霜

霜は固体表面の薄い氷の層で、凍結した表面に付着した水蒸気から形成されます。霜は、空気が特定の温度で通常保持できる量よりも多くの水蒸気を含む場合に形成されます。霜の形成プロセスは露の形成に似ていますが、通常は液体状態を経ることなく水の凝固点以下で発生します。

空気には、温度に応じて常に一定量の水蒸気が含まれています。暖かい空気は、冷たい空気よりも多くの水を含むことができます。大気が特定の温度で保持できる量よりも多くの水を含む場合、相対湿度が100%を超えて過飽和になり、余分な水蒸気は近くの表面に付着して種結晶を形成します。霜が形成される温度は露点と呼ばれ、空気の湿度に依存します。^[1]空気の温度が露点以下に下がると、余分な水蒸気は溶液から追い出され、水蒸気（気体）から氷（固体）への相変化が直接起こります。より多くの水分子が種に追加されると、結晶の成長が起こり、氷の結晶が形成されます。結晶の大きさや形は様々で、多数の微細な種子が均一に層をなすものから、数は少ないが非常に大きな結晶まで、また、表面を横切って成長する長い樹枝状の結晶（樹木状）、表面から外側に向かって成長する針状の結晶（針状）、雪片状の結晶、さらには物体を覆う大きなナイフのような氷の刃までさまざまです。これは、温度、気圧、空気の動きと乱流、表面の粗さや濡れ性、過飽和度などの多くの要因によって決まります。たとえば、水蒸気はガラスに非常によく吸着するため、自動車の窓は塗装よりも先に霜で覆われることが多く、氷霧のときなど、空気が非常に冷たく、穏やかで、高度に飽和しているときには、大きな霜の結晶が非常に急速に成長することがあります。

霜は、暖かく湿った空気が冷たい表面と接触し、氷点下まで冷却されるときに発生することがあります。たとえば、凍り付いた窓に温かい息を吹きかけるなどです。大気中では、空気と表面の両方が氷点下の場合、つまり、太陽が沈んだ後に気温が下がるなど、空気の温度が露点以下に低下したときに霜が発生することが多いです。温帯気候で​​は、霜は地面近くの表面に脆い白い結晶として最も一般的に現れます。寒冷気候では、より多様な形で発生します。^{[2]結晶形成の伝播は}核生成、具体的には水の核生成のプロセスによって発生し、これは雲、霧、雪、雨、その他の気象現象の形成に関与するのと同じ現象です。

霜の氷結晶は、フラクタル過程の発達の結果として形成されます。霜結晶の深さは、蓄積された時間と水蒸気の濃度 (湿度) によって異なります。霜結晶は目に見えない (黒) 場合もあれば、透明 (半透明) の場合もあり、また、霜結晶の塊が光をあらゆる方向に散乱させると、霜の層が白く見えることもあります。

霜の種類には、湿度の低い空気から水蒸気が沈着してできる結晶霜（霜または放射霜）、湿度の高い状態でできる白霜、ガラス表面にできる窓霜、冷たい表面を吹く冷たい風によってできる移流霜、低温で湿度が非常に低いときにできる目に見える氷のない黒霜、過冷却した湿潤状態でできる霧氷などがあります。^[2]

温暖な気候で進化した植物は、気温が下がり、 植物組織を構成する細胞内の水分が凍結すると、ダメージを受けます。このプロセスによって生じる組織損傷は「霜害」として知られています。霜害が作物に影響を及ぼすことが知られている地域の農家は、多くの場合、作物をそのような損傷から守るために多大な手段に投資します。

固体表面が周囲の湿った空気の露点以下に冷却され、表面自体が氷点より低い温度になると、その表面に氷が形成されます。水が液体として沈殿し、その後凍結すると、その種類に応じてガラス状、不透明、または結晶状のコーティングが形成されます。状況に応じて、このプロセスは大気着氷とも呼ばれます。大気着氷によって生成される氷は、通常、固体表面から突き出ている氷の針状体で構成される結晶霜とはいくつかの点で異なります。

氷のコーティングと霜の骨片の主な違いは、結晶の骨片は空気中の水蒸気の逆昇華から直接成長し、逆昇華は凍結面の着氷の要因ではないことです。逆昇華が進行するには、表面が空気の霜点より低くなければなりません。つまり、液体相を通過せずに氷が形成されるほど十分に冷たいということです。空気は湿っていなければなりませんが、液体の水が凝縮するほど湿ってはなりません。そうでないと、逆昇華ではなく着氷が発生します。結晶の大きさは、温度、利用可能な水蒸気の量、および結晶が邪魔されずに成長してきた時間によって大きく異なります。

原則として、空気中に過冷却した液滴が存在する場合を除き、霜は、堆積面が周囲の空気よりも冷たい場合にのみ形成されます。たとえば、湿った空気が下の暖かい地面から逃げると、冷たい木製の歩道の割れ目の周りに霜が見られることがあります。霜がよく形成される他の物体は、黒くなった金属など、比熱が低いか熱放射率が高いもので、錆びた釘の頭に霜が蓄積するのはそのためです。

隣接する地域で霜が不規則に発生するように見えるのは、標高の違いが一因で、風のない夜には低地の方が寒くなります。風のない状態で静止した空気が地面の上に滞留すると、地面の吸収率と比熱が、閉じ込められた空気の温度に大きく影響します。

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霜（しもやけ）、放射霜、またはプルイナとも呼ばれる、地面に堆積した、または電線や葉などの露出した物体に緩く付着した白い氷の結晶を指します。[ ^3]これらは、近くの暖かい物体から補充されるか風によって運ばれるよりも速く熱が宇宙空間に放射されるような条件が整った寒くて晴れた夜に形成されます。適切な状況下では、物体は周囲の空気の霜点^{[4]以下、つまり水の凝固点よりもはるかに低い温度まで冷却されます。このような凍結は、}洪水霜や霜ポケットなどの影響によって促進されることがあります。^[5]これらは、地表レベルの放射によって空気が冷やされ、坂を下って谷や窪地の非常に冷たい空気のポケットに蓄積するときに発生します。霜は、地上数フィートの気温が氷点よりもはるかに高い場合でも、このような低地の冷たい空気の中で凍結することがあります。

「hoar」という単語は、「老齢の兆候を示す」という意味の 古英語の形容詞に由来しています。この文脈では、木や茂みが白い髪のように見える霜のことを指します。

霜は、発生する場所によって名前が異なります。

• 空中霜は、樹木の枝、植物の茎、電線など、地表より上の物体に霜が付着したものです。
• 表面霜とは、雪、氷、またはすでに凍っている表面に直接堆積したシダのような氷の結晶を指します。
• クレバス霜は、穏やかな気象条件下で水蒸気が蓄積する氷河のクレバスに形成される結晶で構成されています。
• 霜柱は、乾燥した雪の表面下の空洞内でゆっくりと大きく成長したファセット結晶を指します。霜柱の結晶は、隣接する小さな結晶を犠牲にして継続的に成長するので、通常は目に見えて段差があり、ファセットの空洞があります。

表面の霜が傾斜した雪の山を覆うと、霜の結晶の層が雪崩の危険を生み出す可能性があります。霜のついた表面を厚い新雪の層が覆うと、古い雪から突き出た毛状の結晶が落下する雪片を押さえ、新しい雪の層がその下の古い雪に強く結合するのを妨げる空隙層を形成します。雪の上に霜が形成される理想的な条件は、寒くて晴れた夜で、非常に弱く冷たい空気の流れが霜の結晶の成長に適した速度で湿気を運ぶことです。風が強すぎたり暖かすぎたりすると毛状の結晶が破壊され、古い雪の層と新しい雪の層が強く結合する可能性があります。しかし、風が十分に強くて冷たく、結晶を平らに乾燥させ、結晶を取り除いたり破壊したり、温めて粘着性を持たせたりすることなく、冷たくゆるい結晶で雪を覆い尽くした場合、雪の層間の霜の界面は雪崩の危険をもたらす可能性があります。霜の結晶の質感は雪の質感とは異なり、乾燥した結晶は新雪に付着しないためです。このような状況では、雪の層間の強い結合が依然として妨げられます。^[6]

非常に低温で、表面にふわふわした霜の結晶が形成され、その後雪に覆われない場合、強風により結晶が崩れ、氷の粒子の塵となって地表に吹き飛ばされることがあります。その後、南極の一部で観測されているように、雪の塵や類似の構造 の形成に似たプロセスで、氷の塵が雪まりもを形成することがあります。

霜や白霜は、冷凍庫や産業用冷蔵施設などの人工環境でも発生します。このような冷蔵スペースやそこにつながる配管が十分に断熱されておらず、周囲の湿度にさらされている場合、冷凍庫の温度によっては水分が瞬時に凍結します。霜が配管を厚く覆い、部分的に断熱する場合もありますが、このような非効率的な断熱は依然として熱損失の原因となります。

移流霜（風霜とも呼ばれる）とは、非常に冷たい風が木の枝、柱、その他の表面を吹き抜けるときに形成される小さな氷の突起を指します。花や葉の縁に縁取りのように見え、通常は風の方向と逆方向に形成されます。昼夜を問わずいつでも発生する可能性があります。

窓霜（シダ霜または氷の花とも呼ばれる）は、ガラス板の外側が非常に冷たい空気にさらされ、内側がより暖かく適度に湿った空気にさらされたときに形成されます。ガラス板の断熱性が低い場合（たとえば、ガラスが 1 枚だけの場合）、水蒸気がガラス上で凝結し、霜の模様が形成されます。外の気温が非常に低い場合、2 枚のガラス板の間の空気の対流により、ガラス板の下部が上部よりも冷たくなるため、省エネ型の二重窓であっても窓の下部に霜が付くことがあります。暖房のない自動車では、霜は通常、最初にガラスの外側の表面に形成されます。ガラス表面は結晶の形状に影響を与えるため、欠陥、傷、またはほこりによって氷の核形成方法が変わることがあります。窓霜の模様は、フラクタル次元が1 より大きく 2 未満のフラクタルを形成します。これは、核形成プロセスが2次元で展開するように制約されていることの結果であり、同様のプロセスで形作られるが、3次元で形成され、フラク​​タル次元が2より大きい雪の結晶とは異なります。^[7]

室内の空気が適度な湿度ではなく非常に湿度が高い場合、水は最初に小さな水滴に凝縮し、その後透明な氷に凍ります。

同様の凍結パターンは他の滑らかな垂直面でも発生する可能性がありますが、透明なガラスほど明白で目立つことはめったにありません。

白霜は、空気中に含まれる水蒸気から直接形成される 固体の氷の堆積物です。

白霜は、相対湿度が 90% を超え、気温が -8 °C (18 °F) 未満の場合に形成され、風上から来る空気は風下から来る空気よりも湿度が高いため、風向に逆らって成長します。ただし、風が強くないと、形成され始めた繊細な氷の構造が損傷します。白霜は、通常は針状の大きな絡み合った結晶を持つ、霜の厚い層に似ています。

霧氷は、湿気が多く風が強い状況で急速に発生する氷の堆積の一種です。^{[8]技術的に言えば、霧氷は通常}過冷却した水滴が関与するため、霜の一種ではありません。一方、霧氷では水蒸気がゆっくりと直接昇華します。北極海を航行する船舶は、索具に大量の霧氷を堆積することがあります。霧氷は羽毛のような外観をしていますが、霧氷は一般的に氷のような固体の外観をしています。

黒霜（または「殺霜」）は、厳密に言えば霜ではありません。これは、湿度が低すぎて霜が形成されないが、気温が下がりすぎて植物組織が凍って死んで黒くなる場合に作物に見られる状態であるため、「黒霜」と呼ばれます。黒霜は、水の凍結潜熱によって温度低下が緩和されるため、白霜はそれほど冷たくない傾向があるため、「殺霜」と呼ばれることがよくあります。

多くの植物は、凍結温度や霜によって損傷を受けたり、枯れたりします。これは植物の種類、露出している組織、および低温の程度によって異なります。-2 〜 0 °C (28 〜 32 °F) の「軽い霜」は、-2 °C (28 °F) 未満の「強い霜」よりも損傷を受ける植物の種類が少なくなります。^{[9] [10]}

軽い霜でも被害を受ける可能性のある植物には、豆、ブドウ、カボチャ、メロンなどのつる植物や、トマト、ナス、ピーマンなどのナス科植物が含まれます。霜に耐える（または霜の恩恵を受ける）可能性のある植物には次のものがあります。^[11]

• 根菜類（例：ビート、ニンジン、パースニップ、タマネギ）
• 葉物野菜（例：レタス、ほうれん草、チャード、キュウリ^[12]）
• アブラナ科の野菜（例：キャベツ、カリフラワー、チンゲン菜、ブロッコリー、芽キャベツ、ラディッシュ、ケール、コラード、マスタード、カブ、ルタバガ）

霜に耐える植物でも、気温がさらに下がると（-4℃または25℉以下）ダメージを受けることがあります。^[9]ギボウシなどの耐寒性多年草は、最初の霜の後に休眠し、春が来ると再び成長します。目に見える植物全体が、春の暖かさが来るまで完全に茶色くなるか、葉と花がすべて落ちて、茎と柄だけが残ることがあります。松などの常緑植物は、すべてまたはほとんどの成長が止まっても霜に耐えます。凍傷は、低温と冬の太陽の熱の組み合わせによって引き起こされる樹皮の欠陥です。

葉の温度が細胞内容物の氷点以下に下がっても、植物は必ずしも損傷を受けるわけではありません。氷結晶の形成の核となる場所がない場合、葉は過冷却液体状態のままで、安全に -4 ～ -12 °C (25 ～ 10 °F) の温度に達します。ただし、霜が形成されると、葉の細胞は鋭い氷結晶によって損傷を受ける可能性があります。硬化は、植物が低温に耐えられるようになるプロセスです。低温生物学も参照してください。

特定の細菌、特にPseudomonas syringaeは、霜の形成を誘発するのに特に効果的であり、氷核形成温度を約-2℃（28℉）まで上昇させます。^[13]氷核形成活性タンパク質を欠く細菌（氷マイナス細菌）は、霜による被害を大幅に軽減します。^[14]

霜を防止したり、霜の程度を軽減するための一般的な対策には、次の 1 つ以上の対策が含まれます。

• 強力な送風機を配備して風をシミュレートし、冷気が溜まるのを防ぎます。このテーマにはさまざまなバリエーションがあります。1つの種類は風力機械で、エンジン駆動のプロペラを垂直のポールに取り付けて、ほぼ水平に空気を吹き出します。風力機械は1920年代にカリフォルニアで霜防止の方法として導入されましたが、1940年代と1950年代まで広く受け入れられませんでした。現在では、世界中の多くの地域で一般的に使用されています。^[15]もう1つは選択的逆シンクで、^{[16]地面から冷気を吸い込み、煙突から吹き上げることで霜を防ぐ装置です。もともとは}ウルグアイで柑橘類の霜害を防ぐために開発されました。ニュージーランドでは、特にマールボロなどのブドウ園地域でヘリコプターが同様の方法で使用されています。低空飛行するヘリコプターは、逆転層から暖かい空気を引きずり下ろし、冷たい空気が地面に溜まるのを防ぐことで、果樹のつぼみへのダメージを防ぐ。作業は夜間に行われ、過去には1つの地域で一晩に最大130機の航空機が関与したこともあり、安全規則は厳格である。 ^[17]専用の方法ではないが、風力タービンは、温度の異なる空気層を垂直に混合するという同様の効果（ただし小さい）を持つ。^{[18] [19] [20]}
• 高価値作物の場合、農家は木を包んだり、物理的な作物被覆材を使用したりすることがあります。
• 狭い面積で栽培される高価値作物の場合、温度の低下を遅らせるために加熱することが実用的である可能性があります。
• 放射による冷却を減らすための煙の発生
• 作物に水の層を散布すると潜熱が放出され、水に覆われた植物の組織の有害な凍結を防ぎます。

このような対策は慎重に適用する必要がある。なぜなら、それらは良いことよりも悪いことの方が多いかもしれないからだ。例えば、作物に水を散布すると、植物が氷で覆われすぎて損傷を引き起こす可能性がある。小規模な農作物農場や苗床にとって効果的で低コストな方法は、凍結潜熱を利用するものである。パルス灌漑タイマー^[21]は、既存の頭上スプリンクラーから少量の水を供給し、-5℃（23℉）までの霜と戦う。^{[21] [22]}水が凍結すると潜熱を放出し、葉の温度が零度を大きく下回るのを防ぐ。^[22]

霜が降りない地域は主に低地熱帯地方に見られ、赤道付近の標高約 3,000 メートル (9,800 フィート) を超える地域と熱帯地域の半乾燥地域の標高約 2,000 メートル (6,600 フィート) を超える地域を除くほぼすべての陸地が霜が降りない地域です。亜熱帯の海洋縁辺の一部地域も霜が降りない地域であり、風上海岸付近の海洋性が高い地域も同様です。極地で最も霜が降りない地域は、アゾレス諸島、アムステルダム島、サンポール島、トリスタンダクーニャの低地です。

アメリカ合衆国本土では、マイアミビーチ周辺のフロリダ南部とフロリダキーズ、およびカリフォルニア沖のチャンネル諸島だけが確実に霜が降りない地域です。これらの地域の耐寒性ゾーンは 11a と 11b です。

永久凍土は、夏季でも氷点以上にはならず、一年中凍ったままの地下の凍土層です。大気中の霜ではありませんが、氷の結晶で固く結びついた土、土、砂、岩、粘土、有機物 (泥炭) で構成されており、非常に硬く、貫通が困難です。永久凍土は、ロシア、カナダ、アラスカ、ノルウェー、グリーンランド、南極などの北極や南極の寒冷な気候に存在し、夏の暖かい気候では地球の断熱層を貫通して永久凍土層を解かすのに十分な深さまで到達できません。永久凍土は地表から始まる場合もあれば、地表から数メートル下から始まる場合もあり、厚さはわずか 1 メートルから 1,000 メートル以上に及ぶこともあります。永久凍土には地球上の水と炭素の大部分が含まれており、地表水が地中深くまで浸透するのを防いでいます。そのため、北半球の高緯度でよく見られる典型的なタイガやトウヒの沼地の環境の一因となっています。^[23]

ロシア文化では、霜はジェド・マロースとして擬人化されています。モルドヴィン族などのロシアの先住民族には、独自の霜の神々の伝統があります。

イギリスの民間伝承によれば、寒い朝に窓に現れる羽毛のような霜は、ジャックフロストという妖精のせいだと言われています。

2024年、欧州宇宙機関の2機の探査機エクソマーズTGOとマーズ・エクスプレスは、火星の最高峰であるオリンポス山の頂上に、薄いが非常に広い霜の層を発見した。この霜の層は日の出前後の数時間現れ、その後火星の残りの日中は大気中に蒸発する。これは火星の赤道地域で発見された最初の霜の例であった。^[24]

• 霜
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  イラクサの霜
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  窓についたシダの霜
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  ドイツ、ノルトライン＝ヴェストファーレン州、ハウスデュルメンのアザミについた霜
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  窓の霜
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  カリフォルニア州シスキユー湖の霜に覆われた救命浮輪
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  ヒマラヤの植物の葉に霜が降りる
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  アラスカの霜
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  ジュリア・アルプスの霜
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  ストックホルムの白樺の木に霜が降りる
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  インドネシア、東ジャワ州ラヌ・パニの草に霜が降りている
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  ノルウェーの白樺の幹に霜が降りる
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  オーストラリア、ニューサウスウェールズ州、西シドニーの芝生に軽い霜が降りている
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  スウェーデンの霜が降りたオークの葉

• ブラックアイス
• 霜（気温）
• 凍上
• 霜線
• 凍傷
• 地面の霜
• 氷結（海上）
• 針氷

ウィキメディア・コモンズには、フロストに関連するメディアがあります。

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• フロストガイド
• 霜についてどれくらい知っていますか? – BBC
• アメリカ気象学会、気象用語集 – 霜
• 天気予報士 – 天気の理由 – フロスト
• 「霜」 。新国際百科事典。1906年。