雪花大小、形狀和什麼有關係?


雪花是由小冰晶增大變來的,以六角形居多,而形狀多樣的雪花,則和它形成時的水汽條件有密切的關係。
一般的六角形雪花,由於面上、邊上、角上的彎曲程度不同,相應地具有不同的飽和水汽壓(角上的飽和水汽壓最大,邊上次之,平面上最小),在實有水汽壓相同的情況下,其凝華增長的情況也不相同。
如果雲中水汽不太豐富,實有水汽壓僅大於平面的飽和水汽壓,水汽只在面上凝華,這時形成的是柱狀雪花;
如果水汽稍多,實有水汽壓大於邊上的飽和水汽壓,水汽在邊上和面上都會發生凝華,由於凝華的速度還與彎曲程度有關,彎曲程度大的地方凝華較快,所以在冰晶邊上凝華比面上快,這時多形成片狀雪花;
如果雲中水汽非常豐富,實有水汽壓大於角上的飽和水汽壓,這樣在面上、邊上、角上都有水汽凝華,但尖角處位置突出,水汽供應最充分,凝華增長得最快,所以多形成枝狀或星狀雪花。
再加上冰晶不停地運動,它所處的溫度和濕度條件也不斷變化,這樣就使得冰晶各種部分增長的速度不一致,形成多種多樣的雪花。


雪花形成時基礎雜質的形狀、大小有很大的影響。
溫度、風力、濕度、冰晶表面雜質等。
這個太複雜了……


來自Snowflake: Winter"s Frozen Artistry

橫軸為溫度,縱軸為濕度。
總的規律是:溫度越高,濕度越高,形態越複雜


首先概括回答:雪花大小、形狀和雪花形成的環境有關。這個環境包括:近地面的氣溫、高空的溫度、大氣的水汽含量、近地面的濕度、氣壓、形成的高度、下降的距離、對流的方式、風速、在高空的滯留時間等。


下面詳細講下其中的幾個因素:

雪花的形狀,涉及到水在大氣中的結晶過程。大氣中的水分子在冷卻到冰點以下時,就開始凝華形成冰晶。冰晶具有自己的規則的幾何外形。冰晶屬六方晶系,六方晶系的最典型形狀是六稜柱體。但是,當結晶過程中主軸方向晶體發育很慢,而輔軸方向發育較快時,晶體就呈現出六邊形片狀。

對於六角形片狀冰晶來說,由於它面上、邊上和角上的彎曲程度不同,相應地具有不同的飽和水汽壓,其凝華增長的情況也不相同。如果雲中水汽不太豐富,實有水汽壓僅大於平面的飽和水汽壓,水汽只在面上凝華,這時形成的是柱狀雪花;如果水汽稍多,實有水汽壓大於邊上的飽和水汽壓,水汽在邊上和面上都會發生凝華,由於凝華的速度還與彎曲程度有關,彎曲程度大的地方凝華較快,所以在冰晶邊上凝華比面上快,這時多形成片狀雪花;如果雲中水汽非常豐富,實有水汽壓大於角上的飽和水汽壓,這樣在面上、邊上、角上都有水汽凝華,但尖角處位置突出,水汽供應最充分,凝華增長得最快,所以多形成枝狀或星狀雪花.

再加上冰晶不停地運動,它所處的溫度和濕度條件也不斷變化,這樣就得冰晶各種部分增長的速度不一致,形成多種多樣的雪花.


那麼溫度又是怎樣影響雪花的形成過程的呢?

氣溫會給結晶的表面帶來微妙變化,多數情況下,生長出常見六角形雪花的溫度是-15℃。接近0°C度時底面水平擴展成六邊形,-5°C時形成針狀,降到-5~-10°C時側面上開始生成正六稜柱體及側面鏤空的六稜柱體,-15°C時形成樹枝狀,在降至-10~-21°C時,正六邊形又開始擴展,繼而再生成六稜柱體.


而濕度主要由雲層中的水汽含量決定。

雪花產生於雲層中的這些小晶核,晶核生長的形狀有三種趨勢:長而細的六稜柱形晶柱、兩頭尖尖有如一根針的晶針和很薄的六邊形晶片。一般來說,小晶核周圍水汽濃度低,晶核的生長速度就慢,而且不易出現複雜形狀,各個邊會均勻地長大。如果水汽濃度較大,晶核長得相對就會飽滿,生成速度越快形狀也越複雜。被人們稱做「雪花」的樹枝狀雪晶往往生成於-15°C左右、含有大量水蒸氣的環境中。所以濕雲層中濕度較大,雪花生成的速度快,形狀也較複雜,可形成星狀或樹枝狀的雪花。雲層濕度較小,雪花生成的速度慢,可形成片狀或粉末狀雪花。


儘管晶體的形成速度取決於溫度及水蒸氣濃度,但空氣中的其他氣體也會影響它的形成。實驗表明,在只有水蒸氣的真空空間里形成的冰晶幾乎都有單三稜柱體。


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