[气象] “下雪不冷化雪冷”是什么道理?

[气象] “下雪不冷化雪冷”是什么道理?
[气象] “下雪不冷化雪冷”是什么道理?

[气象] “下雪不冷化雪冷”是什么道理?
化雪比下雪冷
现行初中物理教材在《熔化与凝固》一节中提出：“为什么下雪不冷化雪冷?”根据教参和《十万个为什么·气象》卷中的解释,大意都是：下雪水结冰,要放热；而融雪冰熔为水,要吸热.故下雪不冷化雪冷.
其实这种解释是错误的!
不错,水结冰要放热,而冰融化为水要吸热,但根据热力学基本定律：物体的热量只能从高温物体转移到低温物体.水与冰雪的相互转化温度为0oC,水结冰放热到环境中会使环境温度升高,但最高不可能超过0oC,否则热量的流向就会“掉头不顾”；另一方面,雪融化为水要吸热,使环境温度下降.但环境温度最低也不可能降到0oC以下,否则低于0oC的环境就会使冰雪融化的过程产生“逆转”.因此,从理论上讲,下雪决不可能比融雪温度低.
那么实际生活中,下雪或融雪与环境温度之间又有何关系呢?一方面,冰雪与水转化的物理规律不变,但另一方面,由于一天之中早晨和中午气温不同,同一时间不同地点（如向阳处和背光处）的气温也不一样,加上白雪和脏雪吸热的能力不同,而且即使环境温度高于0oC,雪的融化也有一个过程,还有风速和湿度的影响,使人感觉到的冷热与物理学上的温度高低并不完全一致.这样就使“下雪不冷化雪冷”的问题大大复杂化了.
要科学地判断“下雪不冷化雪冷”,首先要弄清楚什么叫下雪,什么叫融雪,例如：每年的第一次降雪时,因为雪花是在高空形成的,在高空气温远低于0oC,但这时地面温度常在0oC以上.这样,雪一落到地上就立即融化了.虽然在下雪但雪随下随融,温度始终在0oC以上,这种情况是算下雪还是算融雪呢?而且,江南这种边下雪边融雪的情况很常见,如果这种情况仅归为下雪天,那么就会很自然地得出“下雪不冷化雪冷”了.
但从严格的意义上讲,这种边下雪边融雪的天气,不宜仅归纳到下雪天的范畴.为了便于对气象资料进行统计归纳,能不能这样对下雪天和融雪天进行界定：“凡第二天有积雪,尽管头天下雪时最高气温在0oC以上,还是定为下雪天.而有积雪未降雪,最高气温高于0oC的天气都看作融雪天.”按照这一标准,笔者花了100余元抄录了南昌市近十年整个降雪过程的气象资料.虽然凭这些资料进行统计判断还显得不足,但本人实在没有财力再购买更多的资料了.
现从南昌市近十年降雪过程的资料统计,下雪天的平均最高气温为1.5oC,平均最低气温为-2.76oC,平均下雪天气温为-0.63oC.而化雪天平均最高气温为3.2oC,平均最低气温为-1.8oC,化雪天日平均气温0.7oC.可见一般说来下雪天比化雪天气温低.因此,所谓“下雪不冷化雪冷”在物理学上讲并不成立.
既然下雪天气温比化雪天低,那么为什么说“下雪不冷化雪冷”呢?除了本文开始已否定了的解释外,笔者还收集到以下几种解释：1、干燥保温说；2、化雪风大说；3、幅射散热说；4、矫枉过正说.下面对这几种解释我们逐一分析.
一、干燥保温说：这种观点认为下雪时空气湿度低,相对比较干燥,使空气和衣物的保暖性能相对较好,而化雪天空气湿度相对较大,空气传热性强,使人感到冷.
对此我们说：下雪时雪花漫天飞舞,化雪时到处积雪积水,这两种天气中,相对温度都很大,而且0oC时冰的饱和蒸汽压和水的饱和蒸汽压相同,因此下雪天与化雪天的相对湿度应该相差不大.从南昌地区的气象统计资料看：下雪天平均相对温度为81.8%,绝对湿度为4.8毫米汞柱.而化雪天平均相对湿度为83.6%,绝对湿度为5.38毫米汞柱.虽然化雪时湿度略高,但对空气热传导系数影响几乎为零.至于衣物的保暖性也应该区别很小.因此,这种很小的湿度变化不会产生明显的“下雪不冷化雪冷”的效果.帮以上说法虽然有道理,但依据还显得不足.
二、化雪风大说：“化雪时往往风大,所以显得很冷”.根据南昌市近年气象统资料,下雪天平均风速为2.3米/秒,化雪天平均风速为1.1米/秒.因此这一理论依据不足.
三、幅射散热说：“化雪天一般要出太阳,空中无支,这样夜间地面热量很容易散失,所以化雪天的最低温度要比下雪天低.”根据南昌地区的统计资料：下雪天平均气温为-2.76oC,化雪天平均气温为-1.8oC.最低气温还是下雪天低,因此这一理论也不成立.
四、矫枉过正说：“下雪不冷化雪冷,主要是古人为强调化雪天仍然很冷的一种矫枉过正的说法,实际上还是下雪比化雪冷.类似这样的矫枉过正说法,在我国天气谚语中还有很多,如：“立秋后还有十八个秋老虎更厉害.”这就是强调立秋后天气仍很热.以上说法有一定道理,在此可作一说存查.
纵观以上各种解释都不太理解.对此,笔者根据在农村调查的结果提出以下新的解释,与大家切磋.
首先,能总结出“下雪不冷化雪冷”的人,肯定是下层知识分子和劳动者.因为那些达官贵人,出入有马轿裘衣,在家有锦帐火坑,随时有人伺候加减衣服,一般很少有感到冻冷的时候.按儒家传统的教育,他们只应关心修、齐、治、平,那些儒家的“不肖之子”想的多为风、花、雪、月,偎翠依红,因此不会关心下雪天和化雪天冷暖问题.而中下层知识分子和劳动者,住的多为茅屋,出外要靠自己步行,这就使他们能体会到“下雪不冷化雪冷”了.
据笔者调查,直到本世纪四五十年代,南昌附近农村农民住的基本上都是稻草房.稻草一湿了就很容易腐烂,也不保温,所以住草房的农民,秋收以后,都要把原来屋上盖的禾草换成当年的干草.至今农民虽然住上了瓦房,但还保留当年习惯,每年立冬前对牛栏的禾草都要彻底换一次.问其原因,答曰：“冬天不换草,牛会冻病冻死.”由于我国属季风气候,冬季一般寒冷少雨.所以立冬前后换上的禾草,在第一次降雪前,一般会保持干燥的状况.特别是黄淮流域冬季很少下雨,即使在降雪前下过雨经过一段时间的日晒风吹也应该比较比较干燥了.这样下雪时屋面的茅草应该是相对干燥的.但在化雪时,由于日温差的变化,不可能当天就把屋面的积雪全部融化,因雪水共存,使雪水积聚在屋面,从而使水有充分的时间渗入茅草之中.由于茅草保温主要是靠草所包裹的不流动空气,一旦这些空气被水所填充,必然使屋面保温性大大下降.据测试,水的导热性是空气的60倍,尽管下雪时平均温度要比化雪时低1---2oC,但只要茅草湿度增加10%就足以使人感到化雪时室内温度更低了.
由于烧饭等人类活动,室内产生的热量还是不少的.加上门窗封闭较严（科天要糊窗纸）热量不容易散失,即使外面冷到零下十几度,由于雪本身的良好保温作用可以使茅草与接触的界面上,温度在-1oC左右.又因厚茅草被雪水浸湿,热量大量外泄,从而使室外内温度接近室外温度结果使室内温度反比前述的大雪纷飞时低,自然在室内的人会感到“下雪不冷化雪冷”了.
对于外出者来说.虽然橡胶在国外应用已有上百年,但我国橡胶雨鞋“飞入寻常百姓家”,还是本世纪四五十年代的事.据笔者调查,四十年代前,上层人士冬天穿皮鞋,中等收入的穿棉鞋,一般老百姓家穿布鞋、麻鞋、草鞋.雨雪天能再加一双木屐的,就算是很不错了.而这些鞋子的一个共同点就是都不防水.这对达官贵人来说无所谓,反正出入坐轿骑马,但对中下层人士来说,化雪天不得不将不防水的鞋踩在雪地上,结果雪水浸湿鞋袜,使双脚冰冷接近0oC.而下雪天,虽然气温更低,但由于没有到冰的融点.雪是“干”的,不会湿鞋.这样鞋的保暖性好,反而可使双脚的温度比化雪时鞋袜踩在雪水中高出许多.这一点相信大家都是有体会的.俗话说寒从脚下起,脚冷不仅会使人身全身感到寒冷,而且还容易使人因此生病.这就更放大了化雪冷的印象.
综上所述：直到不久远前,由于普通人的屋面材料和鞋袜不防水的原因,不管是外出还是居家都使一般老百姓在化雪天主观感到更冷.因此,在过去“下雪天不冷化雪冷”的命题是成立的.但这并不意味着下雪天的气温反而比化雪天气温高.而传统的“下雪放热,化雪吸热”的解释则是错误的.