雪花形成的基本原理和過程如下:
基本原理:
雪花是由水蒸氣在大氣中冷卻凝結而成的固態降水。當空氣中的水蒸氣遇到冷空氣時,會形成小冰晶,這些冰晶隨著空氣流動不斷生長,最終形成成熟的雪花。
形成過程:
冰晶的形成:水蒸氣在冷空氣中直接凝結成小冰晶,這是雪花形成的基礎。
冰晶的增長:
雲中的水汽向冰晶表面凝華,使冰晶逐漸增大。
當雲層中存在過冷卻的水滴(即在-20攝氏度或更低溫度下仍為液態的水滴)時,這些水滴會在冰晶上蒸發,而水蒸氣在冰晶表面凝結,導致冰晶增大。
雪花的形狀:
冰晶在形成過程中,水汽會優先在冰晶的稜角處凝結,形成枝丫狀。這種枝丫狀結構進一步發展,形成了雪花的典型六邊形結構。
雪花的形狀多樣,包括柱狀、盤狀、團聚狀等,這是由於水分子在結晶過程中形成的化學鍵以及溫度變化的影響。
特殊情況:
當水蒸氣直接凝華成小雪片,而不經過液態水的過程,這種現象在氣象學上被稱為「升華」。
總結:雪花是由水蒸氣在冷空氣中凝結成小冰晶,然後通過雲中的物理過程(如水汽凝華和冰晶碰撞)逐漸增長形成的。雪花的形狀多樣,主要是由於冰晶在增長過程中的物理和化學過程所致。