书城童书物理知识知道点:热学大探秘
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第18章 “下雪不冷化雪冷”

民间传统观认为“下雪不冷化雪冷”。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0℃,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0℃,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0℃以下,否则低于0℃的环境就会使冰雪融化的过程产生“逆转”。因此,从理论上讲,下雪绝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0℃,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。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0℃,但这时地面温度常在0℃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0℃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0℃以上,还是定为下雪天。而有积雪未降雪,最高气温高于0℃的天气都看成融雪天。”

现从某市近十年降雪过程的资料统计,下雪天的平均最高气温为1.5℃,平均最低气温为-2.76℃,平均下雪天气温为-0.63℃。而化雪天平均最高气温为3.2℃,平均最低气温为-1.8℃,化雪天日平均气温0.7℃。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?民间对此主要有以下几种解释:(1)干燥保温说;(2)化雪风大说;(3)辐射散热说;(4)矫枉过正说。下面对这几种解释我们逐一分析。

(1)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,相对湿度都很大,而且0℃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:下雪天平均相对湿度为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。以上说法虽然有道理,但依据还显得不足。

(2)化雪风大说。“化雪时往往风大,所以显得很冷。”根据上述某市近年气象统资料,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。

(3)辐射散热说:“化雪天一般要出太阳,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。”根据上述某市地区的统计资料:下雪天平均气温为-2.76℃,化雪天平均气温为-1.8℃。最低气温还是下雪天低,因此这一理论也不成立。

(4)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。

纵观以上各种解释都不太合理。对此,有人根据在农村调查的结果提出以下新的解释。

首先,能总结出“下雪不冷化雪冷”的人,应该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,在家有锦帐火炕,随时有人伺候加减衣服,一般很少有感到冻冷的时候。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。

直到20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℃,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(秋天要糊窗纸)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-1℃左右。又因厚茅草被雪水浸湿,热量大量外泄,从而使室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20世纪四五十年代的事。40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0℃。而下雪天,虽然气温更低,雪却是“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。