是的！不同温度下的雪花确实长得不一样，这并非偶然，而是水分子在特定温度和湿度条件下结晶时遵循物理规律的奇妙结果。气温（以及过饱和度）是决定雪花形态的关键因素之一。这个关联主要是由日本物理学家中谷宇吉郎在20世纪30年代通过大量实验室研究揭示的，并绘制了著名的“雪花形态图”。
揭秘气温与雪花形态的奇妙关联
核心原理：冰晶的生长速度与温度的关系
- 冰晶是六方晶系。它有两个主要的生长方向：
- a轴方向： 沿着六边形平面的六个棱边方向生长，形成“盘状”或“片状”结构。
- c轴方向： 沿着垂直于六边形平面的方向（即晶体的厚度方向）生长，形成“柱状”或“针状”结构。
- 这两个方向的生长速度强烈依赖于温度。在特定温度下，一个方向的生长速度会显著快于另一个方向，这就决定了晶体是倾向于变扁（片状）还是变长（柱状）。
中谷宇吉郎的雪花形态图（关键！）
这张图总结了在不同温度和过饱和度（水汽含量相对于饱和状态的超出程度）下，雪花呈现的主要形态：
-
-2°C 到 -4°C 左右：
- 形态： 薄片状、六边形板状。这是最常见的雪花形态之一。
- 原因： 在这个相对“温暖”的低温区，a轴方向的生长速度略快于c轴方向，晶体优先在平面上扩展。
-
-5°C 到 -10°C 左右：
- 形态： 针状、细柱状。
- 原因： 在这个温度区间，c轴方向的生长速度远快于a轴方向，晶体在厚度方向迅速拉长。湿度较低时形成简单针状，湿度较高时可能形成带帽的针状或“子弹玫瑰”。
-
-10°C 到 -12°C 左右：
- 形态： 扇形片状、星状枝晶。这是最经典、最复杂的雪花形态，拥有精美的分支和侧枝。
- 原因： a轴方向的生长速度再次占优，但比在-2°C时更快。更重要的是，在较高过饱和度（高湿度）下，冰晶的棱角处（尖端）更容易捕获水汽分子，导致分支的快速生长和复杂化。湿度越高，分支越茂盛、越精细。如果湿度较低，可能形成简单的六边形板或扇形板。
-
-12°C 到 -16°C 左右：
- 形态： 扇形片状/星状枝晶（与上一个区间类似，但细节可能不同）。这个区间仍然是复杂枝晶的主要产区，尤其是在高湿度下。
-
-16°C 到 -25°C 左右：
- 形态： 空心棱柱状、杯状、十二枝状晶体。
- 原因： c轴方向的生长速度再次变得比a轴方向快。但在这个更低的温度下，晶体中心的生长可能跟不上边缘，导致中心凹陷，形成空心的棱柱或杯状结构。在特定条件下（如-25°C附近），可能形成具有6个主枝和6个侧枝的十二枝状晶体。
-
-25°C 到 -40°C 以下：
- 形态： 薄片状、简单的六边形板状，有时也会出现柱状。
- 原因： 在极低温度下，水汽扩散变得困难，晶体生长速度整体变慢。a轴方向的生长再次略占优势，但难以形成复杂的枝晶，通常形成简单的薄片或棱柱。在接近-40°C时，由于水汽稀缺，晶体可能非常小且简单。
过饱和度（湿度）的重要性
- 温度决定了晶体生长的“基本蓝图”（是片状还是柱状倾向），但过饱和度（可以理解为空气中的水汽多少）决定了这个蓝图能实现得多精细和复杂。
- 低过饱和度（干燥）： 无论温度如何，雪花形态都倾向于简单，如简单的棱柱、薄板或针状。水分子供应不足，无法支持复杂分支的生长。
- 高过饱和度（湿润）： 在适合枝晶生长的温度区间（-10°C到-22°C左右），高湿度提供了充足的水分子，使得枝晶能够快速、茂盛地生长，形成极其复杂、精美的星状或蕨叶状分支。分支的尖端生长最快，形成次级分支，以此类推。
其他影响因素
- 下落过程中的温度和湿度变化： 一片雪花在形成并下落的过程中，会经历云层中不同高度（即不同温度和湿度）的区域。这会导致雪花在不同阶段按不同的形态生长，形成组合晶体（如柱状两端长出片状星形，形成“戴帽柱”）。
- 风： 影响雪花下落路径和经历的温湿环境。
- 碰撞： 雪花之间可能碰撞粘连，形成聚合雪花（雪团）。
总结一下奇妙关联
- 温度： 是形态的“主开关”，决定了冰晶是优先变扁（片状）还是变长（柱状），划分了几个主要的形态区间（针、片、柱、复杂枝晶）。
- 过饱和度（湿度）： 是形态的“雕刻师”。在适合复杂生长的温度区间，高湿度让雪花变得枝繁叶茂、精美绝伦；低湿度则让雪花保持简单朴素。
- 变化路径： 雪花下落时经历的环境变化，让最终的形态更加多样和独特。
观察小贴士
- 想看到最经典的复杂星状枝晶，最好是在气温-10°C到-16°C之间，并且空气比较湿润（通常下雪时或雪后不久）的时候。
- 柱状、针状晶体在-5°C左右或-15°C到-25°C区间更容易出现，尤其是在相对干燥的条件下。
- 极低温度下（-30°C以下）的雪花通常小而简单。
所以，下次下雪时，不妨留意一下气温，猜猜你看到的雪花大概是什么形状的！这背后是水分子在微观世界里遵循物理法则进行的一场精妙绝伦的舞蹈。
