北风行

【唐】李白

烛龙栖寒门，光曜犹旦开。

日月照之何不及此？唯有北风号怒天上来。

燕山雪花大如席，片片吹落轩辕台。

幽州思妇十二月，停歌罢笑双蛾摧。

倚门望行人，念君长城苦寒良可哀。

别时提剑救边去，遗此虎文金鞞靫。

中有一双白羽箭，蜘蛛结网生尘埃。

箭空在，人今战死不复回。

不忍见此物，焚之已成灰。

黄河捧土尚可塞，北风雨雪恨难裁。

此诗作于唐玄宗天宝十一年（752年），是李白借乐府旧题创作的一首悲歌。诗中描写了一位居于幽州的妇女知道丈夫战死后的哀痛心情，并将个人离愁升华为对不义之战的谴责、对苍生疾苦的悲悯。“燕山雪花大如席”是诗中的名句，意境大气磅礴，气象雄浑壮阔。

风雪最能够营造寒冷和悲情的气氛，雪花真的会有席子那么大吗？燕山这个地方为什么会出现大雪呢？

雪花到底有多大

众所周知，“燕山雪花大如席”只是一种艺术夸张，并不是对现实的实际描述。那么，雪花到底能有多大呢？

世界上最大雪花的纪录， 出现于1887年美国蒙大拿州的一场暴风雪中，人们在这场风雪中观测到一片直径达38厘米、厚约20厘米的雪花，其尺寸堪比奶锅。这种巨型雪花并非由单一雪晶组成，而是由数百甚至数千个雪晶在降落过程中相互粘连形成的聚合体。人们观察到的由单个雪晶组成的雪花， 也就是狭义的最大尺寸的雪花为10毫米，由物理学家肯尼斯·利布雷希特于2003年在实验室中培育并测量确认。自然界中普通雪花的直径通常小于3毫米。

既然小雪花可以通过粘连形成较大的雪花，为什么我们在现实中见不到如席子一样大的雪花呢？主要原因有以下几点。

第一，雪晶结构的天然脆弱性。从本质上说，雪花是水分子在冰核上凝华形成的六边形晶体。其微观结构呈枝杈状（树突形），密度仅为水的十分之一，内部充满了空隙。这种多孔结构导致雪花的机械强度非常低，只要受到气流、碰撞等轻微的外力作用就会断裂。如果强行让雪花扩大“生长”成席子那么大，其自身的重量足以让这片雪花在空中解体。

第二，水汽供给的物理极限。雪花的生长依赖空气中过饱和水汽的凝华作用。雪花越大，其微观结构中外围“枝杈”获取水汽的效率越低，导致在实验室中人工培育的最大单晶雪花直径仅有10毫米。此外，大型雪花表面会因凝华释放潜热而升温，加速局部融化，破坏整体结构的稳定性。换句话说，水汽扩散速率和热力学都在一定程度上限制了雪花的成长。

第三，雪花在下落过程中遭遇的机械和热力损坏。在下落过程中，达到一定尺寸后的雪花所受到的空气阻力远超其骨架的承受力，导致自身结构遭到破坏；而且，与其他雪花、雪晶或水滴发生的碰撞，也会导致雪花破碎。此外，下落中的雪花经过温度较高的低空时，表面发生融化，致使自身结构解离的速度加快。

气象学模拟表明，若要形成直径1 米的“席子雪”，需同时满足三个条件：一是气温长期稳定在-2～0 ℃， 这种温度条件有利于雪花粘连，但不易使其破碎；二是湿度无限接近100%且无任何气流扰动；三是雪花从云层到地面的下落时间趋近于零，以免与其他物体发生碰撞。这是一种极其理想的假设条件，在自然界中根本不可能出现。

燕山缘何多大雪

燕山是华北地区降雪比较多的地区，暴雪多集中出现在每年11月至次年3月。为什么燕山容易出现大雪呢？

燕山呈东西走向，与太行山共同构成“北京湾”地形屏障。当来自东南方向的暖湿气流向西北推进时，受燕山山脉阻挡，暖湿空气被迫抬升，并因此发生绝热冷却，水汽凝结成云，所以当地容易出现降雪，甚至形成地形性的大雪乃至暴雪。

特殊的水汽通道也可能为燕山的降雪提供充足的水汽条件。就大气环流而言，冷空气自蒙古高原南下后，有部分冷空气从辽东半岛经渤海侵入华北平原。此时的渤海相当于巨型的“加湿器”，使入侵到华北地区的冷空气携带大量水汽，成为“冷流降雪”的源头。冷暖空气在燕山南麓交汇后，当地的水汽通量可达日常的2～3倍，为降雪提供源源不断的水汽。

西伯利亚或蒙古高压等强冷空气南下时，在燕山北侧形成冷垫，冷空气使附近气温在短时间内骤降，为降雪提供低温条件。与此同时，当副热带高压位置偏北时，其边缘西南急流会将来自南海和东海的水汽输送至燕山地区，为降雪提供适宜的水汽条件。如果暖湿气流在山前持续抬升，不断生成降水云团，可能导致降雪长时间滞留。此外，当冷空气楔入暖湿气流下方时，大气层结极不稳定，可能触发对流雪。这类雪具有强度大、粒径粗的特点，很有可能在视觉上形成“大如席”的雪花。

从感知到量化

古人表述降雪的程度并没有统一的标准，主要以自我感知的方式从视觉、听觉、触觉等方面来衡量降雪的大小，呈现多样性的表述方式。有些古代诗人以物来比喻雪，将其具象化。李白在前文《北风行》中即用“大如席”展现雪花之巨，谢道韫用“未若柳絮因风起”比喻雪花的轻盈纷扬，张元在“战退玉龙三百万，败鳞残甲满天飞”中，以龙鳞指代雪片，显示其数目之多。另有些诗人使用“玉尘”“琼屑”等词汇，将碎雪比作被碾碎的美玉粉末，从而表达雪的微小密集。还有些诗人通过表述被雪覆盖的空间，从视觉上展示雪给人的吞噬感。唐代陆龟蒙通过“朔雪埋烽燧，寒笳裂旆旌”凸显出积雪的厚度。其他一些诗人通过听觉和触觉等通感表述雪的量级。唐代诗人白居易在“夜深知雪重，时闻折竹声”中，通过听到竹枝断裂的声响得出雪下得很大的结论；岑参通过“狐裘不暖锦衾薄”从侧面烘托降雪的程度……另外，《新唐书》通过“大雪平地三尺，人多冻死”，以死亡记录来表明大雪致灾的严重程度。

现代气象学不再通过感知层面模糊地表述降雪程度，而是将其逐一量化，用精确的数值来表示。

降雪量是气象学的核心度量指标，也是普通人最熟悉的降雪指标，指特定时间段内（通常为24小时）降落到地面的新雪完全融化后形成的液态水深度，以毫米为单位精确计量，其本质是剥离雪的物理形态干扰，将它们统一量化为“水当量”。气象部门会依据24小时累计降雪量划分雪势。按照降雪量强度，降雪可以分为小雪、中雪、大雪和暴雪四个等级。

积雪深度是指自然堆积状态下，从地表到积雪表面之间的垂直厚度，以厘米为单位计量。它反映的是特定时刻积雪覆盖的实际物理高度，包含新旧雪层的总和。与仅关注新雪的降雪量不同，积雪深度会随时间和环境动态变化，并且提示人们积雪可能会带来严重的气象灾害， 比如20厘米积雪可致城市交通瘫痪，50 厘米以上积雪可压垮简易建筑。

降雪强度如同降雨中的“瞬时雨强”，是衡量雪势急缓的关键指标，指单位时间内（通常为1 小时）新增降雪量的液态水当量值，单位为毫米每小时。

雪密度是积雪的单位体积质量，单位为千克每立方米。轻盈的新雪如羽绒，密度小，而被冰压实的陈雪密度大。

雪黏性是描述雪晶之间黏连能力的物理特性，核心由雪晶表面液态水膜含量决定。当气温接近冰点时，雪花表面部分融化形成水膜，如同天然胶水，使雪晶极易成团，构成黏性雪；而在- 15℃以下的干冷环境中，雪晶保持棱角分明的固态，彼此滑动不黏，构成非黏性雪。高黏性雪（俗称“湿雪”）会紧密附着于电线上，容易造成电网瘫痪；低黏性雪则如流沙泻地，易触发雪崩。

让雪在科学光谱下显形

对于上述衡量指标，现代气VsvLfmJU9jpG0BkBaxOsjA==象科学会通过多尺度、多手段、多参数，融合地面气象站点、卫星、雷达等遥感技术，形成综合的观测体系。

观测雪深有人工观测和自动观测两种方式：人工观测利用传统雪尺，自动观测则使用超声波雪深传感器。

测量降雪量需要使用雨（雪）量筒和加热装置。方法是，将雪融化后，测量液态水的数值。另外，激光降水监测仪可以区分雪、雨、霰等相态并计算其强度。

光学卫星利用积雪在可见光波段反射率高（白色）、近红外波段吸收强的原理，可以获取每日积雪覆盖图，但使用光学卫星观测降雪可能会受到云层的干扰，且无法穿透植被进行准确测量。微波卫星则能够穿透云层和部分植被，并利用干雪散射弱、湿雪散射强的原理反演雪水当量，可以进行大尺度雪水当量监测，适用于偏远山区的降雪观测。

多普勒天气雷达会根据雪的反射率通常低于雨（雪花松散，散射弱）等特点实时绘制降雪强度、区分雨雪混合区。

无人机可以搭载激光雷达或摄影装置测量降雪，并生成高分辨率雪深分布图；还可以搭载红外相机监测雪面温度场。雪地移动机器人能够在危险区域自动测量雪深、温度剖面。

在微观层面，自动显微成像仪可以捕捉下落雪花，实时分类枝状、板状等7 类晶体形态；激光雪粒径谱仪可以测量雪花的直径范围，统计其粒径分布。

除以上观测设备，一些前沿技术设施也在降雪观测领域获得突破性进展：量子磁力雪密度仪能够测量雪层密度分布；通过深度学习分析雷达+卫星+社交媒体数据，人们将人工智能（AI）技术引用到雪灾预警之中……

唐代的李白只能惊叹“燕山雪花大如席”，今天的我们则可以利用激光扫描单朵雪花的200个分叉晶体，利用量子传感器解析积雪中每个水分子的氢键角度，利用AI技术从10万张卫星图中预判下一场雪崩的临界点……每一片雪花的浪漫与冷酷都能够在科学的光谱下显影。

【责任编辑】赵菲