Заморозки

Заморозки, понижение температуры воздуха ниже 0°С вечером и ночью при положительной температуре днём. Возникновение З. обусловлено или вторжением холодных масс воздуха, пришедших из др. районов (чаще из Арктики), — адвективные З., или ночным радиационным охлаждением поверхности почвы и растительного покрова — радиационные З. Однако в большинстве случаев в возникновении З. играет роль как предварительная адвекция массы холодного воздуха в данный район, так и последующее ночное излучение, охлаждающее почву, а от неё и воздух до отрицательных температур. Обычно в средней полосе СССР З. бывают весной (до половины июня) и осенью (начиная со второй половины сентября).

З. могут быть причиной значительного снижения урожая полевых, овощных и плодовых культур. Губительное действие З. на с.-х. культуры объясняется непосредственным действием низкой температуры на живую клетку, при котором происходит вымораживание воды из клеточного сока, образование ледяных кристаллов в межклеточных пространствах и обезвоживание протоплазмы. Наиболее устойчивые растения, выдерживающие кратковременные З. от —7 до —10°С, — ранние яровые хлеба и зернобобовые ранних сроков сева; среднестойкие, выносящие от —3 до —4°С, — соя, могар, канатник и др.; малоустойчивые, способные переносить от —2 до —3°С, — кукуруза, просо, сорго, картофель, махорка и др.; неустойчивые растения, всходы которых повреждаются от —0,5 до —1,5°С, — фасоль, рис, хлопчатник, бахчевые, кунжут, арахис, гречиха и др. Особенно чувствительны к З. генеративные органы.

В борьбе с З. большое значение имеет внедрение скороспелых сортов с.-х. культур в районах с коротким безморозным периодом, селекция растений на морозоустойчивость, применение калийных удобрений, а также своевременное проведение с.-х. работ, правильный выбор места сева с учётом микроклимата и т. и. Наиболее известный и распространённый метод борьбы с З. — дымление, широко применяемый для защиты цветущих плодовых культур и всходов теплолюбивых овощных культур в средней полосе и на Ю. СССР. В субтропиках СССР на лимонных плантациях применяют открытый обогрев (воздух среди растений нагревают сжиганием в специальных грелках нефти, каменного угля и т.п. горючих веществ); практикуют также укрытие лимонов и апельсинов трёхслойной марлей. Обогрев плантаций электрическими грелками, батареями с тёплой водой или паром эффективен, но дорог и применим только для получения ценной продукции.

Конвекция в атмосфере, вертикальные перемещения объёмов воздуха с одних высот на другие, обусловленные архимедовой силой: воздух более тёплый и, следовательно, менее плотный, чем окружающая среда, перемещается вверх, а воздух более холодный и более плотный — вниз. При слабом развитии К. имеет беспорядочный, турбулентный характер. При развитой К. над отдельными участками земной поверхности возникают восходящие и нисходящие токи воздуха, пронизывающие атмосферу иногда до высот стратосферы (проникающая К.). Вертикальная скорость восходящих токов (термиков) при этом обычно порядка нескольких м/сек, по иногда может превышать 20—30 м/сек. С проникающей К. обычно связано образование облаков К. — кучевых и кучево-дождевых (грозовых).

Развитие К. зависит от распределения температуры в атмосфере по высоте. Восходящий воздух поднимается до тех пор, пока его температура остаётся выше температуры окружающего воздуха; нисходящий воздух, в свою очередь, опускается, пока он холоднее окружающего воздуха. Но восходящий воздух вследствие расширения охлаждается на 1 °С на 100 м подъёма (пока в нём не началась конденсация) — так называемый сухоадиабатический градиент, а после начала конденсации (образования облаков), сопровождающейся выделением скрытой теплоты, — на переменную величину в несколько десятых долей градуса на 100 м подъёма (так называемый влажноадиабатический градиент). Поэтому для поддержания К. нужно, чтобы вертикальный градиент температуры в атмосферном столбе был больше сухоадиабатического градиента до уровня, на котором начинается конденсация, и больше влажнодиабатического над этим уровнем, т. е. атмосфера должна обладать неустойчивой стратификацией (см. Стратификация атмосферы). Такие условия создаются летом в воздухе над прогретой сушей и во все времена года в воздухе, движущемся с более холодной на более тёплую поверхность. Слои с малыми вертикальными градиентами температуры, особенно с инверсиями температуры, являются для К. задерживающими слоями.

Особенность атмосферных течений, состоящая в том, что мгновенные скорости отдельных количеств воздуха (более крупных, чем молекулы) испытывают нерегулярные, случайные флюктуации. К средней скорости переноса воздуха присоединяются, таким образом, дополнительные флюктуационные скорости элементов турбулентности, по-разному ориентированные и находящиеся в быстром изменении. В связи с этим и другие характеристики воздуха, как давление, температура, плотность, влагосодержание, изменяются в пространстве и времени также нерегулярно. А. Т. можно непосредственно наблюдать, следя за падением снежинок при ветре или за распространением дыма из труб. Причина А. Т. — образование в атмосфере вихрей различных масштабов (от долей миллиметра и более). Переход от ламинарного, лишенного турбулентности, течения к турбулентному происходит при потере гидродинамической устойчивости потока, когда отношение сил инерции к силам вязкости (число Рейнольдса) превосходит некоторое критическое значение. А. Т. особенно значительна в слое трения и в областях струйных течений. К описанной динамической турбулентности присоединяется термическая турбулентность (конвекция), определяемая архимедовой силой.

В результате А. Т. происходит быстрая турбулентная диффузия, создающая турбулентный обмен свойств воздуха в вертикальном направлении, намного превосходящая молекулярную диффузию. А. Т. объясняются сравнительное постоянство состава воздуха с высотой, распространение в атмосфере водяного пара и коллоидных примесей, внутреннее трение (турбулентная вязкость) воздуха, порывистость и суточный ход ветра, распространение и распределение тепла в атмосфере (путем турбулентной теплопроводности), особенности форм облаков, рассеяние туманов, коагуляции капелек в облаках, так называемое дрожание воздуха и мерцание звезд и многое другое.

Кроме описанной мелкомасштабной А. Т. (микротурбулентности), существует А. Т. синоптического масштаба (макротурбулентность), элементами которой являются циклоны и антициклоны, осуществляющие междуширотный обмен воздуха, тепла, количества движения и пр. Различается также А. Т. в промежуточном масштабе (мезотурбулентность), связанная с грозовыми облаками, шквалами и т. п. Интенсивность мезотурбулентности сравнительно мала; в тропиках она больше, чем во внетропических широтах.

Более краткий синоним турбулентность имеет также и более общее значение, поскольку турбулентность свойственна и потоку воды и наблюдается не только в природе, но и в технических установках.