Атмосферный фронт. Тёплый и холодный фронт

Наблюдать за изменениями погоды очень увлекательно. Солнце сменяется дождем, дождь - снегом, и над всем этим разнообразием веют порывистые ветра. В детстве это вызывает восхищение и удивление, у людей постарше - желание понять механизм процесса. Давайте попробуем понять, что формирует погоду и как с этим связаны атмосферные фронты.

Граница воздушных масс

В привычном восприятии "фронт" - термин военный. Это грань, на которой происходит столкновение вражеских сил. А понятие атмосферные фронты - это границы соприкосновения двух воздушных масс, которые формируются над огромными площадями поверхности Земли.

По воле природы человек получил возможность жить, эволюционировать и заселять все большие территории. Тропосфера - нижняя часть атмосферы Земли - обеспечивает нас кислородом и находится в непрерывном движении. Вся она состоит из отдельных воздушных масс, объединенных общим возникновением и похожими показателями. Среди основных показателей этих масс определяют объем, температуру, давление и влажность. Во время движения различные массы могут сближаться и сталкиваться. Однако они никогда не теряют своих границ и не смешиваются между собой. - это участки, где соприкосаються и происходят резкие погодные скачки.

Немного истории

Понятия «атмосферный фронт» и «фронтальная поверхность» возникли не сами по себе. Их ввел в метеорологию норвежский ученый Я. Бьеркнес. Произошло это в 1918 году. Бьеркнес доказал, что атмосферные фронты - это основные звенья в высоких и средних слоях. Однако до исследований норвежца, еще в 1863 году, адмирал Фицрой предположил, что яростные атмосферные процессы начинаются в местах встреч масс воздуха, идущих с разных сторон света. Но в тот момент научное сообщество не обратило внимания на эти наблюдения.

Бергенская школа, представителем которой был Бьеркнес, не только проводила собственные наблюдения, но и свела воедино все знания и предположения, высказанные более ранними наблюдателями и учеными, и изложила их в виде последовательной научной системы.

По определению, наклонную поверхность, представляющую собой область перехода между разными воздушными потоками, называют фронтальной поверхностью. А вот атмосферные фронты - это отображение фронтальных поверхностей на метеорологическую карту. Обычно переходная область атмосферного фронта завязывается у поверхности Земли и поднимается вверх до тех высот, на которых размываются различия между воздушными массами. Чаще всего порог этой высоты составляет от 9 до 12 км.

Теплый фронт

Атмосферные фронты бывают разные. Они зависят от направленности передвижения теплых и холодных массивов. Выделяют три типа фронтов: холодный, теплый и окклюзий, образованный в месте смыкания различных фронтов. Рассмотрим подробнее, что представляют собой теплые и холодные атмосферные фронты.

Теплый фронт - такое движение воздушных масс, при котором холодный воздух уступает место теплому. То есть воздух более высокой температуры, продвигаясь, располагается на территории, где господствовали холодные воздушные массы. Кроме этого, он поднимается ввысь вдоль переходной зоны. При этом температура воздуха постепенно снижается, из-за чего происходит конденсация находящегося в нем водяного пара. Так образовываются облака.

Основные признаки, по которым можно определить теплый атмосферный фронт:

• резко падает атмосферное давление;
• возрастает ;
• повышается температура воздуха;
• появляются перистые, затем перисто-слоистые, а после - высоко-слоистые облака;
• ветер немного поворачивает влево и становится более сильным;
• облака становятся слоисто-дождевыми;
• выпадают осадки различной интенсивности.

Обычно после прекращения осадков теплеет, но это длится недолго, поскольку холодный фронт движется очень быстро и нагоняет теплый атмосферный фронт.

Холодный фронт

Наблюдается такая особенность: теплый фронт всегда наклонен в сторону движения, а холодный - в противоположную. Когда происходит движение фронтов, холодный воздух вклинивается в теплый, выталкивая его вверх. Холодные атмосферные фронты ведут к снижению температуры и похолоданию на значительной территории. По мере остывания поднявшихся теплых воздушных масс влага конденсируется в облачность.

Основные признаки, по которым можно определить холодный фронт:

• перед фронтом давление падает, за линией атмосферного фронта резко повышается;
• образовываются кучевые облака;
• появляется порывистый ветер, с резкой сменой направления по часовой стрелке;
• начинается проливной дождь с грозой или градом, продолжительность осадков около двух часов;
• резко падает температура, иногда на 10°С сразу;
• за атмосферным фронтом наблюдаются многочисленные прояснения.

Для путешественников пройти через холодный фронт - испытание не из легких. Иногда приходится преодолевать вихри и шквалы в условиях плохой видимости.

Фронт окклюзий

Уже говорилось, что атмосферные фронты бывают разные, если с теплыми и холодными более-менее все понятно, то фронт окклюзий вызывает массу вопросов. Формирование подобных эффектов происходит в местах смыкания холодного и теплого фронтов. Более теплый воздух при этом вытесняется вверх. Основное действие происходит в циклонах в момент, когда более стремительный холодный фронт нагоняет теплый. В результате происходит движение атмосферных фронтов и столкновение трех воздушных масс, двух холодных и одной теплой.

Основные признаки, по которым можно определить фронт окклюзий:

• облака и осадки обложного типа;
• резкие смены без сильного изменения скорости;
• плавное изменение давления;
• отсутствие резких перепадов температур;
• циклоны.

Фронт окклюзий зависит от температуры холодных воздушных масс перед ним и за его линией. Различают холодный и теплый фронты окклюзий. Самые сложные условия наблюдаются в момент непосредственного смыкания фронтов. По мере вытеснения теплого воздуха фронт размывается, улучшаются.

Циклон и антициклон

Поскольку в описании фронта окклюзий было употреблено понятие "циклон", то надо рассказать, что же это за явление.

Вследствие неравномерного распределения воздуха в поверхностных слоях образуются зоны высокого и низкого давления. Зоны высокого давления характеризуются избыточным количеством воздуха, низкого - недостаточным его количеством. В результате перетока воздуха между зонами (из избыточной в недостаточную) образуется ветер. Циклон - участок низкого давления, который затягивает, как в воронку, недостающий воздух и облака из зон, где они в избытке.

Антициклон - участок с повышенным давлением, который вытесняет избыток воздуха в зоны низкого давления. Основная характеристика - ясная погода, поскольку облака из этой зоны также вытесняются.

Географическое разделение атмосферных фронтов

В зависимости от климатических зон, над которыми формируются атмосферные фронты, их разделяют по географическому признаку на:

1. Арктический, отделяющий холодные арктические воздушные массы от умеренных.
2. Полярный, располагающийся между умеренной и тропической массами.
3. Тропический (пассатный), разграничивающий тропическую и экваториальную зоны.

Влияние подстилающей поверхности

На физические свойства воздушных масс влияет радиация и вид Земли. Поскольку характер такой поверхности может быть различным, то и трение об нее происходит неравномерно. Сложный географический рельеф может деформировать линию атмосферного фронта и изменить его эффекты. Например, известны случаи разрушения атмосферных фронтов при переваливании через горные хребты.

Воздушные массы и атмосферные фронты приносят синоптикам множество сюрпризов. Сопоставляя и изучая направления движения масс и капризы циклонов (антициклонов), они составляют графики и прогнозы, которыми люди ежедневно пользуются, даже не задумываясь над тем, насколько большой труд за этим стоит.

Атмосферные фронты, имеют несколько различных характеристик. По ним происходит деление этого природного явления на разные виды.

Атмосферные фронты могут достигать ширины 500-700 км, а в длину простираться на 3000-5000 км.

Атмосферные фронты классифицируют по перемещению относительно расположения воздушных масс. Еще один критерий – пространственная протяженность и циркуляционная значимость. И, наконец, географический признак.

Характеристика атмосферных фронтов

По перемещению атмосферные фронты можно разделить на холодные, теплые и фронты окклюзии.
Теплый атмосферный формируется, когда теплые воздушные массивы, как правило, влажные надвигаются на более сухие и холодные. Приближающийся теплый фронт приносит постепенное понижение атмосферного давления, незначительное повышение температуры воздуха и небольшие, но продолжительные осадки.

Холодный фронт образуется под влиянием северных ветров, нагнетающих холодный воздух в области, которые ранее занимал теплый фронт. Холодный атмосферный фронт влияет на погоду в небольшой полосе и часто сопровождается грозами и понижением атмосферного давления. После того, как фронт пройдет, температура воздуха резко понижается, а давление увеличивается.

Циклон, который считается самым сильным и разрушительным в истории, обрушился на дельту Ганга в восточной части Пакистана в ноябре 1970 года. Скорость ветра достигла более 230 км/ч, а высота приливной волны была около 15 метров.

Фронты окклюзии возникают при наложении одного атмосферного фронта на другой, образованный ранее. Между ними располагается значительная масса воздуха, температура которого намного выше, чем у воздуха, который его окружает. Окклюдирование возникает при вытеснении теплой воздушной массы и ее отрыве от поверхности земли. В результате фронт перемешается у поверхности земли уже под воздействием двух холодных масс воздуха. На фронтах окклюзии нередко расположены глубокие волновые циклоны, образованные в виде очень хаотичных волновых возмущений. Ветер при этом значительно усиливается, и волна становится четко выраженной. В результате фронт окклюзии превращается в большую размытую фронтальную зону и по прошествии некоторого времени полностью исчезает.

По географическим признакам фронты разделяются на арктические, полярные и тропические. В зависимости от того, в каких широтах они образованы. Помимо этого, в зависимости от подстилающей поверхности, фронты делятся на континентальные и морские.

Под понятием атмосферный фронт принято понимать переходную зону, в которой встречаются смежные воздушные массы с различными характеристиками. Возникновение атмосферных фронтов происходит, когда сталкиваются теплые и холодные воздушные массы. Они могут простираться на десятки километров.

Воздушные массы и атмосферные фронты

Циркуляция атмосферы происходит благодаря формированию различных воздушных течений. Воздушные массы, находящиеся в нижних слоях атмосферы, способны объединяться друг с другом. Причиной этому служат общие свойства этих масс или идентичное происхождение.

Изменение погодных условий происходит именно из-за движения воздушных масс. Теплые вызывают потепление, а холодные - похолодание.

Выделяют несколько типов воздушных масс. Их различают по очагу возникновения. Такими массами являются: арктические, полярные, тропические и экваториальные воздушные массы.

Атмосферные фронты возникают при столкновении различных воздушных масс. Территории столкновения, называют фронтальными или переходными. Эти зоны мгновенно возникают и также быстро разрушаются - все зависит от температуры столкнувшихся масс.

Ветер, возникающие при таком столкновении, может достигать скорости 200 км/к на высоте 10 км от земной поверхности. Циклоны и антициклоны являются следствием столкновений воздушных масс.

Тёплый и холодный фронты

Теплыми фронтами считаются фронты, движущиеся в сторону холодного воздуха. Вместе с ними перемещается и теплая воздушная масса.

При приближении теплых фронтов отмечается понижение давления, уплотнение облаков и выпадение обильных осадков. После того, как фронт прошел, изменяется направление ветра, его скорость уменьшается, давление начинает постепенно подниматься, а осадки прекращаются.

Теплый фронт характеризуется натеканием теплых воздушных масс на холодные, что вызывает их охлаждение.

Также он достаточно часто сопровождается обильными осадками и грозами. Но когда в воздухе содержится недостаточное количество влаги, осадки не выпадают.

Холодными фронтами считаются воздушные массы, которые движутся и вытесняют теплые. Выделяются холодный фронт первого рода и холодный фронт второго рода.

Первый род характеризуется медленным проникновением его воздушных масс под теплый воздух. Этот процесс образует облака как за линией фронта, так и в его пределах.

Верхняя часть фронтальный поверхности состоит из равномерного покрова слоистых облаков. Длительность формирования и распада холодного фронта составляет около 10 часов.

Второй род представляет собой холодные фронты, движущиеся с большой скоростью. Теплый воздух мгновенно вытесняется холодным. Это приводит к образованию кучево-дождевой области.

Первыми сигналами о приближении такого фронта являются высокие облака, визуально напоминающие чечевицу. Их образование происходит задолго до его прихода. Холодный фронт находится в двухстах километрах от места появления этих облаков.

Холодный фронт 2 рода в летний период сопровождается обильными осадками в виде дождя, градом и шквалистым ветром. Такая погода может распространяться на десятки километров.

Зимой холодный фронт 2 рода вызывает снежную пургу, сильный ветер, болтанку.

Атмосферные фронты России

На климат России в основном влияют Северный Ледовитый океан, Атлантический и Тихий.

Летом через Россию проходят Антарктические воздушные массы, отражающиеся на климате Предкавказья.

Вся территория России подвержена циклонам. Чаще всего они образуются над Карским, Баренцевым и Охотскими морями.

Чаще всего в нашей стране действует два фронта - арктический и полярный. Они перемещаются к югу или северу в разные климатические периоды.

Южная часть Дальнего Востока подвержена влиянию тропического фронта. Обильные осадки на средней полосе России вызваны воздействием полярного франта, который действует в июле.

Атмосферными фронтами или просто фронтами называются переходные зоны между двумя различными воздушными массами. Переходная зона начинается от поверхности Земли и простирается вверх до той высоты, где различия между воздушными массами стираются (обычно до верхней границы тропосферы). Ширина переходной зоны у поверхности Земли не превышает 100 км.

В переходной зоне - зоне соприкосновения воздушных масс - происходят резкие изменения значений метеорологических параметров (температуры, влажности). Здесь наблюдается значительная облачность, выпадает больше всего осадков, происходят наиболее интенсивные изменения давления, скорости и направления ветра.

В зависимости от направления перемещения теплых и холодных масс воздуха, расположенных по обе стороны от переходной зоны, фронты делят на теплые и холодные. Фронты, которые мало изменяют свое положение, называют малоподвижными. Особое положение занимают фронты окклюзии, образующиеся при смыкании теплого и холодного фронтов. Фронты окклюзии могут быть по типу как холодного, так и теплого фронтов. На картах погоды фронты проводятся либо цветными линиями, либо даются условными обозначениями (см. рис. 4). Подробно о каждом из этих фронтов будет сказано ниже.

2.8.1. Теплый фронт

Если фронт движется так, что холодный воздух отступает, уступая место теплому воздуху, то такой фронт называется теплым. Теплый воздух, продвигаясь вперед, не только занимает пространство, где раньше находился холодный воздух, но и поднимается вверх вдоль переходной зоны. По мере подъема он охлаждается, и водяной пар, находящийся в нем, конденсируется. В результате этого образуются облака (рис. 13).

Рис, 13. Теплый фронт на вертикальном разрезе и на карте погоды.

На рисунке показаны наиболее характерная облачность, осадки и воздушные течения теплого фронта. Первым признаком приближения теплого фронта будет появление перистых облаков (Ci). Давление при этом начнет падать. Через несколько часов перистые облака, уплотняясь, переходят в пелену перисто-слоистых облаков (Cs). Вслед за перисто-слоистыми облаками натекают еще более плотные высоко-слоистые облака (As), постепенно становящиеся непросвечиваемыми луной или солнцем. Давление падает при этом сильнее, а ветер, несколько поворачивая влево, усиливается. Из высокослоистых облаков могут выпадать осадки, особенно зимой, когда они по пути не успевают испариться.

Через некоторое время эти облака переходят в слоисто-дождевые (Ns), под которыми обычно бывают разорванно-дождевые (Frob) и разорванно-слоистые (Frst). Осадки из слоисто- дождевых облаков выпадают более интенсивно, видимость ухудшается, давление быстро падает, ветер усиливается, часто принимает порывистый характер. При пересечении фронта ветер резко поворачивает вправо, падение давления прекращается или замедляется. Осадки могут прекратиться, но обычно они лишь ослабевают и переходят в моросящие. Температура и влажность воздуха постепенно повышаются.

Трудности, которые могут встретиться при пересечении теплого фронта, связаны, в основном, с длительным пребыванием в зоне плохой видимости, ширина которой колеблется от 150 до 200 м. миль. Необходимо знать, что условия плавания в умеренных и северных широтах при пересечении теплого фронта в холодную половину года ухудшаются вследствие расширения зоны плохой видимости и возможного обледенения.

2.8.2. Холодный фронт

Холодным фронтом называется фронт, перемещающийся в сторону теплой воздушной массы. Различают два основных типа холодных фронтов:

1) холодные фронты первого рода - медленно движущиеся или замедляющиеся фронты, которые чаще всего наблюдаются на периферии циклонов или антициклонов;

2) холодные фронты второго рода - быстро движущиеся или перемещающиеся с ускорением, они возникают во внутренних частях циклонов и ложбин, перемещающихся с большой скоростью.

Холодный фронт первого рода. К холодному фронту первого рода, как было сказано, относится медленно движущийся фронт. В этом случае теплый воздух медленно восходит вверх по вторгающемуся под него клину холодного воздуха (рис. 14).

Вследствие этого над зоной раздела образуются сначала слоисто-дождевые облака (Ns), переходящие на некотором расстоянии от линии фронта в высоко-слоистые (As) и перисто- слоистые (Cs) облака. Осадки начинают выпадать у самой линии фронта и продолжаются после его прохождения. Ширина зоны зафронтальных осадков составляет 60-110 м. миль. В теплое время года в передней части такого фронта создаются благоприятные условия для образования мощных кучево- дождевых облаков (Сb), из которых выпадают ливневые осадки, сопровождающиеся грозами.

Давление перед самым фронтом сильно падает и на барограмме образуется характерный «грозовой нос» - острый пик, обращенный книзу. Ветер перед самым прохождением фронта поворачивает к нему, т.е. делает поворот влево. После прохождения фронта давление начинает расти, ветер круто поворачивает вправо. Если фронт располагается в хорошо выраженной ложбине, то поворот ветра иногда достигает 180°; например, южный ветер может смениться северным. С прохождением фронта наступает похолодание.

Рис. 14. Холодный фронт первого рода на вертикальном разрезе и на карте погоды.

На условия плавания при пересечении холодного фронта первого рода будет влиять ухудшение видимости в зоне осадков и шквалистый ветер.

Холодный фронт второго рода. Это быстро движущийся фронт. Быстрое движение холодного воздуха приводит к очень интенсивному вытеснению предфронтального теплого воздуха и, как следствие этого, к мощному развитию кучевых облаков (Си) (рис. 15).

Кучево-дождевые облака на больших высотах обычно вытягиваются вперед на 60-70 м. миль от линии фронта. Эта передняя часть облачной системы наблюдается в виде перисто- слоистых (Cs), перисто-кучевых (Сс), а также чечевицеобразных высоко-кучевых (Ас) облаков.

Давление перед приближающимся фронтом падает, но слабо, ветер поворачивает влево, выпадает ливневый дождь. После прохождения фронта давление быстро растет, ветер резко поворачивает вправо и значительно усиливается - принимает характер штормового. Температура воздуха понижается иногда на 10°С за 1-2 ч.

Рис. 15. Холодный фронт второго рода на вертикальном разрезе и на карте погоды.

Условия плавания при пересечении такого фронта неблагоприятные, так как у самой линии фронта мощные восходящие токи воздуха способствуют образованию вихря с разрушительными скоростями ветра. Ширина такой зоны может достигать 30 м. миль.

2.8.3. Малоподвижные, или стационарные, фронты

Фронт, который не испытывает заметного смещения ни в сторону теплой, ни в сторону холодной воздушной массы, называется стационарным. Стационарные фронты располагаются обычно в седловине или в глубокой ложбине, или на периферии антициклона. Облачная система стационарного фронта представляет собой систему перисто-слоистых, высоко-слоистых и слоисто-дождевых облаков, которая выглядит примерно как и у теплого фронта. Летом на фронте часто образуются кучево- дождевые облака.

Направление ветра на таком фронте почти не изменяется. Скорость ветра на стороне холодного воздуха меньше (рис. 16). Давление значительных изменений не испытывает. В узкой полосе (30 м. миль) выпадает обложной дождь.

На стационарном фронте могут образовываться волновые возмущения (рис. 17). Волны быстро перемещаются вдоль стационарного фронта таким образом, что холодный воздух остается слева - в направлении изобар, т.е. в теплой воздушной массе. Скорость перемещения достигает 30 уз и более.

Рис. 16. Малоподвижный фронт на карте погоды.

Рис. 17. Волновые возмущения на малоподвижном фронте.

Рис. 18. Образование циклона на малоподвижном фронте.

После прохождения волны фронт восстанавливает свое положение. Усиление волнового возмущения до образования циклона наблюдается, как правило, в том случае, если с тыла подтекает холодный воздух (рис. 18).

Весной, осенью и особенно летом прохождение волн на стационарном фронте обусловливает развитие интенсивной грозовой деятельности, сопровождаемой шквалами.

Условия плавания при пересечении стационарного фронта осложняются вследствие ухудшения видимости, а в летний период- вследствие усиления ветра до штормового.

2.8.4. Фронты окклюзии

Фронты окклюзии образуются в результате смыкания холодного и теплого фронтов и вытеснения теплого воздуха вверх. Процесс смыкания происходит в циклонах, где холодный фронт, перемещаясь с большой скоростью, настигает теплый.

В образовании фронта окклюзии участвуют три воздушные массы - две холодные и одна теплая. Если холодная воздушная масса за холодным фронтом теплее, чем холодная масса перед фронтом, то она, вытесняя теплый воздух вверх, одновременно сама будет натекать на переднюю, более холодную массу. Такой фронт называется теплой окклюзией (рис. 19).

Рис. 19. Фронт теплой окклюзии на вертикальном разрезе и на карте погоды.

Если же воздушная масса за холодным фронтом холоднее воздушной массы перед теплым фронтом, то эта тыловая масса будет подтекать как под теплую, так и под переднюю холодную воздушную массу. Такой фронт называется холодной окклюзией (рис. 20).

Фронты окклюзии в своем развитии проходят ряд стадий. Наиболее сложные условия погоды на фронтах окклюзии наблюдаются в начальный момент смыкания теплового и холодного фронтов. В этот период облачная система, как видно на рис. 20, представляет собой сочетание облаков теплого и холодного фронтов. Осадки обложного характера начинают выпадать из слоисто-дождевых и кучево-дождевых облаков, в зоне фронта они переходят в ливневые.

Ветер перед теплым фронтом окклюзии усиливается, после его прохождения ослабевает и поворачивает вправо.

Перед холодным фронтом окклюзии ветер усиливается до штормового, после его прохождения ослабевает и резко поворачивает вправо. По мере вытеснения теплого воздуха в более высокие слои фронт окклюзии постепенно размывается, вертикальная мощность облачной системы уменьшается, появляются безоблачные пространства. Слоисто-дождевая облачность постепенно переходит в слоистую, высоко-слоистая - в высоко-кучевую и перисто-слоистая - в перисто-кучевую. Осадки прекращаются. Прохождение старых фронтов окклюзии проявляется в натекании высоко-кучевой облачности 7-10 баллов.

Рис. 20. Фронт холодной окклюзии на вертикальном разрезе и на карте погоды.

Условия плавания через зону фронта окклюзии в начальной стадии развития почти не отличаются от условий плавания соответственно при пересечении зоны теплого или холодного фронтов.

Вперед
Оглавление
Назад

Неравномерное нагревание поверхности земли и воздуха в тропосфере, как мы видели, является причиной возникнове­ния горизонтальных градиентов температуры и давления и образования воздушных течений. Вследствие переноса раз­личные по свойствам массы воздуха могут приблизиться друг к другу или удалиться. При сближении масс воздуха с различ­ными физическими свойствами горизонтальные градиенты тем­пературы, влажности, давления и других метеорологических элементов увеличиваются, скорости ветра возрастают. Наобо­рот, при удалении их друг от друга градиенты уменьшаются. Те зоны, в которых происходит сближение разнородных воздушных масс, например сравнительно сухих холодных и влажных теп­лых, называются переходными или фронтальными зонами. Во фронтальных зонах как бы происходит борьба холодных и теплых масс воздуха. В результате этой борьбы холодные массы воздуха прорываются в области расположения теплых масс, а теплые массы проникают в области расположения хо­лодных масс. Вследствие этих процессов те и другие воздушные массы постепенно приобретают свойства, присущие воздуху данного географического района.
Фронтальные зоны тропосферы ежедневно можно обнару­жить в поле температуры и давления преимущественно во внетропических широтах, где различен приток солнечной энергии на севере и юге умеренной зоны. Величины горизонтальных градиентов температуры и давления здесь больше, чем где-либо на земном шаре. Фронтальные зоны непрерывно возни­кают, обостряются, разрушаются. Однако по интенсивности они бывают различными, что зависит от разности температур сближающихся масс воздуха.
В нижних слоях атмосферы при пересечении фронтальных зон в направлении от теплого воздуха к холодному в соответствии с большими горизонтальными градиентами происходит быстрое понижение температуры, давления и влажности и наблюдаются большие скорости воздушных течений. В средних широтах на высотах 10-12 км в этих зонах ветры нередко достигают ура­ганной силы, т. е. 200 км/час и более. Как увидим ниже, фрон­тальные зоны играют ведущую роль в развитии атмосферных процессов.
Так как холодные и теплые массы воздуха имеют различ­ную плотность, они располагаются по отношению друг к другу не вертикально, а наклонно. Холодный воздух, как более плотный и тяжелый, вклинивается под теплый, более легкий. В этой пограничной зоне между различными по свойствам воздуш­ными массами обычно возникают циклоны и антициклоны, не­сущие ненастную и хорошую погоду.
Размеры переходных зон по сравнению с воздушными мас­сами невелики. Во фронтальной зоне возникают поверхности раздела между холодными и теплыми воздушными массами, которые называются атмосферными фронтами. Фронтальные поверхности всегда наклонены в сторону холодного воздуха, который располагается под теплым воздухом в виде узкого клина (рис. 52). Угол наклона фронтальной поверхности к го­ризонту очень мал: он составляет меньше 1°, а тангенс угла колеблется в пределах 0,01-0,02. Это значит, что если уда­литься от линии фронта у поверхности земли в сторону холод­ного воздуха на 200 км, то фронтальная поверхность будет находиться на высоте 1-2 км. При удалении в горизонтальном направлении на 500 км фронтальная поверхность находится на высоте 2,5-5,0 км. Так как углы наклона фронтов очень малы то, чтобы представить фронты в вертикальной плоскости более наглядно, обычно горизонтальный масштаб берется во много раз меньшим, чем вертикальный. На представленной схеме фронта вертикальный масштаб увеличен почти в 50 раз.

Наибольшая протяженность фронтов по высоте в средних широтах 8-12 км. Нередко они достигают тропопаузы. По исследованиям Е. Пальмена, Г. Д. Зубяна и др., фронты на­блюдаются и в нижних слоях стратосферы.
На тропосферных фронтах обычно развивается многоярус­ная облачность, из которой выпадают осадки. Фронты наиболее резко выражены в циклонах, где преобладает восходящее дви­жение воздуха. В антициклонах вследствие нисходящих движе­ний фронтальная облачность рассеивается.
Атмосферные фронты делятся на холодные и теплые.
Холодным фронтом называется фронт, перемещающийся в сторону высоких температур. После прохождения холодного фронта наступает похолодание. Теплым фронтом называется фронт, перемещающийся в сторону низких температур. После прохождения теплого фронта наступает потепление.
В поле температуры и ветра фронты наиболее резко выра­жены у поверхности земли в системе развивающихся циклонов и барических ложбин. Этому способствует сходимость воздуш­ных течений в зоне фронта у поверхности земли, так как вслед­ствие этой сходимости в зоне фронта встречаются массы воз­духа с низкими и высокими температурами. На рис. 53 а изо­бражено поле давления, ветра и температуры в ложбине цик­лона у поверхности земли. Фронт обостряется, так как севернее его располагается холодная масса воздуха с температурами 1-2° ниже нуля, а южнее - теплая масса воздуха с темпера­турами до 10-12° выше нуля.

В антициклонах фронты у поверхности земли размываются, так как система воздушных течений расходящаяся (рис. 53 6). Здесь в первой части гребня холодный участок фронта у по­верхности земли размывается, так как потоки направлены не к фронту, а от фронта. В системе развивающегося циклона воз­дух стремится подняться вверх и в результате динамического охлаждения и конденсации возникают облака и выпадают осадки. В системе развивающегося антициклона, наоборот, осу­ществляется нисходящее движение воздуха и в результате ди­намического нагревания воздух удаляется от состояния насы­щения, облака рассеиваются и прекращаются осадки.
Скорость движения фронта зависит от величины нормаль­ной составляющей ветра, которая колеблется в широких пре­делах. В Европе в переходные сезоны года средняя скорость перемещения фронтов достигает примерно 30 км/час, что со­ставляет за сутки около 700 км; но нередко в системе циклонов фронты проходят за сутки расстояние более 1200-1500 км. В этих случаях фронт, находящийся, например, в Западной Европе, через сутки оказывается уже в центральных областях Европейской территории СССР. Если воздушные течения на­правлены параллельно фронту, то фронт остается малоподвиж­ным. Так как градиенты температуры и давления зимой значи­тельно больше, чем летом, то деятельность фронтов зимой отличается большей интенсивностью.
Мы уже говорили, что в зоне атмосферного фронта, осо­бенно в системе развивающегося циклона, происходит подъем воздуха, адиабатическое охлаждение, образование облаков и осадков. Подъем воздуха происходит не только в приземном слое, но и на высотах. Но если в приземном слое он вызван сходимостью приземного ветра, то причиной подъема воздуха на высотах является нестационарное движение и разность ско­ростей движения зафронтального и предфронтального воздуха.
В случае холодного фронта быстро движущийся холодный зафронтальный воздух, подтекая под теплый, вытесняет его кверху. В результате, если динамические условия обусловли­вают общий подъем воздуха, теплый воздух начинает сколь­зить вдоль наклонной поверхности фронта вверх и адиабати­чески охлаждаться.
В случае теплого фронта при тех же условиях также проис­ходит восходящее движение теплого воздуха над клином хо­лодного воздуха. Чем больше разности температур холодного и теплого воздуха, т. е. чем резче выражен фронт не только у поверхности земли, но и на высотах, тем при одних и тех же условиях интенсивнее происходит восходящее движение теп­лого воздуха, конденсация, образование облаков и осадков.
На хорошо выраженном фронте бывают представлены облака всех ярусов. Облака теплого фронта могут быть очень мощными, по горизонтали перпендикулярно фронту они очень часто распространяются на 500-700 км, а по вертикали - до 6-8 км и более. При этом длина такого фронта может дости­гать 1000-2000 км. Верхняя часть мощных фронтальных обла­ков даже летом располагается в зоне отрицательных темпе­ратур, поэтому она обычно состоит из ледяных кристаллов. На рис. 54 в вертикальном разрезе, перпендикулярном фронту, изображена система облаков, характерная для теплого фронта. Эти облака относятся к слоистым формам и расположены пре­имущественно в теплом воздухе над фронтальной поверхностью. Самые верхние облака (перистые и перисто-слоистые) находятся на высотах 6-8 км. Они являются предвестниками теплого фронта. Появление этих облаков за несколько часов до приближения зоны осадков указывает на ухудшение погоды. Перисто-слоистые облака сменяются высокослоистыми, че­рез которые еще просвечивает солнце, тем не менее они имеют большую вертикальную мощность. Далее следуют более плот­ные слоисто-дождевые облака, дающие обложные осадки, до­ходящие до земли. Ниже всего располагаются слоистые и разорванно-дождевые облака, высота нижней границы которых в зависимости от содержания влаги может колебаться от нуля до нескольких сотен метров. При этом, как видно на рис. 54, облака нижнего яруса образуются не только в теплом надфронтальном воздухе, но частично и в холодном воздухе в непосред­ственной близости от поверхности фронта. Стрелки на этом рисунке показывают направление воздушных потоков в теплом и холодном воздухе при общем переносе слева направо в пло­скости представленной здесь схемы.

Система облаков мощного холодного фронта представлена на рис. 55. Как легко заметить, профили теплого (рис. 54) и холодного (рис. 55) фронтов заметно отличаются друг от друга. Это происходит потому, что при движении теплый воздух в нижнем слое вследствие трения о земную поверхность растя­гивается в направлении, обратном движению. Между тем хо­лодный фронт вследствие трения в нижнем 1-2-километровом слое становится более крутым.

Изображенные на рис. 54 и 55 системы облаков теплого и холодного фронтов относятся к тем случаям, когда верти­кальная протяженность фронтов велика, значительны кон-трасты температур на фронте и осуществляется интенсивное восходящее движение воздуха. Массы воздуха по обе стороны фронта являются устойчивыми. Если же при всех этих условиях холодный воздух стратифицирован неустойчиво, то за холодным фронтом следуют не слоисто-кучевые облака, а мощные куче­вые и кучево-дождевые. Если одновременно и холодный воздух и теплый воздух стратифицированы неустойчиво, то перед фрон­том образуется мощная шкваловая облачность (рис. 56), даю­щая сильные ливневые осадки, сопровождающиеся грозами и даже выпадением града.

Облачная система теплого фронта тоже имеет разновид­ности. В случае неустойчивости теплого воздуха образуются конвективные облака и выпадают ливневые осадки. При этом предполагается, что влагосодержание воздуха достаточное.
Однако вертикальная протяженность атмосферных фронтов не всегда значительная, нередко она не превышает 1-3 км. В соответствии с этим и фронтальная облачность получает огра­ниченное развитие, за исключением тех случаев, когда вслед­ствие неустойчивости образуется конвективная облачность, до­стигающая высоты 5-6 км и более. Даже при большой верти­кальной протяженности фронта фронтальная облачность не представляет собой сплошной среды, как показано на рис. 54 и 55, а состоит из ряда слоев с безоблачными пространствами между ними (рис. 57 а). Это связано с тем, что во многих случаях общий подъем теплого воздуха нарушается и в зоне фронта чередуются слои с восходящими и нисходящими дви­жениями воздуха. При этом последние вызывают разрушение облачной системы фронта, вплоть до полного рассеивания обла­ков. При большой сухости воздуха облакообразование на фронте либо вовсе не происходит, либо возникают маломощ­ные облака среднего и верхнего ярусов, которые не дают осад­ков (рис. 57 6).

Существуют еще другие разновидности фронтов, которые возникают при смыкании холодного и теплого фронтов. Смыка­ние фронтов происходит в результате того, что они переме­щаются с различными скоростями. В системе циклона, как правило, холодные фронты движутся с большими скоростями, чем теплые. Поэтому холодный фронт, догоняя теплый, смы­кается с ним, образуя фронт смыкания, или, как обычно называют, фронт окклюзии. Сначала облачные системы обоих фронтов, сомкнувшись, сохраняются и дают обильные, преимущественно обложные осадки. Однако постепенно интен­сивность фронта окклюзии ослабевает вследствие уже действую­щего процесса размывания его. При этом мощные облачные системы начинают рассеиваться и фронт обнаруживается в поле приземного ветра по остаткам облачности. На рис. 58 схемати­чески изображено смыкание холодного и теплого фронтов при движении их слева направо. Холодный воздух, как более плот­ный, вклинивается под теплый.

Все виды фронтов при встрече с горными препятствиями оставляют много влаги на их наветренной стороне. Однако по мере преодоления высокого горного препятствия облачная си­стема фронтов нарушается, и на подветренной стороне гор облака растекаются, осадки нередко прекращаются. Лишь после преодоления препятствия облачная система фронтов вновь восстанавливается.
Изучение атмосферных фронтов диктуется необходимостью расширить познания в этой области в связи с требованиями практики, особенно авиации, поскольку мощные облака, как и резкие изменения погоды, связаны с фронтами. Поэтому их изучение является одной из важнейших задач метеорологов.
Несмотря на важность задачи исследования фронтов, зна­ния об условиях их возникновения еще далеко не достаточны. Это прежде всего относится к образованию и эволюции фрон­тальной облачности. Приведенные выше схемы дают лишь общее представление о фронтальных облаках. В действитель­ности облака в зоне атмосферных фронтов составляют как сплошную среду, так и мощные слои с безоблачными простран­ствами между ними.
Трудности изучения физики облакообразования на фронтах связаны с отсутствием способов массового и детального изуче­ния всех особенностей развития облаков в определенных си­ноптических условиях, поскольку для этого требуется продол­жительное пребывание на высотах, что технически трудно осу­ществимо.
Действительно современные самолеты, пролетая с большой скоростью, позволяют произвести наблюдения и различные измерения по пути полета. Наиболее удобны для изучения обла­ков аэростаты. Но они не всегда могут войти в интересующее нас облако. В частности, аэростат не может войти в гро­зовые облака, так как он может воспламениться от вспышки молнии.
Выше уже говорилось, что образование облаков вызвано конденсацией водяного пара вследствие подъема воздуха и его адиабатического охлаждения. Чтобы представить трудности изучения эволюции облачности, достаточно сказать, что верти­кальные движения воздуха, обусловливающие образование и разрушение облаков, не поддаются пока прямым измерениям. Приближенные расчеты вертикальных движений в настоящее время производятся главным образом из теоретических пред­посылок изменений полей давления и ветра на различных высотах.
Исследование атмосферных фронтов и их облачных систем привлекает внимание многих ученых как в СССР, так и за ру­бежом. Нередко, рискуя жизнью, они летают в грозовых обла­ках и шаг за шагом расширяют знания о фронтальной дея­тельности. Положения о структурных особенностях фронтов, разработанные главным образом норвежскими метеорологами (Т. Бержероном, С. Петерсеном и др.), пересмотрены и уточ­нены советскими учеными. Благодаря трудам А. Ф. Дюбюка, Н. Л. Таборовского, Е. Г. Зак, Е. К. Федорова, Г. Д. Зубяна, Е. С. Селезневой и др. наши знания о возникновении и размы­вании фронтов, характере вертикальных движений возду­ха и облакообразовании, как и о других вопросах, связан­ных с фронтами, значительно обогатились. И все же многие важные особенности облакообразования и изменения об­лачных форм при эволюции фронтов остаются еще непознан­ными.
Нет единства взглядов по вопросу вертикальной протяжен­ности фронтов в тропосфере и о фронтообразовании в страто­сфере. Однако в последние годы все больше ученых приходит к заключению, что тропосферные фронты в большинстве слу­чаев достигают тропопаузы; выше - в стратосфере -они также существуют (Г. Д. Зубян, Р. Бергрен), но вследствие ничтожно малого влагосодержания воздуха на стратосферных фронтах облака не образуются.