自然现象 霜( 三 )


自然现象 霜

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霜霜和霜冻是有区别的 。霜是指白色固体凝结物,霜冻是指在农作物生长季节里,地面和植物表面温度下降到足以引起农作物遭受伤害或者死亡的低温 。有霜时农作物不一定遭受霜冻之害 。有霜冻时可以有霜出现(白霜),也可以没有霜出现(黑霜) 。因此,我们要预防的是霜冻而不是霜 。霜冻,尤其是早霜冻(或初霜冻)和晚霜冻(或终霜冻)对农作物威胁较大,应引起重视,并需採取熏烟、浇水、覆盖等预防措施 。霜冻是中国“旱涝风冻”四大气象灾害之一,中国历史上史书和地方志中霜害记载不绝 。1953年4月11至13日中国北方发生了一场大範围霜冻,仅冬小麦一种作物就减产50亿斤,造成了当时严重的国民经济问题 。这种霜冻灾害却并非是由水汽凝结成的白色晶体——霜 。造成霜冻灾害是零下低温 。实际上,当大气中水汽凝华成霜时,并不会吸收热量降低气温,而会因释放出大量的凝结潜热而减缓气温下降 。所以,在中国北方,冬季中由于空气中水汽极为稀少,常常发生气温虽降到零下而并未出现白霜,但作物却已经受到冻害的情况 。农民形象地称之为“黑霜” 。北京冬季常有这类气温零下却无白霜的“黑霜” 。例如,根据30年平均气象资料,北京最冷的一月份,清晨最低气温虽几乎天天都在零下,但是实际出现白霜的天数,月平均只有13.4天 。影响霜冻多在春秋转换季节,白天气温高于摄氏零度,夜间气温短时间降至零度以下的低温危害现象 。既农业气象学中是指土壤表面或者植物株冠附近的气温降至零度以下而造成作物受害的现象 。出现霜冻时,往往伴有白霜,也可不伴有白霜,不伴有白霜的霜冻被称为“黑霜”或“杀霜” 。晴朗无风的夜晚,因辐射冷却形成的霜冻称为“辐射霜冻” 。冷空气入侵形成的霜冻称为“平流霜冻” 。两种过程综合作用下形成的霜冻称为“平流辐射霜冻” 。无论何种霜冻出现,都会给作物带来或多或少的伤害 。
自然现象 霜

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霜植物霜害是指当气温和地表温度降至零度,空气中过饱和的水分凝结成霜而使植物受到伤害 。这时植物组织内部水分因低温而形成冰晶,因而使植物组织受到伤害 。当空气过于乾燥,虽气温降至0oC或0oC以下却不能凝结成霜时,但植物组织内仍能形成冰晶也会受害,这种受害天气称为“黑霜” 。它比一般霜害(白霜)更严重,因为白霜天气时空气中有较多水分,水分的凝结有热放出,空气水分还有阻止地面热辐射散失的作用,可以减缓温度进一步降低 。通过对中国霜气象观测资料的整理和分析, 研究了 1957—— 200 6年中国霜期、 初霜日、终霜日的时空分布和气候特徵 。结果表明, 中国各地的霜期总体上是自北向南、 自高山向平原逐渐缩短的, 霜期长 ( 短 )的地区与初霜早 ( 晚 ) 、 终霜晚 ( 早 ) 的地区非常一致 。近 50 a 来, 在全球增暖的背景下, 中国大部分地区霜期在逐渐缩短, 初霜日在逐渐推迟, 终霜日在不断提前, 1990 s后这种趋势变得更加明显 。霜期缩短显着的区域主要集中在我国东北、 华北、 内蒙古中部、 江淮流域以及云贵高原和华南部分地区, 而四川盆地和长江中下游部分地区霜期缩短的趋势并不明显, 一些地方甚至略有延长的趋势 。比较初霜日期与终霜日期的趋势变化, 发现终霜日提前的趋势要比初霜日推后的趋势更加明显, 这可能是由不同季节的增温幅度不同而引起的 。空间分布特徵一般来说, 初霜出现在秋季, 终霜出现在春季,但是我国幅员辽阔、地形複杂, 各地气候差异较大,因此各地霜期和初、 终霜日分布也不尽相同,中国各地的初霜总体上是自北向南、 自高山向平原逐渐出现的 。中国东部地区, 初霜日期由北向南逐渐推迟, 呈带状分布 。其中东北北部、 大兴安岭、 小兴安岭地区初霜出现在 9 月中旬之前 。9 月中旬之后至 10 月中旬, 东北南部、内蒙古中部、 华北开始出现初霜 。之后, 长江流域逐渐开始出现初霜 ( 10 月中旬至 11 月中下旬 )。而长江上游的四川盆地, 直到 12 月份才出现初霜, 比周围地区晚了将近 1 2 个月, 这可能与四川盆地特殊的地形有关 。华南和海南为最晚出现初霜的地区 。中国西北地区和青藏高原地区, 由于受地形和海拔高度的影响, 初霜出现的日期相对东部地区偏早, 特别是青藏高原地区 ( 34 % N , 98 % E ) 7 月就已经有初霜出现, 是最早出现初霜的地区 。之后, 新疆北部以及陕、 甘、 宁等地开始有初霜出现 ( 9 10 月 )。相对而言, 南疆塔里木盆地的初霜日期要比周围地区晚( 10月以后 )。需要指出的是, 青藏高原和四川盆地之间地区地势陡峭, 初霜日期等值线分布非常密集,日期随海拔高度从西北向东南逐渐推迟, 呈明显的垂直地带性分布 。终霜日期早晚的分布 和初霜日期早晚的分布正好相反 。具体来看, 中国东部地区, 终霜日期自南向北逐渐推迟, 其中华南、 华东地区基本呈带状分布 。终霜最早结束的地区在我国华南 ( 1 至 2月 )。2至 3 月, 江淮流域终霜陆续结束, 日期晚于同一纬度的四川盆地 。3 月后, 终霜从江淮流域由南向北逐渐推迟 。东北的大兴安岭、 小兴安岭和长白山地区终霜在 5 月之后结束, 明显晚于东北平原 。在中国西部地区, 盆地的终霜明显要比周边的高原结束早 。南疆塔里木盆地 3 月中旬终霜结束, 要比其北部的北疆、 东部的陕、 甘、 宁地区至少早半个月 。而青藏高原和四川盆地之间地区终霜结束的时间跨度比较大 。四川盆地 1 月终霜结束, 而青藏高原部分地区一直到 6 月份还有霜存在, 有的地区终年有霜 。中国霜期的变化特徵一般认为, 霜的变化受温度的影响比较大, 气候变暖会 使 初 霜 日 推 迟, 终 霜 日 提 早, 霜 期 缩 短 。I P CC第 4 次评估报告指出, 全球近百年来平均气温升高了 0.74 /100 a。中国近百年的变暖趋势也是无庸质疑的, 平均温度升高速率略低于全球水平, 但近 50 a 来中国的变暖 趋势更加明显, 上升 了0. 64 ~ 0.92摄氏度/50 a。这些变化一定程度上可能会对霜产生影响, 。拓展结霜现象普遍存在于热泵空调、 低温製冷及航空航天等领域 。以往有关结霜的研究主要侧重于霜层本身, 即从巨观唯象角度研究结霜规律, 如霜层的密度、 有效导热係数、 传热传质、 霜层的数学模型以及结霜对系统性能的影响等, 而对结霜初期微细观特徵和霜晶生长的动态特性掌握得较少, 对结霜机制的认识尚有待深入 。为了认识冷麵结 霜的微观机制, 对霜晶生长过 程中的各种界面演变现象进行了研究 。从晶体生长角度解释了各种形状初始霜 晶的形成机制; 利用 界面稳定性理论分析指出: 温度场和水蒸气浓度场是影响霜晶生长 的主要因素, 两者的竞争耦合作 用是产生 相变和霜晶 各种界面演 变现象的根本原因; 建立了霜晶生长速率与 霜晶表 面温度及水蒸气分压力相关的数学模型 。计算结果表明: 随着 霜晶温度的降低或环境空气水蒸气分压力的增加, 霜晶生长速率增大, 这与实验以及基于分子运动论的分析结论是一致的 。