揭秘白胡子：冰霜之谜解开

“白胡子”的来历

揭开霜之谜

在寒风刺骨的北国严冬，路上经常可以见到一种奇怪的景象：对面走过来的行人，胡子、眉毛总是一片白，远看还以为他是个龙钟老人，其实是个年轻人，只不过眉毛胡子上挂上白霜罢了。这“白胡子”是怎么来的呢？

北国风光

在寒冷季节的清晨，草叶上、土块上常常会覆盖着一层霜的结晶。它们在初升起的阳光照耀下闪闪发光，待太阳升高后就融化了。人们常常把这种现象叫“下霜”。翻翻日历，每年10月下旬，总有“霜降”这个节气。我们看到过降雪，也看到过降雨，可是谁也没有看到过降霜。其实，霜不是从天空降下来的，而是在近地面层的空气里形成的。霜是一种白色的冰晶，多形成于夜间。少数情况下，在日落以前太阳斜照的时候也能形成。通常，日出后不久霜就融化了。但是在天气严寒的时候或者在背阴的地方，霜也能终日不融。通常人们所说的“霜害”，实际上是在形成霜的同时产生的“冻害”。霜的形成不仅和当时的天气条件有关，而且与所附着物体的属性也有关。当物体表面的温度很低，而物体表面附近的空气温度却比较高，那么在空气和物体表面之间就有一个温度差，如果物体表面与空气之间的温度差主要是由物体表面辐射冷却造成的，则在较暖的空气和较冷的物体表面相接触时空气就会冷却，达到水气过饱和的时候多余的水气就会析出。如果温度在0°C以下，多余的水气就在物体表面上凝华为冰晶，这就是霜。因此霜总是在有利于物体表面辐射冷却的天气条件下形成。另外，云对地面物体夜间的辐射冷却是有妨碍的，天空有云不利于霜的形成，因此，霜大都出现在晴朗的夜晚，也就是地面辐射冷却强烈的时候。

风对于霜的形成也有影响，有微风的时候，空气缓慢地流过冷物体表面，不断地供应着水气，有利于霜的形成。但是，风大的时候，由于空气流动的很快，接触冷物体表面的时间太短，同时风大的时候，上下层的空气容易互相混合，不利于温度降低，从而就不利于霜的形成。大致说来，当风速达到3级或3级以上时，霜就不容易形成了。因此，霜一般形成在寒冷季节里晴朗、微风或无风的夜晚。物体表面越容易辐射散热并迅速冷却，在它上面就越容易形成霜。同类物体，在同样条件下，假如质量相同，其内部含有的热量也就相同。如果夜间它们同时辐射散热，那么，在同一时间内表面积较大的物体散热较多，冷却的较快，在它上面就更容易有霜形成。这就是说，一种物体，如果与其质量相比，表面积相对大的，那么在它上面就容易形成霜。草叶很轻，表面积却较大，所以草叶上就容易形成霜。另外，物体表面粗糙的，要比表面光滑的更有利于辐射散热，所以在表面粗糙的物体上更容易形成霜，如土块。霜的消失有两种方式：升华为水气或融化成水。最常见的是日出以后因温度升高而融化成水消失，这种水，对农作物有一定好处。霜的出现，说明当地夜间天气晴朗并寒冷，大气稳定，地面辐射降温强烈。这种情况一般出现于有冷气团控制的时候，所以往往会维持几天好天气。我国民间有“霜重见晴天”的谚语，道理就在这里。

雾淞(www.xing528.com)

物质从气态不经过液态而直接变成固态的现象，叫凝华，凝华过程物质要放出热量。冬夜，室内的水蒸气常在窗玻璃上凝华成冰晶，树枝上的“雾凇”等都是凝华现象。用久的电灯泡会变黑，是因为钨丝受热升华形成的钨蒸气又在灯泡壁上凝华成极薄的一层固态钨。反过来，物质从固态直接变成气态，叫做升华。这两种现象在日常生活中到处可以见到。比如你用纸把樟脑丸包起来放到箱子里，它就慢慢地从固体直接变成气体，两三年以后只留下一个空纸包。冬天，玻璃窗上冻结成各种美丽的冰花，有的像兰花，有的像马尾松，这是由于玻璃的温度比较低，室里的水蒸气遇冷直接凝华而成的。年轻人胡子眉毛上的白霜，不是从天上降下来的，而是他呼吸出来的水蒸气碰到冷，直接凝华而成的。知道了“白胡子”的来历，对于自然界里霜的形成，就很好理解了。在天气晴朗的夜里，地面上的热量很快辐射到天空中去，地面温度降低得很快。地面附近空气的温度也随着降低，空气里原来没有饱和的水蒸气很快达到饱和。如果温度降低到0℃以下，又没有风，水蒸气就附在庄稼、草木或者其他物体上，直接凝华成小冰晶，结成霜。如果温度在0℃以上，水蒸气就液化成水滴，形成露。霜和露都害怕太阳。太阳一出来，气温升高，大气中的水蒸气不饱和了，它们很快就会升华或者蒸发成水蒸气，完全消失。这和水气凝华结晶时的晶体习性有关。水气凝华结晶成的雪花和天然水冻结的冰都属于六方晶系。我们在博物馆里很容易被那纯洁透明的水晶所吸引。水晶和冰晶一样，都是六方晶系，不过水晶是二氧化硅的结晶，冰晶是水的结晶罢了。当水气凝华结晶的时候，如果主晶轴比其他三个辅轴发育的慢，并且很短，那么晶体就形成片状；倘若主晶轴发育很快，延伸很长，那么晶体就形成柱状。雪花之所以一般是六角形的，是因为沿主晶轴方向晶体生长的速度要比沿三个辅轴方向慢得多的缘故，这就是窗上的霜花会有美丽图案的原因了。

霜降

我国古书中说：“冬天近晚，忽有老鲤斑云起。渐合成浓阴者，必无雨，名曰护霜天。”护霜天，就是冬季傍晚阴云蔽空，可以保证夜间和第二天早晨没有霜。这是很有科学根据的，因为蔽空的浓云阻碍了地面上热量的辐射，使地面温度不至于降得太低，这样，空气里没有饱和的水蒸气就不能达到饱和，无法凝华或者液化，形成霜或露。大风天气也不可能下霜结露，因为风把靠近地面的空气吹跑，空气里的水蒸气被吹散，所以尽管气温降低了，但是水蒸气含量太少，不能达到饱和，自然就形成不了霜和露。露水的水量虽然不大，但对农作物还是有利的。在久旱不雨，庄稼将要枯萎的时候，露水可以起到补充水分，暂时缓和旱象的作用。

霜一般出现在冷暖过渡的晚秋和早春时节，常常使农作物遭受冻害。为了保护庄稼不受霜冻，必须依据科学原理，因时、因地、因植物制宜地采用烟熏、灌水、覆盖等防御措施。

霜冻

霜冻多在春秋转换季节，白天气温高于0℃，夜间气温短时间降至0℃以下的低温危害现象。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”。无论何种霜冻出现，都会给作物带来或多或少的伤害。