雪花能有多大？
典型尺寸： 絕大多數(shù)雪花的直徑在
0.5毫米到5毫米 之間。我們?nèi)庋劭吹降摹谤Z毛大雪”通常是由多個(gè)雪花粘連在一起形成的雪團(tuán)或雪簇。
巨型雪花： 歷史上記錄到的真正意義上的巨型
單朵雪花（更準(zhǔn)確地說是
雪花聚合體）尺寸非常驚人：
- 最著名的記錄： 1887年1月28日，在美國蒙大拿州基奧堡的一次暴風(fēng)雪中，據(jù)記載觀測(cè)到了直徑達(dá) 15英寸（約38厘米） 的巨型雪花聚合體。這是最常被引用的記錄，但需要指出，當(dāng)時(shí)的測(cè)量方法（如目測(cè)、用尺子量落在深色表面的樣本）可能不夠嚴(yán)謹(jǐn)，其確切尺寸存在爭議。
- 其他可靠記錄： 現(xiàn)代更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠^測(cè)記錄到的巨型雪花聚合體通常在 10厘米到20厘米（4英寸到8英寸） 之間。例如：
- 20世紀(jì)90年代，科學(xué)家在美國科羅拉多州博爾德附近測(cè)量到直徑約12.7厘米（5英寸）的雪花聚合體。
- 日本科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和野外觀測(cè)中也記錄到過直徑超過10厘米的雪花聚合體。
物理極限： 理論上，雪花聚合體的大小受限于其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。雪花本身非常脆弱，當(dāng)聚合體變得太大太重時(shí)，在下落過程中遇到氣流擾動(dòng)就很容易破碎。因此，直徑超過20厘米的雪花聚合體極其罕見，接近物理極限。
巨型雪花（雪花聚合體）形成的氣象條件分析
巨型雪花并非一個(gè)巨大的單晶冰晶，而是由大量較小、結(jié)構(gòu)松散的冰晶（通常是樹枝狀星形冰晶）在下降過程中相互碰撞粘連形成的聚合體。其形成需要極其特殊且短暫維持的氣象條件組合：
接近0°C的溫度：
- 關(guān)鍵層溫度： 在雪花形成并下降的云層下方，需要有一個(gè)相對(duì)較厚（幾百米到上千米）的氣層，其溫度非常接近0°C（通常在-1°C到+1°C之間）。
- 作用： 在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，冰晶表面會(huì)形成一層極薄的、幾乎難以察覺的液態(tài)水膜（過冷水）。當(dāng)冰晶相互碰撞時(shí)，這層水膜起到了“膠水”的作用，使它們能夠牢固地粘連在一起，而不是彈開或破碎。溫度過高（>1°C）雪花會(huì)融化；溫度過低（<-5°C）冰晶表面過于干燥，粘連效率大大降低。
極高的相對(duì)濕度（接近飽和）：
- 云內(nèi)和關(guān)鍵層： 云層內(nèi)部以及下方接近0°C的關(guān)鍵氣層都需要接近100%的相對(duì)濕度。
- 作用：
- 保證冰晶在生長和下降過程中不會(huì)因升華（冰直接變成水汽）而顯著縮小或失去精細(xì)結(jié)構(gòu)。
- 維持冰晶表面的那層薄水膜，促進(jìn)粘連。干燥的空氣會(huì)使水膜蒸發(fā)，失去粘性。
穩(wěn)定、平靜的大氣層結(jié)：
- 微弱的垂直風(fēng)切變： 垂直方向上風(fēng)速和風(fēng)向的變化要非常小。
- 作用： 強(qiáng)烈的風(fēng)切變會(huì)撕裂正在形成的脆弱聚合體，或者使不同大小、速度的雪花分離，減少碰撞粘連的機(jī)會(huì)。平靜的環(huán)境允許雪花以相似的速度緩慢下降，增加碰撞和粘連的時(shí)間窗口。
微弱的上升氣流：
- 適度的抬升： 需要存在非常微弱的上升氣流。
- 作用：
- 輕微減緩雪花的下落速度，延長它們?cè)诮咏?°C、高濕的關(guān)鍵層中停留的時(shí)間，從而有更多機(jī)會(huì)相互碰撞粘連。
- 幫助支撐正在增大的聚合體的重量，防止其過早加速下落。但上升氣流不能太強(qiáng)，否則會(huì)把雪花吹散或帶回到更冷的云層中凍結(jié)得更硬，降低粘連性。
合適的冰晶類型：
- 樹枝狀星形冰晶： 形成巨型聚合體的最佳“原材料”是具有復(fù)雜分枝結(jié)構(gòu)的大尺寸樹枝狀星形冰晶。
- 作用： 這種冰晶結(jié)構(gòu)松散、密度低、表面積大、分枝多。它們?cè)谙侣溥^程中容易相互交錯(cuò)、勾連，為碰撞粘連提供了巨大的接觸面積和物理“抓手”，更容易形成大型的、蓬松的聚合體。針狀、柱狀或板狀冰晶粘連形成大聚合體的效率較低。
云底高度適中：
- 云底不能太高，否則雪花在下落穿過較長的低于0°C的干燥氣層時(shí)會(huì)因升華而縮小。云底也不能太低（接近地面），否則留給雪花在關(guān)鍵粘連層中增長的時(shí)間太短。
總結(jié)：巨型雪花形成的“完美風(fēng)暴”
巨型雪花聚合體是多種苛刻氣象條件在特定時(shí)間和空間上完美配合的產(chǎn)物：
云中產(chǎn)生大量優(yōu)質(zhì)“原料”： 云層中產(chǎn)生豐富的大尺寸樹枝狀星形冰晶。
關(guān)鍵粘連層： 云層下方存在一個(gè)深厚、溫度非常接近0°C（-1°C至+1°C）、濕度接近飽和、大氣穩(wěn)定、垂直風(fēng)切變極小、有微弱上升氣流的“黃金粘連層”。
緩慢下降與粘連： 雪花在這個(gè)粘連層中緩慢下降，頻繁碰撞，并依靠表面的薄水膜牢固粘連，像滾雪球一樣越聚越大。
安全著陸（或觀測(cè)）： 這個(gè)聚合體在形成后能相對(duì)完整地落到地面被觀測(cè)到（落地時(shí)撞擊也可能導(dǎo)致破碎）。
正因?yàn)檫@些條件同時(shí)滿足非常困難且短暫，所以巨型雪花極其罕見。它們通常出現(xiàn)在溫和的冬季風(fēng)暴后期，當(dāng)較冷的空氣逐漸被較暖濕的空氣取代，形成穩(wěn)定的、接近融點(diǎn)的近地面層時(shí)。歷史上那些超大尺寸的記錄（如38厘米）雖然存在，但受限于當(dāng)時(shí)的觀測(cè)條件，其精確性和普遍性需要謹(jǐn)慎看待。現(xiàn)代觀測(cè)證實(shí)，直徑10-20厘米的雪花聚合體在特定條件下確實(shí)可以形成，已是自然界中雪花尺寸的極限。
