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為什麼下雪不冷化雪冷?你以前的認知可能並不准確

2024年12月06日14:44 | 來源:人民網-科普中國
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大雪節氣是農歷二十四節氣中的第21個節氣,也是冬季第三個節氣,標志著仲冬時節正式開始,我國大部分地區的氣溫都會顯著下降,北方一些地區的最低溫度甚至會降到0℃以下。在強冷空氣前沿冷暖空氣交鋒的地區,會降大雪,甚至暴雪。大雪節氣就成了重要的氣候轉折點,標志著氣溫顯著下降和降水量增多,反映了降雪量程度的增強。

在這個節氣到來之際,我們聊一個大家似乎都知道“正確答案”的問題:為什麼下雪不冷化雪冷?

有人可能會說:這不就是“成雪放熱,化雪吸熱”嘛。

真是這樣嗎?

游客在鳴沙山月牙泉景區欣賞雪景。新華社發(張曉亮攝)

游客在鳴沙山月牙泉景區欣賞雪景。新華社發(張曉亮攝)

成雪放熱

當水蒸氣在空氣中冷卻並凝結成雪花時,這個過程需要釋放熱量,稱為凝華熱。這些釋放的熱量會在雪花周圍形成一層微小的暖層,盡管這種溫暖效應相對較弱,但它在一定程度上減緩了雪花落地后周圍環境的冷卻速度。另外,下雪通常伴隨著雲層覆蓋,雲層像一層毯子一樣減少了散失到大氣中的地面熱量。

這是“下雪不冷”通常的解釋。

北京南海子公園的雪景(圖片來源:新華社)

北京南海子公園的雪景(圖片來源:新華社)

化雪吸熱

當雪從固態變為液態時,需要吸收熱量,這個過程稱為熔化熱。這意味著周圍環境中的熱量被雪吸收,以完成其相變,從而導致環境溫度下降。降雪結束,天空中少雲或無雲,在沒有雲層覆蓋的情況下,化雪時地面能夠更有效地將熱量輻射到大氣中,進一步加劇了冷卻效果。

這是“化雪冷”通常的解釋。

因果關系

把“下雪不冷化雪冷”的原因解釋為“成雪放熱,化雪吸熱”,這種說法對嗎?

不對!我們從邏輯上來推導這個說法。

即便是下雪時釋放潛熱,或者雲層遮蓋導致了保暖效果,但成雪時,氣溫必須在0℃以下,如果到不了0℃以下,就不可能成雪。

即便是化雪時吸收熱量,或者無雲層覆蓋散熱增強,但化雪時,氣溫必須在0℃以上,如果到不了0℃以上,就不可能化雪。

由此可以推斷,下雪時的氣溫低於0℃,化雪時氣溫高於0℃,那麼,成雪時的溫度低於化雪時,那就成了“化雪不冷下雪冷”。因此,用“成雪放熱,化雪吸熱”來解釋“化雪不冷下雪冷”就有問題。

“成雪放熱,化雪吸熱”沒有錯,“下雪不冷化雪冷”也沒有錯,問題出在哪裡呢? “成雪放熱,化雪吸熱”不是“下雪不冷化雪冷”的原因,兩者不構成因果關系。

首鋼園的雪景(圖片來源:新華社)

首鋼園的雪景(圖片來源:新華社)

根本原因

既然我們通常認為的“成雪放熱,化雪吸熱”不是“下雪不冷化雪冷”的根本原因,那麼,到底是什麼讓我們感到了“下雪不冷化雪冷”呢?追根究底,“下雪不冷化雪冷”的根本原因來自濕度。

在日常生活中我們更關注氣溫這個氣象要素,對濕度並不重視。所謂濕度通常指空氣中水蒸氣的含量。濕度和人體溫度之間有著很大的關系:當環境濕度較高時,空氣中的水分含量增加,會阻礙皮膚蒸發的速度,汗液蒸發變慢,導致人體散熱困難,蒸發冷卻的有效性受到抑制,因為空氣中的水蒸氣已經接近飽和狀態,汗水難以蒸發,導致身體感覺悶熱,進而覺得環境溫度較高。相反,當環境濕度較低時,汗液容易蒸發,可以有效帶走皮膚的熱量,使人覺得環境溫度較低,有助於身體降溫,感覺更加涼爽。

我們知道在高濕高熱的環境中,人會感到悶熱,就是俗稱的“桑拿天”,但寒冷和濕度之間有什麼關系呢?在高濕度的寒冷環境中,由於空氣中水蒸氣含量較高,人體散熱受到阻礙,汗液蒸發變慢,導致體感溫度更低,從而加劇了寒冷感。此外,高濕度還可能導致衣物和皮膚之間的水分凝結,進一步降低保暖效果。

在下雪時,空氣中大量的水分子成為固態的雪或冰粒,空氣的濕度下降。而在化雪時,雪水大量蒸發逸散到空氣中,空氣濕度上升。雖然化雪時氣溫略高於0℃,但因為濕度大,會讓人感到更冷。在下雪時氣溫略低於0℃,由於大氣中的水汽被雪花帶走,相對干燥的空氣會讓人感到沒有那麼冷。

雖然化雪比降雪的大氣溫度高,但在人體感受上,由於濕度的原因,化雪比降雪感覺更冷一些。

天津市水上公園,一名兒童在雪地上玩耍(圖片來源:新華社)

天津市水上公園,一名兒童在雪地上玩耍(圖片來源:新華社)

有條件的冷

凡事沒有絕對,還要看時節、看地域,並不是所有時候所有地域都適用“下雪不冷化雪冷”。我們所做的比較,是在化雪和降雪時氣溫在0℃附近進行的比較,並不是所有的情況。

初冬時節,特別是首場降雪到來時,氣溫隻稍低於冰點,下雪才會感覺沒有多冷,而化雪時反而更冷一些,但如果到了隆冬的北方地區,氣溫遠低於0℃,甚至達到了零下20℃以下,隻要下雪,就會很冷。

春天即將到來時,氣溫稍微高於0℃,化雪時會感覺到有些冷,但如果氣溫遠高於0℃,春的氣息扑面而來,融化的只是冬日裡遺留下來的殘雪,我們也並不會感到冷。

作者:王元紅 天氣氣候高級工程師

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(責編:邢鄭、楊鴻光)

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