Мороз - Frost

Для использования в других целях см. Мороз (значения).
Кусок травы с кристальным инеем в тени ниже нуля (синий, внизу справа); мороз при потеплении, но все еще ниже точки замерзания; полоса, недавно подвергавшаяся воздействию солнечного света (белый, в центре); и область, свободная от мороза: здесь предыдущий мороз растаял от более длительного пребывания на солнце (зеленый, вверху слева).

Мороз тонкий слой лед на твердый поверхность, которая формируется из водяной пар в выше-замораживание атмосфера соприкасаясь с твердой поверхностью, температура которой ниже точки замерзания,[1][2] и в результате изменение фазы из водяного пара (a газ ) к лед (твердое тело), ​​когда водяной пар достигает Точка замерзания. В умеренный климат, чаще всего появляется на поверхностях около земли как хрупкий белый кристаллы; в холодном климате он встречается в более разнообразных формах.[3] Распространение образования кристаллов происходит за счет процесса зарождение.

В кристаллы льда формы наледи в результате фрактал Развитие процесса. Глубина кристаллов инея варьируется в зависимости от количества времени, в течение которого они накапливались, и концентрации водяного пара (влажность ). Кристаллы мороза могут быть невидимыми (черными), прозрачными (полупрозрачный ), или белый; если масса кристаллов инея рассеивает свет во всех направлениях, слой инея выглядит белым.

К типам инея относятся кристаллический иней (иней или радиационный мороз) от отложение водяного пара из воздуха низкой влажности, белый иней во влажных условиях, оконный мороз на стеклянных поверхностях, адвекционный мороз от холодного ветра по холодным поверхностям, черный иней без видимого льда при низких температурах и очень низкой влажности, и иней под переохлажденный влажные условия.[3]

Растения, которые выросли в более теплом климате, страдают от повреждений, когда температура падает достаточно низко, чтобы заморозить воду в клетки из которых состоит растение ткань. Повреждение тканей в результате этого процесса известно как «морозное повреждение». Фермеры в тех регионах, где известно, что мороз наносит ущерб урожаю, часто вкладывают значительные средства в защиту урожая от такого ущерба.

Формирование

Мороз в самый высокий город в Венесуэле, Apartaderos: Поскольку он расположен в альпийская тундра экосистема называется páramo существует ежедневный цикл замораживания и оттаивания, который иногда называют «лето каждый день и зима каждую ночь».

Если твердая поверхность замерзает ниже точка росы окружающего влажного воздуха, а сама поверхность холоднее нуля, на ней образуется лед. Если вода осаждается в виде жидкости, которая затем замерзает, она образует покрытие, которое может выглядеть стеклянным, непрозрачным или кристаллическим, в зависимости от его типа. В зависимости от контекста этот процесс также может называться атмосферное обледенение. Лед, который он производит, в некоторых отношениях отличается от кристаллического инея, который состоит из спикул льда, которые обычно выступают из твердой поверхности, на которой они растут.

Основное различие между ледяным покровом и морозными спикулами заключается в том, что кристаллические спикулы растут непосредственно из десублимация водяного пара из воздуха, и десублимация не является фактором обледенения замерзающих поверхностей. Для продолжения десублимации поверхность должна быть ниже точка замерзания воздуха, что означает, что он достаточно холодный, чтобы лед мог образоваться, не проходя через жидкая фаза. Воздух должен быть влажным, но недостаточно влажным, чтобы допустить конденсацию жидкой воды, в противном случае вместо десублимации произойдет обледенение. Размер кристаллов во многом зависит от температуры, количества доступного водяного пара и того, как долго они росли без помех.

Как правило, за исключением условий, когда в воздухе присутствуют переохлажденные капли, иней образуется только в том случае, если поверхность осаждения холоднее окружающего воздуха. Например, изморозь может наблюдаться вокруг трещин на холодных деревянных тротуарах, когда влажный воздух выходит из более теплой земли под ними. Другие объекты, на которых обычно образуется иней, - это объекты с низким удельная теплоемкость или высокий коэффициент теплового излучения, например, почерневшие металлы, отсюда скопление инея на головках ржавых гвоздей.

По-видимому, беспорядочное появление заморозков в прилегающих районах отчасти связано с перепадом высот: в тихие ночи в нижних районах становится холоднее. Если статический воздух оседает над участком земли при отсутствии ветра, поглощающая способность и удельная теплоемкость земли сильно влияют на температуру, которую достигает захваченный воздух.

Типы

Иней

А паутина покрытый инеем воздуха
Иней на снегу
Глубинный иней, изображенный с оптический (слева) и сканирующий электрон (верно) микроскопия

Иней, также иней, радиационный мороз, или же пруина, относится к белым кристаллам льда, осевшим на земле или неплотно прикрепленным к незащищенным предметам, таким как провода или листья.[4] Они образуются холодными ясными ночами, когда условия таковы, что тепло излучается выйти на открытый воздух быстрее, чем его можно будет заменить из близлежащих источников, таких как ветер или теплые предметы. При подходящих обстоятельствах предметы остывают ниже точка замерзания[5] окружающего воздуха, значительно ниже точки замерзания воды. Такому замораживанию могут способствовать такие эффекты, как наводнение мороза или же морозный карман.[6] Это происходит, когда радиационные потери на уровне земли[требуется разъяснение ] охлаждать воздух до тех пор, пока он не потечет вниз и не скапливается в очагах очень холодного воздуха в долинах и впадинах. Иней может замерзнуть в таком низком холодном воздухе, даже если температура воздуха в нескольких футах над землей намного выше нуля.

Слово «иней» происходит от Древнеанглийский прилагательное, что означает «проявлять признаки старости». В данном контексте это относится к морозу, из-за которого деревья и кусты выглядят как белые волосы.

Иней может иметь разные названия в зависимости от того, где он образуется:

  • Воздушный иней представляет собой отложение инея на объектах над поверхностью, таких как ветви деревьев, стебли растений и провода.
  • Поверхностный иней относится к подобным папоротнику кристаллам льда, непосредственно оседающим на снегу, льду или уже замерзшей поверхности.
  • Трещина иней состоит из кристаллов, которые образуются в ледниковых трещинах, где водяной пар может накапливаться в спокойных погодных условиях.
  • Глубинный иней относится к ограненным кристаллам, которые медленно увеличиваются в размерах в полостях под поверхностью берегов сухого снега. Глубинные кристаллы изморози непрерывно растут за счет соседних более мелких кристаллов, поэтому обычно имеют явно ступенчатую форму и ограненные впадины.

Когда поверхностный иней покрывает наклонные сугробы, слой кристаллов инея может создавать лавина риск; когда толстые слои нового снега покрывают морозную поверхность, пушистые кристаллы, выступающие из старого снега, удерживают падающие хлопья, образуя слой пустот, который не позволяет новым слоям снега прочно сцепляться со старым снегом под ним. Идеальные условия для образования инея на снегу - холодные, ясные ночи, с очень легкими, холодными воздушными потоками, передающими влажность с нужной скоростью для роста кристаллов инея. Слишком сильный или теплый ветер разрушает пушистые кристаллы и, таким образом, может обеспечить более прочную связь между старым и новым слоями снега. Однако, если ветер достаточно сильный и достаточно холодный, чтобы кристаллы лежали ровно и высохли, покрывая снег холодными рыхлыми кристаллами, не удаляя и не разрушая их или не позволяя им нагреться и стать липкими, то поверхность раздела льда между слоями снега может по-прежнему представляют опасность схода лавины, поскольку структура кристаллов инея отличается от текстуры снега, а сухие кристаллы не будут прилипать к свежему снегу. Такие условия по-прежнему препятствуют прочной связи между слоями снега.[7]

При очень низких температурах, когда на рыхлой поверхности образуются инейные кристаллы, которые впоследствии не покрываются снегом, сильный ветер может отломать их, образуя пыль из частиц льда и разнося их по поверхности. Ледяная пыль может образовывать юкимаримо, как это наблюдалось в некоторых частях Антарктиды, в процессе, аналогичном образованию пылевые кролики и подобные конструкции.

Фотография цветка с адвекционным инеем на кончиках лепестков.
Цветок с адвекционным инеем по краям лепестков.

Иней иней и белый иней также встречаются в техногенных средах, таких как морозильные камеры или промышленные хранение в холодильнике удобства. Если такие холодные помещения или обслуживающие их трубы плохо изолированы и подвергаются воздействию окружающей влажности, влага мгновенно замерзнет в зависимости от температуры морозильной камеры. Мороз может покрыть трубы толстым слоем, частично изолируя их, но такая неэффективная изоляция по-прежнему является источником потерь тепла.

Адвекционный мороз

Адвекционный мороз (также называемый ветер мороз) относится к крошечным ледяным шипам, которые образуются при очень низкой температуре ветер дует над ветками, шестами и другими поверхностями деревьев. Он выглядит как обрамление по краям цветов и листьев и обычно образует направление ветра. Это может произойти в любое время дня и ночи.

Оконный мороз

Оконный мороз (также называемый папоротник мороз или же ледяные цветы) образуется, когда стеклянная панель подвергается воздействию очень холодного воздуха снаружи и более теплого, умеренно влажного воздуха внутри. Если панель плохая изолятор (например, если это однослойное окно), на стекле конденсируется водяной пар, образуя инейные узоры. При очень низких температурах на улице мороз может появиться в нижней части окна даже в энергосберегающих окнах с двойным остеклением, потому что конвекция воздуха между двумя стеклами гарантирует, что нижняя часть стеклопакета будет холоднее верхней. На неотапливаемых автомобилях иней обычно сначала образуется на внешней поверхности стекла. Поверхность стекла влияет на форму кристаллов, поэтому дефекты, царапины или пыль могут повлиять на форму льда. зарождается. Узоры в оконном инея образуют фрактал с фрактальная размерность больше одного, но меньше двух. Это является следствием того, что процесс зародышеобразования ограничен двумя измерениями, в отличие от снежинки, которая формируется аналогичным процессом, но формируется в трех измерениях и имеет фрактальную размерность больше двух.[8]

Если воздух в помещении очень влажный, а не умеренно, сначала полейте конденсируется мелкими каплями, а затем замерзает в чистый лед.

Подобные образцы замерзания могут возникать на других гладких вертикальных поверхностях, но они редко бывают такими очевидными или впечатляющими, как на прозрачном стекле.

  • Морозные узоры 1.jpg
  • Морозные узоры 2.jpg
  • Морозные узоры 3.jpg
  • Морозные узоры 4.jpg
  • Морозные узоры 5.jpg
  • Морозные узоры 25.jpg
  • WindowFrostNewmarketOntario1986.jpg

Белый иней

Белый иней твердый отложение льда, который образуется непосредственно из водяного пара, содержащегося в воздухе.

Белый иней образуется при относительной влажности выше 90% и температуре ниже -8 ° C (18 ° F), и он растет против направления ветра, поскольку воздух поступает из наветренный имеет более высокую влажность, чем подветренный воздух, но ветер не должен быть сильным, иначе он повредит хрупкие ледяные структуры, когда они начнут формироваться. Белый иней напоминает толстый слой инея с большими переплетенными кристаллами, обычно игольчатыми.

Иней

Основная статья: Инейный лед

Иней это разновидность льда отложение это происходит быстро, часто при сильной влажности и ветре.[9] Технически это не мороз, так как обычно переохлажденный В этом процессе участвуют капли воды, в отличие от образования инея, при котором водяной пар десублимируется медленно и напрямую. Суда, путешествующие по арктическим морям, могут накапливать большое количество инея на такелажах. В отличие от инея, имеющего перистый вид, иней обычно имеет ледяной твердый вид.

Черный мороз

Черный мороз (или «убивающий мороз») - это вообще не мороз, строго говоря, потому что это состояние, наблюдаемое у сельскохозяйственных культур, когда влажность слишком низкая для образования инея, но температура падает настолько низко, что ткани растений замерзают и умирают, становясь черными, отсюда и термин «черный иней». Черный мороз часто называют «смертельным морозом», потому что белый мороз имеет тенденцию быть менее холодным, отчасти потому, что скрытая теплота замерзания воды снижает перепад температуры.

Влияние на растения

Повреждать

Иней на траве общественного парка в ноябре

Многие растения могут быть повреждены или уничтожены отрицательными температурами или морозами. Это зависит от типа растения, ткани, подверженной воздействию, и от того, насколько низкие температуры достигаются; «легкий мороз» от –2 до 0 ° C (от 28 до 32 ° F) повреждает меньше видов растений, чем «сильный мороз» ниже −2 ° C (28 ° F).[10]

К растениям, которые могут быть повреждены даже легким морозом, относятся виноградные лозы, такие как бобы, виноград, кабачки, дыни, а также пасленовые такие как помидоры, баклажаны и перец. К растениям, которые могут переносить (или даже приносить пользу) заморозки, относятся:[11]

  • корнеплоды (например, свекла, морковь, пастернак, лук)
  • листовая зелень (например, салат, шпинат, мангольд, огурец[12])
  • крестоцветные овощи (например, капуста, цветная капуста, бок-чой, брокколи, брюссельская капуста, редис, капуста, листовая капуста, горчица, репа, брюква)

Даже те растения, которые переносят заморозки, могут быть повреждены, когда температура упадет еще ниже (ниже –4 ° C или 25 ° F).[10] Выносливые многолетники, такие как Хоста, становятся бездействующими после первых заморозков и отрастают вновь с наступлением весны. Все видимое растение может стать полностью коричневым до весеннего тепла или может сбросить все свои листья и цветы, оставив только стебель и стебель. Вечнозеленые растения, такие как сосны, выдерживают заморозки, хотя их рост полностью или частично прекращается. Морозная трещина это дефект коры, вызванный сочетанием низких температур и тепла зимнего солнца.

Растительность не обязательно повреждается, когда температура листьев опускается ниже точки замерзания содержимого их клеток. При отсутствии сайта зарождение образование кристаллов льда, листья остаются в переохлажденный жидкое состояние, безопасное достижение температуры от −4 до −12 ° C (от 25 до 10 ° F). Однако, как только образуется мороз, лист клетки могут быть повреждены острыми кристаллами льда. Закалка это процесс, при котором растение становится устойчивым к низким температурам. Смотрите также Криобиология.

Определенный бактерии, особенно Pseudomonas syringae, особенно эффективны при запуске образования инея, повышая температуру зародышеобразования примерно до -2 ° C (28 ° F).[13] Бактерии без льда зарождение -активные белки (ледяные бактерии ) приводят к значительному снижению повреждений от мороза.[14]

Методы защиты

Розы с защитой от мороза - Фольксгартен, Вена
Куритиба (Южная Бразилия ) является самым холодным из Бразилия с столицы штатов; то теплица из Ботанический сад Куритибы защищает чувствительные растения.

Типичные меры по предотвращению заморозков или снижению их силы включают одно или несколько из следующих:

  • развертывание мощных воздуходувок для имитации ветра, предотвращая тем самым образование скоплений холодного воздуха. Есть вариации на эту тему. Одна из разновидностей - это ветряная машина, пропеллер с приводом от двигателя, установленный на вертикальном столбе, который дует воздух почти горизонтально. Ветряные машины были введены в качестве метода защиты от замерзания в Калифорнии в 1920-х годах, но не получили широкого распространения до 1940-х и 1950-х годов. Теперь они широко используются во многих частях мира.[15] Другой - это селективная перевернутая мойка,[16] устройство, которое предотвращает замерзание, всасывая холодный воздух из земли и выдувая его через дымоход. Первоначально он был разработан для предотвращения повреждения морозом цитрусовые фрукты в Уругвай. В Новой Зеландии вертолеты используются аналогичным образом, особенно в виноградник такие регионы как Мальборо. Вытягивая теплый воздух из инверсионные слои и предотвращая скопление более холодного воздуха на земле, низколетящие вертолеты предотвращают повреждение плодовых почек. Поскольку операции проводятся в ночное время и в прошлом в одном регионе задействовано до 130 самолетов за ночь, правила безопасности строги.[17] Хотя это не специальный метод, Ветряные турбины имеют аналогичный (небольшой) эффект вертикального перемешивания слоев воздуха разной температуры.[18][19][20]
  • Для выращивания ценных культур фермеры могут обернуть деревья и покровные культуры.
  • Нагревание для замедления падения температуры нецелесообразно, за исключением дорогостоящих культур, выращиваемых на небольших площадях.
  • Дым для уменьшения охлаждения радиацией
  • Опрыскивание посевов слоем воды высвобождает скрытое тепло, предотвращая опасное замерзание тканей растений, которые оно покрывает.

Такие меры следует применять осмотрительно, поскольку они могут принести больше вреда, чем пользы; например, опрыскивание посевов водой может нанести ущерб, если растения станут перегружены льдом. Эффективный, бюджетный метод для небольших растениеводческих ферм и питомников, использует скрытая теплота замерзания. Таймер импульсного полива[21] подает воду через существующие верхние спринклеры в небольших объемах для борьбы с заморозками до −5 ° C (23 ° F).[21][22] Если вода замерзает, она излучает скрытое тепло, предотвращая падение температуры листвы ниже нуля.[22]

Незамерзающие участки

Незамерзающие районы встречаются в основном в низинных тропиках, где они покрывают почти всю сушу, за исключением высоты выше примерно 3000 метров или 9800 футов около экватора и примерно 2000 метров или 6600 футов в полузасушливых районах в тропических регионах. Некоторые районы на океанических окраинах субтропиков также свободны от заморозков, как и районы с сильным океаном у наветренных берегов. Самыми полюсными незамерзающими участками являются более низкие высоты Азорские острова, Île Amsterdam, Иль-Сен-Поль, и Тристан-да-Кунья.

в Соединенные Штаты, южная Флорида около пляж Маями и Флорида-Кис единственные надежно незамерзающие районы, а также Нормандские острова у побережья Калифорния. В зоны выносливости в этих регионах - 11a и 11b.

Персонификации

Дальнейшая информация: Дед Мороз и Дед Мороз (сказка)

Мороз олицетворяется в русской культуре как Дед Мороз. Коренные народы России такой как Мордвины имеют свои традиции ледяных божеств.

Согласно английской фольклорной традиции Джек Фрост, эльфийское существо, отвечает за образы инея на окнах холодным утром.

Галерея

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Мороз - определение мороза по Мерриам-Вебстеру». merriam-webster.com. В архиве из оригинала от 11.05.2015.
  2. ^ "Что вызывает мороз?". В архиве из оригинала от 10 декабря 2007 г.. Получено 2007-12-05.
  3. ^ а б Джон Э. Оливер (1 января 2005 г.). Энциклопедия мировой климатологии. Springer Science & Business Media. С. 382–. ISBN  978-1-4020-3264-6. В архиве из оригинала 8 мая 2016 г.
  4. ^ «Иней - определение инея по Merriam-Webster». merriam-webster.com. В архиве из оригинала от 19.02.2015.
  5. ^ Государственный университет Луизианы Батон-Руж Роберт Рохли; Роберт В. Рохли; Энтони Дж. Вега (13 декабря 2013 г.). Климатология. Jones & Bartlett Publishers. С. 381–. ISBN  978-1-284-05427-9. В архиве из оригинала 19 мая 2016 г.
  6. ^ «Факты о погоде: Морозная котловина - Погода в Великобритании - weatheronline.co.uk». weatheronline.co.uk. В архиве из оригинала от 12 февраля 2013 г.
  7. ^ Дэвид МакКлунг; Питер А. Шерер (2006). Справочник по лавинам. Книги альпинистов. С. 72–. ISBN  978-0-89886-809-8. В архиве из оригинала от 06.05.2016.
  8. ^ Уэст, Брюс; Мауро Болонья (2003). Физика фрактальных операторов. Паоло Григолини. Springer. п. 46. ISBN  978-0-387-95554-4.
  9. ^ "Rime - определение инея Мерриам-Вебстером". merriam-webster.com. В архиве из оригинала от 01.05.2015.
  10. ^ а б «Морозостойкость овощей». Ботанические интересы. Архивировано из оригинал на 2013-11-13. Получено 12 ноя, 2013.
  11. ^ "Осенние овощи против летних овощей". В архиве из оригинала 13.11.2013.
  12. ^ Клосинска, Уршула; и другие. (27 февраля 2014 г.), «Низкотемпературное прорастание семян огурца: генетическая основа признака толерантности», Журнал садоводческих исследований, де Грюйтер, 21 (2): 125–130, Дои:10.2478 / johr-2013-0031, в архиве из оригинала 11 июня 2014 г., получено 2014-02-28
  13. ^ Маки Л.Р., Галян Е.Л., Чанг-Чиен М.М., Колдуэлл Д.Р. (1974). «Зарождение льда, вызванное Pseudomonas syringae». Прикладная микробиология. 28 (3): 456–459. Дои:10.1128 / aem.28.3.456-459.1974. ЧВК  186742. PMID  4371331.
  14. ^ Линдоу, Стивен Э.; Дин С. Арни; Кристен Д. Аппер (октябрь 1982 г.). «Бактериальное образование льда: фактор повреждения растений морозом». Физиология растений. 70 (4): 1084–1089. Дои:10.1104 / стр.70.4.1084. ЧВК  1065830. PMID  16662618.
  15. ^ Ссылки на ветряные машины: http://www.fao.org/3/y7223e/y7223e0d.htm  ; https://extension.psu.edu/orchard-frost-protection-with-wind-machines  ; http://www.omafra.gov.on.ca/english/engineer/facts/10-045.htm  ;
  16. ^ Селективная перевернутая мойка В архиве 2006-03-18 на Wayback Machine Сайт Rolex Awards (получил награду в Технологии и инновации категория) 1998г.
  17. ^ Вертолеты сражаются с морозом – Вектор, Управление гражданской авиации Новой Зеландии, Сентябрь / октябрь 2008 г., стр. 8-9
  18. ^ Турбины и турбулентность В архиве 2011-12-01 на Wayback Machine, Природа (журнал), 468, 1001, 23 декабря 2010 г., DOI: 10.1038 / 4681001a, опубликовано в Интернете 22 декабря 2010 г.
  19. ^ Сомнатх Байдья Рой и Джастин Дж. Трайтер. Воздействие ветропарков на приземную температуру воздуха, Труды Национальной академии наук, Vol. 107, No. 42, 19 октября 2010 г., с. 17 899.
  20. ^ Ветряные электростанции, влияющие на погоду В архиве 06.09.2010 на Wayback Machine, Science Daily.
  21. ^ а б «Практический метод защиты от замерзания». В архиве из оригинала 20 марта 2012 г.. Получено 31 октября 2011.
  22. ^ а б Селдерс, Артур В. «Защита от замерзания спринклерным орошением» (PDF). Университет Западной Вирджинии. Архивировано из оригинал (PDF) 14 ноября 2011 г.. Получено 31 октября 2011.

внешняя ссылка