24節(jié)氣霜降是怎么形成的科普知識點(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)與太陽的位置關(guān)系說起。地球圍繞太陽進(jìn)行公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)軌道是一個近似正圓的橢圓形。同時，地球還在進(jìn)行自轉(zhuǎn)，且地軸與公轉(zhuǎn)軌道面存在一個約23.5度的傾斜角。正是這個傾斜角的存在，導(dǎo)致了太陽直射點(diǎn)在地球南北回歸線之間做周期性的移動。在一年的時間里，隨著地球在公轉(zhuǎn)軌道上的位置不斷變化，太陽直射點(diǎn)也在有規(guī)律地移動。當(dāng)太陽到達(dá)黃經(jīng)210°時，就迎來了霜降節(jié)氣。黃經(jīng)是天文學(xué)上用來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)軌道面無限擴(kuò)大與天球相交的大圓。太陽沿著黃道運(yùn)行，每運(yùn)行15°就對應(yīng)一個節(jié)氣，從春分點(diǎn)開始，依次經(jīng)過各個節(jié)氣，當(dāng)運(yùn)行到210°這個特定位置時，標(biāo)志著霜降的到來。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)流形勢發(fā)生了明顯的變化。隨著太陽直射點(diǎn)逐漸南移，北半球接收到的太陽輻射熱量逐漸減少，地面溫度開始下降。此時，亞洲大陸上逐漸形成了強(qiáng)大的冷高壓系統(tǒng)，通常被稱為蒙古西伯利亞冷高壓。這個冷高壓就像是一個巨大的冷空氣“倉庫”，不斷地積聚和堆積冷空氣。同時，西風(fēng)帶也開始加強(qiáng)并南壓。西風(fēng)帶是位于中高緯度地區(qū)的一個環(huán)繞地球的大氣環(huán)流帶，其中包含著許多波動和槽脊系統(tǒng)。在霜降時節(jié)，西風(fēng)帶中的槽脊活動頻繁，當(dāng)高空槽加深并引導(dǎo)冷空氣南下時，就會與南方的暖濕氣流交匯。當(dāng)冷空氣南下時，它會推動暖濕氣流向上爬升。暖濕氣流在上升過程中，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，空氣膨脹會對外做功，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，其中的水汽就會達(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，暖濕氣流中的水汽會隨著氣流的上升而冷卻。如果此時近地面的溫度足夠低，一般要降到0℃以下，水汽就會直接從氣態(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)的物理過程，它與我們常見的水汽先液化成液態(tài)水再凝固成冰的過程不同。在凝華過程中，水汽分子直接跳過了液態(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。這是因為粗糙的表面提供了更多的凝結(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，就會以它們?yōu)橹行拈_始凝結(jié)和生長，逐漸形成霜的晶體。此外，風(fēng)速也會對霜的形成產(chǎn)生影響。微風(fēng)有利于霜的形成，因為微風(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)速過大，空氣流動過于強(qiáng)烈，就會使近地面的熱量和水汽混合得過于均勻，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)時間和強(qiáng)度存在差異。山地地形對霜降的影響較為顯著。一般來說，隨著海拔的升高，氣溫會逐漸降低。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)時間通常比平原地區(qū)要早，而且霜期也相對較長。在山區(qū)，冷空氣還會受到地形的阻擋和引導(dǎo)作用。當(dāng)冷空氣南下時，它會沿著山谷或山間通道流動，形成所謂的“冷湖效應(yīng)”。在山谷中，冷空氣會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在重力作用下向谷底流動，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，盆地內(nèi)的水汽也容易積聚，當(dāng)氣溫降到0℃以下時，就很容易形成霜。而且，由于盆地內(nèi)的空氣相對穩(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，不會像在山區(qū)和盆地那樣受到明顯的地形阻擋。因此，平原地區(qū)的氣溫變化相對較為均勻，霜降的出現(xiàn)時間和強(qiáng)度相對較為一致。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，在夜晚會釋放出一定的熱量，對周邊地區(qū)的氣溫有一定的調(diào)節(jié)作用，可能會使霜的形成相對較少或較弱。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對霜降的形成產(chǎn)生影響。云量是影響霜降形成的一個重要因素。云層就像是地球的“棉被”，它對太陽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輻射，減少到達(dá)地面的太陽熱量，使地面溫度不會升得過高；夜晚，云層又可以吸收地面輻射并向地面發(fā)射長波輻射，起到保溫作用，使地面溫度不會降得過低。在霜降時節(jié)，如果天空晴朗少云，夜晚地面的熱量就會大量地向外輻射散失，導(dǎo)致近地面溫度迅速下降。沒有云層的保溫作用，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，近地面溫度相對較高，不利于霜的形成。土壤性質(zhì)也會對霜的形成產(chǎn)生一定的影響。不同類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，其溫度變化相對較為緩慢，在夜晚降溫幅度相對較小，不利于霜的形成。植被覆蓋情況同樣會影響霜降的形成。植被可以通過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)，植被的蒸騰作用會向大氣中釋放水汽，增加近地面的水汽含量。同時，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)，由于樹木的樹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)部的氣溫相對較高，霜的形成相對較少。而在草原或農(nóng)田地區(qū)，植被相對較為矮小稀疏，對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，霜的形成相對較多。人類活動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，在白天吸收太陽熱量后升溫較快，而在夜晚又會迅速散熱。同時，城市中的工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和居民生活等活動會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)。在霜降時節(jié)，城市中心的氣溫可能不會降到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)的影響相對較小，仍然可能會出現(xiàn)霜。此外，人類活動排放的污染物，如氣溶膠等，可能會影響大氣的光學(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。一般來說，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月下旬就會迎來霜降，而新疆北部的一些地區(qū)初霜時間也較早。北方地區(qū)的氣候干燥，降水相對較少，大氣中的水汽含量相對較低。在霜降時節(jié)，當(dāng)冷空氣南下時，雖然溫度會迅速下降，但由于水汽不足，霜的形成可能相對較少，更多的是以干冷的天氣為主。不過，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。當(dāng)冷空氣南下時，與暖濕氣流交匯的機(jī)會相對較多，因此霜的形成相對較為普遍。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，霜的分布也會受到地形的影響。例如，在太行山區(qū)，由于海拔較高，初霜時間會比平原地區(qū)早，霜期也更長。南方地區(qū)的霜降情況則與北方有很大不同。在長江中下游地區(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，秋季氣溫相對較高，空氣濕度較大。當(dāng)冷空氣南下時，與暖濕氣流交匯往往會形成降水天氣，而霜的出現(xiàn)相對較少。不過，在一些山區(qū)和高海拔地區(qū)，由于氣溫較低，仍然可能會出現(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)的時間較晚，甚至有些地區(qū)幾乎不會出現(xiàn)霜。例如，海南省全年無霜，而廣東和廣西的大部分地區(qū)初霜時間一般在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，即使在冬季，氣溫也相對較高，不利于霜的形成。霜降形成與氣候變化的關(guān)系近年來，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。在一些地區(qū)，初霜的時間出現(xiàn)了推遲的現(xiàn)象。研究表明，在我國北方的一些地區(qū)，近幾十年來初霜日期平均推遲了幾天到十幾天不等。這是因為氣候變暖使得秋季的氣溫下降速度變緩，冷空氣活動的強(qiáng)度和頻率相對減少，導(dǎo)致霜出現(xiàn)的時間推遲。同時，終霜日期可能會提前。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，霜期就會縮短。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，霜的厚度可能會變薄，出現(xiàn)的頻率也可能會降低。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，可能會偶爾出現(xiàn)霜的現(xiàn)象。此外，氣候變化還會影響大氣環(huán)流和水汽分布。全球氣候變暖可能會導(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規(guī)律發(fā)生變化。例如，西風(fēng)帶的位置和強(qiáng)度可能會發(fā)生調(diào)整，從而影響冷空氣南下的路徑和強(qiáng)度。同時，氣候變化也會影響海洋的蒸發(fā)和降水模式，進(jìn)而改變大氣中的水汽含量和分布。這些變化都會對霜的形成產(chǎn)生復(fù)雜的影響。結(jié)語霜降的形成是一個復(fù)雜的過程，涉及到天文、大氣環(huán)流、水汽凝結(jié)、地形地貌等多個因素的相互作用。從地球的公轉(zhuǎn)和太陽位置的變化，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，每一個環(huán)節(jié)都有著其獨(dú)特的物理機(jī)制和影響因素。同時，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