Атмосферный фронт, фронты тропосферные - переходная зона в тропосфере между смежными воздушными массами с разными физическими свойствами.
Атмосферный фронт возникает при сближении и встрече масс холодного и тёплого воздуха в нижних слоях атмосферы или во всей тропосфере, охватывая слой мощностью до нескольких километров, с образованием между ними наклонной поверхности раздела.
Типы :
Тёплый фронт - атмосферный фронт, перемещающийся в сторону более холодного воздуха (наблюдается адвекция тепла). За тёплым фронтом в данный регион приходит тёплая воздушная масса.
На карте погоды тёплый фронт отмечается красным цветом или зачернёнными полукружками, направленными в сторону перемещения фронта. По мере приближения линии тёплого фронта начинает падать давление, уплотняются облака, выпадают обложные осадки. Зимой при прохождении фронта обычно появляются низкие слоистые облака. Температура и влажность воздуха медленно повышаются. При прохождении фронта температура и влажность обычно быстро возрастают, ветер усиливается. После прохождения фронта направление ветра меняется (ветер поворачивает по часовой стрелке), падение давления прекращается и начинается его слабый рост, облака рассеиваются, осадки прекращаются. Поле барических тенденций представлено следующим образом: перед тёплым фронтом располагается замкнутая область падения давления, за фронтом - либо рост давления, либо относительный рост (падение, но меньшее, чем перед фронтом).
В случае тёплого фронта тёплый воздух, перемещаясь в сторону холодного, натекает на клин холодного воздуха и совершает восходящее скольжение вдоль этого клина и динамически охлаждается. На некоторой высоте, определяемой начальным состоянием восходящего воздуха, достигается насыщение - это уровень конденсации. Выше этого уровня в восходящем воздухе происходит облакообразование. Адиабатическое охлаждение тёплого воздуха, скользящего вдоль клина холодного, усиливается развитием восходящих движений от нестационарности при динамическом падении давления и от сходимости ветра в нижнем слое атмосферы. Охлаждение тёплого воздуха при восходящем скольжении по поверхности фронта приводит к образованию характерной системы слоистообразных облаков (облаков восходящего скольжения): перисто-слоистые - высоко-слоистые -слоисто-дождевые (Cs-As-Ns).
При приближении к пункту тёплого фронта с хорошо развитой облачностью сначала появляются перистые облака в виде параллельных полос с когтевидными образованиями в передней части (предвестники тёплого фронта), вытянутые в направлении воздушных течений на их уровне (Ci uncinus). Первые перистые облака наблюдаются на расстоянии многих сотен километров от линии фронта у поверхности Земли (около 800-900 км). Перистые облака переходят затем в перисто-слоистые облака (Cirrostratus). Для этих облаков характерны явления гало. Облака верхнего яруса - перисто-слоистые и перистые (Ci и Cs) состоят из ледяных кристаллов, и осадки из них не выпадают. Чаще всего облака Ci-Cs представляют собой самостоятельный слой, верхняя граница которого совпадает с осью струйного течения, то есть близка к тропопаузе.
Затем облака становятся всё плотнее: высоко-слоистые облака (Altostratus) постепенно переходят в слоисто-дождевые (Nimbostratus), начинают выпадать обложные осадки, которые ослабевают или совсем прекращаются после прохождения линии фронта. По мере приближения к линии фронта высота основания Ns снижается. Минимальное её значение определяется высотой уровня конденсации в восходящем тёплом воздухе. Высокослоистые (As) являются коллоидальными и состоят из смеси мельчайших капелек и снежинок. Их вертикальная мощность довольно значительна: начинаясь на высоте 3-5 км, эти облака простираются до высот порядка 4-6 км, то есть имеют 1-3 км в толщину. Выпадающие из этих облаков осадки летом, проходя сквозь тёплую часть атмосферы, испаряются и не всегда достигают поверхности Земли. Зимой осадки из As в виде снега почти всегда достигают поверхности Земли, а также стимулируют выпадение осадков из нижележащих St-Sc. В этом случае ширина зоны обложных осадков может достигать ширины 400 км и более. Ближе всего к поверхности Земли (на высоте нескольких сотен метров, а порой 100-150 м и даже ниже) находится нижняя граница слоисто-дождевых облаков (Ns), из которых выпадают обложные осадки в виде дождя или снега; под слоисто-дождевыми облаками нередко развиваются разорванно-дождевые (St fr).
Облака Ns простираются до высот 3…7 км, то есть имеют весьма значительную вертикальную мощность. Облака также состоят из ледяных элементов и капель, причём, и капли и кристаллы особенно в нижней части облаков более крупные, чем в As. Нижнее основание системы облаков As-Ns в общих чертах совпадает с поверхностью фронта. Поскольку верхняя граница облаков As-Ns приблизительно горизонтальна, наибольшая их толщина наблюдается вблизи линии фронта. У центра циклона, где система облаков тёплого фронта имеет наибольшее развитие, ширина облачной зоны Ns и зоны обложных осадков в среднем - около 300 км. В целом облака As-Ns имеют ширину 500-600 км, ширина зоны облаков Ci-Cs - около 200-300 км. Если спроецировать данную систему на приземную карту, то вся она окажется перед линией тёплого фронта на расстоянии 700-900 км. В отдельных случаях зона облачности и осадков может быть значительно шире или уже, в зависимости от угла наклона фронтальной поверхности, высоты уровня конденсации, термических условий нижней тропосферы.
В ночное время радиационное выхолаживание верхней границы облачной системы As-Ns и понижение температуры в облаках, а также усиление вертикального перемешивания при опускании охлаждённого воздуха внутрь облака способствует образованию ледяной фазы в облаках, росту облачных элементов и образованию осадков. По мере удаления от центра циклона восходящие движения воздуха ослабевают, осадки прекращаются. Фронтальные облака могут образовываться не только над наклонной поверхностью фронта, а в некоторых случаях - и по обе стороны от фронта. Это особенно характерно для начальной стадии циклона, когда восходящие движения захватывают зафронтальную область - тогда и осадки могут выпадать с обеих сторон фронта. Но за линией фронта фронтальная облачность обычно сильно расслоена и зафронтальные осадки чаще представлены в виде мороси или снежных зёрен.
В случае очень пологого фронта система облаков может быть смещена вперед от линии фронта. В тёплое время года восходящие движения вблизи линии фронта приобретают характер конвективных, и на тёплых фронтах нередко развиваются кучево-дождевые облака и наблюдаются ливневые осадки и грозы (как днём, так и ночью).
Летом в дневные часы в приземном слое за линией тёплого фронта при значительной облачности температура воздуха над сушей может быть ниже, чем перед фронтом. Это явление называется маскировкой тёплого фронта.
Облачность старых тёплых фронтов также может быть расслоенной на всём протяжении фронта. Постепенно эти слои рассеиваются и осадки прекращаются. Порой тёплый фронт не сопровождается осадками (особенно летом). Так бывает при малом влагосодержании тёплого воздуха, когда уровень конденсации лежит на значительной высоте. При сухости воздуха и особенно в случае его заметной устойчивой стратификации восходящее скольжение тёплого воздуха не приводит к развитию мало-мальски мощной облачности - то есть облака вообще отсутствуют, либо наблюдается полоса облаков верхнего и среднего ярусов.
Холодный фронт - атмосферный фронт (поверхность, разделяющая тёплую и холодную воздушную массы), перемещающийся в сторону тёплого воздуха. Холодный воздух наступает и оттесняет тёплый воздух: наблюдается адвекция холода, за холодным фронтом в данный регион приходит холодная воздушная масса.
На карте погоды холодный фронт отмечается синим цветом или зачернёнными треугольниками, направленными в сторону перемещения фронта. При переходе через линию холодного фронта ветер, как и в случае тёплого фронта, поворачивает вправо, но поворот более значительный и резкий - от юго-западного, южного (перед фронтом) к западному, северо-западному (за фронтом). При этом усиливается скорость ветра. Атмосферное давление перед фронтом меняется медленно. Оно может падать, но может и расти. С прохождением холодного фронта начинается быстрый рост давления. За холодным фронтом рост давления может достигать 3-5 гПа/3 ч., а иногда 6-8 гПа/3 ч. и даже более. Изменение барической тенденции (от падения к росту, от медленного роста к более сильному) свидетельствует о прохождении линии приземного фронта.
Перед фронтом часто наблюдаются осадки, а нередко грозы и шквалы (особенно в тёплое полугодие). Температура воздуха после прохождения фронта падает (адвекция холода), причём порой быстро и резко - на 5…10 °С и более за 1-2 часа. Точка росы понижается одновременно с температурой воздуха. Видимость, как правило, улучшается, поскольку за холодным фронтом вторгается более чистый и менее влажный воздух из северных широт.
Характер погоды на холодном фронте заметно различается в зависимости от скорости смещения фронта, свойств тёплого воздуха перед фронтом, характера восходящих движений тёплого воздуха над клином холодного.
Различают два вида холодных фронтов:
холодный фронт первого рода, когда холодный воздух наступает медленно,
холодный фронт второго рода, сопровождающийся быстрым наступанием холодного воздуха.
Фронт окклюзии - атмосферный фронт, связанный с гребнем тепла в нижней и средней тропосфере, который обусловливает крупномасштабные восходящие движения воздуха и формирование протяжённой зоны облаков и осадков. Нередко фронт окклюзии возникает за счёт смыкания - процесса вытеснения вверх тёплого воздуха в циклоне за счёт того, что холодный фронт «догоняет» движущийся впереди тёплый фронт и сливается с ним (процесс окклюдирования циклона). С фронтами окклюзии связаны интенсивные осадки, в летнее время - сильные ливни и грозы.
Вследствие нисходящих движений в холодном воздухе в тылу циклона, холодный фронт движется быстрее тёплого фронта и со временем нагоняет его. На стадии заполнения циклона возникают комплексные фронты - фронты окклюзии, которые образуются при смыкании холодного и тёплого атмосферных фронтов. В системе фронта окклюзии взаимодействуют три воздушные массы, из которых тёплая уже не соприкасается с поверхностью Земли. Тёплый воздух в виде воронки постепенно поднимается вверх, а его место занимает холодный воздух, поступающий с боков. Поверхность раздела, возникающую при смыкании холодного и тёплого фронтов, называют поверхностью фронта окклюзии. С фронтами окклюзии связаны интенсивные осадки, летом - сильные грозы.
Смыкающиеся при окклюдировании воздушные массы обычно имеют разную температуру - одна может быть холоднее другой. В соответствии с этим, различают два типа фронтов окклюзии - фронты окклюзии типа тёплого фронта и фронты окклюзии типа холодного фронта.
В средней полосе России и СНГ зимой преобладают тёплые фронты окклюзии, так как в тылу циклона поступает морской умеренный воздух, который значительно теплее, чем континентальный умеренный воздух в передней части циклона. Летом здесь в основном наблюдаются холодные фронты окклюзии.
Барическое поле фронта окклюзии представлено хорошо выраженной ложбиной с V-образными изобарами. Перед фронтом на синоптической карте имеется область падения давления, связанная с поверхностью тёплого фронта, за фронтом окклюзии - область роста давления, связанная с поверхностью холодного фронта. Точка на синоптической карте, от которой расходятся остающиеся несомкнутыми участки тёплого и холодного фронтов в окклюдирующем циклоне - точка окклюзии. По мере окклюдирования циклона точка окклюзии смещается к его периферии.
В передней части фронта окклюзии наблюдаются перистые (Ci), перисто-слоистые (Cs), высоко-слоистые (As) облака, а в случае активных фронтов окклюзии - слоисто-дождевые (Ns). Если в окклюдировании участвует холодный фронт первого рода, то выше верхнего тёплого фронта может остаться часть облачной системы холодного фронта. Если же участвует холодный фронт второго рода, то за верхним тёплым фронтом наступает прояснение, но у нижнего холодного фронта может развиться вал кучево-дождевых облаков (Cb) уже в переднем холодном воздухе, вытесняемом более холодным тыловым клином. Таким образом, выпадение осадков из высоко-слоистых и слоисто-дожевых облаков (As-Ns), если оно происходит, может начинаться до выпадения ливневых осадков, или одновременно с прохождением нижнего холодного фронта, либо после его прохождения; осадки могут выпадать по обе стороны от нижнего фронта, а переход от обложных осадков к ливневым, если он имеет место, происходит не впереди нижнего фронта, а в непосредственной близости к нему.
Сближающиеся системы облаков тёплого и холодного фронтов в основном состоят из As-Ns. В результате сближения возникает мощная облачная система Cs-As-Ns с наибольшей толщиной у верхнего холодного фронта. В случае молодого фронта окклюзии облачная система начинается с Ci и Cs, которые переходят в As, затем в Ns. Иногда за Ns могут наблюдаться Cb, за которыми вновь идут Ns. Слабое восходящее скольжение тылового воздуха вдоль поверхности окклюзии может привести к образованию вдоль нее облаков типа слоистых и слоисто-кучевых (St-Sc), не достигающих уровня ледяных ядер. Из них перед нижним тёплым фронтом будет выпадать моросящие осадки. В случае старого тёплого фронта окклюзии облачная система состоит из перисто-слоистых (Cs) и высоко-кучевых (Ac) облаков, иногда к ним присоединяются высоко-слоистые (As); осадки могут отсутствовать.
Стационарный фронт
1. Фронт, не меняющий своего положения в пространстве.
2. Фронт, вдоль которого воздушные массы движутся горизонтально; фронт без скольжений.
32)циклоны и антициклоны. Стадии их развития, системы ветров и облачности в них.
Антициклон - область повышенного атмосферного давления с замкнутыми концентрическими изобарами на уровне моря и с соответствующим распределением ветра. В низком антициклоне - холодном, изобары остаются замкнутыми только в самых нижних слоях тропосферы (до 1,5 км), а в средней тропосфере повышенное давление вообще не обнаруживается; возможно также наличие над таким антициклоном высотного циклона.
В пограничной полосе 2-х соседних воздушных масс формируется атмосферные фронты. Атмосферный фронт – переходная зона между двумя воздушными массами с различными физическими свойствами. Атмосферный фронт между движущимися воздушными массами пересекается с плоскостью горизонта под углом менее 1º, имеет ширину в горизонтальной плоскости в десятки километров и толщину по вертикали порядка сотен метров. Длина атмосферного фронта достигает тысяч километров.
С фронтами связаны особые явления погоды . Восходящие движения воздуха в зонах фронтов приводят к образованию обширных облачных систем, из которых выпадают осадки на больших площадях. Огромные атмосферные волны, возникающие в воздушных массах по обе стороны от фронта, приводят к образованию атмосферных возмущений вихревого характера – циклонов и антициклонов, определяющих режим ветра и других элементов погоды.
Главные климатические фронты :
Арктический (антарктический) – на границе АВ и УВ.
Полярный – на границе УВ и ТВ.
Внутритропический – на границе ТВ и ЭВ.
Как и для любой контактной, граничащей поверхности, для линии атмосферного фронта характерны бурные, активные процессы перемешивания атмосферы, формирования атмосферных вихрей, развития конвективного подъема воздуха.
По линиям арктического и особенно полярного фронтов происходит формирование циклонов. Этот процесс получил название циклогенеза.
Циклон. Циклон (от греческого kyklon – кружащийся) – крупномасштабное атмосферное возмущение вихревого характера, связанное с областью пониженного атмосферного давления. Минимальное атмосферное давление приходится на центр циклона. Ветры в циклоне северного полушария направлены против часовой стрелки, отклоняясь в нижнем слое к центру; в южном полушарии – по часовой стрелке, с таким же отклонением в нижнем слое.
Схема циклона (Z).
Антициклон. Антициклон – область повышенного атмосферного давления с замкнутыми концентрическими изобарами на уровне моря. Максимальное давление в центре антициклона, к периферии оно убывает. Воздух в антициклоне движется в северном полушарии, огибая центр по часовой стрелке (т.е. отклоняясь вправо), в южном полушарии – против часовой стрелки. В нижнем слое линии тока воздуха имеют форму спиралей, расходящихся от центра. Расходимость воздушных течений в нижних слоях влечет за собой преобладание в антициклоне нисходящих движений (оседания) воздуха с вертикальной составляющей порядка десятков и сотен метров в сутки.
Схема антициклона (Az).
Циклоны (А) и антициклоны (Б) (в северном полушарии)
Фронты постоянно возникают и исчезают (размываются) вследствие определенных особенностей атмосферной циркуляции. Вместе с ними формируются, меняют свойства воздушные массы.
Фронты по характеру перемещения воздушных масс делят на теплые и холодные . Фронт смещается в сторону менее активной воздушной массы. Более активная воздушная масса вытесняет с территории менее активную. Более активной является та масса, где больше барический градиент.
Теплый фронт
Теплым является фронт, который перемещается в сторону холодного воздуха, т.к. теплый воздух является более активным. Он натекает на отступающий холодный воздух, спокойно поднимаясь вверх по фронтальной поверхности. Происходит адиабатическое охлаждение, сопровождающееся конденсацией влаги и образованием мощной облачной системы, что приводит к выпадению осадков. Длина зоны дождей достигает 600- 700 км. В месте подъема теплого воздуха, т.е. на линии фронта формируется зона низкого давления. Холодный воздух медленно отступает. В целом теплый фронт приносит тепло и влагу.
Холодный фронт возникает, когда холодный воздух оттесняет с территории теплый воздух. Теплая воздушная масса оттесняется вверх клином холодного воздуха. Прохождение фронта приводит к смене теплой воздушной массы на холодную, а следовательно, понижению температуры и резким изменениям других метеорологических элементов. Фронтальная поверхность круче, чем у теплого фронта.
Холодный фронт
В зависимости от степени устойчивости теплого воздуха различают холодные фронты 1-го и 2-го родов.
Холодный фронт 1-го рода движется относительно медленно, теплый воздух перед ним поднимается спокойно. Наклон фронта несколько больше, чем у теплого фронта, а зона осадков меньше. В облачной системе преобладают слоисто-дождевые (Ns), затем высокослоистые (As) и далее перисто-слоистые (Cs) облака. Перед фронтом наблюдаются кучево-дождевые облака (Cb). Предвестником фронта являются высококучевые облака (Ac).
Холодный фронт 2-го рода выделяют, когда холодный воздух быстро вторгается и активно оттесняет теплую воздушную массу. Восходящее движение теплого воздуха перед фронтом в нижней части, встречается с нисходящим по фронтальной поверхности. Перед фронтом на высоте возникает инверсия. Также перед фронтом образуется мощная облачная система, в основном из кучево-дождевых облаков (Cb), характерны шквалистые ветры, ливни с грозами, нередко с градом. Но фронт быстро проходит и погода улучшается.
), разделяются между собой довольно узкими переходными зонами, которые сильно наклонены к земной поверхности (меньше 1°). фронтом называется раздел между , обладающими разными физическими свойствами. Пересечение фронта с земной поверхностью называется линией фронта. На фронте все свойства воздушных масс — температура, направление и скорость ветра, влажность, осадки — резко меняются. Прохождение фронта через место наблюдения сопровождается более или менее резкими изменениями .
Различают фронты, связанные с циклонами, и климатические фронты.
В циклонах фронты образуются при встрече теплого и холодного воздуха, при этом вершина фронтальной системы, как правило, находится в центре . Холодный воздух, встречаясь с теплым, всегда оказывается внизу. Он подтекает под теплый, стремясь вытеснить его вверх. Теплый воздух, наоборот, натекает на холодный и если теснит его, то сам при этом поднимается по плоскости раздела. В зависимости от того, какой воздух активнее, в какую сторону смещается фронт, он называется теплым или холодным.
Теплый фронт перемещается в сторону холодного воздуха и означает наступление теплого воздуха. Он медленно оттесняет холодный воздух. Как более легкий он натекает на клин холодного воздуха, полого поднимаясь вверх по поверхности раздела. При этом перед фронтом образуется обширная зона облаков, из которых выпадают обложные осадки. Полоса осадков перед теплым фронтом достигает 300, а в холодное время даже 400 км. За линией фронта осадки прекращаются. Постепенная смена холодного воздуха теплым приводит к понижению давления и усилению ветра. После прохождения фронта наблюдается резкое изменение погоды: повышается , изменяет направление примерно на 90° и ослабевает, ухудшается видимость, образуются , могут выпадать моросящие осадки.
Холодный фронт перемещается в сторону теплого воздуха. В этом случае холодный воздух — как более плотный и тяжелый — движется по земной поверхности в виде клина, движется быстрее, чем теплый и, как бы приподнимает впереди себя теплый воздух, энергично выталкивая его вверх. Над линией фронта и впереди его образуются большие кучево-дождевые , из которых выпадают ливневые дожди, возникают , наблюдаются сильные ветры. После прохождения фронта осадки и облачность значительно уменьшаются, ветер изменяет направление примерно на 90° и несколько ослабевает, температура понижается, уменьшается влажность воздуха, увеличивается его прозрачность и видимость; растет.
Арктический (антарктический) фронт отделяет арктический (антарктический) воздух от воздуха умеренных широт, два умеренных (полярных) фронта разделяют воздух умеренных широт и тропический воздух. Тропический фронт образуется там, где встречаются тропический и воздух, отличающиеся по , а не по температуре. Все фронты вместе с границами поясов смещаются летом к полюсам, а зимой . Нередко они образуют отдельные ветви, распространяющиеся на большие расстояния от . Тропический фронт всегда находится в том полушарии, где лето.
Различные воздушные массы находятся обычно в постоянном движении. При этом они могут сближаться и встречаться, образуя так называемые фронтальные зоны – переходные зоны между воздушными массами с разными физическими свойствами. Ширина их – первые сотни километров, длина – тысячи километров. В них наблюдаются быстрые изменения всех метеорологических величин по горизонтали – температуры, давления, влажности, так как фактически они представляют собой «поле битвы» между теплым и холодным воздухом. Во фронтальных зонах возникают поверхности раздела между теплыми и холодными воздушными массами, которые называются фронтальными поверхностями (лат. frons (род. п. frontis) – лоб, передняя сторона). Эта поверхность – неширокая полоса в несколько десятков километров, но по сравнению с размерами воздушных масс, которые ею разграничиваются, она представляется плоскостью. Угол между фронтальной плоскостью и земной поверхностью очень мал, менее 1°, но на рисунках для наглядности он преувеличен. Фронтальная поверхность всегда наклонена в сторону холодного воздуха, так что холодный плотный воздух располагается внизу, под нею, а теплый, менее плотный и легкий воздух – вверху, над нею. Линия пересечения фронтальной плоскости с поверхностью Земли образует линию фронта, которую кратко также называют фронтом. Все эти перечисленные понятия часто объединяются выражением атмосферный фронт.
Так как барическая ступень в теплом воздухе больше, чем в холодном, то расстояние между изобарическими поверхностями по обе стороны фронтальной поверхности будет различным. Изменение свойств воздуха в условиях его неразрывности в атмосфере достигается образованием в зоне фронта ложбины всех изобарических поверхностей. Она проявляется у земной поверхности в виде ложбины, очерченной изобарами (рис. 56). Таким образом, все атмосферные фронты лежат в барических ложбинах.
Атмосферные фронты бывают стационарные и движущиеся.
Если воздушные течения направляются с обеих сторон вдоль линии фронта и она не перемещается заметно ни в сторону теплого, ни в сторону холодного воздуха, то фронт называется стационарным.
Движущийся фронт образуется в том случае, если одна из воздушных масс имеет составляющую скорости, перпендикулярную линии фронта. В зависимости от направления перемещения движущиеся фронты подразделяют на теплые и холодные. Теплый фронт образуется при натекании теплого воздуха на холодный. Линия фронта при этом перемещается в сторону холодного воздуха. После прохождения теплого фронта наступает потепление (рис. 57). Холодный фронт образуется при подтекании холодного воздуха под теплый.
Рис. 57. Теплый фронт. Названия облаков указаны в таблице 2 (по И. И. Гуральнику)
Рис. 58. Холодный фронт первого рода (по И. И. Гуральнику)
При этом линия фронта перемещается в сторону теплого воздуха, который вытесняется наверх. После прохождения холодного фронта наступает похолодание. Различают холодные фронты первого и второго рода. Холодный фронт первого рода образуется в случае медленного наступания холодного воздуха. При этом теплый воздух спокойно поднимается по фронтальной поверхности и линия фронта движется медленно (рис. 58). Холодный фронт второго рода возникает при быстром движении холодного воздуха и резком подтекании его под теплый воздух, который подбрасывается вверх. Фронтальная поверхность при этом круто поднимается над земной поверхностью из-за того, что приземные слои воздуха тормозятся трением. Линия фронта движется быстро (рис. 59).
В атмосфере нередко возникают и более сложные комплексные фронты при смыкании (объединении) двух основных фронтов – теплого и холодного. Это фронты окклюзии (лат. occlusio – запирание). При их образовании соединяются две холодные воздушные массы, а теплый воздух вытесняется в верхние слои тропосферы и теряет связь с земной поверхностью. Если наступающий холодный воздух менее холодный, чем предыдущий, образуется фронт окклюзии по типу теплого фронта. Если наступающий воздух более холодный, чем предыдущий, возникает фронт окклюзии по типу холодного фронта (рис. 60).
Фронтальная деятельность наиболее интенсивна в умеренных и близлежащих широтах. Здесь систематически возникают, движутся (преимущественно с запада на восток) и разрушаются на протяжении нескольких дней атмосферные фронты. С ними связано образование атмосферных возмущений вихревого характера – циклонов (восходящих вихрей) и антициклонов (нисходящих вихрей), которые определяют различные типы погоды.
Рис. 59. Холодный фронт второго рода (по И. И. Гуральнику)
На климатических картах выделяются зоны, где, по средним многолетним данным, чаще встречаются воздушные массы различных типов и подтипов и где наиболее активно образуются атмосферные фронты. Такие статистически устойчивые фронтальные зоны называются климатическими фронтами. В этих зонах больших горизонтальных контрастов температуры, давления и сильных ветров концентрируются большие запасы энергии, которые расходуются на образование циклонов и антициклонов. Таким образом, эти зоны отражают среднее многолетнее наиболее типичное положение серий подвижных атмосферных фронтов.
Среди климатических фронтов выделяют главные и вторичные фронты.
Главные фронты являются зонами раздела и взаимодействия основных типов воздушных масс, контрастных прежде всего по температуре. Между арктическим (антарктическим) и полярным (умеренных широт) воздухом они называются соответственно арктическим и антарктическим фронтами, между полярным и тропическим воздухом – полярным фронтом. Раздел между теплыми воздушными массами – относительно сухой тропической и влажной экваториальной, – считавшийся ранее тропическим фронтом, представляет собой зону сходимости пассатов северного и южного полушарий и называется в настоящее время внутритропической зоной конвергенции (ВЗК) (рис. 61, 62).
Особенности главных фронтов таковы. Во-первых, они прослеживаются вверх до самой стратосферы, часто вызывая образование так называемых струйных течений – очень сильных ветров, которые достигают наибольшей величины близ тропопаузы. Во-вторых, они не образуют на Земле сплошных полос, а разрываются на отдельные ветви (отрезки), которые носят собственные названия. Особенно это заметно на примере полярного фронта, который разделяется на целый ряд ветвей. В-третьих, эти ветви смещаются по сезонам вслед за Солнцем: летом фронты вместе с возникающими на них сериями циклонов мигрируют в сторону полюсов, зимой – к экватору, причем некоторые из них в определенные сезоны размываются. На рисунке 62 видно, что зимой ветвь полярного фронта, отделяющая морской полярный воздух Атлантики от морских тропических масс Северо-Атлантического максимума, располагается на широте Франции. Средиземноморская ветвь полярного фронта, которая отделяет тропический воздух от континентальных воздушных масс умеренных широт, зимой пролегает над Средиземным морем и далее к востоку переходит в Иранскую ветвь, но летом обе ветви размываются. Над восточным Забайкальем и севером Приморья летом формируется Монгольская ветвь полярного фронта, разделяющая континентальные полярную и тропическую воздушные массы, а над Японским морем – Тихоокеанская ветвь между морскими полярными и тропическими массами.
Рис. 61. Климатические фронты в июле (по С. П. Хромову)
Рис. 62. Климатические фронты в январе (по С. П. Хромову)
Концы полярных фронтов, проникающих далеко в глубь тропиков, называются пассатными фронтами. Они разделяют в тропиках уже не полярный и тропический воздух, а различные по свойствам массы тропического воздуха, приносимого из разных океанических субтропических максимумов ветрами, называемыми пассатами. Нередко они возникают между двумя мТВ, одна из которых сформировалась из ЭВ над теплыми морскими течениями западной периферии субтропических максимумов, а вторая – из мПВ над холодными течениями восточной их периферии (например, летом вблизи Мексиканского нагорья, полупустыни Калахари и др.).
Вторичные фронты (фронты второго порядка) образуются обычно между воздушными массами разных подтипов одного и того же географического типа.
Они часто возникают между морским и континентальным полярным воздухом, прежде всего зимой, когда температурная разница между ними достигает наибольших значений. Такой полярный фронт намечается над центром Восточно-Европейской равнины, в связи с чем Москву образно называют «прифронтовым» городом. Вторичные фронты прослеживаются на меньшую высоту, чем главные, – на несколько километров в пределах тропосферы.
Дождь... Снег... Пронизывающий ветер... Палящее солнце... Эти проявления погоды знакомы каждому из нас с глубокого детства. Но даже прилежно изучив в школе географию, мы всё равно иногда удивляемся резким перепадам температуры и необычным природным катаклизмам. С климатическими скачками неизменно связаны атмосферные фронты. Они формируют каждодневную погоду и определяют границы времён года.
Атмосферный фронт
Слово "фронт" (от латинского "frontis" - лоб, передняя сторона) подразумевает тонкую грань между чем-то. Она может проходить, например, между разными районами боевых действий: областями концентрации сил противника и дружеской армией. Если мы употребляем словосочетание "фронт атмосферный", то имеем в виду границу в воздухе, некий рубеж в атмосфере. Что именно он разделяет, и как это влияет на нас?
Матушка-природа сформировала благоприятный климат, в котором человек может существовать, размножаться и развиваться. Мы живём в тропосфере, нижней части атмосферы, которая не только даёт нам кислород, но и пребывает в постоянном движении. Некие объёмные в ней время от времени взаимодействуют. В середине каждого из этих образований свои небольшие очаги микроклимата, которые отличаются по свойствам, но в целом являются однородными, сохраняя стабильную температуру и влажность. Массы двигаются над поверхностью Земли, встречаются и даже сталкиваются. Но никогда не перемешиваются. Граница между ними и называется атмосферным фронтом.
Основные виды
Ширина полосы между одинаковыми по свойствам воздушными массами достигает отметки в десятки, иногда сотни километров. Это фронт атмосферный, где всегда происходят скачки давления воздуха, смена облачности и температуры. То есть именно на этих участках можно наблюдать, как на смену жаркому солнцу приходит холодный дождь и наоборот. Если соприкасаются очень близкие, фактически однородные массы, фронт атмосферный не возникает. В результате погода не меняется.
Существует несколько фронтов. Они сформировались на основе главные показатели которых остаются константными.
- Арктический. Отделяет холодный арктический воздух от умеренного.
- Полярный. Расположен между умеренной и тропической воздушными массами.
- Тропический. Это граница между тропической и экваториальной зонами.
В случае полной неподвижности фронт принял бы горизонтальное положение. В этом случае пласт холодного воздуха находился бы всегда внизу, а тёплого - вверху. Но в результате постоянной цикличности он расположен под углом к поверхности земли.
Холодный фронт
Сменится ли погода в нашем регионе и какой она будет - всё это продемонстрирует карта атмосферных фронтов. На ней чётко видно, что тёплый фронт всегда наклонён в ту сторону, в которую движется, холодный - в противоположную. Когда последний перемещается в зону высокой температуры, причём проникает в неё своеобразным клином, выталкивая вверх, на данной территории наступает похолодание. Тёплые массы постепенно остывают, из них освобождается влага - так образуются облака и тучи.
Первым признаком приближения холодного фронта являются дождевые кучевые образования, которые появляются на горизонте. При этом ветер дует порывами, резко меняя направление. Стена проливного дождя обрушивается внезапно. Небо мрачное, его рассекают молнии, гремит гром, иногда идёт град. Ненастье длится не больше двух часов, по истечении которых осадки прекращаются. Температура воздуха опускается, иногда сразу на 5-10 градусов, так как пространство атмосферы полностью занимает холодный фронт, вытеснивший прогретый солнцем воздух.
Тёплый фронт
Он образуется, когда зона высокой плюсовой температуры "натекает" на холодную массу. Она как будто бы скользит по ней, постепенно поднимаясь. Погода меняется плавно, без непредвиденных резких скачков и перепадов. Перистые облака - первый признак того, что надвигается фронт атмосферный, в центре которого довольно высокая температура воздуха. Ветра пока не наблюдается. Если же он есть, то его дуновения всегда приятные и лёгкие.
Постепенно облака тают, и на небе образуется сплошная белая пелена небольших слоистых образований, которые перемещаются по чистому голубому небосводу. Через какое-то время они сбиваются в кучу: плотный слой опускается ниже, поднимается ветер, моросит дождь или падает небольшой снег. Осадки усиливаются, идут несколько часов, иногда дней, после чего наступает потепление. Хорошая погода держится недолго. Фронт атмосферный, в котором температура низкая, догоняет зону тепла, так как движется быстрей и стремительней.
Циклон
Воздух на поверхности земли распределён неравномерно. В результате этого образуются зоны с высоким и низким давлением. В первой области воздух в избытке, во второй - в недостатке. Из зоны высокого давления он вытекает наружу, как бы переливаясь через край стакана, и заполняет собой образовавшиеся "дырки" на том участке, где Это явление природы мы называем ветром.
Участок низкого давления это и есть циклон. Он имеет форму вихря. Посмотрите, как вытекает вода из раковины, - она образует воронку. Тот же принцип демонстрирует нам и погода. Циклон - та же воронка в раковине, только перевёрнутая вверх ногами. В её центре полюс пониженного давления, который со всех сторон затягивает в себя воздух и устремляется вверх, причём закручивается он по часовой стрелке в и против - в северном. Внутри циклона облачно, поскольку вместе с ветром он "всасывает" в себя и облака. Они как с горки скатываются в него из тех зон, где давление повышенное.
Антициклон
Он работает с точностью до наоборот. В центре - высокое давление, воздуха там очень много, поэтому он расползается во все стороны, как будто выдавленный из кондитерского пакета крем. Потоки закручиваются по часовой стрелке в северном полушарии, против - в южном. Приведём ещё один пример: если в трубочку вы втянете газированный напиток, а потом отпустите, он неизменно стечёт в бокал. Аналогичное явление происходит в антициклоне. Только с помощью воздуха и в глобальных масштабах.
Погода в антициклоне обычно ясная, так как высокое давление вытесняет с этого участка облака. При этом летом всегда очень жарко: преграды в виде тучек, мешающие солнцу прогревать воздух, отсутствуют. Зимой всё наоборот. Солнце находится достаточно низко, но прогреть воздух оно не может: нет облаков, а поэтому ничто не задерживает тепло. В результате зимой, когда приходит антициклон, погода ясная, но морозная. Кстати, изучая атмосферные фронты, циклоны и антициклоны, их движения, видоизменения и трансформацию, синоптики составляют прогноз погоды для того или иного региона.
Что день грядущий нам готовит?
Самое трудное, говорят синоптики, это предвидеть погоду на ближайшие трое суток. То есть после сбора всей необходимой информации нужно быстро её обработать, учитывая все капризы атмосферных фронтов, изменения циклонов и антициклонов. И только сопоставив данные, можно делать заключение.
Прогнозы погоды бывают следующими:
- Краткосрочный - максимум на трое суток.
- Среднесрочный - до десяти суток.
- Долгосрочный прогноз погоды - на месяц или сезон.
Первые два вида - это решение синоптиками уравнений термодинамики и динамики, которые описывают состояние атмосферы. Для этого специалисты анализируют возможность смены выпадения осадков, предполагаемые скачки давления и влажности воздуха. Долгосрочный прогноз погоды никогда до конца не бывает точным. Даже имея самое новое оборудование, синоптики не могут предвидеть все сюрпризы, приготовленные природой. Но составлять его в любом случае необходимо, так как в таком прогнозе имеются в виду ожидаемые месячные или сезонные погодные аномалии.
Загрузка...
