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唐代詩人李白的《北風行》中有一名句“燕山雪花大如席”,勾起了我們對燕山雪花的濃厚興趣,雪花真的會有席子那么大嗎?燕山這個地方為什么會出現大雪呢?
雪花到底有多大
眾所周知,“燕山雪花大如席”只是一種藝術夸張,并不是對現實的實際描述。那么,雪花到底能有多大呢?
世界上最大雪花的紀錄,出現于1887年美國蒙大拿州的一場暴風雪中,人們在這場風雪中觀測到一片直達38厘米、厚約20厘米的雪花,其尺寸堪比奶鍋。這種巨型雪花并非由單一雪晶組成,而是由數百甚至數千個雪晶在降落過程中相互粘連形成的聚合體。人們觀察到的由單個雪晶組成的雪花,也就是狹義的最大尺寸的雪花為10毫米,由物理學家肯尼斯·利布雷希特于2003 年在實驗室中培育并測量確認。自然界中普通雪花的直徑通常小于3毫米。
既然小雪花可以通過粘連形成較大的雪花,為什么我們在現實中見不到如席子一樣大的雪花呢?主要原因有以下幾點。
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第一,雪晶結構的天然脆弱性。從本質上說,雪花是水分子在冰核上凝華形成的六邊形晶體。其微觀結構呈枝杈狀(樹突形),密度僅為水的十分之一,內部充滿了空隙。這種多孔結構導致雪花的機械強度非常低,只要受到氣流、碰撞等輕微的外力作用就會斷裂。如果強行讓雪花擴大“生長”成席子那么大,其自身的重量足以讓這片雪花在空中解體。
第二,水汽供給的物理極限。雪花的生長依賴空氣中過飽和水汽的凝華作用。雪花越大,其微觀結構中外圍“枝杈”獲取水汽的效率越低,導致在實驗室中人工培育的最大單晶雪花直徑僅有10毫米。此外,大型雪花表面會因凝華釋放潛熱而升溫,加速局部融化,破壞整體結構的穩定性。換句話說,水汽擴散速率和熱力學都在一定程度上限制了雪花的成長。
第三,雪花在下落過程中遭遇的機械和熱力損壞。在下落過程中,達到一定尺寸后的雪花所受到的空氣阻力遠超其骨架的承受力,導致自身結構遭到破壞;而且,與其他雪花、雪晶或水滴發生的碰撞,也會導致雪花破碎。此外,下落中的雪花經過溫度較高的低空時,表面發生融化,致使自身結構解離的速度加快。
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氣象學模擬表明,若要形成直徑1米的“席子雪”,需同時滿足三個條件:一是氣溫長期穩定在-2~0℃,這種溫度條件有利于雪花粘連,但不易使其破碎;二是濕度無限接近 100% 且無任何氣流擾動; 三是雪花從云層到地面的下落時間趨近于零,以免與其他物體發生碰撞。這是一種極其理想的假設條件,在自然界中根本不可能出現。
燕山緣何多大雪
燕山是華北地區降雪比較多的地區,暴雪多集中出現在每年11月至次年3月。為什么燕山容易出現大雪呢?
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燕山呈東西走向,與太行山共同構成“北京灣”地形屏障。當來自東南方向的暖濕氣流向西北推進時,受燕山山脈阻擋,暖濕空氣被迫抬升,并因此發生絕熱冷卻,水汽凝結成云,所以當地容易出現降雪,甚至形成地形性的大雪乃至暴雪。
特殊的水汽通道也可能為燕山的降雪提供充足的水汽條件。就大氣環流而言,冷空氣自蒙古高原南下后,有部分冷空氣從遼東半島經渤海侵入華北平原。此時的渤海相當于巨型的“加濕器”,使入侵到華北地區的冷空氣攜帶大量水汽,成為“冷流降雪”的源頭。冷暖空氣在燕山南麓交匯后,當地的水汽通量可達日常的2~3倍,為降雪提供源源不斷的水汽。
西伯利亞或蒙古高壓等強冷空氣南下時,在燕山北側形成冷墊,冷空氣使附近氣溫在短時間內驟降,為降雪提供低溫條件。與此同時,當副熱帶高壓位置偏北時,其邊緣西南急流會將來自南海和東海的水汽輸送至燕山地區,為降雪提供適宜的水汽條件。如果暖濕氣流在山前持續抬升,不斷生成降水云團,可能導致降雪長時間滯留。此外,當冷空氣楔入暖濕氣流下方時,大氣層結極不穩定,可能觸發對流雪。這類雪具有強度大、粒徑粗的特點,很有可能在視覺上形成“大如席”的雪花。
(文內配圖均已獲得圖蟲創意授權)
本文節選自《百科知識》2025.11B
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