北京
本文转自：人民网-科普中国
节气科普
霜降节气为何开始“降霜”？
霜降是秋季最后一个节气，标志着寒冬临近。此时地表温度跌破0℃，水汽凝华为霜。植物落叶休眠，动物储粮迁徙，自然界开启越冬模式。农谚“霜降见霜，米谷满仓”就揭示了低温凝霜对抑制虫害的作用。有人可能会问：“霜降”的霜从哪里“降”？为什么到了这个节气，我们就开始看到霜了呢？要回答这个问题，我们首先要弄清楚：霜究竟是如何形成的。
霜真是从天而降的吗？
和降雪、降雨，甚至降冰雹不同，霜并不是从天上降下来的，而是近地面水汽遇冷直接凝华的产物。当夜间地表温度因辐射降温至0℃以下，且空气中水汽饱和时，水分子会跳过液态阶段，直接在物体表面凝华成白色冰晶，这一过程称为辐射霜冻。霜晶多在距地面1.5米范围内形成，尤其易附着于导热率低的草木、车窗等表面。
古人之所以误以为霜是从天而降，主要是基于三个认知局限：第一，夜间观测凝华过程比较困难，早晨起来，忽然见到遍地银白的霜，自然就会联想到霜是从天上“降落”的；第二，受“雨雪从天降”的思维定式影响；第三，缺乏精确的温度测量手段，直到温度测量仪器在17世纪逐渐发展起来后，人类才对霜的形成机理有了更科学的认识。
霜的形成条件是什么？
霜的形成需要同时满足三个核心气象条件：
温度条件：物体表面（如草叶、车窗）必须低于0℃，同时也要低于空气的露点温度（空气冷却到使水汽达到饱和时的温度）。当空气中水汽饱和时，水分子直接凝华成霜晶。
湿度条件：空气中必须有足够的水汽，如果空气非常干燥，即使温度再低，也没有足够的水汽来凝结成霜。
天气条件：晴朗或少云，无云夜空使地表物体热量散失更快，容易达到0℃以下。微风（风速＜2m/s），可以不断输送水汽。强风会使空气上下混合反而不利于降温，但完全无风可能导致水汽输送不足，因此，1-2m/s的微风最有利于霜晶均匀生长。
霜降节气为何开始降霜？
霜降节气，已至深秋，太阳辐射减弱，气温降低，大气环流转型，为霜的形成提供了有利条件。
太阳辐射能衰减：霜降时太阳直射点南移至赤道以南11°，我国大部地区正午太阳高度角较秋分降低15°以上。地表接收的太阳辐射大幅下降，而地表长波辐射冷却效应显著增强，也就是说，地面在夜间向外散失热量的速度大大加快了。
大气环流转型：西伯利亚冷高压逐步建立壮大，10月下旬，亚洲大陆冷高压中心冷空气逐渐堆积，推动冷空气南下频率增加。东亚大槽加深，高空槽引导冷空气直抵长江流域，造成48小时内降温超10℃的“霜冻锋”（可理解为导致剧烈降温的冷空气前沿）。这就为霜的形成需要的较低地表温度提供了很好的条件。
局地微气候条件：晴朗夜间辐射冷却效应明显，地表降温速率提升，农作物冠层温度比百叶箱气温低。由于土壤热特性差异，干燥疏松土壤比潮湿黏土更易形成霜冻，这就是华北平原“夜潮地”少见霜而“沙岗地”多霜现象的原因所在。河流湖泊周边因蒸发作用，近地面空气露点温度比干旱区高，更易达到霜形成的条件。
由此可见，霜降时期我国北方大部分地区的天气气候条件，和霜形成需要的地表温度小于0℃、晴朗、微风、空气湿度较大等条件较为吻合，由此可见，霜就在这个时节开始出现了。需要注意的是，“霜降”作为一个节气，反映的是长期的气候规律。在气候变化背景下，具体的初霜日期每年都会有所波动，但“霜降”的到来，无疑为我们拉响了秋冬转换的天气信号。
作者：王元红 天气气候高级工程师、中国气象学会会员
审核：
陈云峰 中国气象学会科普工作委员会副主任委员、正研级高工
吴宇 中国气象学会科普部项目主管
策划：阎冬 史文慧
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