Lounais- ja äärimmäisiä eteläisiä osavaltioita lukuun ottamatta talviaika Yhdysvalloissa tarkoittaa ainakin jonkin verran lumisateita. Lasten ja talviurheilun ystävien tyytyväinen lumi tarkoittaa myös liikenneongelmia ja jalkakäytävien raivaamista. Myrskyt saattavat kaikki pysähtyä ja aiheuttaa hengen ja omaisuuden menetyksiä. Lumen muodostumisella on paljon yhteistä sateen muodostumisella ja se alkaa vesipisaroista. Nämä jäätyvät eri muotoon lumikiteitä lämpötilasta ja ilmakehän olosuhteista riippuen.
Perusedellytykset
Talviset lumimyrskyt syntyvät, kun lämpimän, kostean ilman massa nousee maapallon pinnasta kylmempiin ilmakerroksiin. Useat skenaariot ovat mahdollisia: Lämmin, kostea ilmamassa voi törmätä kylmään ilmamassaan pakottaen lämpimän ilman kylmän ilman yläpuolelle. Lämmin ilma voi jäähtyä myös matkustamalla vuoren rinteelle. Kolmas mekanismi on nimeltään "järvivaikutuslumi", ja se tapahtuu, kun kylmä, kuiva ilma liikkuu järven yli ja työntää lämpimämmän vesihöyryn ylöspäin. Nouseva lämmin ilma, joka sisältää vesihöyryä, muodostaa pilven.
Vesipisaroiden muodostuminen
Pilvet muodostuvat, kun vesihöyry muuttuu takaisin nestemäiseksi vedeksi kondensaation kautta. Kondensoitumisen aikaansaamiseksi tarvitaan kiinteä hiukkanen tai pinta. Ajattele kasteen muodostumista ruohoon. Jäähtyvän ilmamassan vesipisarat tiivistyvät ilmakehässä olevien pienhiukkasten, kuten noken, siitepölyn, pölyn tai lian, ympärille. Kun vesipisaroita sisältävä pilvi nousee korkeammiin, viileämpiin ilmakerroksiin tai kun viileämpi ilma liikkuu lämpötilan alentamiseksi, vesipisarat jäätyvät jääksi ja muodostuu lumikiteitä.
Lumikiteen muodostuminen
Yläilmakehän lämpötilojen, joissa esiintyy vesipisaroita, on oltava kylmiä kiteiden muodostamiseksi. Jääkiteitä alkaa muodostua, kun pilvilämpötila saavuttaa noin -10 celsiusastetta (14 Fahrenheit-astetta) tai alemman. Yksittäiset lumikiteet kasvavat törmäämällä toisiinsa muodostaen suurempia symmetrisiä lumikiteitä, jotka putoavat, kun niistä tulee raskaita. 0–2 astetta (32–35 astetta Fahrenheit) oleva ilma tuo yleensä raskaimmat lumisateet. Kiteet muuttavat muotoaan laskiessaan riippuen kohtaamistaan lämpötiloista, mutta ne säilyttävät kuusipuolisen muodon identtisillä käsivarrilla, koska kumpikin käsivarsi kohtaa samoja olosuhteita. Maalämpötila on tärkeä myös lumen muodostumiselle, ja lunta muodostuu vasta, kun maa on alle 5 astetta (41 Fahrenheit-astetta).
Lumikiteiden vaihtelut
Lumikiteen muodot riippuvat lämpötilasta. 0 - 4 astetta (32-25 astetta Fahrenheit) muodostuu ohuita kuusikulmaisia levyjä. Neulat muodostuvat välillä -4 - -6 celsiusastetta (25-21 astetta Fahrenheit) ja ontot kolonnit muodostuvat -6 - -10 astetta (21-14 astetta Fahrenheit). 6-terälehtisiä kukkia muistuttavat sektorilevyt syntyvät, kun lämpötila on -10 - -12 astetta (14-10 astetta Fahrenheit). Tuttuja kuusi-aseellisia dendriittejä esiintyy -12 - -16 astetta (10-15 astetta Fahrenheit). Monet lumikiteet voivat ryhmittyä yhteen muodostaen yhden lumihiutaleen. Suurin osa lumihiutaleista on halkaisijaltaan enintään 1,3 cm, mutta jotkut suuret hiutaleet ovat lähellä 5 cm (2 tuumaa) leveitä.