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霜冻

霜冻(frost-freezing)指在秋、冬、春季节,空气温度突然下降,在短时间内使植被表面或地面的温度降至0℃或0℃以下,使农作物遭受冻害的现象。

霜冻时可以有霜也可以无霜。当近地面空气中的水汽含量较多,气温低于0°C,水汽直接在地面或物体上凝华,形成白色的冰晶现象,称为白霜。有时地面温度降到0°C以下,但近地面空气中水汽含量少,地面没有结霜,称为黑霜。白霜和黑霜都会造成农作物的冻害,统称为霜冻。

霜冻主要分布在北半球温带地区,其发生的强度和持续时间与地形、土壤、植被、农业技术措施及作物本身等条件密切相关。霜冻会给农作物带来不同程度的伤害,当农作物尚未成熟、抗寒能力较弱时发生霜冻,农作物易受到冻害,会造成严重的经济损失。

形成原理

成因

引发霜冻的原因较多,由于较强冷空气入侵,气温降低至0°C或0°C以下,或晴朗无风的夜间,近地空气由于辐射散热,造成地面冷却,温度降到0°或0°C以下,都能引发霜冻。由较强冷空气入侵且夜间天气晴朗、地面辐射散热共同作用下发生的霜冻最为常见,此种霜冻影响比较严重,常造成作物整株死亡或颗粒不收。

形成条件

1.低温。当低温达到一定程度并维持一定时间,就可能发生霜冻。通常,当温度低于2.2°C时会发生霜冻,尤其是在农村地区;当温度降至 0°C以下时,霜冻会更加普遍,可能会结冰;当温度低于-2.2°C 时,会发生硬冻。

2.天气条件。晴朗无云或少云,无风或微风,湿度不大的夜间或早晨,最容易发生霜冻。没有云层覆盖在大气表面,热量会很快辐射回大气中,使气温迅速下降。

3.局部地形条件。北向比南向的坡地容易发生霜冻,由于冷空气比暖空气密度大、重量更重,冷空气趋于下沉,所以霜冻容易出现在低洼地和山谷底部,而不易出现在高处的山坡上,“雪打山顶霜打洼”就说明低洼地形容易遭受霜冻的危害。

4.土壤条件。干燥疏松的土壤比潮湿严实的土壤容易发生辐射霜冻。

5.植被条件。无植被覆盖的地表比有茂密植被的地表更容易发生霜冻。地表植被的类型和数量对霜冻的形成产生很大影响,悬垂的植被可以直接干扰地表的辐射热损失,防止地表结霜。

基本类型

分布区域

霜冻主要分布在北半球温带地区,即北美洲亚洲欧洲的中高纬度地带。从地理分布上看,高纬度地区受南下冷空气的影响频率较大,发生霜冻的频率较高,范围广;中低纬度地区受冷空气的影响频率较小,在强寒潮爆发情况下才出现霜冻,范围相对较小。受全球气候变暖趋势的影响,无霜期延长,全年霜冻日数整体减少,但霜冻灾情并未因此而减轻。

霜、霜冻、冻害的区别

霜是由近地面空气中的水汽在温度低于0℃的地面或近地面物体上凝华而成的白色冰晶或由露滴冻结而成的冰珠,是一种天气现象。霜冻是指植物生长季节里气温降到0℃或0℃以下,使作物遭受冻害的一种气象灾害。霜和霜冻是两种不同的概念,霜着眼于物理现象,霜冻则着眼于作物冻害现象。有霜时常伴有霜冻,霜本身对农作物无直接影响,但结霜时的低温却会引起农作物冻害。

霜冻的关键在于“冻”,不在于“霜”。当气温突然下降,地表温度骤降到0℃以下,使农作物受到损害或者死亡,都叫霜冻。有霜出现时,抗寒能力较强的作物不一定会受到冻害。没有霜出现时,农作物也可能会受到冻害。一是因为抗寒能力较弱的作物在温度不是很低的情况下就会受到冻害;二是发生黑霜的情况下,虽然地面无霜,但也会造成农作物的冻害。

总之,霜冻并不是因为有霜出现才对农作物产生冻害,而是出现霜冻时气温低于农作物所能耐受的最低气温限度,从而使农作物受害。

冻害是农业气象灾害的一种,是指植物受0°C以下低温环境影响,部分器官或整个植株体温下降到其生存所能忍耐的下限温度而造成的灾害。冻害分为作物生长时期的霜冻害和作物休眠时期的寒冻害两种。

影响危害

危害机理

植物内部由许多细胞组成,当植物体温降到0℃以下时,细胞间隙的水分就会结冰,体积膨胀,细胞受到机械损伤、内部的水分被迫向外渗透出来,细胞会失掉过多的水分。霜冻过后,如果气温逐渐上升,细胞慢慢解冻,还可能恢复生命活动;如果气温突然回升,作物渗出来的水分很快变成水汽散失掉,细胞失去的水分没法复原,作物便会死去。

危害特点

● 霜冻强度越大,降温越快,作物受害越严重;

● 霜冻持续时间越久,即一定强度的低温持续时间越长,作物受害也越重;

● 当霜冻发生之后,如果温度迅速上升并且与阳光同时作用于受冻作物时,植物受害更重。

对园林植物的危害

霜冻对园林植物的危害,主要是使植物组织细胞中的水分结冰,导致生理干旱,而使其受到损伤或死亡,给园林生产造成巨大损失。

对作物的危害

霜冻害主要发生在春、秋两季,春霜冻对春季返青生长的越冬作物、早稻、棉花、玉米等春播作物以及茄果类作物的苗期影响极大。春霜冻时间太迟会影响小麦的发育生长,春霜冻来得越迟、势力越强,作物受害就越严重。秋霜冻对迟熟的秋熟作物影响较大,秋霜冻往往使作物不能成熟,严重影响产量。过早地出现秋霜冻对秋季作物,如玉米、高粱、棉花等造成减产、影响品质、损失较大,秋霜冻来得越早,强度越强,危害就越大。

预防措施

霜冻会给农作物带来不同程度的伤害,霜冻灾害的防御主要是根据无霜期的长短,合理安排种植期,培育耐寒能力强的作物品种。适时早播、加强抗寒锻炼、培育壮苗,提高植株抗寒力,对种植的种子采取加强镇压、培土、合理施肥或喷施促成熟药剂等促早熟措施,使敏感期避开霜冻。具体防御措施如下:

物理防霜

通过隔绝能量的传导、辐射和对流,减少能量损失,或通过能量交换,从热能高的地方获得热能,以提高局地温度,达到作物免受霜冻危害的一种防霜方法。主要包括遮盖、灌水、加热、空气扰动、施肥、烟熏等方法。

1.遮盖法:利用麦秆、稻草、草木灰等覆盖植物,防止冷空气袭击同时又减少地面热量向外散失,一般可提高气温1-2℃。此方法优点是防冻时间长,缺点是只能预防小面积的霜冻。

2.灌水法:灌水可保护地面热量,增加近地面空气湿度,提高空气温度2℃左右。小面积的园林植物采用喷水法,利用喷灌设备在霜冻来临前1小时对植物不断喷水,防霜冻效果较好。

3.施肥法:寒潮来临前提早施有机肥,有利于改善土壤结构,提高土温,增强保暖性能。用暖性肥料壅培林木植物,可提高防冻效果。此方法简单易行,在霜冻来临前3~4天施用。入冬后,用氢氧化钙将树木、果树的树干刷白,可减少散热。

4.熏烟法:将锯木、柴草、牛粪、红磷、废机油等尘烟物质点燃,可产生大量烟雾,这些烟雾不仅自身携带热量还能阻挡地面热量散失,可使近地面气温提高1℃~2℃。此方法需具备一定的天气条件,在霜冻来临前半小时或1小时点燃,但因成本较高且污染大气,只适合短时霜冻的防止,不适合普遍推广。

化学防霜

通过施用化学药剂,提高作物防寒抗冻能力,调节作物发育期等,以减轻或规避霜冻危害的一种防霜方法。主要有三类措施:1.利用药剂复壮作物长势,提高作物自身抗寒能力;

2.利用化学药剂推迟作物发育期的避霜方法;

3.利用具有杀灭冰核细菌和破坏冰蛋白成冰活性功能的药剂防除冰核细菌。

霜后补救技术

霜后及时采取补救措施,可减少损失,主要措施有:喷药提高作物抗逆能力;保花保果,提高坐果率;加强综合管理,复壮树势;适时防治病虫害,控制旺长等措施。

霜冻预警

中国大陆地区

霜冻气象灾害预警信号分三级,分别以蓝色、黄色、橙色表示。

美国

参考资料

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霜冻的发生及防御.科普中国.2023-03-19

..2023-03-26

北方部分地区出现初霜冻 霜、霜冻、冻害区别.中国气象局.2023-02-27

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霜与冻的区别.农场宅基地.2023-03-21

什么是辐射冻结?.密歇根州立大学扩展.2023-03-20

监测霜冻和冰冻温度的风险.密歇根州立大学扩展.2023-03-20

霜究竟是怎样形成的.浙江省气象局.2023-03-22

冻害.中国大百科全书.2023-04-13

霜冻.中国气象科普网.2023-02-27

霜冻预警信号及防御指南.中国气象科普网.2023-03-13