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，可一旦“超標”，就很不友好了。不過在想那些不愉快的事情前，我們先來聊聊雪吧，看你對雪了解多少。

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知識。太陽光是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色的光線組成，如果讓一束光通過三棱鏡，那它就會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決定的，我們的眼睛也會借物體所反射的光線來感覺物體的存在。如果物體能透過光線，我們就稱它為透明體；如果物體對可見光中的各種波長的光線都能透過，我們就把它稱為無色透明的物體；如果物體表面能反射掉可見光中各種波長的光線，我們就把這種物體的顏色歸為白色。但即使是無色透明的物體，也會反射一部分光線。

接下來，我們來了解一下雪花的形成過程。當氣溫低且氣候濕潤的情況下，容易產生降雪。因為此時地面溫度一般都在零度以下，高空云層里的溫度更低。此時，原本在云中的水汽就會在低溫環境下直接凝成小冰晶、小雪花。當空氣的力量不足以托住它們的時候，這些凝結產物就會從云層里掉到地面，并在風的作用下，在空中互相碰撞，最終形成了絮狀的雪花。雖然一個晶體的表面因為反光弱而顯得透明，但多個晶體的反光則會使雪花幾乎變成“鏡子”。這樣一來，雪花的每一面都要反射一部分光線回來，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。

從形狀上來看，盡管雪花形態各異，卻萬變不離其宗，六角形雪片和六棱柱狀雪晶是最基本的形態，其它大多是這兩種基本形態的發展、變態或組合。這是因為雪花由水分子組成，水分子的小單元是六邊形。當水分子以不同速度粘到這個單元的各個表面，最終形成的雪花便也是六邊形。

大雪過后為什么很寂靜？

冬天，一場大雪過后，人們會感到外面萬籟俱寂。這是怎么回事呢？難道是下雪后人們的活動減少導致的嗎？可是，為什么在雪被人踩過后，大自然又恢復了往日的喧囂呢？

我們從聲音的傳播說起。聲音是發聲體發出的一種聲波，它具有能量。聲波在介質中的傳播和光在介質中傳播的情況是類似的。當它遇到兩種不同介質的分界面時，由于聲速發生變化，聲波的傳播路徑也要發生變化，會產生反射和折射兩種現象。聲波在反射和折射時，分別服從像光的反射定律和折射規律一樣的反射定律和折射規律。

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，決定了積雪不能致密（人踩過、車壓過的不算），只能處于蓬松多孔的狀態。當外界的聲波傳入這些小氣孔時便會發生反射。由于氣孔往往是內部大而口徑小，所以，僅有少部分聲波的能量能通過口徑反射回來，而大部分的能量則被吸收掉了，從而導致自然界的大部分聲音被雪給吸收了，故出現了萬籟俱寂的場面。而覆蓋大地的積雪被人們踩過之后，情況就大不相同了。原來蓬松的積雪被壓實了，雪地中的小開口空腔也隨之減少了許多，雪地對聲波能量的吸收隨之減少，自然界便又恢復了往日的喧囂。

根據這一原理，我們會發現有許多場所是需要做吸音處理的，例如會議室、音樂廳等。這里運用到的吸音原理就比較多了，不單單是上面所說的小孔腔吸音。其中較常用的原理是共振吸音，因為一些功能性場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，吸音材料就會發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，每當下完雪，家人朋友們就會互相提醒多加衣服防寒，說是化雪的時候會格外冷。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）以下。下雪前或下雪時，一般冷空氣帶著濕氣，當水汽變成雪花時會釋放出一定的熱量，因而溫度下降并不多，這就使得下雪前或下雪時并不是很冷。

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

此外，化雪時會導致空氣濕度上升，因而降低了衣服保暖效果，人自然就感覺更冷了。再和晴朗的天氣對比，冷的感覺就更加突出，因此，積雪融化時，反而比下雪時更冷。

你會擔心雪天乘飛機嗎？

在中國的北方，無雪的冬季是很少的。你想過沒有，如果大雪紛飛時，你偏偏要乘飛機出行，這時會不會為自己的安全擔心？

對于有些人來說，即使天氣條件良好，乘飛機出行也是一段可怕的經歷。而在大雪紛飛之時，那種體驗就更不用說了。雪天飛機是否能起飛，主要取決于機場的保障能力，比如跑道是否有積雪、飛機除冰是否徹底等。大雪防礙人們的視野，影響能見度；跑道被白雪覆蓋，在積雪上起落時阻力會發生變化，輪胎易打滑，都是不利于飛行的。

不妨來了解一下航空公司如何利用“三大法器”：先進技術、嚴格訓練和事無巨細的除冰手冊，在極端寒冷的氣象條件下確保乘客安全。

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

結冰現象也可能在飛行過程中出現。冰會形成于機翼和垂直尾翼的前緣、發動機燃油口、螺旋槳葉片的邊緣以及擋風玻璃和探測器等其他各部分的表面。沒有除掉的厚冰可能會損壞發動機，使螺旋槳組件變得不穩定，損耗寶貴的升力。而飛機在起飛和降落時最容易受外界因素的影響，一旦發現有冰霜就必須及時處理。

好消息是，航空公司對惡劣的冬季天氣條件事先都會做好充分準備，并會對機務人員進行嚴格訓練，使其掌握處理這些問題的有效方法。

機組人員會在有障礙的跑道上接受模擬起降訓練，并接受地面學校的培訓和測試，航空公司還會定期向他們發布冬季安全操作信息。

當然，“除冰”這件事在確保飛機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身上，就是一個逐步完成除冰的過程。這樣做不僅可以將冰融化，還會防止冰再次積聚。另外，民航飛機本身也配有多個除冰系統。

飛機制造商也必須對他們生產的飛機進行嚴格的冬季試飛，在建造過程中安裝各種各樣的防冰系統，同時確保在極端惡劣的天氣條件下，能及時向乘務人員發送準確無誤的信息。

發動機燃油口和機翼前緣是通過發動機排氣進行加熱除冰的，或者通過一系列氣動膨脹技術除掉積累起來的冰。對于螺旋槳飛機而言，螺旋槳葉片是用電加熱除冰。另外，飛機還配有先進的防滑系統，有助于飛機處理在光滑跑道上遇到的各類問題。

還有一件事值得留意，飛機在更冷、密度更大的空氣中，其實表現反而會更佳，因為在這樣的空氣里，發電效率會更高，機翼產生的升力會更大。

所以，雪天乘飛機，機場和機組人員的工作強度的確會加大，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是順理成章的事情，但小伙伴們，想要堆出一個完美的雪人，對雪可是蠻有要求的，關鍵就看雪量夠不夠、雪有沒有粘性。

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。我國常年冬季平均10毫米的降雪量對應積雪深度增加7厘米，但積雪受氣溫影響明顯，這個換算關系僅適用于平均情況，個例差異很大。如果雪很干燥蓬松，10毫米的降雪量對應的積雪深度可以達到20厘米甚至30厘米。

比如在2010年1月3日，北京出現暴雪，積雪和降雪比例達到了20:1，也就是說10毫米降雪量帶來了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了30厘米的積雪。

除了地表溫度，影響降雪轉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，只有濕雪才能用來堆雪人，干雪沒有粘性是堆不起雪人的。

濕雪養成的關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，常常“呼朋結伴”，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，常會融化一些，留下一條“濕痕”。濕雪粘性大，堆雪人、團雪球再合適不過了。

雖然濕雪的可玩性很強，可以用來堆雪人、打雪仗、曬雪景等等，但它可不是一副完全無害的樣子。由于濕雪密度大，降落在冰凍的地面上時，很容易結成較硬的冰層，表面光滑，摩擦力較小，對于玩雪的小伙伴們來說，不論滑雪還是滑冰都十分危險，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融化，形成雪泥。

對于汽車來說，也危險得多。降落到公路上的雪會改變公路的路況，降低路面的摩擦系數。干燥路面的摩擦系數通常在0.6左右，而有冰雪附著的路面摩擦系數會降到0.1～0.2，路面附著力大大降低，汽車轉向以及制動的穩定性下降，難以控制，容易左右滑擺。而且制動距離加大，對行車安全威脅極大。根據英國的氣候條件與交通事故資料統計，降雪時高速公路事故發生率是干燥路面的5倍。

道路的融雪劑又是如何工作的？

說完了飛機除冰我們來說說道路除冰吧。大雪過后，道路如果不及時清理，就會導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融雪劑，這一類融雪劑融雪效果好，腐蝕損害小，但價格過高，一般只適用于機場、高爾夫球場等地。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，通常被稱作“化冰鹽”，優點是便宜，價格僅相當于有機類融雪劑的1/10。

由于鹽類溶解吸熱，且鹽水的凝固點較低，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，冰點在零度以下。例如，氯化鈉溶于水后冰點在-10℃左右，氯化鈣在-20℃左右，醋酸類可達-30℃左右。鹽水的凝固點比水的凝固點低，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，但冰的固態蒸氣壓不變。為達到冰水混和物固液蒸氣壓相等的狀態，冰便融化了。這一原理也很好地解釋了鹽水不易結冰的道理。

簡單地說，就是融雪劑降低了雪的熔點，使其更容易融化。水是一種特殊的物質，水在結冰后密度變小，因此壓強越大，冰的熔點越低。我們常常看到，積雪的路面上灑上融雪劑后，再經車輛的碾壓，雪會更容易融化。

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

對于城市冬季融雪問題，機械鏟雪后，在道路上撒炭渣、粗砂、樹枝渣等物質來防滑，同時利用這些渣類物質的深色吸收太陽的熱量，以增加地面溫度來融雪。目前，這是比較環保的除雪方法。使用后的炭渣和樹枝渣可以放入道路邊的綠地中，沒有污染。對實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防止道路上結冰。并且充分利用地表熱、太陽輻射熱和汽車駕駛中自身釋放的熱量來幫助道路融雪。

講清楚了原理，讓我們為那些辛辛苦苦，冒著嚴寒在道路上為我們掃除障礙的人們說聲感謝。

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