让我们也去看看,青藏高原的雪。一场大雪,故宫,变成了紫禁城。布达拉宫,披上了圣洁的哈达。原野,一片银装素裹。冬天为什么会下雪?为什么你翘首以待,但雪却迟迟不肯到来?雪从天上来,5000米的高空是雪孕育的地方。当水汽过饱和,就形成了云。-25℃左右时,在冰冷的云层里,一粒从地表刮来的花粉或沙尘开始了它华丽的转身。过冷的水汽遇到凝结核后,开始在凝结核上富集、扩散,就形成了冰晶。
冰晶呈六角形对称结构,冰晶最初形成时,直径一般小于75微米。当冰晶增长到一定尺寸,达到了空气能承受的最大重量时,它们开始脱离空气的束缚,从5000米高空奔向大地。此时它们下落速度不足5厘米/秒。在向下坠落的旅途中,它们有机会接触到冷水滴,碰撞、接触而持续增大。在大约2500-3000米-5℃到-20℃的云层中,雪晶诞生了。研究显示,在雪晶下落的过程中,基本上会保持六角形的结构。
冰晶变成了雪晶后,并未停止脚步,它们带着最初亲吻大地的梦想,继续向着大地奔去。在下落过程中,无数的雪晶碰撞、黏连,聚合成一片一片晶莹的雪花。聚合作用多在-10℃以上的温度中进行,在接近0℃时更容易形成大量雪花。雪花由2个到几百个雪晶聚合而成,每片雪花所含水分子高达100亿个。成为雪花,就能顺利抵达地面,成为我们所看到的降雪吗?当然不是。
如果在降落过程中,云下气温高于0℃,那雪花会融化,落到地面时只是降雨或者雨夹雪。只有当云下气温在0℃以下,雪花才不会融化,最终鹅毛般飘飘洒洒,和大地来一个跨越5000米的香吻。雪花自天而降,轻轻盈盈,松松软软。降到地面的积雪,虽经过压实,但里面仍孔隙众多,算得上是多孔介质的家族。积雪密度范围为30-600千克/立方米,这也就意味着积雪中有一半甚至更多的空间充满空气。
较低的导热率,使积雪具有很好的保温作用,可以有效阻断或者减弱地面向上空大气传输热量和水汽。积雪的保温效应,使积雪内部和积雪覆盖的地面气象条件变得温和。当积雪深度超过20厘米时,保温作用开始增强,30厘米厚度的积雪覆盖,足以保护雪下土壤和有机体免受积雪表面极端气温变化所带来的影响。在积雪保温之下,许多作物和动植物才能越过寒冬,孕育来年的生机。到了春天,积雪融水又会给作物带来丰富的水分。
冬天麦盖三层被,来年枕着馒头睡,瑞雪兆丰年,说的应该就是这个意思。积雪融水还是许多内陆地区不可替代的重要淡水水源。从全球范围看,有超过10亿人的用水来源依赖于积雪。世界上许多半干旱地区,如我国的河西走廊、中亚、欧洲的阿尔卑斯山、北美西部山区,融雪水是河流和地下水的主要水源。
青藏高原及其周边的积雪区,以喜马拉雅山、唐古拉山、阿尔泰山、天山、昆仑山等为代表的高山带,每年约有300天持续覆盖积雪,可算是“常年积雪区”。作为我国西北干旱区重要的水资源,融水哺育了荒漠绿洲,缔造出令人惊叹的“塞外江南”。积雪融化后,无论直接滋润大地,还是随着河流滋润更多水乡,积雪走出了一条地面路线。积雪作为气候的产物,还会通过一系列反馈,反过来影响到整个气候系统,这条路线则是一条空中路线。
大面积积雪,就像一面镜子,能显著增大地表反照率,将太阳辐射热量返回到大气中,从而进一步降低地面温度,使积雪继续增多,导致随后一段时间内上空温度偏低。当积雪开始消融时,又会降低地表反射率,加速吸收更多热量,促进积雪消融,气温进一步升高,形成正反馈。作为冰冻圈的重要组成部分,积雪被认为是气候变化的重要指示器。当积雪密实演化形成冰川时,积雪空隙中的空气也会被封闭在冰川中,成为研究气候环境变化的重要介质。
从全球来看,积雪最为集中的是在地球三极,包括高纬度的南极和北极,中低纬度高海拔的“第三极”——青藏高原。相比两极,青藏高原处于中低纬度,接收太阳辐射强,因此,青藏高原的积雪对气候系统的影响也更为特殊。青藏高原是中国三大积雪区之一,也是世界上中低纬度地区覆盖积雪面积最大的区域。积雪一般在9月开始累积,至次年6月结束消融。
从2001-2010年观测数据来看,因为积雪存在,使青藏高原在每平方米平均少吸收4.21瓦热量,但同时,地表温度每上升1℃,积雪消融会导致每平方米多吸收9.35瓦的热量,这一数值是北半球平均积雪反照率反馈的5-10倍。就是这样一个特殊的地方,有着特殊的影响价值。夏季到来时,冬季积雪作为季节转换的“储存器”,起到延缓效果。青藏高原积雪对亚洲气候的影响,是通过季风来实现的。
研究发现,积雪增多与亚洲季风减弱步调基本是一致的。当青藏高原积雪偏多时,降低地表温度,造成感热加热偏弱,使青藏高原及附近地区大气温度偏低,陆海温差偏小,季风强度减弱,只能把雨水带到长江中下游一带,造成长江中下游降雨增多,而华北降水偏少。相反,当青藏高原冬季少雪时,长江中下游降水偏少,华北降水偏多。由此,青藏高原积雪对降水具有一定的指示作用。
致力于积雪研究的科学家,正在通过地面观测、光学和微波遥感卫星监测,获取更丰富的积雪信息,包括积雪物理属性、化学属性,积雪范围分布、积雪深度和雪水当量等。在第二次青藏高原综合科学考察研究国家专项的支持下,组织国内有关科研力量,于2019年开始重点在青藏高原地区开展积雪特性及分布调查工作。
2020年全球平均气温将比工业化前(1850—1900年)水平高出约1.2℃,2020年将成为有记录以来最暖的三个年份之一。在近百年全球变暖背景下,观测研究发现,全球积雪范围和持续时间总体均呈现缩减趋势。被誉为“亚洲水塔”的青藏高原,雪线总体上升,但积雪时空分布相互交错,这对气候变化的影响也更不确定。
研究发现,积雪范围的快速缩小,除气温升高因素外,还与雪面反射率降低有关,其中黑碳、有机碳、矿物粉尘等是非常重要的影响因素。当黑碳颗粒沉降在积雪表面,会降低雪面的反照率,促进积雪消融,这又会进一步加速变暖。研究发现,在整个青藏高原,沉降在积雪表面的黑碳对积雪反照率降低的平均贡献率达37%,黑碳、粉尘等吸光物质导致积雪持续期减少了1.3-4.4天。人类排放二氧化碳和黑碳形成正反馈,将是一个可怕的循环。
蝴蝶扇动翅膀引发飓风的效应,在积雪上同样适用。积雪在自然和人类系统之间互相反馈影响,提醒着人类需要尽快有效地控制污染物排放。自然系统之间总是相互关联的,当青藏高原传来下雪的消息,我们可能需要思考在长江中下游明年是否风调雨顺?而我们的每一次环保行为,最终将反馈给人类自己,有时哪怕只是一场雪。下雪不仅可以增添乐趣与诗意,还能够影响第二年的雨水和庄稼,是该坐直身子,面对到来的每一场雪了。
瑞雪兆丰年,期待冬天再来一场大雪!