走近雪的世界

●小琪 編

冬天到，雪花飄，白茫茫的雪帶給人們快樂(lè)，可一旦“超標(biāo)”，就很不友好了。不過(guò)在想那些不愉快的事情前，我們先來(lái)聊聊雪吧，看你對(duì)雪了解多少。

雪花為什么是白色六邊形？

首先，大家知道雪為什么是白色的，而不像雨滴和冰晶一樣是透明的嗎？

我們先要了解一定的光學(xué)知識(shí)。太陽(yáng)光是由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色的光線組成，如果讓一束光通過(guò)三棱鏡，那它就會(huì)分成由上述七種顏色組成的光帶。

物體的顏色是由它表面的性質(zhì)決定的，我們的眼睛也會(huì)借物體所反射的光線來(lái)感覺物體的存在。如果物體能透過(guò)光線，我們就稱它為透明體；如果物體對(duì)可見光中的各種波長(zhǎng)的光線都能透過(guò)，我們就把它稱為無(wú)色透明的物體；如果物體表面能反射掉可見光中各種波長(zhǎng)的光線，我們就把這種物體的顏色歸為白色。但即使是無(wú)色透明的物體，也會(huì)反射一部分光線。

接下來(lái)，我們來(lái)了解一下雪花的形成過(guò)程。當(dāng)氣溫低且氣候濕潤(rùn)的情況下，容易產(chǎn)生降雪。因?yàn)榇藭r(shí)地面溫度一般都在零度以下，高空云層里的溫度更低。此時(shí)，原本在云中的水汽就會(huì)在低溫環(huán)境下直接凝成小冰晶、小雪花。當(dāng)空氣的力量不足以托住它們的時(shí)候，這些凝結(jié)產(chǎn)物就會(huì)從云層里掉到地面，并在風(fēng)的作用下，在空中互相碰撞，最終形成了絮狀的雪花。雖然一個(gè)晶體的表面因?yàn)榉垂馊醵@得透明，但多個(gè)晶體的反光則會(huì)使雪花幾乎變成“鏡子”。這樣一來(lái)，雪花的每一面都要反射一部分光線回來(lái)，這些凌亂的平面就反射了全部光線，所以我們看到的雪花也就變成了白色。

從形狀上來(lái)看，盡管雪花形態(tài)各異，卻萬(wàn)變不離其宗，六角形雪片和六棱柱狀雪晶是最基本的形態(tài)，其它大多是這兩種基本形態(tài)的發(fā)展、變態(tài)或組合。這是因?yàn)檠┗ㄓ伤肿咏M成，水分子的小單元是六邊形。當(dāng)水分子以不同速度粘到這個(gè)單元的各個(gè)表面，最終形成的雪花便也是六邊形。

大雪過(guò)后為什么很寂靜？

冬天，一場(chǎng)大雪過(guò)后，人們會(huì)感到外面萬(wàn)籟俱寂。這是怎么回事呢？難道是下雪后人們的活動(dòng)減少導(dǎo)致的嗎？可是，為什么在雪被人踩過(guò)后，大自然又恢復(fù)了往日的喧囂呢？

我們從聲音的傳播說(shuō)起。聲音是發(fā)聲體發(fā)出的一種聲波，它具有能量。聲波在介質(zhì)中的傳播和光在介質(zhì)中傳播的情況是類似的。當(dāng)它遇到兩種不同介質(zhì)的分界面時(shí)，由于聲速發(fā)生變化，聲波的傳播路徑也要發(fā)生變化，會(huì)產(chǎn)生反射和折射兩種現(xiàn)象。聲波在反射和折射時(shí)，分別服從像光的反射定律和折射規(guī)律一樣的反射定律和折射規(guī)律。

雪花很輕，是從天上“飄”落到地面上的。它千奇百怪的形狀，還有這種輕輕“飄落”的性質(zhì)，決定了積雪不能致密（人踩過(guò)、車壓過(guò)的不算），只能處于蓬松多孔的狀態(tài)。當(dāng)外界的聲波傳入這些小氣孔時(shí)便會(huì)發(fā)生反射。由于氣孔往往是內(nèi)部大而口徑小，所以，僅有少部分聲波的能量能通過(guò)口徑反射回來(lái)，而大部分的能量則被吸收掉了，從而導(dǎo)致自然界的大部分聲音被雪給吸收了，故出現(xiàn)了萬(wàn)籟俱寂的場(chǎng)面。而覆蓋大地的積雪被人們踩過(guò)之后，情況就大不相同了。原來(lái)蓬松的積雪被壓實(shí)了，雪地中的小開口空腔也隨之減少了許多，雪地對(duì)聲波能量的吸收隨之減少，自然界便又恢復(fù)了往日的喧囂。

根據(jù)這一原理，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)有許多場(chǎng)所是需要做吸音處理的，例如會(huì)議室、音樂(lè)廳等。這里運(yùn)用到的吸音原理就比較多了，不單單是上面所說(shuō)的小孔腔吸音。其中較常用的原理是共振吸音，因?yàn)橐恍┕δ苄詧?chǎng)所需要吸收特定頻段的聲音，這樣就可以用一些材料，其固有頻率比較接近需要吸收的聲音的頻率。在該頻率的聲音傳播到材料上時(shí)，吸音材料就會(huì)發(fā)生共振把聲音吸收然后耗散掉。

“下雪不冷化雪冷”是真的嗎？

在冬天，每當(dāng)下完雪，家人朋友們就會(huì)互相提醒多加衣服防寒，說(shuō)是化雪的時(shí)候會(huì)格外冷。那么，“下雪不冷化雪冷”是真的嗎？

這要從降雪的形成條件說(shuō)起：首先大氣中需含有較冷的冰晶核；第二就是充分的水汽；第三是0℃（冰點(diǎn)）以下。下雪前或下雪時(shí)，一般冷空氣帶著濕氣，當(dāng)水汽變成雪花時(shí)會(huì)釋放出一定的熱量，因而溫度下降并不多，這就使得下雪前或下雪時(shí)并不是很冷。

而“化雪冷”又是為什么呢？化雪時(shí)往往是晴好天氣的時(shí)候，低空受冷氣壓控制，氣溫開始下降。因而雖然陽(yáng)光明媚，但氣溫仍然處于“冰點(diǎn)”；同時(shí)積雪融化本身也會(huì)吸收周圍環(huán)境大量熱量。

此外，化雪時(shí)會(huì)導(dǎo)致空氣濕度上升，因而降低了衣服保暖效果，人自然就感覺更冷了。再和晴朗的天氣對(duì)比，冷的感覺就更加突出，因此，積雪融化時(shí)，反而比下雪時(shí)更冷。

你會(huì)擔(dān)心雪天乘飛機(jī)嗎？

在中國(guó)的北方，無(wú)雪的冬季是很少的。你想過(guò)沒(méi)有，如果大雪紛飛時(shí)，你偏偏要乘飛機(jī)出行，這時(shí)會(huì)不會(huì)為自己的安全擔(dān)心？

對(duì)于有些人來(lái)說(shuō)，即使天氣條件良好，乘飛機(jī)出行也是一段可怕的經(jīng)歷。而在大雪紛飛之時(shí)，那種體驗(yàn)就更不用說(shuō)了。雪天飛機(jī)是否能起飛，主要取決于機(jī)場(chǎng)的保障能力，比如跑道是否有積雪、飛機(jī)除冰是否徹底等。大雪防礙人們的視野，影響能見度；跑道被白雪覆蓋，在積雪上起落時(shí)阻力會(huì)發(fā)生變化，輪胎易打滑，都是不利于飛行的。

不妨來(lái)了解一下航空公司如何利用“三大法器”：先進(jìn)技術(shù)、嚴(yán)格訓(xùn)練和事無(wú)巨細(xì)的除冰手冊(cè)，在極端寒冷的氣象條件下確保乘客安全。

美國(guó)民航飛行員帕特里克·史密斯曾推出一本書叫《駕駛艙的機(jī)密》，他承認(rèn)，機(jī)翼上的冰或雪阻礙起飛是飛機(jī)在冬季遇到的主要問(wèn)題之一。但其實(shí)，機(jī)翼上的厚厚冰狀物并不可怕，可怕的是這些東西會(huì)影響機(jī)翼上面和周圍的氣流，會(huì)悄悄改變飛機(jī)輪廓，繼而影響升力。

結(jié)冰現(xiàn)象也可能在飛行過(guò)程中出現(xiàn)。冰會(huì)形成于機(jī)翼和垂直尾翼的前緣、發(fā)動(dòng)機(jī)燃油口、螺旋槳葉片的邊緣以及擋風(fēng)玻璃和探測(cè)器等其他各部分的表面。沒(méi)有除掉的厚冰可能會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)，使螺旋槳組件變得不穩(wěn)定，損耗寶貴的升力。而飛機(jī)在起飛和降落時(shí)最容易受外界因素的影響，一旦發(fā)現(xiàn)有冰霜就必須及時(shí)處理。

好消息是，航空公司對(duì)惡劣的冬季天氣條件事先都會(huì)做好充分準(zhǔn)備，并會(huì)對(duì)機(jī)務(wù)人員進(jìn)行嚴(yán)格訓(xùn)練，使其掌握處理這些問(wèn)題的有效方法。

機(jī)組人員會(huì)在有障礙的跑道上接受模擬起降訓(xùn)練，并接受地面學(xué)校的培訓(xùn)和測(cè)試，航空公司還會(huì)定期向他們發(fā)布冬季安全操作信息。

當(dāng)然，“除冰”這件事在確保飛機(jī)安全方面還是扮演著重要角色。航空公司都有“除冰指南”，包含各種圖形、圖表和檢查清單。比如將加熱的丙二醇和水混合物噴灑在機(jī)身上，就是一個(gè)逐步完成除冰的過(guò)程。這樣做不僅可以將冰融化，還會(huì)防止冰再次積聚。另外，民航飛機(jī)本身也配有多個(gè)除冰系統(tǒng)。

飛機(jī)制造商也必須對(duì)他們生產(chǎn)的飛機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格的冬季試飛，在建造過(guò)程中安裝各種各樣的防冰系統(tǒng)，同時(shí)確保在極端惡劣的天氣條件下，能及時(shí)向乘務(wù)人員發(fā)送準(zhǔn)確無(wú)誤的信息。

發(fā)動(dòng)機(jī)燃油口和機(jī)翼前緣是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣進(jìn)行加熱除冰的，或者通過(guò)一系列氣動(dòng)膨脹技術(shù)除掉積累起來(lái)的冰。對(duì)于螺旋槳飛機(jī)而言，螺旋槳葉片是用電加熱除冰。另外，飛機(jī)還配有先進(jìn)的防滑系統(tǒng)，有助于飛機(jī)處理在光滑跑道上遇到的各類問(wèn)題。

還有一件事值得留意，飛機(jī)在更冷、密度更大的空氣中，其實(shí)表現(xiàn)反而會(huì)更佳，因?yàn)樵谶@樣的空氣里，發(fā)電效率會(huì)更高，機(jī)翼產(chǎn)生的升力會(huì)更大。

所以，雪天乘飛機(jī)，機(jī)場(chǎng)和機(jī)組人員的工作強(qiáng)度的確會(huì)加大，但你的安全還是有保障的。

什么樣的雪適合堆雪人？

下雪天堆雪人可以說(shuō)是順理成章的事情，但小伙伴們，想要堆出一個(gè)完美的雪人，對(duì)雪可是蠻有要求的，關(guān)鍵就看雪量夠不夠、雪有沒(méi)有粘性。

到底下多少雪能堆雪人呢？至少是大雪。一般大雪降雪量在5～10毫米，換算成積雪有5厘米，甚至更厚。我國(guó)常年冬季平均10毫米的降雪量對(duì)應(yīng)積雪深度增加7厘米，但積雪受氣溫影響明顯，這個(gè)換算關(guān)系僅適用于平均情況，個(gè)例差異很大。如果雪很干燥蓬松，10毫米的降雪量對(duì)應(yīng)的積雪深度可以達(dá)到20厘米甚至30厘米。

比如在2010年1月3日，北京出現(xiàn)暴雪，積雪和降雪比例達(dá)到了20:1，也就是說(shuō)10毫米降雪量帶來(lái)了20厘米的積雪。但是同樣在北京，門頭溝10毫米的降雪量大約帶來(lái)了30厘米的積雪。

除了地表溫度，影響降雪轉(zhuǎn)為積雪效率的因素還有降雪的干濕度，也就是雪的粘性。雪的粘性就在于雪的含水量，即存在干雪和濕雪之分，只有濕雪才能用來(lái)堆雪人，干雪沒(méi)有粘性是堆不起雪人的。

濕雪養(yǎng)成的關(guān)鍵是近地面溫度略高于0℃，秋末冬初之際比較常見。濕雪“水嫩十足”，而且特別粘人，常?！昂襞蠼Y(jié)伴”，幾片湊在一起，手拉手一起撲向大地。由于體型龐大，空氣阻力變大，常常左右飄忽、晃晃悠悠地落下，“鵝毛大雪”便是如此了。這樣的雪落在衣服上，常會(huì)融化一些，留下一條“濕痕”。濕雪粘性大，堆雪人、團(tuán)雪球再合適不過(guò)了。

雖然濕雪的可玩性很強(qiáng)，可以用來(lái)堆雪人、打雪仗、曬雪景等等，但它可不是一副完全無(wú)害的樣子。由于濕雪密度大，降落在冰凍的地面上時(shí)，很容易結(jié)成較硬的冰層，表面光滑，摩擦力較小，對(duì)于玩雪的小伙伴們來(lái)說(shuō)，不論滑雪還是滑冰都十分危險(xiǎn)，甚至正常走路都能一不小心摔倒，那“酸爽”你們懂得。若是地面溫度高于0℃，那么濕雪降到地面大都會(huì)融化，形成雪泥。

對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)，也危險(xiǎn)得多。降落到公路上的雪會(huì)改變公路的路況，降低路面的摩擦系數(shù)。干燥路面的摩擦系數(shù)通常在0.6左右，而有冰雪附著的路面摩擦系數(shù)會(huì)降到0.1～0.2，路面附著力大大降低，汽車轉(zhuǎn)向以及制動(dòng)的穩(wěn)定性下降，難以控制，容易左右滑擺。而且制動(dòng)距離加大，對(duì)行車安全威脅極大。根據(jù)英國(guó)的氣候條件與交通事故資料統(tǒng)計(jì)，降雪時(shí)高速公路事故發(fā)生率是干燥路面的5倍。

道路的融雪劑又是如何工作的？

說(shuō)完了飛機(jī)除冰我們來(lái)說(shuō)說(shuō)道路除冰吧。大雪過(guò)后，道路如果不及時(shí)清理，就會(huì)導(dǎo)致交通癱瘓和大面積事故。為了迅速快捷地將雪融化掉，最常用的方法是向路面積雪拋灑融雪劑。

融雪劑主要分為兩大類，一類是以醋酸鉀為主要成分的有機(jī)融雪劑，這一類融雪劑融雪效果好，腐蝕損害小，但價(jià)格過(guò)高，一般只適用于機(jī)場(chǎng)、高爾夫球場(chǎng)等地。另一類是氯鹽類融雪劑，包括氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀等在內(nèi)，通常被稱作“化冰鹽”，優(yōu)點(diǎn)是便宜，價(jià)格僅相當(dāng)于有機(jī)類融雪劑的1/10。

由于鹽類溶解吸熱，且鹽水的凝固點(diǎn)較低，因此，鹽在雪水中溶解后，就難以再形成冰塊。

“氯鹽類”融雪劑溶于水（雪）后，冰點(diǎn)在零度以下。例如，氯化鈉溶于水后冰點(diǎn)在-10℃左右，氯化鈣在-20℃左右，醋酸類可達(dá)-30℃左右。鹽水的凝固點(diǎn)比水的凝固點(diǎn)低，因此，雪水中溶解了鹽之后就很難再形成冰塊。此外，融雪劑溶于水后，水中離子濃度上升，使水的液相蒸氣壓下降，但冰的固態(tài)蒸氣壓不變。為達(dá)到冰水混和物固液蒸氣壓相等的狀態(tài)，冰便融化了。這一原理也很好地解釋了鹽水不易結(jié)冰的道理。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是融雪劑降低了雪的熔點(diǎn)，使其更容易融化。水是一種特殊的物質(zhì)，水在結(jié)冰后密度變小，因此壓強(qiáng)越大，冰的熔點(diǎn)越低。我們常?？吹?，積雪的路面上灑上融雪劑后，再經(jīng)車輛的碾壓，雪會(huì)更容易融化。

通過(guò)比較融雪效能、速度、方便快捷性及成本效益，不難發(fā)現(xiàn)，氯鹽類融雪劑仍然是難以取代的。不過(guò)，目前主要還是以人工除雪、機(jī)械除雪為主，融雪劑除雪為輔。

對(duì)于城市冬季融雪問(wèn)題，機(jī)械鏟雪后，在道路上撒炭渣、粗砂、樹枝渣等物質(zhì)來(lái)防滑，同時(shí)利用這些渣類物質(zhì)的深色吸收太陽(yáng)的熱量，以增加地面溫度來(lái)融雪。目前，這是比較環(huán)保的除雪方法。使用后的炭渣和樹枝渣可以放入道路邊的綠地中，沒(méi)有污染。對(duì)實(shí)在需要撒融雪劑的路面，要先用鏟雪車掃掉地面上的大部分積雪，然后撒少量融雪劑來(lái)防止道路上結(jié)冰。并且充分利用地表熱、太陽(yáng)輻射熱和汽車駕駛中自身釋放的熱量來(lái)幫助道路融雪。

講清楚了原理，讓我們?yōu)槟切┬列量嗫?，冒著?yán)寒在道路上為我們掃除障礙的人們說(shuō)聲感謝。

大家對(duì)雪的了解加深了嗎？你喜歡雪嗎？確實(shí)，雪一方面能帶給人們歡樂(lè)，但同樣的也會(huì)造成許多麻煩，遇上這些麻煩的時(shí)候就想想那句古話——“瑞雪兆豐年”吧。降雪不僅能凈化空氣，給干燥的城市帶來(lái)幾分濕潤(rùn)，還能滋潤(rùn)久旱的農(nóng)田，預(yù)示著來(lái)年是豐收之年，大體上還是很可愛的，所以讓我們了解雪，也了解如何應(yīng)對(duì)各種下雪天易發(fā)的情況，大家一起快樂(lè)過(guò)冬吧。