走近雪的世界

●小琪 编

冬天到，雪花飘，白茫茫的雪带给人们快乐，可一旦“超标”，就很不友好了。不过在想那些不愉快的事情前，我们先来聊聊雪吧，看你对雪了解多少。

雪花为什么是白色六边形？

首先，大家知道雪为什么是白色的，而不像雨滴和冰晶一样是透明的吗？

我们先要了解一定的光学知识。太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光线组成，如果让一束光通过三棱镜，那它就会分成由上述七种颜色组成的光带。

物体的颜色是由它表面的性质决定的，我们的眼睛也会借物体所反射的光线来感觉物体的存在。如果物体能透过光线，我们就称它为透明体；如果物体对可见光中的各种波长的光线都能透过，我们就把它称为无色透明的物体；如果物体表面能反射掉可见光中各种波长的光线，我们就把这种物体的颜色归为白色。但即使是无色透明的物体，也会反射一部分光线。

接下来，我们来了解一下雪花的形成过程。当气温低且气候湿润的情况下，容易产生降雪。因为此时地面温度一般都在零度以下，高空云层里的温度更低。此时，原本在云中的水汽就会在低温环境下直接凝成小冰晶、小雪花。当空气的力量不足以托住它们的时候，这些凝结产物就会从云层里掉到地面，并在风的作用下，在空中互相碰撞，最终形成了絮状的雪花。虽然一个晶体的表面因为反光弱而显得透明，但多个晶体的反光则会使雪花几乎变成“镜子”。这样一来，雪花的每一面都要反射一部分光线回来，这些凌乱的平面就反射了全部光线，所以我们看到的雪花也就变成了白色。

从形状上来看，尽管雪花形态各异，却万变不离其宗，六角形雪片和六棱柱状雪晶是最基本的形态，其它大多是这两种基本形态的发展、变态或组合。这是因为雪花由水分子组成，水分子的小单元是六边形。当水分子以不同速度粘到这个单元的各个表面，最终形成的雪花便也是六边形。

大雪过后为什么很寂静？

冬天，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱寂。这是怎么回事呢？难道是下雪后人们的活动减少导致的吗？可是，为什么在雪被人踩过后，大自然又恢复了往日的喧嚣呢？

我们从声音的传播说起。声音是发声体发出的一种声波，它具有能量。声波在介质中的传播和光在介质中传播的情况是类似的。当它遇到两种不同介质的分界面时，由于声速发生变化，声波的传播路径也要发生变化，会产生反射和折射两种现象。声波在反射和折射时，分别服从像光的反射定律和折射规律一样的反射定律和折射规律。

雪花很轻，是从天上“飘”落到地面上的。它千奇百怪的形状，还有这种轻轻“飘落”的性质，决定了积雪不能致密（人踩过、车压过的不算），只能处于蓬松多孔的状态。当外界的声波传入这些小气孔时便会发生反射。由于气孔往往是内部大而口径小，所以，仅有少部分声波的能量能通过口径反射回来，而大部分的能量则被吸收掉了，从而导致自然界的大部分声音被雪给吸收了，故出现了万籁俱寂的场面。而覆盖大地的积雪被人们踩过之后，情况就大不相同了。原来蓬松的积雪被压实了，雪地中的小开口空腔也随之减少了许多，雪地对声波能量的吸收随之减少，自然界便又恢复了往日的喧嚣。

根据这一原理，我们会发现有许多场所是需要做吸音处理的，例如会议室、音乐厅等。这里运用到的吸音原理就比较多了，不单单是上面所说的小孔腔吸音。其中较常用的原理是共振吸音，因为一些功能性场所需要吸收特定频段的声音，这样就可以用一些材料，其固有频率比较接近需要吸收的声音的频率。在该频率的声音传播到材料上时，吸音材料就会发生共振把声音吸收然后耗散掉。

“下雪不冷化雪冷”是真的吗？

在冬天，每当下完雪，家人朋友们就会互相提醒多加衣服防寒，说是化雪的时候会格外冷。那么，“下雪不冷化雪冷”是真的吗？

这要从降雪的形成条件说起：首先大气中需含有较冷的冰晶核；第二就是充分的水汽；第三是0℃（冰点）以下。下雪前或下雪时，一般冷空气带着湿气，当水汽变成雪花时会释放出一定的热量，因而温度下降并不多，这就使得下雪前或下雪时并不是很冷。

而“化雪冷”又是为什么呢？化雪时往往是晴好天气的时候，低空受冷气压控制，气温开始下降。因而虽然阳光明媚，但气温仍然处于“冰点”；同时积雪融化本身也会吸收周围环境大量热量。

此外，化雪时会导致空气湿度上升，因而降低了衣服保暖效果，人自然就感觉更冷了。再和晴朗的天气对比，冷的感觉就更加突出，因此，积雪融化时，反而比下雪时更冷。

你会担心雪天乘飞机吗？

在中国的北方，无雪的冬季是很少的。你想过没有，如果大雪纷飞时，你偏偏要乘飞机出行，这时会不会为自己的安全担心？

对于有些人来说，即使天气条件良好，乘飞机出行也是一段可怕的经历。而在大雪纷飞之时，那种体验就更不用说了。雪天飞机是否能起飞，主要取决于机场的保障能力，比如跑道是否有积雪、飞机除冰是否彻底等。大雪防碍人们的视野，影响能见度；跑道被白雪覆盖，在积雪上起落时阻力会发生变化，轮胎易打滑，都是不利于飞行的。

不妨来了解一下航空公司如何利用“三大法器”：先进技术、严格训练和事无巨细的除冰手册，在极端寒冷的气象条件下确保乘客安全。

美国民航飞行员帕特里克·史密斯曾推出一本书叫《驾驶舱的机密》，他承认，机翼上的冰或雪阻碍起飞是飞机在冬季遇到的主要问题之一。但其实，机翼上的厚厚冰状物并不可怕，可怕的是这些东西会影响机翼上面和周围的气流，会悄悄改变飞机轮廓，继而影响升力。

结冰现象也可能在飞行过程中出现。冰会形成于机翼和垂直尾翼的前缘、发动机燃油口、螺旋桨叶片的边缘以及挡风玻璃和探测器等其他各部分的表面。没有除掉的厚冰可能会损坏发动机，使螺旋桨组件变得不稳定，损耗宝贵的升力。而飞机在起飞和降落时最容易受外界因素的影响，一旦发现有冰霜就必须及时处理。

好消息是，航空公司对恶劣的冬季天气条件事先都会做好充分准备，并会对机务人员进行严格训练，使其掌握处理这些问题的有效方法。

机组人员会在有障碍的跑道上接受模拟起降训练，并接受地面学校的培训和测试，航空公司还会定期向他们发布冬季安全操作信息。

当然，“除冰”这件事在确保飞机安全方面还是扮演着重要角色。航空公司都有“除冰指南”，包含各种图形、图表和检查清单。比如将加热的丙二醇和水混合物喷洒在机身上，就是一个逐步完成除冰的过程。这样做不仅可以将冰融化，还会防止冰再次积聚。另外，民航飞机本身也配有多个除冰系统。

飞机制造商也必须对他们生产的飞机进行严格的冬季试飞，在建造过程中安装各种各样的防冰系统，同时确保在极端恶劣的天气条件下，能及时向乘务人员发送准确无误的信息。

发动机燃油口和机翼前缘是通过发动机排气进行加热除冰的，或者通过一系列气动膨胀技术除掉积累起来的冰。对于螺旋桨飞机而言，螺旋桨叶片是用电加热除冰。另外，飞机还配有先进的防滑系统，有助于飞机处理在光滑跑道上遇到的各类问题。

还有一件事值得留意，飞机在更冷、密度更大的空气中，其实表现反而会更佳，因为在这样的空气里，发电效率会更高，机翼产生的升力会更大。

所以，雪天乘飞机，机场和机组人员的工作强度的确会加大，但你的安全还是有保障的。

什么样的雪适合堆雪人？

下雪天堆雪人可以说是顺理成章的事情，但小伙伴们，想要堆出一个完美的雪人，对雪可是蛮有要求的，关键就看雪量够不够、雪有没有粘性。

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，换算成积雪有5厘米，甚至更厚。我国常年冬季平均10毫米的降雪量对应积雪深度增加7厘米，但积雪受气温影响明显，这个换算关系仅适用于平均情况，个例差异很大。如果雪很干燥蓬松，10毫米的降雪量对应的积雪深度可以达到20厘米甚至30厘米。

比如在2010年1月3日，北京出现暴雪，积雪和降雪比例达到了20:1，也就是说10毫米降雪量带来了20厘米的积雪。但是同样在北京，门头沟10毫米的降雪量大约带来了30厘米的积雪。

除了地表温度，影响降雪转为积雪效率的因素还有降雪的干湿度，也就是雪的粘性。雪的粘性就在于雪的含水量，即存在干雪和湿雪之分，只有湿雪才能用来堆雪人，干雪没有粘性是堆不起雪人的。

湿雪养成的关键是近地面温度略高于0℃，秋末冬初之际比较常见。湿雪“水嫩十足”，而且特别粘人，常常“呼朋结伴”，几片凑在一起，手拉手一起扑向大地。由于体型庞大，空气阻力变大，常常左右飘忽、晃晃悠悠地落下，“鹅毛大雪”便是如此了。这样的雪落在衣服上，常会融化一些，留下一条“湿痕”。湿雪粘性大，堆雪人、团雪球再合适不过了。

虽然湿雪的可玩性很强，可以用来堆雪人、打雪仗、晒雪景等等，但它可不是一副完全无害的样子。由于湿雪密度大，降落在冰冻的地面上时，很容易结成较硬的冰层，表面光滑，摩擦力较小，对于玩雪的小伙伴们来说，不论滑雪还是滑冰都十分危险，甚至正常走路都能一不小心摔倒，那“酸爽”你们懂得。若是地面温度高于0℃，那么湿雪降到地面大都会融化，形成雪泥。

对于汽车来说，也危险得多。降落到公路上的雪会改变公路的路况，降低路面的摩擦系数。干燥路面的摩擦系数通常在0.6左右，而有冰雪附着的路面摩擦系数会降到0.1～0.2，路面附着力大大降低，汽车转向以及制动的稳定性下降，难以控制，容易左右滑摆。而且制动距离加大，对行车安全威胁极大。根据英国的气候条件与交通事故资料统计，降雪时高速公路事故发生率是干燥路面的5倍。

道路的融雪剂又是如何工作的？

说完了飞机除冰我们来说说道路除冰吧。大雪过后，道路如果不及时清理，就会导致交通瘫痪和大面积事故。为了迅速快捷地将雪融化掉，最常用的方法是向路面积雪抛洒融雪剂。

融雪剂主要分为两大类，一类是以醋酸钾为主要成分的有机融雪剂，这一类融雪剂融雪效果好，腐蚀损害小，但价格过高，一般只适用于机场、高尔夫球场等地。另一类是氯盐类融雪剂，包括氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾等在内，通常被称作“化冰盐”，优点是便宜，价格仅相当于有机类融雪剂的1/10。

由于盐类溶解吸热，且盐水的凝固点较低，因此，盐在雪水中溶解后，就难以再形成冰块。

“氯盐类”融雪剂溶于水（雪）后，冰点在零度以下。例如，氯化钠溶于水后冰点在-10℃左右，氯化钙在-20℃左右，醋酸类可达-30℃左右。盐水的凝固点比水的凝固点低，因此，雪水中溶解了盐之后就很难再形成冰块。此外，融雪剂溶于水后，水中离子浓度上升，使水的液相蒸气压下降，但冰的固态蒸气压不变。为达到冰水混和物固液蒸气压相等的状态，冰便融化了。这一原理也很好地解释了盐水不易结冰的道理。

简单地说，就是融雪剂降低了雪的熔点，使其更容易融化。水是一种特殊的物质，水在结冰后密度变小，因此压强越大，冰的熔点越低。我们常常看到，积雪的路面上洒上融雪剂后，再经车辆的碾压，雪会更容易融化。

通过比较融雪效能、速度、方便快捷性及成本效益，不难发现，氯盐类融雪剂仍然是难以取代的。不过，目前主要还是以人工除雪、机械除雪为主，融雪剂除雪为辅。

对于城市冬季融雪问题，机械铲雪后，在道路上撒炭渣、粗砂、树枝渣等物质来防滑，同时利用这些渣类物质的深色吸收太阳的热量，以增加地面温度来融雪。目前，这是比较环保的除雪方法。使用后的炭渣和树枝渣可以放入道路边的绿地中，没有污染。对实在需要撒融雪剂的路面，要先用铲雪车扫掉地面上的大部分积雪，然后撒少量融雪剂来防止道路上结冰。并且充分利用地表热、太阳辐射热和汽车驾驶中自身释放的热量来帮助道路融雪。

讲清楚了原理，让我们为那些辛辛苦苦，冒着严寒在道路上为我们扫除障碍的人们说声感谢。

大家对雪的了解加深了吗？你喜欢雪吗？确实，雪一方面能带给人们欢乐，但同样的也会造成许多麻烦，遇上这些麻烦的时候就想想那句古话——“瑞雪兆丰年”吧。降雪不仅能净化空气，给干燥的城市带来几分湿润，还能滋润久旱的农田，预示着来年是丰收之年，大体上还是很可爱的，所以让我们了解雪，也了解如何应对各种下雪天易发的情况，大家一起快乐过冬吧。