编者按：瑞雪兆丰年，飞雪映万象。每一片轻盈飘落的雪花，都是大自然写下的微型诗篇——它承载着水汽凝华的物理密码，也镌刻着温度与湿度交织的气象玄机。本期科普看台，让我们循着雪花的诞生轨迹，揭示板状、柱状、针状、枝状等冰雪晶千姿百态的形成奥秘，澄清关于“降雪量”与“积雪深度”的常见误解，并解锁那些藏在冰雪之中的趣味“冷”知识。

专家顾问：

中国气象局人工影响天气中心正高级工程师 苏正军

吉林省气象服务中心高级工程师 陈雷

一片雪花是如何长成的？

雪花的生命，始于高空云层中一个微不足道的粒子——冰核。

在云中，温度常常低于0℃，但很多水滴并不会马上结冰，而是保持液态，这就是过冷水。纯净的水甚至能在低至-40℃时仍保持液态，因为结冰需要水分子有序排列成晶体结构，而这一过程需要跨越一道能量“门槛”。微小的水滴自身难以完成这种排列，因此冻结迟迟无法启动。

此时，冰核便扮演了关键角色——它如同一粒“种子”，为冰晶的形成提供模板。这些冰核通常来自大气中的悬浮微粒：矿物尘埃、生物颗粒、海盐结晶，或是人类活动产生的烟尘。它们的表面结构与冰晶相似，能显著降低水分子排列所需的能量，使得过冷水滴在相对较高的温度下（如-15℃甚至更高）就能迅速冻结。

没有冰核，云中几乎无法自发生成冰晶，自然降雪也就无从谈起。可以说，冰核是开启漫天飞雪的第一把钥匙，也是最关键的“开关”。

一旦冰晶在云中形成，便会与周围的过冷水滴共存。这时，一个微妙却起决定性作用的物理现象开始发力：在同一温度下，冰面的饱和水汽压低于水面。这意味着，空气中的水汽更倾向于凝华到冰晶表面，而非附着于液态水滴上。于是，冰晶获得了“生长优势”——通过持续吸收水汽，不断沉积壮大，逐渐成长为真正的雪晶。这一过程被称为凝华增长，是雪晶最初成长的主要方式。气象学上通常将线性尺度超过300微米的冰粒子称为“雪晶”，而小于该尺寸的则仍称“冰晶”。

然而，要成为我们眼中那片轻盈飘舞的雪花，雪晶还需继续长大。除了凝华，它主要依靠两种机制实现进一步发育：

其一是碰并增长，也叫撞冻或凇附。雪晶在下落时，与云中过冷水滴碰撞并冻结附着。这个过程能使雪晶质量迅速增加，表面变得粗糙。如果碰并过程非常强烈，会生成白色不透明的软雹，也就是霰粒（俗称“雪丸”）；如果由冻滴或部分融化的雪晶再冻结，则可能形成半透明坚实的冰丸。

其二是聚合增长，即多个雪晶在空中相互碰撞、粘连，结伴而行，最终形成更大的雪片或雪花簇，这就是我们常说的雪花，或鹅毛大雪的主要形态。观测表明，聚合效率与温度和冰晶形态密切相关：当气温接近0℃时，雪花出现频率最高，体积也最大；而在-5℃左右，冰晶多呈现复杂的枝状或星状结构，极易彼此钩挂、缠绕聚合。相比之下，柱状或针状的冰晶则较难粘连。目前已观测到的最大雪花直径可达15毫米，但大多数常见的雪花直径仅为2至5毫米。

云室显微镜下的柱状冰晶、 枝状冰晶、板状冰晶 中国气象局人工影响天气中心供图

什么条件下我们能看到漫天飞舞的鹅毛大雪？首先，云中至少需有一层温度高于-15℃，理想状态是在-5℃至0℃之间。尤其当云内存在接近0℃的融化层时，雪晶表面会轻微融化，变得湿润黏腻，极大提高了相互粘连的概率。其次，充足的水汽供应必不可少——这是雪晶通过凝华和碰并不断增大的“原料库”。再者，云中应有微弱而持续的上升气流，或近乎静风的环境，让雪晶得以在空中停留更久，有足够时间生长、相遇、聚合。最后，较厚的云层为整个过程提供充足的空间和时间。当这些条件同时满足时，雪晶便容易聚合成大雪花，形成鹅毛大雪。大雪花落地后，通常形成更蓬松、密度较低的雪层，这是因为雪花间的空隙较大。

雪花生成示意图 黄琬婷制图

于是，一颗微粒历经凝华、碰并、聚合，在自然的秩序中，长成了一片独一无二的雪花，安然飘落。（作者：黄琬婷）

奇妙旅程：冰雪晶“变形记”

当一片雪花悄然落在衣袖上，你或许曾为它那精巧对称的六角结构而惊叹。然而，若细细观察，便会发现雪花的形态远非千篇一律——有时是薄如蝉翼的六角板状，有时是细长笔直的柱体或尖针，有时又如蕨类植物般舒展枝蔓，绽放出繁复的星状图案。这些晶莹剔透、浑然天成的冰之艺术品，统称为“冰雪晶”。

在传统气象观测中，固态降水被分为十种基本类型，其中七种是形态各异的冰雪晶，包括柱状、片状、针状、星状以及不规则形状等。若进一步细分，每一类下还有数十种变体，目前已知的雪花形状已超过两万种。尽管形态万千，但其原始“胚胎”——雪晶的核心结构都围绕着六角对称性展开，这也印证了我国汉代《韩诗外传》中“雪花独六出”的观察。

在众多雪花形态中，最引人注目的莫过于星形松针雪花与星形蕨草状雪花。前者直径通常在2至4毫米之间，结构清晰、轮廓分明，常成为节日装饰的灵感来源；后者则堪称雪晶中的“巨人”，直径常逾5毫米，枝干上分出层层叠叠的精致枝杈，轻盈如羽。滑雪场里令人沉醉的“粉雪”，往往就由这类雪花构成。

那么，究竟是怎样的“造物之手”，雕琢出如此多样的雪花形态？其实，雪花的本质是水汽在凝结核上直接凝华而成的冰晶。其形态差异主要受温度与湿度等环境因素调控，同时也受到凝结核性质、气流运动等多重影响。

每一片雪花在形成及下落过程中，经历的环境条件都不可能完全一致，这就导致冰晶的生长轨迹、枝杈的数量和形状、表面的纹理都存在细微差异。因此有“世界上没有两片完全相同的雪花”的说法。

科学家通过实验观测发现了不同雪花形态的规律：在接近-2℃时，冰晶倾向于长成小而扁的盘状（如星盘状）；在-5℃左右，常形成细长的柱状或针状；当温度降至约-15℃，能形成最大、最薄的星形蕨草状（星盘状也可能在此温度出现）；而当温度低于-30℃，则还会呈现简单的柱状。如果你看到六角枝状雪花，基本说明它的出生环境在-13℃到-17℃。如果枝状比较细，说明形成阶段水汽条件不够充沛；如果是六角板状或圆润的六角状，则说明水汽丰沛。

冰雪晶形状随温度和过饱和度的变化示意图（参考 Mason，1971） 黄琬婷制图

从物理机制看，片状雪花的形成源于水汽主要沿冰晶边缘扩散，而柱状雪花则因水汽在晶面上扩散所致。

不同纬度雪晶形态的显著差异，正源于各地云层中温度与湿度的宏观配置差异。中纬度地区堪称复杂雪花的“艺术工坊”。这里的冬季云系相比极地地区更为深厚。同时，活跃的天气系统为云层持续输送充沛水汽。在温度配置更为齐全、原料充足的“理想工坊”里，冰晶得以精细生长，形成形态各异的雪花。

相比之下，极地气候寒冷干燥，云层稀薄，温度常低于-25℃，甚至可达-40℃。在如此低温低湿的环境中，冰晶生长缓慢，既缺乏“动力”，也缺少“材料”，难以发育出复杂结构。因此，极地降雪多以简单的柱状、片状或细小朴实的板状为主。

对冰雪晶形态及其形成机制的观察研究，远不止于欣赏其视觉美感，它是科学家解读云微物理过程、提升降水预报精度乃至评估区域气候变化影响的一把微观钥匙。下次，当你伸手迎接一片雪花时，请记得，其独一无二的形体，正为你无声讲述一段关于高空温度、湿度与气流的奇妙旅程。（作者：崔国辉 通讯员：车云飞 张今明）

降雪量vs积雪深度，二者如何“换算”？

近日，我国多地出现小到中雪或雨夹雪。据北京市气象台，1月17日06时至18日08时全市平均降雪量1.2毫米，大部分地区积雪深度0—6厘米，房山、门头沟、石景山、海淀、丰台积雪深度9—20厘米。不少人会疑惑：降雪量的单位是毫米，积雪深度的单位却是厘米，二者为何衡量的单位不一且相差这么多？其实，降雪量与积雪深度背后藏着气象观测的科学逻辑。

厘清概念：二者测量的是“不同物质”

首先，我们要明确——降雪量测量的是“水”，积雪深度测量的是“雪”。

在气象学中，大气中降落到地面的液态或固态形式的雨、雪、冰雹、冰粒、霰等统称为降水，降水的多少用降水量来表示。降雪量也是降水量的一种，它指的是从天空降落到地面的雪，在未经蒸发、渗透、流失的情况下，完全融化后在水平面上积聚的水层深度，单位用毫米表示。简单来说，它衡量的是降雪的“实际水量”，相当于把这场雪“榨干”后，得到的水量厚度。而积雪深度则是指降落到地面上的雪堆积形成的雪层最上层表面到地面的垂直深度，单位用厘米表示，衡量的是雪的“堆积高度”。

科学测量有讲究：气象观测员的“精准操作”

为保证数据准确性，气象部门对两者的测量都有严格的标准流程，所使用的工具和方法也截然不同。

降雪量测量的核心工具是“雨量筒”（或专用的雪量计）。在降雪天气时，气象观测员会将雨量筒放置在平整、空旷、无遮挡的观测场中。如果气温较低，雪花无法直接融化，观测员会定期将雨量筒中的积雪取回，放入特定的容器中加热融化，待其完全变成水后，再测量水层的深度，即降雪量。

而积雪深度的测量则相对直接。观测员会选择观测场中具有代表性的区域，避开有凹陷、凸起或障碍物的地方，将专用的量雪尺垂直插入积雪中，测量从地面到雪层上表面的距离。为了减少误差，通常观测员会在观测场的不同位置测量3—4次，取平均值作为最终的积雪深度数据。

差异关键：雪的“蓬松度”决定换算关系

日常生活中流传的“1毫米降雪量对应1厘米积雪深度”，其实是一个非常粗略的经验值，并非科学意义上的换算公式。二者的实际比例，核心取决于雪的“蓬松度”，而雪的蓬松度又由雪花的类型和形成环境决定。

我们可以把雪花分为“干雪”和“湿雪”：干雪通常形成于气温较低的严寒环境（一般在-10℃以下），晶体结构疏松，内部空隙多，含水量低，蓬松度很高，1毫米降雪量对应的积雪深度可能达0.9厘米到1.2厘米；而湿雪形成于气温接近0℃的环境，雪花在降落过程中会部分融化，又重新冻结，晶体结构紧密，含水量高，蓬松度低，1毫米降雪量对应的积雪深度可能在0.6厘米到0.8厘米左右。

如果是特大暴雪天气，伴随强冷空气出现干雪堆积时，可能会出现“10毫米降雪量对应20厘米以上积雪深度”的情况，这也是干雪更容易造成雪灾的原因之一。

总结：看懂降雪数据的小技巧

其实，我们只需记住这两个核心要点，就能看懂气象部门的降雪通报：一是看降雪量，判断这场雪的“水量规模”，对应气象部门划分的降雪等级（如微量降雪：<0.1毫米、小雪：0.1—2.4毫米、中雪：2.5—4.9毫米、大雪：5.0—9.9毫米、暴雪：10.0—19.9毫米、大暴雪：20.0—29.9毫米、特大暴雪：≥30.0毫米）；二是看积雪深度，判断雪对日常生活的实际影响，比如是否会影响交通、是否需要清扫积雪等。（通讯员：王晶晶 魏裕革 张欣彤）

藏在感官里的“冷”知识

触：玩雪后手为何发热？

这是人体应对寒冷的生理防御机制在发挥作用。当手刚接触雪时，寒冷刺激会先促使手部血管收缩以减少热量流失，手会发凉。如果持续接触雪，局部可能触发冷诱导血管舒张反应，手部血管会短暂扩张，加速血液循环，让温暖血液涌向手部，从而产生“发热感”。但若手部持续暴露在寒冷中，可能会有冻伤风险。

看：雪只有白色的吗？

其实，雪本身是透明的。我们看到的雪花，由无数微小的冰晶组成，这些冰晶内部布满了细密的孔隙。当阳光照射其上时，光线会在这些微小孔隙中反复反射、散射，散射后的光线几乎覆盖整个可见光波段，最终呈现出我们熟悉的洁白。不过，大自然偶尔也会为我们上演一场“彩雪”奇观。例如，在某些冰川地区，人们会见到粉红如西瓜瓤的“西瓜雪”——这其实是雪中生长的一种耐寒雪藻所致，当它们成熟后，会合成大量红色类胡萝卜素。而在冰川或深厚积雪中，光线在致密冰层中经过长途散射与吸收，红光被吸收得更多，蓝绿光得以穿透冰层或超深雪沟，形成深邃的蓝绿色调。黄雪、褐雪则多是裹挟了沙尘、矿物颗粒等杂质。

听：雪后为何格外安静？

刚下过雪的清晨，世界仿佛被按下了静音键。这并非错觉，而是雪的物理结构在“吸音”。新鲜积雪由松散的冰晶构成，其间充满大量微小空气间隙，形成天然的多孔吸声材料。当声波传入这些微小空隙，会在其中反复反射，能量被耗散，难以有效向外传播，环境噪音因此显著降低。然而，一旦积雪被踩实、融化或冻结，内部孔隙减少，这种“消音”效果便会大打折扣，世界也逐渐恢复喧嚣。（作者：闫辰宇）

（责任编辑：曹锐怡）