Заморозки на почве какой температуре. Условия образования заморозков. Опасные метеорологические явления

Виды заморозков

По условиям образования заморозки разделяются на:

Радиационные;

Адвективные;

Адвективно-радиационные.

Радиационные заморозки возникают в тихие, ясные ночи в результате радиационного охлаждения почвы и прилегающих слоев атмосферы. Возникновению таких заморозков благоприятствует безоблачная погода и слабый ветер. Облачность уменьшает эффективное излучение и тем самым снижает вероятность заморозка. Любой экран над поверхностью почвы также уменьшает выхолаживание. Ветер также препятствует возникновению заморозка, так как он усиливает турбулентное перемешивание, в результате чего увеличивается приток тепла от воздуха к почве.

Уровень радиационных заморозков существенно зависит от форм рельефа. Так, в низинах они происходят чаще, чем в возвышенных местах или на склонах, т.к. в вогнутых формах рельефа ночное понижение температуры усилено, холодный воздух дольше застаивается. Поэтому при радиационных заморозках повреждаются в основном растения, расположенные на пониженных местах вогнутых форм рельефа. Заморозки этого типа ограничиваются продолжительностью ночи и длятся обычно 5-6 ч подряд.

Радиационные заморозки часто носят местный характер, так как образуются в низинах и котловинах, куда стекает охлажденный воздух с равнин и склонов. На возвышенных открытых местах образование заморозков маловероятно, так как отсюда охлажденный воздух стекает вниз и заменяется более теплым воздухом, опускающимся сверху.

Заморозки раньше всего появляются в плохо проветриваемых котловинах и на лесных полянах. В малооблачную ночь на ровном месте температура может понизиться до -1°С, тогда как на лесной поляне до -3,6°С.

Существенное влияние на радиационные заморозки оказывают тепловые свойства почвы. Чем меньше ее теплоемкость и коэффициент тепловодности, тем сильнее заморозки.

Так, заморозки на поверхности вспаханных почв, имеющих пониженную теплоемкость и теплопроводность, наблюдаются чаще, чем на поверхности плотных почв. Объясняется это, в частности, тем, что в почвах с малой теплопроводностью затруднен приток тепла к поверхности из более глубоких слоев.

Плотные почвы, обладающие большей теплоемкостью, ночью охлаждаются медленнее рыхлых, а при сравнительно большой их теплопроводности потеря тепла поверхностью быстро возмещается его притоком из более глубоких и более теплых слоев.

Чем темнее почва, тем интенсивнее она охлаждается.

Сухие торфяники значительно чаще и сильнее подвергаются воздействию заморозков, чем влажные. Торф, как темное тело, с одной стороны, отличается большей интенсивностью излучения тепла. С другой стороны, вследствие низкой теплопроводности, приток тепла из более глубоких слоев почвы незначителен. Поэтому поверхностное охлаждение почвы и приземного слоя воздуха на торфяных почвах бывает значительным.

Чем влажнее воздух, тем меньше падение температуры ночью, поэтому над влажной почвой заморозки менее вероятны, чем над сухой. Во влажной почве наблюдается сильный приток тепла из глубоких слоев почвы.

При температуре ниже 0°С вода, преимущественно из которой состоят растения, замерзает, а образующиеся кристаллики льда повреждают их ткани и клетки.

Густая растительность охлаждается сильнее, чем поверхность обнаженной почвы.

Чувствительность к заморозкам изменяется по мере развития растений. Наиболее устойчивые выдерживают понижение температуры до -8, -10°С, устойчивые - до -6, -8°С, малоустойчивые - до -2, -3°С, неустойчивые - до -0,5, -1°С.

Адвективные заморозки образуются при вторжении холодных масс воздуха из северных областей (более продолжительны и вредоносны) в результате адвекции воздуха, имеющего температуру ниже 0°С обычно в начале весны и поздней осенью, при полной облачности и силе ветра; могут держаться в течение нескольких суток.

При вторжении холодного воздуха почва от соприкосновения с ним охлаждается и поэтому температуры воздуха и почвы мало различаются.

Адвективные заморозки охватывают большие площади и мало зависят от местных условий.

Адвективно-радиационные заморозки связаны с вторжением холодного сухого воздуха, иногда даже имеющего положительную температуру. Ночью, особенно при ясной или малооблачной погоде, происходит дополнительное охлаждение этого воздуха за счет излучения и возникают заморозки как на поверхности почвы, так и в воздухе. Эти заморозки наиболее опасны.

Адвективно-радиационные заморозки наблюдаются в ограниченное время, главным образом под утро или с половины ночи и длятся 3-4 ч. Это поздние заморозки весны и ранние заморозки осени, т. е. времени года, когда уровень среднесуточных температур относительно высок. При их возникновении процессы адвекции и радиации дополняют друг друга. Отрицательными значения температуры могут быть лишь в припочвенных слоях, в то время как на уровне метеорологической будки - положительными.

Заморозки часто наносят большой ущерб народному хозяйству, особенно сельскому хозяйству, поражая сады, огороды и виноградники.

Адвективные заморозки весной наносят значительный вред садам и ягодникам, овощным и полевым культурам.

Наиболее опасны адвективно-радиационные заморозки, образующиеся поздней весной или ранней осенью, после продолжительного теплого периода.

Слабыми считаются заморозки при снижении температуры воздуха на поверхности почвы от -0,1 до -2°С. Слой воздуха с отрицательными температурами от 0,5 до 2 м, выше температуры уже положительные.

При умеренных заморозках температура на поверхности почвы снижается до -2,1 - -4°С.

Ниже -4°С и до -7°С - сильные и очень сильные заморозки, а еще ниже - уже морозы.

Метеорологи различают три типа заморозков .


Адвективные - возникают от вторжения холодного воздуха с севера. Они могут длиться несколько дней, охватывают большую территорию и мало зависят от местных условий.

Радиационные - обусловлены охлаждением почвы в ясные дни. При таких заморозках температура поверхности почвы и в приземном слое может быть холоднее на 3-4°С, чем на высоте 2 метра от земли (на такой высоте измеряется на метеостанциях температура воздуха), а самая низкая температура бывает перед восходом солнца. На интенсивность заморозка сильно влияют местные условия: высота места, склон, растительность, плотности и влажность почвы и даже цвет почвы. Ночью в нижних частях склона и в долинах значительно холоднее, чем в верхних и на вершине. В замкнутых котловинах разница температур у поверхности почвы и на высоте 2 метра может достигать 10°С. В лесу температура выше, чем на поляне, на 2-3°. Сухая и рыхлая почва имеет малую теплопроводность и теплоемкость, поэтому способствует возникновению радиационных заморозков, влажная и плотная почва, наоборот, снижает действие заморозка. На восточных и юго-восточных склонах растения повреждаются сильнее, потому что утром попадают под действие солнца.

Адвективно-радиационные - образуются от вторжения холодного воздуха и дальнейшего ночного охлаждения почвы.

Заранее предсказать, когда они проявятся, невозможно. Обычно о резком похолодании в весенний и осенний периоды сообщается в прогнозах погоды с заблаговременностью в 1 -3 дня. За это время можно принять необходимые меры по защите растений.

Наиболее эффективны все способы защиты от радиационных заморозков. К ним можно отнести: дымление - повышает температуру на 1-2°С, укрытие пленкой увеличивает прогрев noчвы на 7-10°С, увлажнение почвы повышает ее теплопроводность и теплоемкость, а конденсация влаги способствует повышению температуры в приземном слое воздуха на 1,5-2°С. Темная мульча повышает температуру почвы на 2-3°С, а светлая понижает на 4-8°С.

Рыхление почвы на глубину 2-4 см снижает температуру в этом слое на 1-3°, а прикатывание повышает на 1-2°. Даже небольшие гребни во время радиационного заморозка оказываются на 2-3° теплее.

Очень хороший эффект при радиационном заморозке дает продувание воздуха , но этот прием доступен только для крупных специализированных хозяйств.

Самый простой прием - присыпка всходов землей .

А вообще для защиты растений от заморозков большое значение имеет весь комплекс мер : подбор скороспелых и зимостойких сортов, внесение калийных удобрений, учет микрорельефа, соблюдение сроков сева и др.

Одна из любимых задачек по прикладной физике замечательного инженера и преподавателя Семенова Виталия Ивановича связана с заморозками. Этот термин слышал любой из нас, но физический смысл данного природного явления часто не могут объяснить даже люди, неплохо разбирающиеся в термодинамике. Притом, что постановка задачи звучит достаточно четко:

«Задача №1. Определить способ передачи тепла в процессе «выпадения» заморозков на грунте. Т.е. определить каким образом замерзла роса на грунте, траве и деревьях. При этом: температура воздуха в течении ближайших суток не опускалась ниже 0 о С. Дополнительное уточнение: заморозки (наиболее характерные) происходят в безветренные и безоблачные майские или августовские ночи».

«Задача №2. Предложить не менее трех принципиально разных способов защиты от заморозков».

Любопытно наблюдать за тем, как данные задачи раскладывают по частям, попутно вспоминая и первое начало термодинамики 1 , и определение теплоты 2 , и способы передачи тепла 3 и все равно не находят правильный ответ.

Значение термина ЗАМОРОЗКИ.

Заморозки (утренники) - понижение температуры воздуха на поверхности почвы и растений ниже 0°С при положительных среднесуточных температурах воздуха.

Различают адвективные, радиационные и адвективно-радиационные заморозки.

Адвективные ЗАМОРОЗКИ.

Название происходит от слова «адвекция» - доставка, вторжение. Адвективные заморозки возникают в результате наступления волн холодного арктического воздуха с температурой ниже 0°С обычно в начале весны и поздней осенью, при полной облачности и значит, силе ветра; могут держаться в течение нескольких суток.

Эффективных средств борьбы против этого вида весенних заморозков нет, поскольку в этом случае холодные воздушные массы воздействуют на растения в течение длительного времени. К счастью, бывают такие весенние заморозки, в основном, в северных регионах, где сроки посева (посадки) огородных культур более поздние, чем в средней полосе или на юге.

Радиационные ЗАМОРОЗКИ.

Поверхность земли нагревается посредством прямой солнечной радиации. Кроме того, нагретая за счет рассеянной радиации атмосфера часть своего тепла отдает почве. Земля получает тепло солнечной радиации и атмосферы и, в свою очередь, выделяет тепловую энергию в окружающую среду (длинноволновая радиация). Происходят радиационные весенние заморозки перед восходом солнца в ясную и тихую погоду приотносительнонизкихсреднесуточныхтемпературахи интенсивном ночном излучении.Длинноволновая радиация земли усиливается, поверхность почвы быстро охлаждается. Их уровень существенно зависит от форм рельефа. Так, в низинах они происходят чаще, чем в возвышенных местах или на склонах, т. к. в вогнутых формах рельефа ночное понижение температуры усилено, холодный воздух дольше застаивается. Поэтому при радиационных заморозках повреждаются в основном растения, расположенные на пониженных местах вогнутых форм рельефа. Заморозки этого типа ограничиваются продолжительностью ночи и длятся обычно 5-6 ч подряд.

Весенние заморозки повреждают листья, распускающиеся почки, верхушки побегов, соцветия винограда, осенние заморозки - листья, иногда ягоды.

Скрытые весенние ЗАМОРОЗКИ .

Скрытые весенние заморозки случаются довольно редко и обычно предшествуют другому виду весенних заморозков – радиационному. В этом случае температура на поверхности растений опускается ниже нуля градусов при положительной температуре окружающей среды.

Адвективно-радиационные ЗАМОРОЗКИ.

Адвективно-радиационные заморозки образуются в результате вторжения относительно холодного воздуха и дальнейшего его охлаждения из-за ночного излучения.

Противодействие радиационным заморозкам.

Активные меры противодействия заморозкам – обогрев площади огорода газовыми или жидко-топливными горелками, применение мощных вентиляторов для перемещения воздушных слоев или непрерывное, укрытие теплолюбивых растений и почвы около них пленкой или неткаными материалами, обильный полив накануне заморозка, мульчирование почвы органическими материалами. На небольших площадях в безветренную погоду может быть эффективным задымление.

Над участком с хорошо увлажненным грунтом при снижении температуры воздуха происходит конденсация, сопровождающаяся выделением тепла. Огород, прикрытый облаком водяных паров, вполне может противостоять радиационному весеннему заморозку. Влажная почва сохраняет тепло гораздо лучше. Рано утром температура поверхности влажной почвы, как минимум, на 1 градус выше, чем сухой. Стратегическое значение для защиты сельскохозяйственных культур от заморозков (в условиях осушенных торфяников), приобретает орошение, дождевание, строительство прудов, водохранилищ, оросительных систем для изменения микроклимата на осушенных торфяниках, что позволит уменьшить ночное снижение температур на 8-10 градусов.

P. S. Полагаю теперь все стало на свои места. Радиационные заморозки, а именно о них шла речь в поставленной задаче, происходят благодаря излучению Земли в космическое пространство. Аналогично и Земля получает энергию от Солнца. Любопытно отметить, что все способы борьбы с радиационными заморозками основаны на трех способах передачи тепла. В одних случаях пытаются компенсировать потери тепла путем теплопередачи между грунтом и водяной пленкой или влажным воздухом. В других - исключить излучения, организовав защитный экран в виде полиэтиленовой пленки, дыма или тумана. В третьих обеспечили интенсивную конвекцию…

P. P. S. Надеюсь, Вам понравились эти задачки. Лишний раз можно убедиться, насколько обычные обыденные явления могут быть загадочными и удивительными…

P. S. P. S. Предлагаю самостоятельно решить ещё три задачи: 1) как образуется туман после дождя? 2) как образуется утренняя роса? 3) как образуется зимой иней на деревьях?

ВВЕДЕНИЕ

Народное хозяйство - взаимосвязанная система отраслей общественного производства страны. Ведущее место в народном хозяйстве занимает производство. Влияние на продуктивность производства оказывает не только антропогенный фактор, но и природное воздействие среды.

Заморозки представляют значительный интерес для различных потребителей. Поэтому их изучению издавна уделялось большое значение. Было выполнено ряд работ, посвященных исследованию заморозков в синоптическом, климатическом и агрометеорологическом аспектах.

Влияние заморозков на народное хозяйство страны нельзя преуменьшить в его негативных последствиях для развития многих отраслей народного хозяйства.

Особенно актуальна проблема уменьшения вредного воздействия заморозков для таких отраслей народного хозяйства как сельское хозяйство, лесное хозяйство, транспортная система и коммунальное хозяйство. Для этих отраслей украинскими исследователями и учёными разрабатываются продуктивные методы борьбы с заморозками.

Классификация заморозков

Условия образования заморозков

В классификации стихийных бедствий в чрезвычайных ситуациях, заморозки относят к метеорологическим и агрометеорологическим опасным явлениям.

Заморозками называют понижения температуры почвы и/или воздуха до 0°С и ниже при положительных среднесуточных температурах.

Заморозки наблюдаются, как правило, в переходное время года. Различают заморозки весенние и осенние, ранние и поздние.

Условия погоды, благоприятствующие заморозку (большое эффективное излучение, слабый ветер), создаются в антициклонах и гребнях повышенного давления.

При заморозках температура воздуха на высоте 2 м (в метеорологической будке) иногда может оставаться положительной, а в самом нижнем слое воздуха, прилегающем к земле, опускается до 0°С и ниже вследствие эффективного излучения.

В случае когда температура воздуха положительна, а температура почвы или растений в результате их радиационного охлаждения опускается ниже 0°С, возникают заморозки на почве.

Интенсивность заморозка зависит от рельефа местности, экспозиции склона, наличия водоема, лесонасаждений. Бывает и так, что заморозок возникает только на почве, а на высоте, например 2 м, заморозка нет.

Установлено, что в период заморозка поле температуры неоднородно как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Известно, что на высоте 1-3 см от поверхности земли температура воздуха при заморозке самая низкая. Разница температуры у поверхности почвы и на высоте двух метров иногда достигает 2-5°С и более. При радиационных заморозках, по нашим наблюдениям, температура изменяется в среднем на 1°С на каждые 15 м высоты по склону.

В горизонтальном направлении поле температуры при заморозке ячеистое. На протяжении одного метра температура воздуха за короткие промежутки времени может изменяться на 2-3°С и более. Вот почему даже на небольшом участке растения при радиационном заморозке повреждаются неодинаково.

В одни годы заморозки прекращаются рано весной и начинаются поздно осенью, в другие - наоборот. На морском побережье Украины заморозки часто прекращаются до перехода средней суточной температуры через 5°С.

По средним многолетним данным заморозки в воздухе весной заканчиваются во второй половине апреля. Заморозки на поверхности почвы заканчиваются в среднем на 5-10 дней позднее, чем заморозки в воздухе.

В отдельные годы заморозки случаются в первой половине мая, а осенью начинаются в начале октября, в северных и западных районах они возможны и в сентябре. Осенью после первых заморозков часто устанавливается длительная теплая погода.

Продолжительность периода без заморозков в разных регионах страны колеблется в различных пределах.

Большое влияние на продолжительность периода без заморозков оказывает рельеф местности. В холмистом рельефе разница в его продолжительности между верхней и нижней частями холма достигает 12-13 дней, а в гористом - 20-25 дней и более.