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南方见不到雪怎么办?那就来一场人工造雪!

2023-12-26 中科院物理所 阅读:
雪是怎么形成的呢?是不是只要温度低于零度就可以?

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下雪啦!dzoednc

最近几天,北京一片冰天雪地(人都要冻傻了),滑雪场也都陆续开始营业了…dzoednc

前段时间,小编还偷偷去故宫看了一场满城纷飞的大雪,简直美到无法形容。真羡慕故宫的猫猫,吃饭睡觉逛故宫,喵~dzoednc

这美不胜收的雪景光一个人看可不够,机智的小编寄给深圳的朋友一杯来自故宫的雪,可给孩子开心坏了…dzoednc

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pyq经典文案:南方娃也有雪人儿堆dzoednc

古有来自呼伦贝尔大草原的新鲜空气,今有来自北京海淀大马路边儿的新鲜积雪,突然发现了新的商机!dzoednc

等等,还有更大的商机,如果直接能在南方造雪,然后再骗他们说这是北方的雪……?!dzoednc

那么机密来了,雪是怎么形成的呢?是不是只要温度低于零度就可以?dzoednc

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PART.1dzoednc

降雪条件dzoednc

其实并不是,形成降雪必须具备两个条件:dzoednc

第一个条件是水汽饱和。在某一个温度下,空气中能包含的最大水汽量,叫做饱和水汽量。当水汽与气压一定时,降低温度使得空气能达到水汽饱和时的温度,叫做露点。饱和的空气冷却到露点以下的温度时,空气里才会有水汽变成水滴或冰晶。dzoednc

因为冰面饱和水汽含量比水面要低,所以冰晶生长所要求的水汽饱和程度比水滴要低。例如,空气温度为-20℃时,相对湿度只有80%,冰晶就能增长了。dzoednc

相对湿度是指空气中水汽压与相同温度下饱和水汽压的百分比:dzoednc

U为相对湿度,E为水气压(hPa),Ew为干球温度t(℃)所对应的纯水平液面(或冰面)饱和水气压(hPa)。 而水滴必须在相对湿度不小于100%时才能增长。气温越低,冰晶增长所需要的湿度越小。因此,在高空低温环境里,冰晶比水滴更容易产生。dzoednc

另一个条件是空气里必须有凝结核。凝结核是悬浮在空中的微小颗粒,理想的凝结核是吸收水分较强的物质微粒。比如说海盐、硫酸、氮等等。有人做过试验,如果没有凝结核,空气里的水汽,过饱和到相对湿度500%以上的程度,才有可能凝聚成水滴,但这种过饱和的条件在自然界中很难实现。 当空气中存在凝结核,或者大气中的水滴过冷冻结形成晶核后, 冰晶才可以在晶核基础上生长,当其重力大于浮力后,降落到地面上。大气温度和水汽过饱和度直接影响雪晶形状, 导致雪花的结构多样性。 对称的雪花 同时满足以上两个条件,才有可能形成冰晶。从气候上来说,南方气候温暖湿润,经常降雨,但温度很难达到露点以下,所以水汽很难凝结成冰晶。就算大气上空的温度很低,但如果环境温度比较高,雪花下落过程中也会融化成水,因此很少看见南方出现降雪。dzoednc

抛却“地利”,还能等“天时”,等一波百年难遇的寒潮降临,如果来自西伯利亚的冷空气南下,使得南方部分地方气温骤降,也会出现降雪现象。dzoednc

PART.2dzoednc

人工造雪dzoednc

当然,最快的办法还是“人和”,直接手搓雪花! 其实,目前滑雪场的雪基本都是人工造雪,只是在冬天温度较低,不易融化,所以一般在寒冷的冬天开放。而无论是降雪量丰富的东北地区,还是被誉为“中国雪都”的新疆阿勒泰地区,滑雪场仍需要人造雪。 首先,雪花的持续生长需要环境温度达到露点以下,据统计,南方城市的年平均相对湿度大都在65%以上,广州、海口、贵阳、成都的年平均湿度在82%以上,湿度越高,环境的露点值就越高,水汽便越容易凝华或凝结,因此可以选一个寒冷的夜晚来进行造雪,一般滑雪场的造雪时间也是选择夜晚。 有了这个,就能实现造雪自由 目前主流的人工造雪技术也是利用了自然成雪原理,将水和空气在造雪机喷嘴内混合后喷出形成微小的雾化水滴,处于冷空气中的液滴因与外界环境存在温度差和水蒸气浓度差,在低温的空气中冻结,成为雪花生长的关键要素——“晶核”,下图是冻结过程的四个过程: 冻结过程温度变化曲线 第一部分为液滴降温至过冷阶段,液滴温度不断降低,直至达到过冷状态; 第二部分为成核复辉阶段,在成核过程,液滴处于亚稳态状态,一旦这种状态被破坏,液滴就会发生部分结晶,由纯液态水滴变为冰水混合物。在复辉过程,液态水继续进行相变,这部分的相变潜热使液滴自身温度升高,最终达到平衡温度; 第三阶段为冻结阶段,在该过程中,液滴依旧处于冰水混合物状态,一边继续进行相变过程,一边与外界环境进行着热量传递和质量传递过程,使其温度始终维持平衡温度,直至液态水完全冻结; 第四阶段为再降温阶段,在该阶段液滴已完全冻结成冰晶,与外界环境继续进行热质传递过程,冰晶温度不断降低,直至达到稳态。 形成晶核之后,晶核再聚集周围的雾化水滴,使其凝固在晶核表面,在落地之前不断生长。一般,人工制造的晶核尺寸更小,硬度更强,且人造雪含水量更高,约为40%-50%,比自然雪含水量高40%左右。 所以,如果有人卖你假雪怎么办?dzoednc

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其实,人造雪和自然雪是有区别的:天然雪是片状,密度比较小,松松软软,是由水汽凝华结晶,沿晶面充分生长,所以有很多规则的形状。 人造雪属于冰粒状的,较重,是由水珠凝固结晶,含水量很多,看起来就像冰雪混合物。dzoednc

管它什么雪,能堆雪人的雪就是好雪!dzoednc

PART.3dzoednc

人工降雪dzoednc

除了小范围的造雪,大范围的人工降雪,可以利用飞机在云层上播撒碘化银来实现。碘化银的晶体与雪晶的六角形单体尺寸非常相似,它们单体里的原子排列也十分近似,两者的晶格间距也很接近(碘化银是4.58埃,雪晶是4.52埃)。 图源 Bing AIdzoednc

因此,把碘化银微粒撒在降水能力较差的云层里,使它“冒名”顶替冰晶,便能让云中的水汽和小水滴在“冒名”的晶体上凝华结晶,变成雪花。 图源 Bing AIdzoednc

所以,选一个寒冷的夜晚,制造一场专属于你的浪漫雪花吧~dzoednc

责编:Ricardo
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