大气中的雪

物理雪的性质确定并塑造其对气候和社会的影响。raybet雷竞技最新对流层中上层的温度低于0°C，因此在全球大气中随处可见冰晶。正如第二章所讨论的，低于这个温度的混合云由水蒸气、冰晶和过冷水滴组成。

冰晶一旦有核，就会通过水蒸气的沉积而生长。由于曲率对表面张力的影响，圆形水滴表面的饱和蒸汽压大于冰晶表面的饱和蒸汽压。这就产生了一个蒸汽压力梯度，促使蒸汽扩散到冰晶表面。冰晶以水滴为代价生长，这一过程被称为伯杰龙过程。只要有足够的水分云,冰晶体——雪花——会继续生长，直到它们变得足够重，可以飘到地面上。对流层下部的温度决定了降水是否会以雨、雪或介于两者之间(雨夹雪)的形式落下。

降水的阶段并不总是容易预测;降雪通常记录在近地表温度远高于0°C时，而降雨可能发生在温度低于0°C时。这取决于大气边界层的温度结构、降水粒子的初始大小和降水的过境时间(高度、速度和路径)。在气候raybet雷竞技最新降尺度应用中，需要根据日或月降水和温度来估计降雪，建议将降雪的降水比例估计为0°c左右的统计分布，而不是在0°c或2°c时采用急剧过渡，例如，在0°c或2°c以下，降水会以雪形式下降。例如，在大约-6°C到+6°C范围内的累积分布函数很好地代表了观测结果。当然，理想情况下，大气模式能够在时间和空间尺度上明确地表示降雪建模所需的降水过程和降水阶段。

雪花的结构形式是由晶体生长过程中的温度、湿度和风力条件决定的，尽管决定雪晶体形式的具体过程仍然有些神秘。许多不同的晶体形式包括柱状、圆盘状、星状、板状和柱状。与云条件的关系是复杂和非直观的，但观察到一些系统的趋势，是有用的

图4.1。雪晶体形态作为云温度和过饱和的函数。(改编自Y. Furakawa by Libbrecht(2003)。图由K. Libbrecht提供。)

图4.1给出的概括。在-10°C以下和-4°C以上的干燥条件下，六面冰晶普遍存在，但在-4到-10°C之间，柱状冰晶占主导地位。当湿度较高时(即在过饱和、相对温和的条件下)，板块演化成枝晶和恒星晶体。在-5°C左右形成冰针，在-20°C以下寒冷潮湿的条件下，冰柱普遍存在。

在寒冷干燥的对流层上层，冰晶往往呈六角形。由于空气阻力，这些晶体水平排列，六角形结构可以以特定的角度(22°)反射阳光，产生光晕或日晕。他们也给我们优雅卷云．离地面越近，水蒸气就越多，饱和的云就会形成典型的树枝状云。

雪晶体从冰晶格的结构中继承了它们的六边形宏观结构，而湿度在从六面多面板上形成精心分支的恒星晶体的生长过程中起着主要作用。当雪晶生长受到水分限制，水蒸气均匀地沉积在所有六个面上时，就会形成小板块。在剩余水分的情况下，气相沉积迅速且几乎对称地发生在切面的角落(蒸汽扩散的最短距离)，并且激发了分支不稳定性，其中树枝状分支在每个角落生长。在枝条的凸起处产生新的枝条。雪花慢慢长大，直到它变得足够重，可以飘到地面上。

降雪机理

降雪与两种主要的降水机制有关:(i)地形隆起湿气团和(ii)气团混合/锋面降水。前者主要沿多山的海岸线，那里有内陆平流海上气团导致抬升，冷却，并从低海拔的降雨转变为高海拔的降雪。新西兰、冰岛、挪威、喜马拉雅山脉和美国科迪勒拉山脉的雪峰都证明了这一过程。地形降水也给格陵兰岛和南极冰原的侧翼带来降雪。

锋面碰撞产生了内陆大陆地区的大部分降雪，特别是在中纬度地区，那里的温带气旋带来了稳定的连续寒冷，极地气团接触到低纬度(温暖，潮湿)气团。马克·赫尔-普林在《冬天的故事》中对这种降雪机制做出了崇高的表达:

一营营的北极云从北方呼啸而来，用大雪轰炸这个州，把它漂白得像年轻的象牙一样白，用霜冻把它压得灰蒙蒙的，从9月持续到5月。

虽然是暴力的，但这个比喻与气象学上对前线一词从军事起源的挪用是一致的。以冬天为例暴风雪在美国，相互冲突的气团以几种方式产生降水。冷锋中稠密的极地空气在温暖的气团下翻动，迫使抬升、冷却、冷凝和降水。发达的热带外气旋还伴有暖锋向东或向极地移动，湿空气浮力覆盖表面冷空气的团块，再次在一个地区引起冷却和降水。在某些情况下，沿着冷锋或暖锋的强迫抬升引发了自由对流和甚至更强的风暴(低压、大风和大量湿空气平流到一个地区)。从秋季到春季，这些锋面相互作用产生降雪，因为降水通过地面附近的冷空气落下降水形式也很常见。

当然，地形和锋面降水过程经常协同作用。一个常见的例子是，潮湿的太平洋气团(通常与热带外气旋有关)被新西兰或北美西部的山区地形强迫上升。其他降水过程也会导致降雪，例如气团的改变(例如，由于开放水体的水分增加和/或气团向极地或内陆移动时的等压冷却)。

降雪变化

在固相中还有许多其他形式的大气降水。雨夹雪是液态降水的名称，它在通过低层大气下降时部分冻结;它是无定形的，没有雪花的晶体结构。当雨滴与地面上的冷表面接触而冻结时，就会发生冻雨。雾凇是一种极端的形式:过冷的水滴在接触时结冰，可以在树木、电线或其他物体上产生一层厚厚的白色涂层，阻止潮湿的近地表气流。Grau-pel是雪花的一个术语，它部分融化并圆润成颗粒，可以涂上一层雾凇。这些也被称为雪粒，你可以认出它们，因为它们经常在撞击时反弹。相比之下，冰雹一开始并不是雪花。相反，冰雹是致密的、无定形的固体碎片冰,形成从冰晶和沉积到冰核中积雨云．强烈的上升气流促进了这些云层中冰粒的循环。大冰雹是由于湿度高和停留时间长造成的，有时可以在同心生长层中发现。

霜是固体降水的一种变体。它是露水的固相形式，当近表面的气团冷却到饱和时，水蒸气直接沉积在表面上。霜中水分的来源通常是大气，但也有表面灰沉积物或霜羽的出色例子，其中温暖潮湿的表面和寒冷干燥的气团之间的蒸汽压梯度促使蒸汽从表面扩散到空气中。一旦与冷空气接触，这些蒸汽就会结冰，形成复杂的霜状图案，与雪花的图案相媲美。

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