼夜温度的变化导致积雪温度梯度方向改变。温度梯度驱动雪中的自由水汽运移,水汽时而向上运动,时而向下游动。在游移的过程中,会粘附着在圆化雪晶体上,使圆化雪晶体变化成形状各异的、直径范围在1-3mm的多面体雪晶体。相邻的多面体雪晶体也会被游离的水汽烧结在一起。雪中的烧结犹如电焊把铁板焊接在一起一样,牢固的把雪晶体连接在一起。


随着不断的降雪,处于雪晶体青春期的多面体雪晶体被新降的雪覆盖,积雪厚度不断增加。


此时最底层的雪层温度会一直高于积雪表层温度,整个雪层内的温度环境不再有剧烈的变化,温度梯度变大并且方向呈现稳定态势,水汽运移加强并且方向也随之统一。


水汽不断粘附在多面体雪晶体上,晶体之间相互的烧结作用不断加强。雪晶体颗粒逐渐变大,并且形成有迷宫状、玛瑙状、金字塔状、钻石状、手枪状等各种规则形状的雪晶体,晶体直径一般为3-10mm。这种个体较大的雪晶体被称为深霜。深霜具有明显的菱角,相互独立,相互之间的空隙较大。深霜相互之间的结合差,空隙较大,其呈现散碎形态,我们也称其为糖雪,犹如白糖一样零散。这就是为什么有时候走在雪地上,会一脚踩空的原因。


居于中下层的雪晶体在高的温度梯度作用下,发生明显的烧结现象,形成烧结在一起的深霜链。


最低层的深霜承载着上层全部雪的压力,在压力的作用下,烧结在一起的深霜发生凝聚,形成硬度较大,密实的凝聚态结构。


深霜发育的同一时期,位于表层的雪晶体也呈现生长态势。它接触大气中的水蒸气,当水蒸气达到冰点时,会导致从水蒸气(气体)到冰(固体)的相态变化并粘附在雪晶体上。当相对湿度高于90%且温度低于?8°C时,就会形成蕨类状的冰结构,我们称为表霜。


表霜一般逆着风向生长,因为迎风来的空气比背风来的空气湿度更高。但风不能太强,否则会损坏脆弱的蕨类状冰结构。


表霜晶体的大小在很大程度上取决于温度、水蒸气量以及它们在不受干扰的情况下生长的时间。中国科学院新疆生态与地理研究所的积雪研究团队观测发现,新疆巴音布鲁克草原的表霜能形成高6cm,直径8cm的绒花一样结构。


表霜晶体的形状取决于它们积聚的时间和水蒸气(湿度)的浓度。霜晶可以是透明的或白色的。当霜晶向四面八方散射光时,霜晶的涂层会呈现白色。


积雪是由数次降雪积累形成的,由于沉降时间不同,雪晶体的发育程度不同,雪晶体的颗粒和大小也就形成了明显的差异,因此积雪形成了轮廓明显的层理结构。


一个理想化的自然雪晶体从初始到深霜的发育变质过程为:新雪沉降-雪晶体破碎和圆化-多面体雪晶体-深霜。理论上,雪剖面观测到的雪晶体从上到下为圆化雪晶体,多面雪晶体,深霜。


是隆冬期天山山区的积雪剖面的雪晶体层理,自上到下为圆化雪晶体、多面体雪晶体、多面雪晶体链、空杯深霜、深霜链、柱状深霜、凝聚深霜。


随着气温升高,整体雪层的温度也升至0度,雪层内的含水率明显增加,积雪的深度也迅速下降。在雪层温度呈现0度时,雪晶体开始了等温变质,整个雪层的雪晶体菱角被圆化,并经历反复的冻融,雪晶体胶结在一起,体积也不断增加,形成融态雪晶体。


春天,白天温度较高,一部分雪升华为气态进入天空。另一部分雪融化成液态水,汇入江河成为重要的淡水资源或渗入地下滋润万物。当夜晚来临时,温度下降,没有上天入地的雪水重新被冻结,镶嵌入泥土里,反反复复。当雪水全部消失时,她会在大地上留下深深的刻痕,以此来倾诉她的不舍与眷恋。