自然奇觀 ─ 神奇雪花其大如盤



【張允編譯】據紐約時報記者威廉‧布洛德(William J. Broad)報導,至少從十九世紀起,每隔一段時間便有人聲稱目睹了大如盤碟甚或更大的巨型雪花從天而降,據說大雪花的邊緣往上翻,且因沉重,墜落得比小雪花快。

不過,由於雪花瞬間即逝,證據也就始終不完整。儘管巨型雪花並非海怪或幽浮之類,懷疑論者卻認為人類喜好誇大其辭,加上缺乏使人信服的照片,氣象資料匯編單位也從未把追蹤巨型雪花視為觀測上之需要,巨型雪花就在含糊不清的科學界裡被忽視,有人斷言其存在卻很少能加以證實。

如今理論家、氣象史學家與田野觀察員得出結論,推斷多數有關巨型雪花的報告屬實,其直徑異於尋常的有二至六英吋寬(約五至十五公分),出人意表的大而蓬鬆,可能經常在全球各地飄落,只是很少被人目睹或聲張。

金氏世界紀錄所記載的最大雪花是在1887年1月的暴風雪中降落於美國蒙大拿州的基奧堡(Fort Keogh),據附近的農場主人說,它們「比牛奶鍋大」,其中一片量起來有十五英吋寬,不過並沒有確實的證據可茲佐證。

「誰又看過像高爾夫球或棒球大的冰雹了?」任教於美國加州理工學院物理系的業餘雪花愛好者肯尼思‧李布雷區(Kenneth G. Libbrecht)教授反問,「但它們確實存在,有人從冷凍庫裡拿出來證實了,諸如此類的事雖非常罕見,卻並非不可能。」同理,巨型雪花的存在也不無可能:「大如棒球?誰知道,這也不是不可能。」

李布雷區教授進一步指出,從物理定律來看,非常大的雪花並非不可能形成,但從天空墜落時,風可能破壞了雪花脆弱的結構,從而影響到雪花飄落時的體積。

巨型雪花之所以引起新的關注,部份原因與氣象史學家已仔細查閱了舊報告並發現反覆有人聲稱看見巨型雪花有關。他們表示,不時的已有獨立觀察員對同一場暴風雪降落大型雪花之事加以證實了。

英國皇家氣象學會氣候觀察員威廉‧派克(William S. Pike)於1988年1月在《氣象學期刊》(The Journal of Meteorology)發表的論文,記述了十一件鮮為人知的相關報告,並表示已有可靠的觀察員在世界各地估計出巨型雪花的大小約在二至六英吋間。

派克說:「在歐洲的某個地方或北美與亞洲的濱海地帶,幾乎冬天的每一天都有可能發生這樣的事例,只是很少被報導或被驗證。」

派克在訪談中表示,他之所以投入這項研究,部份原因乃與他本人曾在加拿大溫哥華(Vancouver)目睹了驚人的一幕有關,巨大的雪花使冬景變了樣,他回憶說:「它們的直徑有二至三英吋寬,在親眼目睹後我才相信大型雪花確實存在。」

派克補充道,科學家現已著手研究有利於形成巨型雪花的大氣層條件,這為業餘愛好者提供了協助科學研究的機會。他說:「只要一把尺和一台相機就能有助於研究,當人們看到某種特別不一樣的雪花時,便值得記錄與討論。畢竟,記錄就是為了打破記錄。」

與其說計畫,不如說是偶然的機遇,近年的田野研究已開始採用科學方法來證明巨型雪花的存在。兩支在加拿大野地的探險隊就在搭飛機穿越猛烈的冬季暴風雪時,採用了可執行精確測量的雷射探測器進行偵察。

未來,美國太空總署將與其國際合作夥伴運用可測量全球降雨量與降雪量的衛星系統一同搜尋巨型雪花。這項工作對氣候研究至關重要,首顆衛星預定在2013年發射,整體計畫經費約為十億美元。

從事這項全球降雨觀測(Global Precipitation Measurement)計畫的美國阿拉巴馬大學杭斯維爾校區資深研究科學家沃爾特‧彼得森(Walter A. Petersen)在演說中說:「這將是我們首次能夠有效推測出降雪率與雪花的可能尺寸,此事至關重要。」

彼得森博士表示,瞭解雪花的大小與形狀之所以重要,乃因如果全球觀測對此都無法交待清楚,那麼巨型雪花便有可能混淆太空傳感器,使它高估降雨降雪的總量。




一般雪花的形狀是各部份完全對稱的六角星形,同滑雪衫和卡片上的星形相似,它實際上是一片雪花結晶。就如加州理工學院的李布雷區教授在其《雪花》(The Snowflake,2003年Voyageur Press出版)一書中提到的,雪花是對單獨一個冰結晶的統稱,當冰結晶「在半空中互相撞黏,凍結在一粒微塵中飄落到地面」時,就形成了一小簇一小簇或凝結成一大片的雪花。

科學家表示,一片巨型雪花是凝聚幾百甚或幾千個結晶體所形成,然而事實又在於,即使單獨一個結晶體也能自成一片相當驚人的大雪花。

在北達科塔州的農場長大,童年時期就愛上雪花的李布雷區教授,目前專攻雪結晶的研究與攝影。訪談中他提到,他在書中如何描述在自然界中發現碗豆般大的雪花,那之後,他在加拿大安大略省北部從事田野研究時,還曾置身在一場一角硬幣大的星形結晶體從天而降的雪景中。

他回憶道:「它們很大,印象非常深刻。」

李布雷區教授隨後在其《原野上的雪花 - 指引》(Ken Libbrecht’s Field Guild to Snowflakes,2006年Voyageur Press出版)一書中展示其中一片大雪花,並寫到:「那真是場奇景,能目睹如此巨大的雪花在空中飄搖著並降落在你的衣袖上!」(他還曾在實驗室裡製造出直逕達一英吋寬的單一結晶體)

儘管雪結晶因神奇的千姿百態而聞名,但大致只被歸納為少數七種主要的形狀,即棱柱、圓柱、星形、杯狀、盤狀、錐形、針形。李布雷區教授在加拿大觀看到的大冰晶,專業說法是枝狀冰晶(dendrite),此字源於希臘文的樹木(tree),因它們的分枝相當複雜精美,狀似樹葉濃密的樹枝或花瓣茂盛的花莖而得名,而枝狀冰晶是最大的雪結晶。

科學家們發現,比起結構較簡單的雪結晶,枝狀冰晶往往凝結得更快,它們錯綜複雜的分枝看來似乎更易於黏結成形。「當那些分枝緊密連結時」彼得森博士說:「就會凝聚成大的結晶體。」

科學家亦已發現,特別大的枝狀冰晶,如同李布雷區教授所目睹的,可成為擴展成大雪花的「種子」或「核心」。

派克先生在其發表於《氣象學期刊》的文章中,對蒙大拿州農場主人所指稱的巨型雪花表示存疑,其餘他所列舉的個案則有較充份的證明與確證,通常已經氣象學者證實,例如柏林氣象官員曾報導1915年1月的一場暴風雪即產生寬達四英吋的雪花。

德國官員在《氣象學雜誌》(The Meteorologischen Zeitschrift)中形容這些大型雪花:「不只墜落得比小雪花更迅速,同時也不會盤旋在同一點上。」而且「多數是像圓形或橢圓形、邊緣朝上翻的碗盤。」

派克先生也報導了1970年9月在美國懷俄明州雷瑞米(Laramie)發現的三英吋寬雪花。一名目擊者看見兩片相對來講較小的雪花碰在一起後融結成一片大雪花,他並使用碼表,測出大雪花的降落速度比小雪花快上兩倍多。

派克先生從這些報告中歸納出結論,即大雪花往往在溫度恰好在冰點之上時形成,這使得它們濕而黏。他寫道:「理想狀態是,風也得相對的輕柔以避免瓦解『串聯』。」

派克先生補充說,凝結作用似乎是在較高的大氣層中開始進行。當普通大小的雪花形成後,仍有可能因撞黏與合併繼續增大,特別是較小的雪花或結晶以其三分之二或一半的速度和它們相碰到一塊時。

加拿大紐芬蘭省首府聖約翰市(St. John's)附近的一支空中遠征隊,對大雪花的生成有更深入的探究。這批參與加拿大大西洋風暴計畫(Canadian Atlantic Storms Program)的科學家們,從1992年2月的一場強烈風暴起便著手對侵襲海岸的冬季暴風進行研究。

當設在飛機側邊上的雷射探測器偵察到寬達五分之一英吋、約碗豆大小的雪結晶存在時,空中遠征隊便把該地區都偵測過後才回到地面,他們發現並收集了該風暴降下的兩英吋寬的大雪花,在匯編所有的氣象資料與建立大量各式各樣的電腦模式後,得出一份詳細的說明報告。

該報告指出,那些大型枝狀冰晶的形成發生在離地面超過三英哩的罕見高度,當潮濕又微微往上吹的風使冰晶逗留在高空時,「那便提供它們(大型枝狀冰晶)形成的時間,」遠征隊隊員之一、當時任職於美國國家大氣研究中心的保羅‧勞森(R. Paul Lawson)回憶道:「而這也延長了下雪的時間。」

勞森博士說,最後這些大型冰晶在整個地區降下正常的降雪量,它們在墜落過程中互撞成較小顆的枝狀與針狀冰晶,也聚合起來逐漸形成大簇的雪花。「當雪花墜落時,往往會聚積起來。一切都得聚合到一塊才行。」

這項研究成果被整理為《觀察和數值模擬極大型雪花的起源和發展》(Observations and Numerical Simulations of the Origin and Development of Very Large Snowflakes),發表在1998年11月號的《大氣科學期刊》(The Journal of the Atmospheric Sciences)。

美國馬里蘭州曼徹斯特(Manchester)的業餘氣象觀察員小荷伯特‧克羅思(Herbert H. Close Jr.)亦深知雪花的神奇。去年冬天的一個夜裡,在霹靂隆隆的雷電交加中,他驚愕的望著巨型雪花在他身邊開始降落,那些雪花大到周圍地面都佈滿著團塊。

提起那場難得一見的景觀,克羅思先生說:「得在剛好的時間、剛好的地點才遇得上,有時你還得夠運氣才行。」

(觀賞雪花照片:SnowCrystals.com - 美國加州理工學院物理系肯尼思‧李布雷區教授網頁)







EC 4/2/2007 MI, USA