Мы рассмотрели типы атмосферных фронтов. Но при прогнозировании погоды в яхтинге следует помнить, что рассмотренные виды атмосферных фронтов отражают только главные черты развития циклона. В действительности могут быть значительные отклонения от этой схемы.
Признаки атмосферного фронта любого типа могут быть в одних случаях резко выраженными, или обостренными,
в других случаях — слабо выраженными, или размытыми.
Если тип атмосферного фронта обостренный, то при переходе через его линию резко изменяются температура воздуха и другие метеорологические элементы, если размыт — температура и другие метеорологические элементы меняются постепенно.
Процессы образования и обострения атмосферных фронтов называются фронтогенезом, а процессы размывания — фронтолизом. Эти процессы наблюдаются непрерывно, подобно тому, как непрерывно формируются и трансформируются воздушные массы. Об этом необходимо помнить при прогнозировании погоды в яхтинге.
Для образования атмосферного фронта необходимо существование хотя бы небольшого горизонтального градиента температуры и такого поля ветра, под действием которого этот градиент значительно увеличился бы в некоторой узкой полосе.
Особую роль в образовании и размывании разных видов атмосферных фронтов играют барические седловины и связанные с ними деформационные поля ветра. Если изотермы в переходной зоне между соседними воздушными массами располагаются параллельно оси растяжения или под углом менее 45° к ней, то в деформационном поле происходит их сближение и горизонтальный температурный градиент увеличивается. Наоборот, при расположении изотерм параллельно оси сжатия или под углом менее 45° к ней расстояние между ними увеличивается, и если уже сформированный атмосферный фронт попадет под такое поле, произойдет его размывание.
Профиль поверхности атмосферного фронта.
Угол наклона профиля поверхности атмосферного фронта зависит от разности температуры и скорости ветра теплой и холодной воздушной массы. На экваторе атмосферные фронты не пересекаются с земной поверхностью, а превращаются в горизонтальные слои инверсии. Следует отметить, что на величину наклона поверхности теплого и холодного атмосферного фронта некоторое влияние оказывает трение воздуха о земную поверхность. В пределах слоя трения скорость движения фронтальной поверхности с высотой увеличивается, а выше уровня трения почти не изменяется. Это по разному влияет на профиль поверхности теплого и холодного атмосферного фронта.
Когда атмосферный фронт начал смещаться как теплый, в том слое, где скорость движения с высотой возрастает, фронтальная поверхность становится более отлогой. Аналогичное построение для холодного атмосферного фронта показывает, что под влиянием трения нижняя часть его поверхности становится более крутой, чем верхняя, и даже может получить внизу обратный наклон, так что теплый воздух у земной поверхности может располагаться в виде клина под холодным. Это осложняет прогнозирование последующих событий в яхтинге.
Движение атмосферных фронтов.
Важным фактором в яхтинге является движение атмосферных фронтов. Линии атмосферных фронтов на картах погоды проходят вдоль осей барических ложбин. Как известно, в ложбине линии тока имеют сходимость к оси ложбины, а следовательно, к линии атмосферного фронта. Поэтому при прохождении его ветер довольно резко изменяет свое направление.
Вектор ветра в каждой точке перед и за линией атмосферного фронта можно разложить на две составляющие: касательную и нормальную. Для движения атмосферного фронта имеет значение лишь нормальная составляющая скорости ветра, величина которой зависит от угла между изобарами и линией фронта. Скорость движения атмосферных фронтов может колебаться в весьма широких пределах, так как она зависит не только от скорости ветра, но и от характера барического и термического полей тропосферы в его зоне, а также от влияния приземного трения. Определение скорости перемещения атмосферных фронтов чрезвычайно важно в яхтинге при выполнении необходимых действий по уклонению от циклона.
Следует отметить, что сходимость ветров к линии атмосферного фронта в приземном слое стимулирует восходящие движения воздуха. Поэтому вблизи этих линий имеются наиболее благоприятные условия для образования облаков и выпадения осадков, и наименее благоприятные для яхтинга.
В случае резкого типа атмосферного фронта над ним и параллельно ему в верхней тропосфере и нижней стратосфере наблюдается струйное течение, под которым понимают узкие потоки воздуха с большими скоростями и большой горизонтальной протяженностью. Максимальная скорость отмечается вдоль мало наклоненной горизонтальной оси струйного течения. Длина последнего измеряется тысячами, ширина — сотнями, толщина — несколькими километрами. Максимальная скорость ветра по оси струйного течения составляет 30 м/сек и более.
Возникновение струйных течений связано с образованием в высотных фронтальных зонах больших горизонтальных градиентов температуры, обусловливающих, как известно, термический ветер.
Стадия молодою циклона продолжается до тех пор, пока в центре циклона у земной поверхности остается теплый воздух. Продолжительность этой стадии в среднем 12-24 ч.
Зоны атмосферных фронтов молодого циклона.
Обратим еще раз внимание, что как в начальной стадии развития молодого циклона теплый и холодный фронты представляют собой два участка волнообразно изогнутой поверхности основного атмосферного фронта, на которой развивается циклон. В молодом циклоне можно выделить три зоны, резко отличающиеся по условиям погоды, а соответственно и по условиям для яхтинга.
Зона I - передняя и центральная части холодного сектора циклона перед теплым атмосферным фронтом. Здесь характер погоды определяется свойствами теплого фронта. Чем ближе к его линии и к центру циклона, тем мощнее система облаков и тем вероятнее выпадение обложных осадков, наблюдается падение давления.
Зона II - тыловая часть холодного сектора циклона за холодным атмосферным фронтом. Здесь погода определяется свойствами холодного атмосферного фронта и холодной неустойчивой воздушной массы. При достаточной влажности и значительной неустойчивости воздушной массы выпадают ливневые осадки. Атмосферное давление за его линией растет.
Зона III - теплый сектор. Поскольку теплая воздушная масса является преимущественно влажной и устойчивой, то условия погоды в ней обычно соответствуют условиям погоды в устойчивой воздушной массе.
На рисунке вверху и внизу даны два вертикальных разреза через область циклона. Верхний сделан к северу от центра циклона, нижний — к югу и пересекает все три рассмотренные зоны. На нижнем виден подъем теплого воздуха в передней части циклона над поверхностью теплого атмосферного фронта и образование характерной облачной системы, а также распределение течений и облаков у холодного атмосферного фронта в тыловой части циклона. Верхний разрез пересекает поверхность основного фронта только в свободной атмосфере; у земной поверхности лишь холодный воздух, теплый течет над ним. Разрез проходит через северный край области фронтальных осадков.
Изменение направления ветра при движении атмосферного фронта видно из рисунка, где показаны линии тока холодного и теплого воздуха.
Теплый воздух в молодом циклоне движется быстрее, чем перемещается само возмущение. Поэтому через возмещение протекает все новый и новый теплый воздух, опускающийся по холодному клину в тылу циклона и восходящий в его передней части.
С ростом амплитуды возмущения теплый сектор циклона суживается: холодный атмосферный фронт постепенно нагоняет медленно движущийся теплый и наступает момент, когда теплый и холодный атмосферные фронты циклона смыкаются.
Центральная область циклона у земной поверхности вся заполняется холодным воздухом, а теплый воздух оттесняется в более высокие слои.
Нижняя часть атмосферы Земли, тропосфера, находится в постоянном движении, смещаясь над поверхностью планеты и перемешиваясь. Отдельные ее участки обладают различной температурой. При встрече таких атмосферных зон и возникают атмосферные фронты, которые представляют собой пограничные зоны между воздушными массами разной температуры.
Образование атмосферного фронта
Циркуляция тропосферных потоков приводит к тому, что теплые и холодные воздушные течения встречаются. В месте их встречи из-за разницы температур происходит активная конденсация водяных паров, что приводит к образованию мощных облаков, а впоследствии - сильным осадкам.
Граница атмосферных фронтов редко бывает ровной, она всегда извилиста и неоднородна, вследствие текучести воздушных масс. Более теплые атмосферные течения натекают на холодные воздушные массы и поднимаются вверх, более холодные - вытесняют теплый воздух, заставляя его подниматься выше.
Рис. 1. Приближение атмосферного фронта.
Теплый воздух по массе легче холодного и всегда поднимается вверх, холодный - наоборот, скапливается у поверхности.
Активные фронты двигаются со средней скоростью в 30-35 км. в час, однако они могут и временно прекращать свое движение. По сравнению с объемом воздушных масс граница их соприкосновения, которую и называют атмосферным фронтом - очень невелика. Ширина его может достигать сотни километров. В длину - в зависимости от величины сталкивающихся воздушных течений, фронт может иметь тысячи км.
Признаки атмосферного фронта
В зависимости от того, какое атмосферное течение движется более активно, различают теплые и холодные фронты.
ТОП-1 статья которые читают вместе с этой
Рис. 2. Синоптическая карта атмосферных фронтов.
Признаками приближающегося теплого фронта являются:
- перемещение теплых воздушных масс в сторону более холодных;
- образование перистых или слоистых облаков;
- постепенное изменение погоды;
- моросящие или обложные дожди;
- повышение температуры после прохождения фронта.
О приближении холодного фронта свидетельствуют:
- перемещение холодного воздуха в сторону теплых областей атмосферы;
- образование большого количества кучевых облаков;
- быстрые изменения погоды;
- ливневые и грозовые дожди;
- последующее понижение температуры.
Холодный воздух движется быстрее теплого, поэтому низкотемпературные фронты более активны.
Погода и атмосферный фронт
В областях прохождения атмосферных фронтов погода изменяется.
Рис. 3. Столкновение теплого и холодного воздушных течений.
Изменения ее зависят от:
- температур встретившихся воздушных масс . Чем больше разница температур - тем сильнее будут ветра, интенсивнее осадки, мощнее облачность. И наоборот, если разница температур воздушных течений невелика, то атмосферный фронт будет слабовыраженным и его прохождение над поверхностью Земли не принесет особых погодных изменений;
- активности воздушных течений . В зависимости от их давления, атмосферные потоки могут обладать различной скоростью передвижения, от чего будет зависеть скорость изменения погоды;
- формы фронта . Более простые линейные формы поверхности фронта более предсказуемы. При образовании атмосферных волн или замыкании отдельных выдающихся языков воздушных масс образуются вихри - циклоны и антициклоны.
После прохождения теплого фронта устанавливается погода с более высокой температурой. После прохождения холодного - наступает похолодание.
Зимним вечером, когда я пекла блины, прибежали с улицы мой сынишка Саша и его друг Миша. Ребята были в восторге от теплой погоды, они играли в снежки. По телевизору диктор сказала, что к нам пришел теплый атмосферный фронт. Мальчики спросили меня, что такое этот атмосферный фронт? Пришлось им все доступно объяснить.
Что представляет собой атмосферный фронт
Я рассказала ребятам все, что знала об этом явлении. Атмосферные фронты возникают, когда сталкиваются холодные и теплые массы воздуха. К нам они приходят из разных мест Земли, поэтому воздушные массы бывают:
- Арктические.
- Полярные.
- Тропические.
- Экваториальные.
Теплый атмосферный фронт приносит понижение давления и обильные осадки. А воздух становится теплее, как у нас сейчас.
Холодный фронт летом сопровождается сильными дождями, градом и ветром. В зимнее время приносит снежную пургу и шквалистый ветер.
Ребят впечатлило фото циклона, который тоже может возникнуть под действием атмосферных фронтов.
Какие атмосферные фронты влияют на климат России
Я рассказала Саше и Мише, какие атмосферные фронты характерны для нашей страны. Обычно у нас действует арктический и полярный фронт, они возникают в Карском, Охотском и Баренцевом морях. Саша вспомнил, что в июле в средней полосе, где мы живем, идут сильные дожди, что мешает сбору вишен в саду. Я подсказала, что это можно объяснить влиянием полярного фронта.
Миша рассказал, что на Дальнем Востоке, где они жили раньше, климат более мягкий. Я объяснила мальчику, что там действует тропический фронт. Влияние атмосферных фронтов на климат нашей планеты
Климат на Земле резко меняется. Атмосферные фронты теперь часто приносят снег летом и тепло зимой. Нам остается только приспосабливаться к глобальным переменам погоды. Ученые предполагают, что вскоре океан может затопить целые острова.
К счастью в моем районе не бывает сильных ураганов. Но климат тоже изменился. Теперь я стараюсь укрыть помидоры на грядках пленкой. В открытом грунте они пропадают из-за внезапных заморозков либо жары.
Оказалось, что теплый воздух затягивается в циклон не по всей его восточной (правой) половине, а в достаточно ограниченном секторе, расположенном в южной и юго-восточной частях циклона между двумя линиями конвергенции. Облачность и осадки распределены в циклоне неравномерно. Обложные дожди выпадают преимущественно перед первой (восточной) линией сходимости воздушных потоков, а также в центре циклона. Ливневые дожди и грозы сосредоточены в узкой полосе вдоль второй (западной) линии конвергенции. Эти линии впоследствии были названы атмосферными фронтами. Поскольку в умеренных широтах циклоны обычно перемещаются с запада на восток, через пункт наблюдений сначала проходит восточный фронт циклона, за которым поступает теплый воздух. Этот атмосферный фронт был назван теплым. В окрестностях теплого атмосферного фронта теплый воздух активно наступает на линию фронта, движется практически перпендикулярно к ней, а холодный воздух переносится почти параллельно этой линии, т.е. медленно от нее отступает. Следовательно, теплая воздушная масса догоняет и перегоняет холодную. Затем к пункту наблюдения приближается западный (холодный) фронт циклона, при прохождении которого температура воздуха резко падает. Около холодного атмосферного фронта динамика иная: холодный воздух догоняет теплый и стремительно вытесняет его вверх.
Восходящее скольжение охватывает мощные слои теплого воздуха над всей фронтальной поверхностью и возникает обширная система высоко-слоистых - слоисто-дождевых облаков с обложными осадками. Тёплый фронт имеет антициклоническую кривизну и движется в сторону холодного воздуха. На карте погоды тёплый фронт отмечается красным цветом или зачернёнными полукружками, направленными в сторону перемещения фронта (рис. 1). 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), скорость его уменьшается, 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). Прохождение теплого фронта обычно сопровождается мощной слоисто-дождевой, затягивающей все небо, облачностью с обложным дождем. Первый вестник теплого фронта - перистые облака. Постепенно они превращаются в сплошную белую вуаль в перистослоистые облака. В верхних слоях атмосферы уже движется теплый воздух. Падает давление. Чем ближе к нам линия фронта, тем плотнее становятся облака. Солнце просвечивает тусклым пятном. Затем облака опускаются ниже, солнце скрывается совсем. Ветер усиливается и меняет свое направление по часовой стрелке (например, сначала был восточный, потом юго-восточный и даже юго-западный) Приблизительно за 300- 400 км до фронта облака сгущаются. Начинается мелкий обложной дождь или снег. Но вот теплый фронт миновал. Дождь или снег прекратился, тучи рассеиваются, наступает потепление - пришла более теплая воздушная масса. Теплый фронт в вертикальном разрезе представлен на рис. 2.
Если же теплый воздух отступает, а холодный растекается вслед за ним значит, приближается холодный фронт. Его приход всегда вызывает похолодание. Но при движении не все слои воздуха имеют одинаковую скорость. Самый нижний слой в результате трения о земную поверхность немного задерживается, а более высокие вытягиваются вперед. Таким образом, холодный воздух обрушивается на теплый в виде вала. Теплый воздух быстро вытесняется вверх, и создаются мощные нагромождения кучевых и кучево-дождевых облаков. Облака холодного фронта несут ливни, грозы, сопровождающиеся сильным порывистым ветром. Они могут достигать очень большой высоты, но в горизонтальном направлении простираются всего на 20...30 км. А так как холодный фронт движется обычно быстро, то бурная погода продолжается недолго - от 15...20 мин. до 2...3 ч. В результате взаимодействия холодного воздуха с теплой подстилающей поверхностью образуются кучевые облака с просветами. Затем наступает полное прояснение.
В случае холодного фронта восходящее движение теплого воздуха ограничено более узкой зоной и особенно сильно перед холодным клином, где теплый воздух вытесняется холодным. Облака здесь будут в значительной мере иметь характер кучево-дождевых с ливневыми осадками и грозами (рис. 3, рис. 4). Холодный фронт имеет циклоническую кривизну (выпуклость в сторону тёплого воздуха) и движется в сторону тёплого воздуха. На карте погоды холодный фронт отмечается синим цветом или зачернёнными треугольниками, направленными в сторону перемещения фронта (рис.1). Течение в холодном воздухе имеет составляющую, направленную к линии фронта, поэтому холодный воздух, продвигаясь вперед, занимает пространство, где до этого находился тёплый воздух, что увеличивает его неустойчивость.
При переходе через линию тёплого 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 увеличивается 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 располагается замкнутая изаллобарическая область роста давления, причём, рост может достигать 3-5 гПа/3ч. Изменение давления в сторону его роста (от падения к росту, от медленного роста к более сильному) свидетельствует о прохождении линии приземного фронта.
Перед фронтом часто наблюдаются грозы и шквалы. Температура воздуха после прохождения фронта падает, причём часто быстро и резко – на 10 °С и более за 1-2 часа. Массовая доля водяного пара понижается одновременно с температурой воздуха. Видимость, как правило, улучшается, поскольку за холодным фронтом вторгается полярный или арктический воздух. Кроме того, неустойчивость воздушной массы препятствует конденсации вблизи поверхности Земли.
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. На холодных фронтах 1-го рода преобладает упорядоченное поднятие тёплого воздуха над клином холодного воздуха. Холодный фронт 1-го рода является пассивной поверхностью восходящего скольжения. К этому типу принадлежат медленно движущиеся или замедляющие свое движение фронты, преимущественно на периферии циклонических областей в глубоких барических ложбинах. При этом облака расположены главным образом за линией фронта. Отличие от облачности тёплого фронта всё же существует. Вследствие трения поверхность холодного фронта в нижних слоях становится крутой. Поэтому перед самой линией фронта вместо спокойного и пологого восходящего скольжения наблюдается более крутой (конвективный) подъём тёплого воздуха (рис.3). Благодаря этому, в передней части облачной системы иногда возникают мощные кучевые и кучево-дождевые облака, растянутые на сотни километров вдоль фронта, с ливнями летом, снегопадами зимой, грозами, градом и шквалами. Над вышележащей частью фронтальной поверхности с нормальным наклоном в результате восходящего скольжения тёплого воздуха облачная система представляет равномерный покров слоистообразных облаков. Ливневые осадки перед фронтом после прохождения фронта сменяются более равномерными обложными осадками. Наконец, появляются перисто-слоистые и перистые облака. Вертикальная мощность системы и ширина облачной системы и области осадков при этом будет почти в 2 раза меньше, чем в случае тёплого фронта. Верхняя граница системы находится примерно на высоте 4-4.5 км. Под основной облачной системой могут возникать слоистые разорванные облака, иногда образуются фронтальные туманы. Продолжительность прохождения холодного фронта 1-го рода через пункт наблюдения составляет 10 ч. и более.
Фронты 2-го рода в нижнем слое атмосферы являются пассивной поверхностью восходящего скольжения, а выше – активной поверхностью нисходящего скольжения. К этому типу принадлежит большая часть быстро движущихся холодных фронтов в циклонах. Здесь происходит вытеснение тёплого воздуха нижних слоев вверх продвигающимся вперед холодным валом. Поверхность холодного фронта в нижних слоях располагается очень круто, образуя даже выпуклость в виде вала (рис.4). Быстрое перемещение клина холодного воздуха вызывает вынужденную конвекцию вытесняемого тёплого воздуха в узком пространстве у передней части фронтальной поверхности. Здесь создается мощный конвективный поток с образованием кучево-дождевой облачности, усиливающийся в результате термической конвекции. Предвестниками фронта являются высококучевые чечевицеобразные облака, которые распространяются перед ним на удалении до 200 км. Возникающая облачная система имеет небольшую ширину (50-100 км) и представляет собой не отдельные конвективные облака, а непрерывную цепь, или облачный вал, который иногда может быть не сплошным. В тёплую половину года верхняя граница кучево-дождевых облаков распространяется до высоты тропопаузы. На холодных фронтах 2-го рода наблюдается интенсивная грозовая деятельность, ливни, иногда с градом, шквалистые ветры. В облаках сильная болтанка и обледенение. Ширина зоны опасных явлений погоды составляет несколько десятков километров. В холодную половину года вершины кучево-дождевых облаков достигают 4 км. Ширина зоны снегопада составляет 50 км. С этой облачностью связаны сильные снегопады, метели при видимости менее 1000 м, резкое усиление скорости ветра, болтанка.
При прохождении холодных фронтов 2-го рода через пункт наблюдений сначала (часа за 3-4 до прохождения линии фронта у Земли) появляются перистые облака, которые быстро сменяются высокослоистыми, иногда чечевицеобразными, которые быстро сменяются громадой с ливнями, грозами, градом, шквалами. Продолжительность перемещения системы облаков с ливневыми осадками и грозами обычно не превышает 1-2 часа. После прохождения холодного фронта ливневые осадки прекращаются. Особенностью холодных фронтов как первого, так и второго рода являются предфронтальные шквалы. Поскольку в передней части холодного клина, благодаря трению, создается крутой наклон фронтальной поверхности, часть холодного воздуха оказывается над тёплым. Далее происходит “обрушивание” вниз холодных воздушных масс в передней части продвигающегося холодного вала. Обрушивание холодного воздуха приводит к вытеснению вверх тёплого воздуха и к возникновению вдоль фронта вихря с горизонтальной осью. Особенно интенсивными бывают шквалы на суше летом, при большой разности температур между тёплым и холодным воздухом по обе стороны от фронта и при неустойчивости тёплого воздуха. В этих условиях прохождение холодного фронта сопровождается разрушительными скоростями ветра. Скорость ветра нередко превышает 20-30 м/с, продолжительность явления обычно несколько минут, иногда наблюдаются порывы.
Фронты окклюзии
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. Процесс вытеснения тёплого воздуха в верхние слои называется окклюдированием. При этом тыловой клин холодного воздуха циклона смыкается с передним клином холодного воздуха. Тёплый воздух в виде воронки постепенно поднимается вверх, а его место занимает холодный воздух, поступающий с боков (рис. 5). Поверхность раздела, возникающую при смыкании холодного и тёплого фронтов, называют поверхностью фронта окклюзии.
В случае холодного фронта окклюзии 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. В случае тёплого фронта окклюзии воронка тёплого воздуха вытесняется более тёплым воздухом, натекающим на клин более холодного воздуха. Тыловой клин менее холодного воздуха, нагоняет передний клин более холодного воздуха, и холодный фронт, отделившись от поверхности Земли, поднимается по поверхности тёплого фронта.
Слабое восходящее скольжение тылового воздуха по переднему вдоль поверхности окклюзии может привести к образованию вдоль нее облаков типа St-Sc, не достигающих уровня ледяных ядер. Из них перед нижним тёплым фронтом будет выпадать моросящие осадки.