你说得对极了!雪花并不都是经典的六角星形,它们形态的多样性恰恰是大气环境(尤其是温度和湿度)的“密码本”。虽然所有雪花都源于水分子独特的六方晶系结构(决定了它们的基本对称性是六边形),但下落过程中经历的环境变化,让它们呈现出令人惊叹的形态变化。
核心原理:冰晶的生长受温度和过饱和度的控制
当水汽在云中凝华(气态直接变固态)到微小的凝结核上形成冰晶时,冰晶的生长速度和方式高度依赖于:
温度: 这是影响形态最关键的因素。不同温度区间,水分子附着到冰晶不同晶面上的速度不同。
过饱和度: 空气中实际水汽含量超过饱和水汽含量的程度。过饱和度越高,水汽供应越充足,冰晶生长越快,也更容易长出复杂的枝杈。
不同温湿度组合下的雪花形态(大致规律):
下图展示了冰晶形态随温度和过饱和度的典型变化规律(注意:这是实验室和自然观察的总结,实际云中环境更复杂):
温度范围 (°C)
低过饱和度 (水汽较少)
高过饱和度 (水汽充足)
常见形态描述
0 到 -4
薄六角片、小棱柱
星形盘状 (六瓣星)
最简单常见的星形,瓣数清晰
-4 到 -6
针状
针状
细长的针或棒状
-6 到 -10
空心棱柱
枝状晶体 (蕨草状)
最经典、最复杂的星形,有大量精细枝杈
-10 到 -12
片状、扇形盘状
扇形盘状
六边形轮廓,但内部有扇形分区
-12 到 -16
空心棱柱、短粗棱柱
枝状 & 板状组合
星形瓣末端又长出小板或小枝
-16 到 -22
薄六角片
片状星形、板状
星形但瓣较宽、较厚实
-22 到 -40
空心棱柱、复杂棱柱
棱柱状、子弹玫瑰状
柱状、两端锥形、或几个柱体组合
低于 -40
通常无法形成复杂冰晶
通常无法形成复杂冰晶
多为简单棱柱或片状
重要补充和解释:
“六角”是根本: 无论形态如何变化,所有雪花都源于六方晶系。即使是针状、柱状,其横截面通常是六边形;板状、星状更是明显具有六重对称性。
“完美星形”的条件苛刻: 那种极其对称、枝杈繁茂的“蕨草状星形雪花”,通常只在
-15°C左右且
水汽非常充足(高过饱和度)的环境中形成。这是最不稳定、生长最快的形态。
下落过程的“变脸”: 一片雪花在云中下落时,会经历不同温度和水汽浓度的层次。它的形态可能在不同阶段发生变化!例如,它可能先在较暖层长成板状,然后进入寒冷高湿层长出枝杈,最后在干燥层表面变得光滑或长出霜。这导致雪花形态极其多样。
聚合与霜:- 聚合雪花: 多个冰晶(可以是相同或不同形态)在下降过程中碰撞粘连在一起,形成更大的雪花团。这就是常见的鹅毛大雪片。
- 结霜: 雪花落到地面或物体上后,如果空气湿度大,表面可能继续凝结水汽形成新的霜晶,覆盖了原有的精细结构。
没有两片完全相同的? 虽然雪花形态遵循物理规律,但每片雪花经历的温度、湿度、碰撞等微观路径都极其复杂且独一无二。因此,找到两片在
微观细节上完全相同的雪花可能性极低,这构成了那句著名的说法(虽然宏观形态相似的很多)。
如何解读雪花形态中的“大气秘密”?
判断云层温度: 通过观察大量落下的雪花的主要形态,可以大致反推它们形成的主要高度层的温度范围。例如,大量精细的星状雪花暗示着-15°C左右的高湿层很活跃。
判断水汽条件: 复杂枝杈(蕨草状)和宽大板状雪花指示着生长时水汽供应非常充足(高过饱和度)。而简单的棱柱、针状或小片状则可能意味着较干燥的环境。
推断垂直结构: 如果雪花形态复杂多样(例如同时有柱状、片状、星状),说明云层垂直方向上的温度和湿度变化很大,雪花经历了不同的生长环境。
总结:
雪花远远不止是六角星!它们是由水分子六方晶格决定的六边形艺术家,在温度和湿度(过饱和度) 这两位“导演”的指挥下,上演着千变万化的形态秀——从简单的棱柱、针状,到经典的六瓣星形,再到极致复杂的蕨草状分枝,甚至聚合的雪团。仔细观察雪花的形状,就是在阅读它们诞生和成长时所经历的那一段高空大气的环境密码。下次下雪时,不妨仔细观察一下,看看你能否解读出天空中的“冰晶密码”!