24節(jié)氣霜降是怎么形成的科普知識(shí)點(diǎn)霜降的天文背景霜降作為二十四節(jié)氣中的第十八個(gè)節(jié)氣，通常在每年公歷10月2324日交節(jié)。要理解霜降的形成，得先從地球的公轉(zhuǎn)與太陽(yáng)的位置關(guān)系說(shuō)起。地球圍繞太陽(yáng)進(jìn)行公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)軌道是一個(gè)近似正圓的橢圓形。同時(shí)，地球還在進(jìn)行自轉(zhuǎn)，且地軸與公轉(zhuǎn)軌道面存在一個(gè)約23.5度的傾斜角。正是這個(gè)傾斜角的存在，導(dǎo)致了太陽(yáng)直射點(diǎn)在地球南北回歸線之間做周期性的移動(dòng)。在一年的時(shí)間里，隨著地球在公轉(zhuǎn)軌道上的位置不斷變化，太陽(yáng)直射點(diǎn)也在有規(guī)律地移動(dòng)。當(dāng)太陽(yáng)到達(dá)黃經(jīng)210°時(shí)，就迎來(lái)了霜降節(jié)氣。黃經(jīng)是天文學(xué)上用來(lái)表示天體在黃道上位置的一種度量方式，黃道則是地球公轉(zhuǎn)軌道面無(wú)限擴(kuò)大與天球相交的大圓。太陽(yáng)沿著黃道運(yùn)行，每運(yùn)行15°就對(duì)應(yīng)一個(gè)節(jié)氣，從春分點(diǎn)開(kāi)始，依次經(jīng)過(guò)各個(gè)節(jié)氣，當(dāng)運(yùn)行到210°這個(gè)特定位置時(shí)，標(biāo)志著霜降的到來(lái)。大氣環(huán)流與霜降形成大氣環(huán)流是影響霜降形成的重要因素之一。大氣環(huán)流就像是地球大氣的“血液循環(huán)系統(tǒng)”，它促使熱量和水汽在全球范圍內(nèi)進(jìn)行交換和輸送。在霜降節(jié)氣前后，北半球的大氣環(huán)流形勢(shì)發(fā)生了明顯的變化。隨著太陽(yáng)直射點(diǎn)逐漸南移，北半球接收到的太陽(yáng)輻射熱量逐漸減少，地面溫度開(kāi)始下降。此時(shí)，亞洲大陸上逐漸形成了強(qiáng)大的冷高壓系統(tǒng)，通常被稱(chēng)為蒙古西伯利亞冷高壓。這個(gè)冷高壓就像是一個(gè)巨大的冷空氣“倉(cāng)庫(kù)”，不斷地積聚和堆積冷空氣。同時(shí)，西風(fēng)帶也開(kāi)始加強(qiáng)并南壓。西風(fēng)帶是位于中高緯度地區(qū)的一個(gè)環(huán)繞地球的大氣環(huán)流帶，其中包含著許多波動(dòng)和槽脊系統(tǒng)。在霜降時(shí)節(jié)，西風(fēng)帶中的槽脊活動(dòng)頻繁，當(dāng)高空槽加深并引導(dǎo)冷空氣南下時(shí)，就會(huì)與南方的暖濕氣流交匯。當(dāng)冷空氣南下時(shí)，它會(huì)推動(dòng)暖濕氣流向上爬升。暖濕氣流在上升過(guò)程中，隨著高度的增加，氣壓逐漸降低，空氣不斷膨脹冷卻。根據(jù)熱力學(xué)原理，空氣膨脹會(huì)對(duì)外做功，從而消耗自身的內(nèi)能，導(dǎo)致溫度下降。當(dāng)暖濕氣流冷卻到一定程度時(shí)，其中的水汽就會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，進(jìn)而發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象。水汽凝結(jié)與霜的形成霜是一種白色的冰晶，它的形成需要滿足特定的水汽條件和溫度條件。在霜降時(shí)節(jié)，大氣中的水汽含量是霜形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。通常情況下，在秋季，隨著氣溫的逐漸降低，空氣中的水汽含量相對(duì)夏季有所減少，但仍然存在一定量的水汽。當(dāng)冷空氣南下與暖濕氣流交匯時(shí)，暖濕氣流中的水汽會(huì)隨著氣流的上升而冷卻。如果此時(shí)近地面的溫度足夠低，一般要降到0℃以下，水汽就會(huì)直接從氣態(tài)凝華成固態(tài)，附著在地面物體表面，形成霜。凝華是一種物質(zhì)從氣態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的物理過(guò)程，它與我們常見(jiàn)的水汽先液化成液態(tài)水再凝固成冰的過(guò)程不同。在凝華過(guò)程中，水汽分子直接跳過(guò)了液態(tài)階段，在物體表面形成了細(xì)小的冰晶。霜的形成還與地面物體的性質(zhì)和表面狀況有關(guān)。不同的物體表面對(duì)霜的形成有著不同的影響。例如，粗糙的物體表面比光滑的物體表面更容易形成霜。這是因?yàn)榇植诘谋砻嫣峁┝烁嗟哪Y(jié)核，水汽分子更容易在這些凝結(jié)核上附著和聚集。凝結(jié)核是指大氣中能夠吸附水汽并促使水汽凝結(jié)的微小顆粒，它們可以是灰塵、煙霧、鹽粒等。在自然界中，空氣中總是存在著各種各樣的凝結(jié)核。當(dāng)水汽遇到這些凝結(jié)核時(shí)，就會(huì)以它們?yōu)橹行拈_(kāi)始凝結(jié)和生長(zhǎng)，逐漸形成霜的晶體。此外，風(fēng)速也會(huì)對(duì)霜的形成產(chǎn)生影響。微風(fēng)有利于霜的形成，因?yàn)槲L(fēng)可以使近地面的空氣不斷地進(jìn)行交換和更新，將含有水汽的空氣輸送到物體表面，同時(shí)也能帶走物體表面因水汽凝結(jié)而釋放出的潛熱，使物體表面保持較低的溫度，有利于霜的持續(xù)形成。而如果風(fēng)速過(guò)大，空氣流動(dòng)過(guò)于強(qiáng)烈，就會(huì)使近地面的熱量和水汽混合得過(guò)于均勻，不利于水汽在物體表面聚集和凝結(jié)，從而影響霜的形成。地形地貌對(duì)霜降的影響地形地貌因素在霜降的形成和分布上也起著重要的作用。不同的地形條件會(huì)影響氣溫、氣流和水汽的分布，從而導(dǎo)致霜降在不同地區(qū)的出現(xiàn)時(shí)間和強(qiáng)度存在差異。山地地形對(duì)霜降的影響較為顯著。一般來(lái)說(shuō)，隨著海拔的升高，氣溫會(huì)逐漸降低。根據(jù)氣象學(xué)中的垂直遞減率，大約每升高100米，氣溫會(huì)下降0.6℃左右。因此，在山區(qū)，山頂和山坡上部的氣溫往往比山谷和山腳地區(qū)要低。這就使得山區(qū)的霜降出現(xiàn)時(shí)間通常比平原地區(qū)要早，而且霜期也相對(duì)較長(zhǎng)。在山區(qū)，冷空氣還會(huì)受到地形的阻擋和引導(dǎo)作用。當(dāng)冷空氣南下時(shí)，它會(huì)沿著山谷或山間通道流動(dòng)，形成所謂的“冷湖效應(yīng)”。在山谷中，冷空氣會(huì)像水一樣積聚在谷底，使得谷底的氣溫更低，更容易出現(xiàn)霜。而山坡上的冷空氣則會(huì)在重力作用下向谷底流動(dòng)，形成下沉氣流，進(jìn)一步加劇了谷底的低溫環(huán)境。盆地地形也有其獨(dú)特的氣候特點(diǎn)，對(duì)霜降的形成產(chǎn)生影響。盆地地形通常四周高、中間低，空氣流通不暢。在夜晚，盆地內(nèi)的地面會(huì)迅速散熱，由于盆地的地形封閉，熱量難以散發(fā)出去，導(dǎo)致近地面的氣溫迅速下降。同時(shí)，盆地內(nèi)的水汽也容易積聚，當(dāng)氣溫降到0℃以下時(shí)，就很容易形成霜。而且，由于盆地內(nèi)的空氣相對(duì)穩(wěn)定，霜的形成往往比較均勻，覆蓋范圍也較大。相比之下，平原地區(qū)的地形較為平坦開(kāi)闊，空氣流通性較好。冷空氣在平原地區(qū)可以較為順暢地流動(dòng)，不會(huì)像在山區(qū)和盆地那樣受到明顯的地形阻擋。因此，平原地區(qū)的氣溫變化相對(duì)較為均勻，霜降的出現(xiàn)時(shí)間和強(qiáng)度相對(duì)較為一致。但如果平原地區(qū)靠近海洋或大型水域，由于水體的熱容量較大，在夜晚會(huì)釋放出一定的熱量，對(duì)周邊地區(qū)的氣溫有一定的調(diào)節(jié)作用，可能會(huì)使霜的形成相對(duì)較少或較弱。霜降形成的其他影響因素除了上述主要因素外，還有一些其他因素也會(huì)對(duì)霜降的形成產(chǎn)生影響。云量是影響霜降形成的一個(gè)重要因素。云層就像是地球的“棉被”，它對(duì)太陽(yáng)輻射和地面輻射有著不同的作用。白天，云層可以反射和散射太陽(yáng)輻射，減少到達(dá)地面的太陽(yáng)熱量，使地面溫度不會(huì)升得過(guò)高；夜晚，云層又可以吸收地面輻射并向地面發(fā)射長(zhǎng)波輻射，起到保溫作用，使地面溫度不會(huì)降得過(guò)低。在霜降時(shí)節(jié)，如果天空晴朗少云，夜晚地面的熱量就會(huì)大量地向外輻射散失，導(dǎo)致近地面溫度迅速下降。沒(méi)有云層的保溫作用，地面更容易冷卻到0℃以下，從而有利于霜的形成。相反，如果天空云層較厚，云層會(huì)吸收和反射地面輻射，使地面的熱量散失減緩，近地面溫度相對(duì)較高，不利于霜的形成。土壤性質(zhì)也會(huì)對(duì)霜的形成產(chǎn)生一定的影響。不同類(lèi)型的土壤具有不同的熱容量和導(dǎo)熱性能。例如，砂質(zhì)土壤的熱容量較小，導(dǎo)熱性能較好，在白天它能夠迅速吸收太陽(yáng)熱量并升溫，而在夜晚又能快速地將熱量散失出去，導(dǎo)致土壤表面溫度下降較快，更容易達(dá)到霜的形成溫度。而粘性土壤的熱容量較大，導(dǎo)熱性能較差，其溫度變化相對(duì)較為緩慢，在夜晚降溫幅度相對(duì)較小，不利于霜的形成。植被覆蓋情況同樣會(huì)影響霜降的形成。植被可以通過(guò)蒸騰作用和截留降水等方式影響近地面的水汽含量和熱量平衡。在有植被覆蓋的地區(qū)，植被的蒸騰作用會(huì)向大氣中釋放水汽，增加近地面的水汽含量。同時(shí)，植被還可以阻擋冷空氣的直接侵襲，減緩近地面溫度的下降速度。例如，在森林地區(qū)，由于樹(shù)木的樹(shù)冠可以截留一部分冷空氣，并且森林中的枯枝落葉層可以起到一定的保溫作用，使得森林內(nèi)部的氣溫相對(duì)較高，霜的形成相對(duì)較少。而在草原或農(nóng)田地區(qū)，植被相對(duì)較為矮小稀疏，對(duì)冷空氣的阻擋作用較弱，近地面溫度更容易受到冷空氣的影響而下降，霜的形成相對(duì)較多。人類(lèi)活動(dòng)也在一定程度上影響著霜降的形成。隨著城市化進(jìn)程的加快，城市中的建筑物、道路等人工下墊面不斷增加，改變了原有的自然地表狀況。城市中的水泥、瀝青等材料的熱容量較小，在白天吸收太陽(yáng)熱量后升溫較快，而在夜晚又會(huì)迅速散熱。同時(shí)，城市中的工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和居民生活等活動(dòng)會(huì)釋放大量的熱量和污染物，形成所謂的“城市熱島效應(yīng)”。城市熱島效應(yīng)使得城市中心的氣溫明顯高于周邊郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。在霜降時(shí)節(jié)，城市中心的氣溫可能不會(huì)降到0℃以下，從而減少了霜的形成概率。而在城市的邊緣地區(qū)或郊區(qū)，由于受到城市熱島效應(yīng)的影響相對(duì)較小，仍然可能會(huì)出現(xiàn)霜。此外，人類(lèi)活動(dòng)排放的污染物，如氣溶膠等，可能會(huì)影響大氣的光學(xué)性質(zhì)和輻射平衡，進(jìn)而間接影響霜的形成。霜降形成的地域差異由于我國(guó)地域遼闊，不同地區(qū)的地理環(huán)境和氣候條件差異很大，因此霜降的形成在地域上也表現(xiàn)出明顯的差異。在我國(guó)北方地區(qū)，尤其是東北地區(qū)和西北地區(qū)，由于緯度較高，靠近蒙古西伯利亞冷高壓的源地，受冷空氣影響較早且強(qiáng)度較大。一般來(lái)說(shuō)，這些地區(qū)在9月下旬至10月上旬就可能出現(xiàn)初霜。例如，黑龍江省的大部分地區(qū)在9月下旬就會(huì)迎來(lái)霜降，而新疆北部的一些地區(qū)初霜時(shí)間也較早。北方地區(qū)的氣候干燥，降水相對(duì)較少，大氣中的水汽含量相對(duì)較低。在霜降時(shí)節(jié)，當(dāng)冷空氣南下時(shí)，雖然溫度會(huì)迅速下降，但由于水汽不足，霜的形成可能相對(duì)較少，更多的是以干冷的天氣為主。不過(guò)，在一些靠近河流、湖泊等水域的地區(qū)，由于有一定的水汽補(bǔ)充，仍然可能會(huì)出現(xiàn)較為明顯的霜。在華北地區(qū)，霜降一般出現(xiàn)在10月下旬至11月上旬。華北地區(qū)處于我國(guó)的中緯度地區(qū)，既受到北方冷空氣的影響，又有一定的南方暖濕氣流活動(dòng)。當(dāng)冷空氣南下時(shí)，與暖濕氣流交匯的機(jī)會(huì)相對(duì)較多，因此霜的形成相對(duì)較為普遍。而且，華北地區(qū)的地形較為復(fù)雜，有山地、平原和盆地等不同地形，霜的分布也會(huì)受到地形的影響。例如，在太行山區(qū)，由于海拔較高，初霜時(shí)間會(huì)比平原地區(qū)早，霜期也更長(zhǎng)。南方地區(qū)的霜降情況則與北方有很大不同。在長(zhǎng)江中下游地區(qū)，霜降通常出現(xiàn)在11月中旬左右。該地區(qū)受亞熱帶季風(fēng)氣候影響，秋季氣溫相對(duì)較高，空氣濕度較大。當(dāng)冷空氣南下時(shí)，與暖濕氣流交匯往往會(huì)形成降水天氣，而霜的出現(xiàn)相對(duì)較少。不過(guò)，在一些山區(qū)和高海拔地區(qū)，由于氣溫較低，仍然可能會(huì)出現(xiàn)霜。在華南地區(qū)，包括廣東、廣西、福建和海南等地，由于緯度較低，氣溫較高，初霜出現(xiàn)的時(shí)間較晚，甚至有些地區(qū)幾乎不會(huì)出現(xiàn)霜。例如，海南省全年無(wú)霜，而廣東和廣西的大部分地區(qū)初霜時(shí)間一般在12月以后，且霜期較短。華南地區(qū)受海洋影響較大，氣候溫暖濕潤(rùn)，即使在冬季，氣溫也相對(duì)較高，不利于霜的形成。霜降形成與氣候變化的關(guān)系近年來(lái)，全球氣候變化成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，而霜降的形成也受到了氣候變化的影響。隨著全球氣候變暖，平均氣溫呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。在一些地區(qū)，初霜的時(shí)間出現(xiàn)了推遲的現(xiàn)象。研究表明，在我國(guó)北方的一些地區(qū)，近幾十年來(lái)初霜日期平均推遲了幾天到十幾天不等。這是因?yàn)闅夂蜃兣沟们锛镜臍鉁叵陆邓俣茸兙?，冷空氣活?dòng)的強(qiáng)度和頻率相對(duì)減少，導(dǎo)致霜出現(xiàn)的時(shí)間推遲。同時(shí)，終霜日期可能會(huì)提前。終霜是指春季最后一次出現(xiàn)霜的日期，氣候變暖使得春季氣溫回升較快，地面溫度較早地穩(wěn)定在0℃以上，從而使得終霜日期提前。這樣一來(lái)，霜期就會(huì)縮短。氣候變化還可能影響霜的強(qiáng)度和分布。在一些原本容易出現(xiàn)霜的地區(qū)，由于氣溫升高，霜的厚度可能會(huì)變薄，出現(xiàn)的頻率也可能會(huì)降低。而在一些原本不太容易出現(xiàn)霜的地區(qū)，由于氣候的異常變化，可能會(huì)偶爾出現(xiàn)霜的現(xiàn)象。此外，氣候變化還會(huì)影響大氣環(huán)流和水汽分布。全球氣候變暖可能會(huì)導(dǎo)致大氣環(huán)流模式發(fā)生改變，使得冷空氣和暖濕氣流的活動(dòng)規(guī)律發(fā)生變化。例如，西風(fēng)帶的位置和強(qiáng)度可能會(huì)發(fā)生調(diào)整，從而影響冷空氣南下的路徑和強(qiáng)度。同時(shí)，氣候變化也會(huì)影響海洋的蒸發(fā)和降水模式，進(jìn)而改變大氣中的水汽含量和分布。這些變化都會(huì)對(duì)霜的形成產(chǎn)生復(fù)雜的影響。結(jié)語(yǔ)霜降的形成是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及到天文、大氣環(huán)流、水汽凝結(jié)、地形地貌等多個(gè)因素的相互作用。從地球的公轉(zhuǎn)和太陽(yáng)位置的變化，到大氣環(huán)流中冷空氣與暖濕氣流的交匯，再到水汽在特定條件下的凝結(jié)成霜，每一個(gè)環(huán)節(jié)都有著其獨(dú)特的物理機(jī)制和影響因素。同時(shí)，不同地區(qū)的地理環(huán)境和氣候條件差異導(dǎo)致了霜降形成的地域差