導讀：
瞿立建 | 撰文
下雪是不是很簡單，把雨滴凍成冰，掉下來就是雪？非也，這種東西叫冰丸(ice pellet)，不是雪。降雪個精細活，分為五步：
1. 凝汽為雲
2. 結水成冰
3. 吸氣成雪
4. 雪上加凇
5. 碰並勾連。
下雪是一種降水過程，要降水天上就要先有水。
富含水蒸氣的空氣上升到高處，那裡溫度很低，水蒸氣在空氣中的灰塵、汙染物、火山灰、海鹽等固體小顆粒上，凝結成液滴，稱為雲滴（Cloud Droplet），雲滴內部的小顆粒稱為雲凝結核（cloud condensation nuclei, CCN）。
雲滴可透過碰撞聚集在一起，足夠重的時候會掉落下來，這就是下雨。
下雪是另外一個故事。
雲凝結核、雲滴、雨滴的相對大小
大氣溫度繼續降低，降低到冰點時，雲滴並不會就開始結成冰，而是要求溫度進一步降低。冰點之下的液態水稱為過冷水。
溫度越過冰點繼續降低，雲滴碰到合適的小顆粒，開始結冰，這樣的小顆粒稱為冰核顆粒（ice nucleating particle），與水蒸氣凝結成水過程中雲凝結核的作用類似。有些雲凝結核就可以發揮冰核顆粒的作用。新結冰有的會碎掉，分崩的冰碎片是最佳的冰核顆粒。這種過程叫冰晶倍增（ice multiplication）。
雲通常是冰和過冷雲滴的混合物，這樣的雲叫做混合相雲（mixed-phase clouds）。地球上絕大多數雪降落自混合相雲。
混合相雲示意圖
阿爾卑斯山少女峰上空的混合相雲。束線狀云為主要由冰晶組成的雲，絨團狀云為主要由液滴組成的雲。
小冰核沾上更多的雲滴，是不是就長成雪花了？
雪花不是這樣長的。
冰晶和水滴中的水分子是不是就鎖死在其中呢？
不是的，水分子不是靜靜待在那裡，而是在劇烈運動著，並且運動速度不一樣。有些水分子會從冰晶或水滴跑出去，有些水分子會進入到冰晶或水滴中。冰晶或水滴與表面附近的水蒸氣一直進行著分子交換。進出的分子數如果相等，冰晶或水滴的大小也就確定了。如果跑出去的分子多於進來的水分子，那就是冰晶融化或水滴蒸發，反過來，進來的水分子如果多於跑出去的分子，冰晶或水滴將長大。
液體與蒸汽在分介面處進行著分子交換
下面我們看看雲中發生的事情。
冰和雲滴在雲中混合在一起。冰晶中水分子要比液體中水分子結合得更緊密，因此，冰晶附近水蒸氣要比雲滴附近水蒸氣稀薄。雲滴附近水分子就要傾向於往冰晶附近跑，結合在冰中，使冰晶長大，成為雪花，而云滴中會跑出更多水分子彌補外部流失的水分子，結果雲滴會變小，即蒸發。
長成一片雪花，需要蒸發掉附近1萬個雲滴。
雲滴蒸發變成水蒸氣，冰晶吸收水蒸氣中的水分子而長成雪花。
以上所述雲中冰晶生長過程以其提出者的名字命名為魏格納-伯吉朗-芬德森過程（Wegener-Bergeron-Findeisen Process）。
冰晶長大，呈現出明顯的六重對稱性，這裡的故事也很有趣，留在下次下雪再談。
隨著雪花越來越大，最終開始下落。它離開雲層之後，身邊沒有了水蒸氣，也就不再長大。
下雪下落的過程中，還有事情發生。
你見過美麗的霧凇嗎？過冷液滴遇到冷的表面，凍結成冰晶，這就是凇。
結了凇的樹
雪花長成美麗的六角形，飄飄悠悠下落。下落過程中還有可能碰到過冷的雲滴，雲滴會在雪花的枝杈裡結成凇。
電子顯微鏡下結凇的雪花
雪花如果結的凇過多，乃至變成了冰球，這就是霰。
落在地上的霰
雪花下落過程中也會相碰，並會粘連在一起，這叫做碰並勾連（aggregation）。這使得雪花有更加多樣的形狀。
目前，科學家已經識別出135種雪晶形狀（Appl. Sci., 2020, 10, 1163）。科學家還發明瞭人工智慧演算法來識別雪晶形狀（Atmos. Meas. Tech., 2024, 17, 7109–7128）。
2013年對雪晶形狀的分類，共121種。Atmospheric Research 2013, 132-133:460
以上就是下雪的大致工序。希望本文能助於您在雪天感受大自然造化之神奇。
最後，請欣賞北京的春雪。
3月15日，北京下起了春雪。影片拍攝：瞿立建
3月15日，北京下起了春雪。拍攝：李研
綠雪。拍攝：潘孝本
主要參考資料：
Secrets of the Greatest Snow on Earth: Weather, Climate Change, and Finding Deep Powder in Utah's Wasatch Mountains and around the World, Jim Steenburgh, Utah State University Press, 2014
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