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中国vs加拿大物候记·小雪|邂逅冬日的第一场雪

2021-11-22 14:50来源:新华社

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寒风凛冽,初雪飘零。小雪节气的到来意味着寒潮频仍,冬意渐盛。

此时多地气温持续走低,北方地区的最低气温多在零下,降水状态由雨变为雪,华北、黄淮等地由此迎来冬日的第一场雪。

因为即将进入食物匮乏的时期,小雪节气的习俗大多与吃有关。就像飞鸟、松鼠等动物要为冬季储粮,人类也有类似的行为,比如腌咸菜。南方的某些地方有农历十月吃糍粑的习俗。台湾地区中南部海边的渔民则会在小雪前后晒鱼干、存干粮。

随着天气越来越冷,小雪前后,古人会准备一些取暖设备,如铜手炉、汤婆子,富贵人家还会使用一种金属制的暖手香囊。

面对活跃的寒流,各地农民正忙于采收、御寒、田间管理。他们亦期待着雪花从天而降。“小雪雪满天,来年必丰年。”小雪下雪有利于增强土壤肥力,减轻病虫害,也意味着来年雨水均匀,无明显旱涝。

2021年的小雪节气从11月22日到12月6日,涵盖“虹藏不见”“天气上升,地气下降”“闭塞而成冬”三个物候。

小雪一候:虹藏不见小雪的第一个五天,彩虹不见了。

阴冷的冬季,天空的色彩也单调了些许。下雪的时候,天地间白茫茫的一片。雪停了,天空也时常灰蒙蒙的,那绚烂的彩虹几乎从不会出现在冬日的天际。

彩虹的出现需要水滴的反射与折射,外加干净清新的空气。入冬以后,空气本就较为干燥,又因气温偏低,空气中的水分常呈冰晶的状态,对阳光的折射现象与水滴不同;在南方不降雪的地方,因为气压变化,冬季多层状云,雨后往往阴云笼罩,遮天蔽日,加之冬季空气多雾霾,美丽的彩虹便隐身不见了。

尽管缺少了彩虹的绚丽,白白的雪倒是让冬季多了几分纯洁的感觉。

雪是由大量白色不透明的冰晶(雪晶)和其聚合物(雪团)组成的固体形态的降水。作为水循环的一部分,雪的前身是空中的云。棉花团似的云朵由小水滴和小冰晶组成,包括以小水滴为主的水云,以小冰晶为主的冰云及由小水滴和小冰晶共同组成的混合云。

雪的来源主要是混合云。当温度下降,空气中的水汽达到饱和,多余的水汽在凝结核的作用下被冰晶吸附。冰晶不断成长,有时候小冰晶相互碰撞又结成大冰晶,直至冰晶的重量超出了空气阻力和浮力,倏然下落,便成了雪。雪花 视觉中国 图

雪花 视觉中国 图

雪花在冰晶的基础上生长而来,所以,和冰晶类似,雪花也常呈六边形。早在西汉时期,中国的古人就发现了雪花的独特构造,并郑重记录:“凡草木之花多五出,独雪花六出。”

事实上,与已被发现19种形态的冰晶相比,雪花之多姿不遑多让。来自美国佛蒙特州一个偏远农场的农民威尔逊·本特利(Wilson Bentley)是世上首位给雪花拍照的人。他自小对雪花着迷,19岁时买了第一台相机,别出心裁地将它和平时用来观察雪花的显微镜组装在一起,于是便有了自制的微距相机。1885年冬天,史上第一张雪花晶体照片就此诞生。

终其一生,本特利拍过的雪花数量超过5000朵,形状未有任何重复。

多年来,科学家一直在试图推导雪花形状形成的物理公式,目前仍未研究出准确的变量因素。英国伯恩茅斯市化学教师安迪·布伦宁根据最新研究制作了一个信息图,展示了35种雪花形状的分类,日本北海道北见工业大学的研究人员将这些形状进一步分成121类。

作为雪花“胚胎”的冰晶主要有三种形状:又细又长的六棱柱形晶柱,两头尖尖如针状的晶针,以及薄薄的六边形晶片。

研究结果表明,最终形成的雪花形状与云层中的温湿度直接相关。一般来说,湿度较高时,雪花生成的速度快,形状也更复杂,比如精致的星状或树枝状;湿度较低时,雪花生成的速度慢,容易形成简单的片状或粉末状雪花。

而不同温度的云层不仅会孕育不同形状的雪花,还会影响雪花的“体型”:六瓣星状的雪花仅在云层温度-15℃左右时形成,-6℃左右的云层会形成针状和柱状的雪花,0℃时,雪花一般为水平扩展的正六边形,顶角间无空隙……气温极低的时候,雪花的晶体会小到几乎看不见,随着温度的上升,越靠近0℃,雪花的晶体也会变得越大。

从几千米的云层飘落到地面的过程中,雪花还会受到气流风向的影响,发生更多变化。雪花的分量极轻,五千到一万朵雪花才有约一克的重量。大大小小的雪花在空中相遇后会发生粘连,尤其在温度相对较高的时候。当许多雪花联结在一起,合并为直径几厘米的雪团,便成了人们眼中的“鹅毛大雪”,有时呈不规则形状,有时又呈数量不等的枝杈星状。

几个世纪以来,雪花形成之谜一直困扰着科学家,也推动着他们持续地研究和实验。雪花的形状由晶体生长的科学规律所决定,诉说着它们在形成过程中所经历的一切。它那复杂的对称性源于晶体神奇的自组装能力——晶体、植物、动物,甚至人类都是在某些规律的作用下由自组装形成的部件构成的。

这大自然的造物携带着数千米高空的种种讯息,飘落凡间,成为庄稼的保护神,空气的净化剂,文人墨客的灵感之源。那转瞬即逝的美蕴含着自然界最深的奥秘,通向宇宙万物形成之谜。

小雪二候:天气上升,地气下降小雪的第二个五天,天空中的阳气上升,地里的阴气下降,阴阳不交。

这也许是72物候中最难解最神秘的一个物候了。在过往不同年代的解读中,“天气”和“地气”通常被解释为阳气和阴气。在古人的传统概念里,“天气”为阳气,“地气”为阴气,小雪节气时阳气上升,阴气下降,造成了天地不通,阴阳不交,万物因此失去生机。

从科学的视角来看,阴气和阳气究竟指的是什么?它们仅仅是古人臆想出来的事物吗?

如果把“阴气”和“阳气”理解为气流,“阴气”就是靠近地面的下沉气流,“阳气”就是空中上升的气流。两股气流互不相干,各自反向运动,这是什么现象呢?

包裹着地球表面的大气“外衣”根据高度不同可分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。最接近地表的是对流层,雨、雪、冰雹等天气现象都发生在这一层。一般而言,对流层的气温随着海拔高度的增加而降低,因此靠近地面的空气温度高,密度小,气压低,而高层的空气温度低,密度大,气压高。这样“头重脚轻”的气压分布使得空气容易上下翻滚,形成对流。

然而,在冬季冷空气入侵时,近地层空气温度会降得很低,而高处大气层降温较少,就可能出现上暖下冷的反常现象,气象学上称之为逆温。

在逆温现象出现时,空气“头轻脚重”,处于稳定状态。近地面的冷空气继续下沉,空中相对较暖的空气持续上升,这便是“天气上升,地气下降”的由来了。逆温层就像一层厚厚的被子将天空罩住,上下层空气不再流动交换,往往导致风力较弱甚至无风。若空气的相对湿度较高,会促进云、雾、烟的形成,使逆温层内的空气能见度降低,于是我们便看到了雾蒙蒙的天空。冬日天空 视觉中国 图

冬日天空 视觉中国 图

此时若是降雨,一般也是稳定性降水,例如连绵不断的小雨或毛毛雨。

不过,有时候,逆温也会成为强雷暴发生的有利因子。这时候地面附近通常为稳定的冷空气,中低层有强盛的暖湿空气形成逆温层,它阻挡了热量和水汽的垂直交换,累积了不稳定能量。虽然近地面的空气很难穿透逆温层,逆温层内部的空气却变得更暖更湿,一旦冲击力破坏了逆温层,空气向上抬升,就会产生强烈的对流。这就是俗称“冬打雷”或“雷打雪”的冬雷出现的原因。

小雪三候:闭塞而成冬小雪的第三个五天,暖气和寒气互相不再流通,天地闭塞而转入严寒的冬天。

小雪三候中的“闭塞”有两层含义,一是指“天气”与“地气”互不相通所致的天地闭塞;二是指冰雪环境下动物冬眠,交通不畅,人们也闭户不出的场景。

如今,在科技和经济发展的“加持”下,人们即使在最寒冷的时节依然可以自由行动,入户有暖气,出门有羽绒服,冬季“闭塞”的意味已淡了许多。

但是冷暖气流反向运动所引发的逆温现象,在当今社会依然有着强大的影响力,甚至因文明的发展而作用更甚。

因为逆温层削弱、抑制了空气的垂直对流,就像个厚厚的“盖子”,将大气中悬浮的烟尘、杂质、有害气体等牢牢捂住,所以逆温层又被称为“阻塞层”——尽管古人对大气的认识远不如今天的我们,但神奇的是,他们凭借观察、感受和直觉所推断的天地不通、万物闭塞之象,竟然暗合实际发生的大气现象,令人不由心下赞叹。

天地“闭塞”所带来的最显著影响是空气质量的下降,能见度的恶化,所以逆温层常常成为空气污染的帮凶。

研究发现,出现逆温层时,近地层空气中含有包括二氧化硫等在内的大量污染微粒,严重危害人体健康。具有强烈刺激性气味的二氧化硫是大气主要污染物之一,会刺激呼吸道,使人产生呼吸不畅、胸闷等症状;二氧化硫与其它颗粒物同时被人体吸入,更会在呼吸道里形成更可怕的硫酸雾,造成加倍的生理反应;近地层的烟尘和粉尘容易引起尘肺和血液中毒;高浓度的氮氧化物会引起支气管炎或肺气肿,还能损害人的中枢神经……

20世纪最早记录的大气污染惨案——1930年的比利时马斯河谷烟雾事件、1943年的洛杉矶光化学烟雾事件、1948年的美国工业小镇多诺拉烟雾事件、1952年的伦敦烟雾事件等震惊世界的公害事件均是在逆温天气下发生的,造成了百千万的生命损失。

逆温现象容易出现在早晨、傍晚和夜间,所以这些时间段的空气最污浊。许多人喜欢在清晨进行户外锻炼,认为此时空气清新,殊不知恰恰相反。一天中空气质量最佳的时段其实在上午十点至下午三四点间,而在冬季晨昏时段“烟雾茫茫”的时段,应尽可能避免外出活动。

祸兮福所依。虽然逆温现象常常加剧空气污染,却也因其对空气流通的阻碍,一定程度上可以抑制沙尘暴的发生。逆温带平稳的气流也有利于飞机的飞行。

对于一些山坡与河谷地区,逆温带提高了冬季的温度水平,有利于农业生产,比如新疆伊犁河谷、四川盆地、云贵高原的坝子等。当地果树越冬时较少遇到冻害,果实硬度高、品质好,为人们贡献了不少美味水果。航拍四川盆地 视觉中国 图

航拍四川盆地 视觉中国 图

“事出反常必有妖”,逆温这一不寻常的大气现象,亦是许多气象奇观的背后“推手”,包括海市蜃楼、平流雾和海滋在内的海上三大奇观均离不开逆温的作用。那曾令帝王迷醉的蓬莱仙境,令文人诗兴大发的山中云海,都是逆温层玩的小把戏。

这期,我们将回顾立冬的物候观察记录。下一期《物候记》,我们将为大家解读大雪三候,同时回顾小雪的物候观察记录。

(作者李蔚系自然教育机构自然萌创始人。封面、物候卡插画:季静,封面图设计:薛之韵,海报设计:白浪。)“物候记”专栏记录一年之中节气、物候的指征,观察自然变化与城市生活的关联,积累当代中国城市的物候观察资料。

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