今冬以来最大范围降雪来袭！玩雪，我们是专业的

出品：科普中国

　　制作：郝建盛张丽霞范书财李兰海（中国科学院新疆生态与地理研究所）

　　监制：中国科学院计算机网络信息中心

　　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。

　　图1：中国科学院新疆生态与地理研究所积雪研究团队对赛里木湖湖面雪晶体样本拍照

　　（摄影: 范书财 2019年1月17日）

　　他们，就是中国科学院新疆生态与地理研究所积雪研究团队。

　　说到雪，大家有哪些认识？白色，凉的，温度上升会融化？

　　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。

　　在天寒地冻，风刀霜剑的冬天，万物沉寂。雪从天而降，开始了她绚丽多彩的一生。

　　雪晶体的前世

　　雪是上天派到大地的信使，她会带给我们许多天空中的信息。

　　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。

　　图2 从天而降的雪（摄影: 范书财2019年1月19日拍摄于新疆昭苏县）

　　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（图2）。

　　当雪花在不同的温度和湿度的大气中移动时，会出现复杂的形状。

　　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（图3）。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。

　　图3 绚丽多彩的雪花 (摄影: 范书财)

　　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。

　　雪晶体的少年故事

　　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。

　　雪是一种低的热传导体，较低的热传导性使积雪可以被认为是一种绝热体。

　　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（图4）。

　　图4 单一的多面体雪晶体和多个晶体的烧结（摄影: 范书财）

　　雪晶体的中年盛况

　　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（图5）。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。