Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из Hoar Frost )
Перейти к навигации Перейти к поиску
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).

Иней представляет собой тонкий слой льда на твердой поверхности, который образуется из водяного пара в атмосфере выше точки замерзания, вступая в контакт с твердой поверхностью, температура которой ниже точки замерзания [1] [2], что приводит к фазовому переходу из воды. пар ( газ ) превращается в лед (твердое тело), ​​когда водяной пар достигает точки замерзания . В умеренном климате он чаще всего появляется на поверхностях у земли в виде хрупких белых кристаллов ; в холодном климате он встречается в более разнообразных формах. [3]Распространение образования кристаллов происходит за счет процесса зародышеобразования .

В кристаллах льда по форме морозостойкости как результат фрактального развития процесса. Глубина кристаллов инея варьируется в зависимости от количества времени, в течение которого они накапливались, и от концентрации водяного пара ( влажности ). Кристаллы инея могут быть невидимыми (черными), прозрачными ( полупрозрачными ) или белыми; если масса кристаллов инея рассеивает свет во всех направлениях, слой инея выглядит белым.

Типы инея включают кристаллический иней ( иней или радиационный иней) от осаждения водяного пара из воздуха с низкой влажностью, белый иней во влажных условиях, иней на окнах на стеклянных поверхностях, адвекционный иней от холодного ветра по холодным поверхностям, черный иней без видимого льда. при низких температурах и очень низкой влажности и изморозь в переохлажденных влажных условиях. [3]

Растения, которые выросли в более теплом климате, страдают от повреждений, когда температура падает достаточно низко, чтобы заморозить воду в клетках , составляющих ткань растения . Повреждение тканей в результате этого процесса известно как «морозное повреждение». Фермеры в тех регионах, где известно, что заморозки сказываются на их посевах, часто вкладывают значительные средства в защиту своих посевов от такого ущерба.

Формирование [ править ]

Мороз в самом высоком городе Венесуэлы , Апартадерос : из-за его расположения в экосистеме альпийской тундры, называемой парамо , существует ежедневный цикл замораживания и оттаивания, иногда описываемый как «лето каждый день и зима каждую ночь».

Если твердая поверхность охлаждается ниже точки росы окружающего влажного воздуха, а сама поверхность холоднее, чем замерзание, 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 можно назвать атмосферным обледенением . 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 ледяными покрытиями и инейными спикулами возникает из-за того, что кристаллические спикулы растут непосредственно в результате десублимации водяного пара из воздуха, а десублимация не является фактором обледенения замерзающих поверхностей. Для десублимации поверхность должна быть ниже точки замерзания воздуха, что означает, что он достаточно холодный для образования льда без прохождения через жидкую фазу . 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. Другими объектами, на которых обычно образуется иней, являются объекты с низкой удельной теплоемкостью или высоким коэффициентом теплового излучения , например, почерневшие металлы, отсюда скопление инея на головках ржавых гвоздей.

По-видимому, беспорядочное появление заморозков в прилегающих районах частично связано с перепадом высот: в тихие ночи нижние районы становятся холоднее. Там, где статический воздух оседает над участком земли в отсутствие ветра, поглощающая способность и удельная теплоемкость земли сильно влияют на температуру, которую достигает захваченный воздух.

Типы [ править ]

Иней [ править ]

Паутина покрыта инеем воздуха
Иней на снегу
Глубинный иней, полученный с помощью оптической (слева) и растровой (справа) микроскопии

Иней , также иней , радиационный иней или пруин , относится к кристаллам белого льда , осевшим на земле или неплотно прикрепленным к незащищенным объектам, таким как провода или листья. [4] Они образуются в холодные ясные ночи, когда условия таковы, что тепло излучается в открытый воздух быстрее, чем его можно заменить из близлежащих источников, таких как ветер или теплые предметы. При подходящих обстоятельствах предметы охлаждаются ниже точки замерзания [5] окружающего воздуха, что намного ниже точки замерзания воды. Такому замерзанию могут способствовать такие эффекты, как заморозки или морозные карманы . [6]Это происходит, когда радиационные потери на уровне земли [ требуется уточнение ] охлаждают воздух до тех пор, пока он не течет вниз по склону и не скапливается в очагах очень холодного воздуха в долинах и лощинах. Иней может замерзнуть в таком низком холодном воздухе, даже если температура воздуха в нескольких футах над землей намного выше нуля.

Слово «иней» происходит от древнеанглийского прилагательного, которое 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 - это отложение инея на объектах над поверхностью, таких как ветки деревьев, стебли растений и провода.
  • Поверхностный иней относится к похожим на папоротник кристаллам льда, непосредственно оседающим на снегу, льду или уже замерзшей поверхности.
  • Трещинный 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 разрастаются в пустотах 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 вызвать лавину.риск; когда толстые слои нового снега покрывают морозную поверхность, пушистые кристаллы, выступающие из старого снега, удерживают падающие хлопья, образуя слой пустот, который не дает 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 тем самым может обеспечить более прочную связь между старым и новым слоями снега. Однако, если ветер достаточно сильный и достаточно холодный, чтобы кристаллы лежали плоскими и высохли, покрывая снег холодными рыхлыми кристаллами, не удаляя и не разрушая их или не позволяя им нагреться и стать липкими, то граница раздела слоев снега может по-прежнему существует опасность схода лавины,потому что текстура кристаллов инея отличается от текстуры снега, и 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 разорвать их, образуя пыль из частиц льда и разнося их по поверхности. Затем ледяная пыль может образовывать юкимаримо , как это наблюдалось в некоторых частях Антарктиды, в процессе, аналогичном образованию пылевых кроликов и подобных структур.

Цветок с адвекционным инеем по краям лепестков.

Иней и белый иней также возникают в техногенных помещениях, например в морозильных камерах или промышленных холодильных хранилищах . 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 [ править ]

Адвекционный иней (также называемый ветровым инеем ) относится к крошечным ледяным шипам, которые образуются, когда очень холодный ветер дует над ветками, шестами и другими поверхностями деревьев. Он выглядит как обрамление по краям цветов и листьев и обычно формируется против направления ветра . Это может произойти в любое время дня и ночи.

Window Frost [ править ]

Оконный иней (также называемый инеем папоротника или ледяными цветами ) образуется, когда стеклянное стекло подвергается воздействию очень холодного воздуха снаружи и более теплого, умеренно влажного воздуха внутри. Если стекло - плохой изолятор(например, если это однослойное окно), водяной пар конденсируется на стекле, образуя инейные узоры. При очень низких температурах на улице изморозь 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 зарождение льда . Узоры на оконном инея образуют фрактал с фрактальной размерностью.больше одного, но меньше двух. Это следствие того, что процесс зародышеобразования ограничен двумя измерениями, в отличие от снежинки, которая имеет форму аналогичного процесса, но формируется в трех измерениях и имеет фрактальную размерность больше двух. [8]

Если воздух в помещении очень влажный, а не умеренно, вода сначала конденсируется небольшими каплями, а затем замерзает в виде чистого льда .

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

Белый иней [ править ]

Белый иней - это твердое отложение льда, которое 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, поступающий с наветренной стороны, имеет более высокую влажность, чем воздух с подветренной стороны, но ветер не должен будь сильным, иначе он повредит хрупкие ледяные структуры, когда они начнут формироваться. Белый иней напоминает толстый слой инея с большими переплетенными кристаллами, обычно игольчатыми.

Иней [ править ]

Основная статья: Иней-лед

Иней - это тип отложения льда, который происходит быстро, часто при сильной влажности и ветре. [9] С технической точки зрения, это не один из видов инея, поскольку обычно участвуют капли переохлажденной 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, который имеет перистый вид, иней обычно имеет ледяной твердый вид.

Черный мороз [ править ]

Черный мороз (или «смертельный мороз»), строго говоря, вообще не является морозом, 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 почернел, отсюда и термин «черный иней». Черный иней часто называют «смертельным инеем», потому что белый иней имеет тенденцию быть менее холодным, отчасти потому, что скрытая теплота замерзания воды снижает перепад температуры.

Влияние на растения [ править ]

Ущерб [ править ]

Иней на траве общественного парка в ноябре
Карта среднего числа первых смертоносных заморозков в Огайо из "Географии Огайо", 1923 год.

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 (28-32 ° 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, 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 многолетние растения, 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. В отсутствие места зарождения кристаллов льда листья остаются в переохлажденном жидком состоянии, безопасно достигая температуры от -4 до -12 ° C (от 25 до 10 ° F). Однако при образовании инея клетки листа могут быть повреждены острыми кристаллами льда. Закаливание - это процесс, при котором растение становится устойчивым к низким температурам. См. Также Криобиология .

Некоторые бактерии , особенно Pseudomonas syringae , особенно эффективны в запуске образования инея, повышая температуру зародышеобразования примерно до -2 ° C (28 ° F). [13] Бактерия , лишенная лед нуклеация - активные белки ( лед-минус бактерию ) приводит к значительному снижению повреждений от мороза. [14]

Способы защиты [ править ]

Розы с защитой от мороза - Фольксгартен, Вена
Куритиба ( Южная Бразилия ) является самым холодным из Бразилии «S столиц штатов ; теплица из ботанического сада Куритиба защищает чувствительные растения.

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

  • развертывание мощных нагнетателей для имитации ветра, предотвращая 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 они не получили широкого распространения до 1940-х и 1950-х годов. Теперь они широко используются во многих частях мира. [15] Другим примером является селективным перевернутой раковиной , [16] устройство , которое предотвращает мороз по рисунок холодный воздух от земли и взорвать его через дымоход. Первоначально он был разработан для предотвращения повреждения цитрусовых в Уругвае морозом.. В Новой Зеландии вертолеты используются аналогичным образом, особенно в таких регионах виноградников , как Мальборо . Вытягивая более теплый воздух из инверсионных слоев 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 являются строгими. [17] Ветровые турбины , хотя и не являются специальным методом, имеют сходный (небольшой) эффект вертикального перемешивания слоев воздуха с разной температурой. [18] [19] [20]
  • Для выращивания ценных культур фермеры могут обертывать деревья и покровные культуры.
  • Нагревание для замедления падения температуры нецелесообразно, за исключением дорогостоящих культур, выращиваемых на небольших площадях.
  • Производство дыма для уменьшения охлаждения за счет излучения
  • Опрыскивание посевов слоем воды высвобождает скрытое тепло, предотвращая опасное замерзание тканей растений, которые оно покрывает.

Такие меры следует применять осмотрительно, потому что они могут принести больше вреда, чем пользы; например, опрыскивание посевов водой может нанести ущерб, если растения станут перегружены льдом. Эффективный и недорогой метод для небольших растениеводческих ферм и питомников растений, использующий скрытую теплоту замерзания . Импульсный таймер полива [21] подает воду через существующие верхние дождеватели небольшого объема для борьбы с заморозками до –5 ° C (23 ° F). [21] [22] Если вода замерзает, она выделяет скрытое тепло, предотвращая падение температуры листвы ниже нуля. [22]

Незамерзающие участки [ править ]

Незамерзающие районы встречаются в основном в равнинных тропиках, где они покрывают почти всю сушу, за исключением высот выше 3000 метров или 9800 футов около экватора и около 2000 метров или 6600 футов в полузасушливых районах тропических регионов. Некоторые районы на океанических окраинах субтропиков также свободны от заморозков, как и районы с сильным океаном у наветренных берегов. Самыми полюсными районами, свободными от заморозков, являются нижние высоты Азорских островов , остров Амстердам , остров Сен-Поль и Тристан-да-Кунья .

В Соединенных Штатах южная Флорида вокруг Майами-Бич и Флорида-Кис - единственные надежно незамерзающие районы, а также Нормандские острова у побережья Калифорнии . В климатической зоне в этих регионах 11а и 11b.

Персонификации [ править ]

Дополнительная информация: Дед Мороз и Дед Мороз (сказка).

В русской культуре Мороз олицетворяет Деда Мороза . У коренных народов России, таких как мордва, есть свои традиции морозных божеств.

Согласно английской фольклорной традиции, Джек Фрост , эльфийское существо, ответственен за появление на окнах морозных перьев на окнах холодным утром.

Галерея [ править ]

  • Мороз

  • Иней на крапиве

  • Крупные перистые кристаллы

  • Папоротниковый иней на окне

  • Оконный иней

  • Иней на листьях растений в Гималаях

  • Поверхностный иней на Аляске

  • Иней на березе в Стокгольме

  • Иней на траве в Рану Пани, Восточная Ява , Индонезия

  • Иней на березовой стебле в Норвегии

  • Иней на траве в Сиднее

  • Дубовый лист с инеем в Швеции

См. Также [ править ]

  • Черный лед
  • Мороз (температура)
  • Морозное пучение
  • Линия мороза
  • Обморожение
  • Наземный иней
  • Обледенение (морское)
  • Игольчатый лед

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Мороз - Определение мороза Мерриам-Вебстером" . merriam-webster.com . Архивировано 11 мая 2015 года.
  2. ^ "Что вызывает мороз?" . Архивировано 10 декабря 2007 года . Проверено 5 декабря 2007 .
  3. ^ a b Джон Э. Оливер (1 января 2005 г.). Энциклопедия мировой климатологии . Springer Science & Business Media . С. 382–. ISBN 978-1-4020-3264-6. Архивировано 8 мая 2016 года.
  4. ^ "Иней - Определение инея Мерриам-Вебстером" . merriam-webster.com . Архивировано 19 февраля 2015 года.
  5. ^ Университет штата Луизиана Батон-Руж Роберт В. Рохли; Роберт В. Рохли; Энтони Дж. Вега (13 декабря 2013 г.). Климатология . Издательство "Джонс и Бартлетт" . С. 381–. ISBN 978-1-284-05427-9. Архивировано 19 мая 2016 года.
  6. ^ «Факты о погоде: Морозная котловина - Погода в Великобритании - weatheronline.co.uk» . weatheronline.co.uk . Архивировано 12 февраля 2013 года.
  7. ^ Дэвид МакКланг; Питер А. Шерер (2006). Справочник по лавинам . Книги альпинистов . С. 72–. ISBN 978-0-89886-809-8. Архивировано 6 мая 2016 года.
  8. ^ Запад, Брюс; Мауро Болонья (2003). Физика фрактальных операторов . Паоло Григолини. Springer. п. 46. ISBN 978-0-387-95554-4.
  9. ^ "Иней - Определение изморози Мерриам-Вебстером" . merriam-webster.com . Архивировано 01 мая 2015 года.
  10. ^ a b «Морозостойкость овощей» . Ботанические интересы. Архивировано из оригинала на 2013-11-13 . Проверено 12 ноября 2013 года .
  11. ^ «Осенние овощи против летних овощей» . Архивировано 13 ноября 2013 года.
  12. ^ Клосинская, Уршула; и другие. (27 февраля 2014 г.), «Низкотемпературное прорастание семян огурца: генетическая основа признака толерантности» , Journal of Horticultural Research , de Gruyter, 21 (2): 125–130, doi : 10.2478 / johr-2013-0031 , в архиве от оригинала на 11 июня 2014 года , восстановлена 2014-02-28
  13. ^ Maki LR, Галян Е.Л., Chang-Chien MM, Caldwell DR (1974). «Зарождение льда, вызванное Pseudomonas syringae» . Прикладная микробиология . 28 (3): 456–459. DOI : 10.1128 / aem.28.3.456-459.1974 . PMC 186742 . PMID 4371331 .  
  14. ^ Линдоу, Стивен Э .; Дин С. Арни; Кристен Д. Аппер (октябрь 1982 г.). «Бактериальное зарождение льда: фактор повреждения растений морозом» . Физиология растений . 70 (4): 1084–1089. DOI : 10.1104 / pp.70.4.1084 . PMC 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. ↑ Selective Inverted Sink. Архивировано 18 марта 2006 г. с сайта Wayback Machine Rolex Awards (выигранная награда в категории « Технологии и инновации ») 1998 г.
  17. ↑ Helicopters Fight Frost - Vector , Управление гражданской авиации Новой Зеландии , сентябрь / октябрь 2008 г., стр. 8-9
  18. ^ Турбины и турбулентность. Архивировано 01 декабря 2011 г.в Wayback Machine , Nature (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 ветряных электростанций на температуру приземного воздуха , Труды Национальной академии наук, Том. 107, No. 42, 19 октября 2010 г., с. 17 899.
  20. ↑ Ветровые электростанции, влияющие на погоду. Архивировано 6 сентября2010 г. в Wayback Machine , Science Daily.
  21. ^ a b «Практический метод защиты от замерзания» . Архивировано 20 марта 2012 года . Проверено 31 октября 2011 года .
  22. ^ a b Селдерс, Артур В. "Защита от замерзания с помощью дождевания" (PDF) . Университет Западной Вирджинии. Архивировано из оригинала (PDF) 14 ноября 2011 года . Проверено 31 октября 2011 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Путеводитель по Морозу
  • Что ты знаешь о морозе? - BBC
  • Американское метеорологическое общество, Глоссарий по метеорологии - Иней
  • The Weather Doctor - Weather Whys - Мороз
  • «Мороз»  . Новая международная энциклопедия . 1906 г.