Атмосферные фронты и барические образования

3. Атмосферные фронты и барические образования.

Атмосферные фронты А.ф.– промежуточные, переходные зоны между

воздушными массами в тропосфере.

Зона А.ф. очень узка по сравнению с разделяемыми ею воздушными массами, поэтому её приближённо рассматривают, как поверхность раздела двух воздушных масс разной температуры и называется фронтальной поверхностью. По той же причине на синоптических картах А.ф. изображают в виде линии (линия фронта). Если бы воздушные массы были неподвижны, поверхность А.ф. была бы горизонтальной, с холодным воздухом внизу и теплым над ним, но поскольку обе массы движутся, она располагается наклонно к земной поверхности, причём холодный воздух лежит в виде очень пологого клина под тёплым. Тангенс угла наклона фронтальной поверхности (наклон фронта) – порядка 0,01гр. Размеры А.ф.: по горизонтали - от 500км до 5000км и более, по вертикали - до высот 5000 – 7000м. На картах погоды: тёплый А.ф. наносят линией красного, холодный А.ф.- синего, а фронт окклюзии коричневого цвета.

У

8

7

6

5

4

3

2

1

654321

земной поверхности А.ф. характеризуются, увеличенными горизонтальными градиентами температуры воздуха – в узкой зоне фронта температура резко переходит от значений, свойственных одной воздушной массе, к значениям, свойственным другой , причём изменение иногда превышает 10гр С. Меняются во фронтальной зоне также влажность воздуха и его прозрачность.

600

300

300

300

800

Рис.2. Вертикальный разрез атмосфер-

ного фронта: а – тёплого;

- осадки; в – холодного.

а.

в.

В передней части циклона главный атм. фронт принимает характер тёплого фронта (рис.а): при его продвижении тёплый воздух занимает место отступа-

ющего холодного воздуха. При этом восходящее скольжение тёплого воздуха над очень поло-

гой фронтальной поверхностью приводит к образованию перед линией А.ф. облачной системы в несколько сот км шириной, в которой облачность меняется от тонких и высоких перистых в передней части до мощных сло-

исто – дождевых облаков с обложными осадками.

В тыловой части циклона А.ф. принимает характер холод-

ного фронта (рис.в) с продвиже-

нием холодного клина вперёд и с вытеснением тёплого воздуха перед ним, в высокие слои.

км

км

км

км

7654321

Рис.3. Вертикальный разрез фронта

окклюзии. - ветер у земли.

Облачная система холодного фронта не так широка, как тёплого А.ф.,и для неё характерно преобладание или, во всяком случае, наличие кучево-дождевых облаков, дающих ливневые осадки; перед А.ф.нередко возникают шквалы и грозы.

При окклюзии циклона (рис.3) тёплый и холодный А.ф. соединяю- тся и образуют фронт окклюзии с соответствующими изменениями облачных систем, осадков, ветра и т. д.

км

км

П

400

300

еред линией фронта ветер усиливается и несколько поворачивает влево. За фронтом ослабевает и поворачивает вправо. В барическом поле А.ф. связаны с ложбинами пониженного давления в циклонах; поэтому при прохождении А.ф. происходят соответствующие изменения атм. давления и ветра. Над фронтальными поверхностями образуются обширные облачные системы, включающие слоисто-дождевые(Ns), кучево-дождевые (Св) облака, дающие осадки. А.ф. перемещаются со скоростью, равной нормальной составляющей к фронту скорости ветра, поэтому прохождение А.ф. через место наблюдения приводит к быстрому (в течение часов) и подчас резкому изменению важных метеорологических элементов и к изменению всего режима погоды.

А.ф. характерны для внетропических широт Земли, в особенности для умеренных широт, где между собой граничат основные воздушные массы тропосферы. Основная причина возникновения А.ф. - фронтогенез – наличие таких систем движения в тропосфере, которые приводят к сближению (сходимости) масс воздуха, обладающих разной температурой. Первоначально широкая переходная зона между воздушными массами становится при этом резким фронтом. В процессе общей циркуляции атмосферы между воздушными массами разных широтных зон с достаточно большими контрастами температуры возникают длинные (тыс. км), вытянутые преимущественно по широте главные фронты – арктические, антарктические, полярные, на которых происходит образование циклонов и антициклонов.

Циклон (Ц.) - (от греч. kyklon – кружащийся, вращающийся), атмосферное

возмущение с пониженным давлением в центре и вихревым движением воздуха. На картах обозначается буквой Н.

Различают Ц. внетропические и тропические. Последние обладают особыми свойствами и возникают гораздо реже. Минимальное атмосферное давление в Ц. приходится на центр Ц., к периферии оно растёт, т.е. горизонтальные барические градиенты направлены снаружи циклона внутрь. Замкнутые изобары (линии равного давления) неправильной, но в общем овальной формы ограничивают область пониженного давления (барическую депрессию) поперечником от нескольких сотен км. до 2-3 тысяч км. В этой области воздух находится в вихревом движении. В свободной атмосфере, выше пограничного слоя атмосферы (ок.1000 м ) он движется приблизительно по изобарам, отклоняясь от барического градиента на угол, близкий к прямому, вправо в Северном полушарии и влево в Южном (вследствие влияния отклоняющей силы Кориолиса и центробежной силы, возникающей при движении по криволинейным траекториям). У земной поверхности ветер образует с барическим градиентом угол порядка 60гр, т.е. к вращательному движению воздуха присоединяется течение воздуха вовнутрь Ц. (рис 4). Скорости ветра в Ц. сильнее, чем в смежных областях атмосферы ; иногда они достигают более 20 м/с (шторм) и даже более 30 м/с (ураган). В связи с восходящими составляющими движения воздуха, особенно вблизи фронтов, в циклонах преобладает облачная погода и выпадает основная часть осадков. Вследствие вихревого движения воздуха в область Ц. втягиваются различные по температуре воздушные массы из разных широт Земли. С этим связана температурная асимметрия Ц.; в различных его секторах температуры воздуха различны. С высотой изобары теряют замкнутую форму. Это происходит в зависимости от стадии развития Ц. и распределения температуры в нём. В начальной стадии развития подвижной (фронтальный) Ц. охватывает лишь нижнюю часть тропосферы. В стадии наибольшего развития Ц. может распространяться на всю высоту тропосферы и даже простираться в нижнюю стратосферу.

Подвижные циклоны перемещаются в атмосфере в общем с З. на В. В каждом отдельном случае направление перемещения определяется направлением общего переноса воздуха в верхней тропосфере. Средние скорости перемещения Ц. порядка 30-45 км/ч, но встречаются Ц., которые движутся быстрее (до 100км/ч).

Перемещаясь, Ц. способствует переносу тёплого воздуха в передней (восточной) части к высоким широтам и холодного воздуха в тыловой части (западной) к низким широтам. В южной части Ц. в нижних слоях создаётся тёплый сектор, ограниченный тёплым и холодным фронтами (стадия молодого Ц.),(рис.5). В последующем, при смыкании холодного и тёплого фронтов (окклюзия Ц.) происходящего вследствие большей скорости холодного фронта нежели тёплого он всегда догоняет последний, смешиваясь, они образуют сложный фронт именуемый фронтом окклюзии. Тёплый воздух оттесняется холодным от земной поверхности в высокие слои. Тёплый сектор ликвидируется и в Ц. устанавливается более равномерное распределение температуры (стадия окклюдированного Ц.) (рис.6). Запас энергии, способной превратиться в кинетическую, в Ц. иссякает; Ц. затухает, размывается или объединяется с другим Ц.(стадия старого Ц.), (рис.7).

1000

1005

995

ХВ

ТВ

Рис.5. Стадия молодого циклона

тёплый фронт

Рис. 4. Схема циклона в Северном холодный фронт

полушарии: линии - изобары, - тёплый воздух

стрелки - направление ветра. – холодный воздух

ХВ

ТВ

Рис.6.Стадия окклюдированного Рис.7.Стадия старого (размывающегося)

циклона циклона. Он заполняется на месте.

- фронт окклюзии

На главном фронт обычно развивается серия (семейство) циклонов, состоящая из нескольких Ц., перемещающихся один за другим. В конце развития серии отдельные ещё не затухшие Ц., объединяясь, образуют обширный, малоподвижный, глубокий и высокий центральный Ц., состоящий из холодного воздуха по всей своей толщине. Постепенно и он затухает. Одновременно с образованием Ц. возникают между ними промежуточные антициклоны с высоким давлением в центре. Весь процесс эволюции отдельного Ц. занимает несколько дней; серия циклонов и центральный Ц. могут существовать одну-две недели. В каждом полушарии в каждый момент можно обнаружить несколько главных фронтов и связанных с ними серий Ц.; общее число Ц. за год составляет много сотен над каждым полушарием. Ц. несёт нам пасмурную, дождливую (снежную) ветреную в передней и южной части тёплую погоду.

А

1020

нтициклон А.– область в атмосфере, характеризующаяся повышенным

д

1030

1025

Рис.8.Схема антициклона в

Северном полушарии.

авлением воздуха. Наивысшее давление – в центре А. и убывает к периферии. А. повседневно развиваются в тропосфере наряду с циклонами. Продолжительность существования отдельного А. – несколько суток, а иногда и недель. Как и циклоны, А. перемещаются в направлении общего переноса воздуха в тропосфере, т.е. с запада на восток, отклоняясь при этом к низким широтам. Средняя скорость перемещения А. – ок. 30км/ч в Сев. полушарии и ок. 40км/ч в Южном, но нередко А. надолго принимает малоподвижное состояние.

Ветер в А. дует, огибая центр А, в Северном полушарии по часовой стрелке, в Южном – против часовой стрелки, образуя тем самым гигантский вихрь (рис.8г). Размер А. в поперечнике порядка тысяч км. А. несёт нам ясную, солнечную, (зимой морозную) безветренную погоду.