冷风扇的冰晶是什么 冰晶是什么( 二 )


随着积雪厚度增加,雪场内部温度呈现明显的梯度变化,加上昼夜温度差异,导致积雪温度梯度方向改变 。温度梯度驱动雪中的自由水汽运移,时而向上,时而向下 。
在运移过程中,水汽会粘附在圆化雪晶体上,使其变化成形状各异的、直径范围在1-3mm的多面体雪晶体,相邻的多面体雪晶体也会被游离的水汽烧结在一起,犹如电焊把铁板焊接在一起一样,最终形成多面体雪晶体链 。

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多面体雪晶体链(图片来源:作者自制)
接着,由于一定厚度积雪的保温作用,积雪底部温度趋于恒定,并一直高于积雪表层温度,温度梯度方向呈现稳定态势,水汽运移方向随之统一 。水汽不断向同一方向粘附在多面体雪晶体上,雪晶体颗粒因此逐渐变大,并形成有迷宫状、玛瑙状、金字塔状和钻石状等各种规则形状的雪晶体 。
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【冷风扇的冰晶是什么冰晶是什么】深霜雪晶体(图片来源:作者自制)
由于雪粒沉降时间不同,雪晶体的发育程度不同,雪晶体的颗粒和大小也就形成了明显的差异 。因此雪剖面轮廓呈现明显的层理结构,从上到下为圆化雪晶体、多面雪晶体、深霜 。
一个理想化的自然雪粒从初始落地,到消融前的发育变质过程为:雪晶体沉降——等温变质作用下雪晶体圆化——梯温变质作用下雪晶体多面体化 。同一空间下,由于积雪中不同雪层雪晶体落地时间、所受压力、温度梯度等差异较大,不同雪晶体的发育程度也不同,晶体类型差异明显 。
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隆冬时期积雪剖面各层雪晶体类型(图片来源:作者自制)
那么,自然雪和人造雪各自形成的积雪,有什么不同之处呢?
由于自然雪花为扁平状,落地后相互交织在一起,因此积雪孔隙率高、密度低(自然新雪的密度在0.05到0.15克每立方厘米)、硬度低,还非常松软;而人造雪为近似球状或圆锥形的密实晶体,形成的积雪孔隙率低、密度高(人造雪的密度高于0.5克每立方厘米),硬度和强度等力学性能远高于自然积雪 。
另外,相对于自然积雪,人造雪的晶体类型单一,同一个雪场下分层不明显,晶体发育变质缓慢,难以形成多面体雪晶体和深霜等雪晶体,性状单一且稳定 。
当我们在享受冰雪运动乐趣的时候,不妨在保证安全的前提下,近距离触摸一下人造雪,科技就在你我身边 。
参考文献:
Libbrecht, K. The snowflake[M]. Voyageur Press, 2003.单淑华.霰和米雪的区别[J].气象,1990(12):50-51.Marbouty D. An experimental study of temperature-gradient metamorphi *** [J]. Journal of Glaciology, 1980, 26(94): 303-312.Simpkins G. Snow-related water woes[J]. Nature Climate Change, 2018, 8(11): 945-945.
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