看雪、賞雪、堆雪人、打雪仗、滑雪，說到對雪的喜愛，南北方難得達成了一致。但說到“玩”雪，恐怕沒有人敢說自己比他們(men) 更專(zhuan) 業(ye) 。

　　圖1：中國科學院新疆生態與(yu) 地理研究所積雪研究團隊對賽裏木湖湖麵雪晶體(ti) 樣本拍照

　　（攝影: 範書(shu) 財 2019年1月17日）

　　他們(men) ，就是中國科學院新疆生態與(yu) 地理研究所積雪研究團隊。  

　　說到雪，大家有哪些認識？白色，涼的，溫度上升會(hui) 融化？

　　其實雪不單單隻有這些屬性，當你靠近去觀察雪，就會(hui) 發現一個(ge) 神奇的雪世界。現在就讓我們(men) 跟隨著天山積雪研究團隊，一起走入雪的奇妙世界吧。

　　在天寒地凍，風刀霜劍的冬天，萬(wan) 物沉寂。雪從(cong) 天而降，開始了她絢麗(li) 多彩的一生。

　　雪晶體(ti) 的前世

　　雪是上天派到大地的信使，她會(hui) 帶給我們(men) 許多天空中的信息。

　　當水汽壓超過水汽飽和點，大氣中水汽過飽和時，形成雲(yun) 。當雲(yun) 中溫度低於(yu) 0℃時，出現過冷的水氣和合適的氣溶膠，以飽和的空氣團中的塵埃粒子為(wei) 核心，通過吸引過冷的水滴，然後以晶體(ti) 的形式凝聚，雪雛形冰晶體(ti) 便在雲(yun) 中形成。

　　圖2 從(cong) 天而降的雪（攝影: 範書(shu) 財2019年1月19日拍攝於(yu) 新疆昭蘇縣）

　　水汽不斷地凝聚在雪雛形冰晶體(ti) 上，當冰晶達到了足夠的尺寸，並可能與(yu) 其他冰晶合並，到達一定重量，然後以雪的形式飄落下來（圖2）。

　　當雪花在不同的溫度和濕度的大氣中移動時，會(hui) 出現複雜的形狀。

　　它們(men) 主要可以分為(wei) 八大類和至少80個(ge) 個(ge) 體(ti) 變種。冰晶的主要組成形狀是針狀、柱狀、板狀等，而冰晶相互之間又可以出現多種組合，從(cong) 而複合成形狀各異的雪花（圖3）。所以我們(men) 可以根據雪花的形狀來判斷局域的氣候和氣候變化。

　　圖3 絢麗(li) 多彩的雪花 (攝影: 範書(shu) 財)

　　看起來白茫茫的雪，其實是由無色冰晶體(ti) 構成的。而雪花對光的漫反射是雪呈現白色的主要原因。

　　雪晶體(ti) 的少年故事

　　雪花從(cong) 天而降，在飄落的過程中會(hui) 磨掉雪花的枝角。同時雪花之間相互擠壓，會(hui) 破碎成細小的冰晶，最終成為(wei) 直徑小於(yu) 0.5mm的圓形顆粒，我們(men) 稱為(wei) 圓化雪晶體(ti) 。它是雪晶體(ti) 在地麵上發育生長的起始狀態。

　　雪是一種低的熱傳(chuan) 導體(ti) ，較低的熱傳(chuan) 導性使積雪可以被認為(wei) 是一種絕熱體(ti) 。

　　隨著雪的積累，積雪厚度增加。雪的低熱傳(chuan) 導性導致雪表麵和靠近大地的雪層溫度明顯不同，從(cong) 而使積雪內(nei) 部溫度呈現明顯的梯度變化。

　　午間太陽光的熱輻射和空氣溫度導致表麵雪層的溫度高於(yu) 底部雪層，而當夜晚到來，溫度下降，表麵雪層的溫度低於(yu) 底部雪層的溫度。晝夜溫度的變化導致積雪溫度梯度方向改變。溫度梯度驅動雪中的自由水汽運移，水汽時而向上運動，時而向下遊動。在遊移的過程中，會(hui) 粘附著在圓化雪晶體(ti) 上，使圓化雪晶體(ti) 變化成形狀各異的、直徑範圍在1-3mm的多麵體(ti) 雪晶體(ti) 。相鄰的多麵體(ti) 雪晶體(ti) 也會(hui) 被遊離的水汽燒結在一起。雪中的燒結猶如電焊把鐵板焊接在一起一樣，牢固的把雪晶體(ti) 連接在一起（圖4）。

　　圖4 單一的多麵體(ti) 雪晶體(ti) 和多個(ge) 晶體(ti) 的燒結 （攝影: 範書(shu) 財）

　　雪晶體(ti) 的中年盛況

　　隨著不斷的降雪，處於(yu) 雪晶體(ti) 青春期的多麵體(ti) 雪晶體(ti) 被新降的雪覆蓋，積雪厚度不斷增加。

　　此時最底層的雪層溫度會(hui) 一直高於(yu) 積雪表層溫度，整個(ge) 雪層內(nei) 的溫度環境不再有劇烈的變化，溫度梯度變大並且方向呈現穩定態勢，水汽運移加強並且方向也隨之統一。

　　水汽不斷粘附在多麵體(ti) 雪晶體(ti) 上，晶體(ti) 之間相互的燒結作用不斷加強。雪晶體(ti) 顆粒逐漸變大，並且形成有迷宮狀、瑪瑙狀、金字塔狀、鑽石狀、手槍狀等各種規則形狀的雪晶體(ti) ，晶體(ti) 直徑一般為(wei) 3-10mm（圖5）。這種個(ge) 體(ti) 較大的雪晶體(ti) 被稱為(wei) 深霜。深霜具有明顯的菱角，相互獨立，相互之間的空隙較大。深霜相互之間的結合差，空隙較大，其呈現散碎形態，我們(men) 也稱其為(wei) 糖雪，猶如白糖一樣零散。這就是為(wei) 什麽(me) 有時候走在雪地上，會(hui) 一腳踩空的原因。

　　圖5 各種深霜形態 （攝影: 範書(shu) 財）

　　居於(yu) 中下層的雪晶體(ti) 在高的溫度梯度作用下，發生明顯的燒結現象，形成燒結在一起的深霜鏈（圖6）。

　　圖6 燒結的深霜鏈 （攝影: 範書(shu) 財）

　　最低層的深霜承載著上層全部雪的壓力，在壓力的作用下，燒結在一起的深霜發生凝聚，形成硬度較大，密實的凝聚態結構（圖7）。

　　圖7 凝聚深霜形態 （攝影: 範書(shu) 財）

　　深霜發育的同一時期，位於(yu) 表層的雪晶體(ti) 也呈現生長態勢。它接觸大氣中的水蒸氣，當水蒸氣達到冰點時，會(hui) 導致從(cong) 水蒸氣（氣體(ti) ）到冰（固體(ti) ）的相態變化並粘附在雪晶體(ti) 上。當相對濕度高於(yu) 90%且溫度低於(yu) −8°C時，就會(hui) 形成蕨類狀的冰結構，我們(men) 稱為(wei) 表霜（圖8，9）。

　　圖8 表霜的蕨類狀結構 （攝影: 範書(shu) 財）

　　圖9 雪麵上長出來的表霜（攝影: 範書(shu) 財 2019年2月28日拍攝於(yu) 昭蘇）

　　表霜一般逆著風向生長，因為(wei) 迎風來的空氣比背風來的空氣濕度更高。但風不能太強，否則會(hui) 損壞脆弱的蕨類狀冰結構（圖10）。

　　圖10 迎風而長的表霜（攝影: 範書(shu) 財2019年3月2日拍攝於(yu) 新疆和靜縣）

　　表霜晶體(ti) 的大小在很大程度上取決(jue) 於(yu) 溫度、水蒸氣量以及它們(men) 在不受幹擾的情況下生長的時間。中國科學院新疆生態與(yu) 地理研究所的積雪研究團隊觀測發現，新疆巴音布魯克草原的表霜能形成高6cm，直徑8cm的絨花一樣結構（圖11，12）。

　　圖11雪絨花（攝影: 郝建盛2018年2月24日拍攝於(yu) 巴音布魯克草原）

　　圖12 雪絨花的量度（攝影: 範書(shu) 財2019年3月3日拍攝於(yu) 巴音布魯克草原）

　　表霜晶體(ti) 的形狀取決(jue) 於(yu) 它們(men) 積聚的時間和水蒸氣（濕度）的濃度。霜晶可以是透明的或白色的。當霜晶向四麵八方散射光時，霜晶的塗層會(hui) 呈現白色（圖13）。

　　圖13 表霜的形態（攝影: 範書(shu) 財）

　　積雪是由數次降雪積累形成的，由於(yu) 沉降時間不同，雪晶體(ti) 的發育程度不同，雪晶體(ti) 的顆粒和大小也就形成了明顯的差異，因此積雪形成了輪廓明顯的層理結構。

　　一個(ge) 理想化的自然雪晶體(ti) 從(cong) 初始到深霜的發育變質過程為(wei) ：新雪沉降-雪晶體(ti) 破碎和圓化-多麵體(ti) 雪晶體(ti) -深霜。理論上，雪剖麵觀測到的雪晶體(ti) 從(cong) 上到下為(wei) 圓化雪晶體(ti) ，多麵雪晶體(ti) ，深霜。

　　圖14 天山山區積雪剖麵和各雪晶體(ti) 的形態（（攝影: 範書(shu) 財2019年1月10日拍攝於(yu) 新疆奇台縣境內(nei) 山區）

　　圖14是隆冬期天山山區的積雪剖麵的雪晶體(ti) 層理，自上到下為(wei) 圓化雪晶體(ti) 、多麵體(ti) 雪晶體(ti) 、多麵雪晶體(ti) 鏈、空杯深霜、深霜鏈、柱狀深霜、凝聚深霜。

　　雪晶體(ti) 的暮年晚景

　　春天來臨(lin) ，大地回暖，萬(wan) 物複蘇時，積雪卻進入了暮年。

　　隨著氣溫升高，整體(ti) 雪層的溫度也升至0度，雪層內(nei) 的含水率明顯增加，積雪的深度也迅速下降。在雪層溫度呈現0度時，雪晶體(ti) 開始了等溫變質，整個(ge) 雪層的雪晶體(ti) 菱角被圓化，並經曆反複的凍融，雪晶體(ti) 膠結在一起，體(ti) 積也不斷增加，形成融態雪晶體(ti) （圖15）。

　　圖 15 融態雪晶體(ti) （攝影: 範書(shu) 財）

　　隨著溫度不斷升高，融態雪晶體(ti) 逐步消亡，最後逐漸變成液態水。

　　雪晶體(ti) 的後世傳(chuan) 說

　　春天，白天溫度較高，一部分雪升華為(wei) 氣態進入天空。另一部分雪融化成液態水，匯入江河成為(wei) 重要的淡水資源或滲入地下滋潤萬(wan) 物。當夜晚來臨(lin) 時，溫度下降，沒有上天入地的雪水重新被凍結，鑲嵌入泥土裏，反反複複（圖16）。當雪水全部消失時，她會(hui) 在大地上留下深深的刻痕，以此來傾(qing) 訴她的不舍與(yu) 眷戀。

　　輕輕的我走了，正如我輕輕的來。

　　圖 16雪遺留在大地上的刻痕（攝影: 範書(shu) 財）

　　吾從(cong) 天上來，遁入地下歸。

　　苦寒之日現，歲歲來望君。

　　問君知吾否，知音難尋覓。

　　瑰麗(li) 一生行，孤芳以自賞。

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