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2022年1月7日 星期

雪花的形状有多少种
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雪花是一种美丽的晶体,又名未央花或六出。人们很早就留意到雪花的形状,中国西汉时代的韩婴就写过:“凡草木花多五出,雪花独六出。”即雪花的基本形状是六角形。其实在不同的环境下,雪花可以表现出各种各样的形态。这主要是因为雪花在生成过程中,温度和湿度瞬息万变,只要稍有差异,雪花的形状就会有所不同。

雪花的形状,涉及水在大气中的结晶过程。大气中的水分子在冷却到冰点以下时,就开始凝华并形成水的晶体,即冰晶。冰晶和其他一切晶体一样,其最基本的性质就是具有自己规则的几何外形。冰晶属六方晶系,六方晶系具有四个结晶轴,其中三个辅轴在一个平面上,互相以六十度角相交;另一主轴与这三个辅轴形成平面垂直。六方晶系的最典型形状是六棱柱体。但是,当结晶过程中主轴方向晶体发育很慢,而辅轴方向发育较快时,晶体就呈现出六边形片状。大气中的水汽在结晶过程中,往往是晶体在主晶轴方向生长速度慢,而三个辅轴方向则快得多,因此冰晶多为六边片状。

当大气中的水汽十分丰富的时候,周围的水分子不断地向最初形成的晶片上结合。其中,雪片的六个顶角上会最先出现突出物和枝杈。这些枝杈增长到一定程度,又会分叉。次级分叉与母枝均保持六十度的角度。一朵六角星形的雪花就这样形成了。

每片雪花在整体上虽然都是六角星形的,但在细微形态上却有很多差别。有人专门收集过不同形状的雪花,竟发现有六千多种不同的细微形态的雪花。仔细观察各种不同形态的雪花,可以发现主要有四种:极状雪花像一块六角形的薄板,有的整齐而对称,有的错综复杂、呈不规则堆叠的六角形;星状雪花像一颗有六角光芒的星星;柱状雪花像六角形的粉笔,它的两头有的是平的,有的是尖的,也有几个大小不同的柱形集合在一起组成;针状雪花像缝衣服的针,它的两端有浑圆的,有尖尖的,也有单根针状和数根针状合并而成的。

此外,科学家们还发现,雪花在空中飘浮时,本身还会振动,而这种振动是环绕对称点进行的,而这个对称点正是最初形成的冰晶,这就是保持雪花形态在飘落过程中不发生变化的原因。据《中国气象报》

人工增雪及其工作原理

人工增雪的原理类似于人工增雨,但是比人工增雨的成功率更大。人工增雨可以增加大约20%的雨量,而在高山、高寒地区,人工增雪却能增加30%~40%的降水量。这是因为高山、高寒地区温度低,水汽容易达到饱和状态,且雪晶比雨滴更容易形成。只要人工给大气增加一些结晶核,就比较容易促进降雪。

天上的水汽要变成雨雪降下来必须具备两个条件:一是要有一定的水汽饱和度;另一个是要有凝结核。因此,人工增雪首先必须天空里有云,没有云就像巧妇难做无米之炊一样,下不了雪。能下雪的云叫冷云。在冷云里,既有水汽凝结的小水滴,也有水汽凝华的小雪晶。但它们都很小很轻,倘若不存在继续生长的条件,它们只能像烟雾尘埃一样悬浮在空中,很难落下来。我们在冬天里经常能看到大块大块的云彩,就是不见雪花飘下来,因为组成这些云彩的雪晶太小,克服不了空气的浮力,降水能力很差。如果在云层里喷撒一些微粒物质,促进雪晶很快地增长到能够克服空气的浮力降落下来,这就是人工增雪的功劳。

二十世纪四十年代,有人在飞机上把干冰碎粒撒到温度为零下20℃的高积云顶部,结果发现雪从这块云层中降落下来。干冰的温度很低,在零下78.5℃以下。把干冰晶体喷撒在冷云里,每一颗二氧化碳晶体都成为一个剧冷中心,促使冷云里的水汽、小水滴和小雪晶很快地集结在它的周围,凝华成较大的雪花降落下来。

现在常用碘化银来人工降雪。碘化银是一种黄颜色的化学结晶体,平时作为照相材料里的感光剂使用。碘化银的晶体与雪晶的六角形单体尺寸非常相似,它们单体里的原子排列也十分近似,两者的晶格间距也很接近(碘化银是4.58埃,雪晶是4.52埃)。因此,把碘化银微粒撒在降水能力较差的云层里,使它顶替雪晶,便能让云中的水汽和小水滴在这些晶体上凝华结晶,变成雪花。据《中国气象报》


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