Stebėti orų pokyčius yra labai įdomu. Saulė užleidžia vietą lietui, lietui – sniegui, o gūsingi vėjai pučia visą šią įvairovę. Vaikystėje tai sukelia susižavėjimą ir nuostabą, vyresnio amžiaus žmonėms – norą suprasti proceso mechanizmą. Pabandykime suprasti, kas formuoja orą ir kaip su tuo susiję atmosferos frontai.
Oro masės riba
Įprastu suvokimu „frontas“ yra karinis terminas. Tai linija, kurioje vyksta priešo jėgų susidūrimas. O atmosferos frontų sąvoka – tai dviejų oro masių, susidarančių didžiuliuose Žemės paviršiaus plotuose, sąlyčio ribos.
Gamtos valia žmogus gavo galimybę gyventi, vystytis ir apgyvendinti vis didesnes teritorijas. Troposfera – žemutinė Žemės atmosferos dalis – aprūpina mus deguonimi ir yra nuolatiniame judėjime. Visa tai susideda iš atskirų oro masių, kurias vienija bendras reiškinys ir panašūs rodikliai. Tarp pagrindinių šių masių rodiklių nustatomas tūris, temperatūra, slėgis ir drėgmė. Judėjimo metu įvairios masės gali priartėti ir susidurti. Tačiau jie niekada nepraranda savo ribų ir nesimaišo vienas su kitu. - tai yra sritys, kuriose staigūs oro šuoliai atsiranda ir liečiasi.
Truputis istorijos
Sąvokos „atmosferos frontas“ ir „priekinis paviršius“ neatsirado savaime. Juos į meteorologiją įvedė norvegų mokslininkas J. Bjerknesas. Tai įvyko 1918 m. Bjerknesas įrodė, kad atmosferos frontai yra pagrindinės grandys aukštuosiuose ir viduriniuose sluoksniuose. Tačiau prieš norvego tyrimus, dar 1863 m., Admirolas Fitzroy pasiūlė, kad smarkūs atmosferos procesai prasidėtų oro masių, ateinančių iš skirtingų pasaulio dalių, susitikimo vietose. Tačiau tuo metu mokslo bendruomenė į šiuos pastebėjimus nekreipė dėmesio.
Bergeno mokykla, kuriai atstovavo Bjerknesas, ne tik atliko savo stebėjimus, bet ir sujungė visas ankstesnių stebėtojų ir mokslininkų išsakytas žinias bei prielaidas ir pateikė jas nuoseklios mokslinės sistemos forma.
Pagal apibrėžimą pasviręs paviršius, vaizduojantis pereinamąją sritį tarp skirtingų oro srautų, vadinamas priekiniu paviršiumi. Tačiau atmosferos frontai yra priekinių paviršių atvaizdavimas meteorologiniame žemėlapyje. Paprastai pereinamoji atmosferos fronto sritis yra pririšta prie Žemės paviršiaus ir pakyla iki tų aukščių, kuriose oro masių skirtumai yra neryškūs. Dažniausiai tokio aukščio slenkstis yra nuo 9 iki 12 km.
Šiltas priekis
Atmosferos frontai yra skirtingi. Jie priklauso nuo šiltų ir šaltų masyvų judėjimo krypties. Yra trijų tipų frontai: šaltas, šiltas ir okliuzija, susidaranti skirtingų frontų susikirtimo taške. Pažiūrėkime atidžiau, kas yra šiltasis ir šaltasis atmosferos frontai.
Šiltasis frontas – tai oro masių judėjimas, kurio metu šaltas oras užleidžia vietą šiltam orui. Tai yra, aukštesnės temperatūros oras, judantis į priekį, yra toje teritorijoje, kurioje vyravo šaltos oro masės. Be to, jis pakyla aukštyn išilgai pereinamosios zonos. Tuo pačiu metu oro temperatūra palaipsniui mažėja, dėl to kondensuojasi jame esantys vandens garai. Taip susidaro debesys.
Pagrindiniai ženklai, pagal kuriuos galima nustatyti šiltą atmosferos frontą:
- atmosferos slėgis smarkiai sumažėja;
- dideja;
- oro temperatūra pakyla;
- atsiranda cirrus, tada cirrostratus, o tada - aukštasluoksniai debesys;
- vėjas šiek tiek pasisuka į kairę ir stiprėja;
- debesys tampa sluoksniuotu lietumi;
- iškrenta įvairaus intensyvumo krituliai.
Paprastai nustoja lyti, atšyla, tačiau tai trunka neilgai, nes šaltasis frontas juda labai greitai ir pasiveja šiltąjį atmosferos frontą.
Šaltasis frontas
Pastebima tokia savybė: šiltasis frontas visada pakrypęs į judėjimo kryptį, o šaltasis – į priešingą pusę. Kai frontai juda, šaltas oras patenka į šiltą orą, stumdamas jį aukštyn. Šaltieji atmosferos frontai lemia temperatūros mažėjimą ir atšalimą dideliame plote. Kylant šiltoms oro masėms vėsstant drėgmė kondensuojasi į debesis.
Pagrindiniai požymiai, pagal kuriuos galima nustatyti šaltąjį frontą:
- prieš frontą slėgis krenta, už atmosferos fronto linijos smarkiai pakyla;
- susidaro kamuoliniai debesys;
- pasirodo gūsingas vėjas, staigiai keičiantis kryptis pagal laikrodžio rodyklę;
- smarkus lietus prasideda perkūnija ar kruša, kritulių trukmė apie dvi valandas;
- temperatūra smarkiai nukrenta, kartais 10 ° С iš karto;
- už atmosferos fronto yra daugybė proskynų.
Keliautojams pereiti šaltąjį frontą nėra lengvas išbandymas. Kartais prasto matomumo sąlygomis tenka įveikti viesulus ir škvalus.
Okliuzijų priekis
Jau buvo sakyta, kad atmosferos frontai yra skirtingi, jei su šiltu ir šaltu viskas daugmaž aišku, tai okliuzijų frontas kelia daug klausimų. Toks poveikis susidaro tose vietose, kur susiduria šaltasis ir šiltasis frontai. Tada šiltesnis oras pakeliamas aukštyn. Pagrindinis veiksmas vyksta ciklonuose tuo metu, kai smarkesnis šaltasis frontas aplenkia šiltąjį. Dėl to vyksta atmosferos frontų judėjimas ir trijų oro masių, dviejų šaltų ir vienos šiltos, susidūrimas.
Pagrindiniai požymiai, pagal kuriuos galite nustatyti priekinę sąkandį:
- apsunkinti debesis ir kritulius;
- staigūs pokyčiai be stipraus greičio pasikeitimo;
- sklandus slėgio pokytis;
- staigių temperatūros pokyčių trūkumas;
- ciklonai.
Okliuzijų priekis priklauso nuo šalto oro masių temperatūros prieš ją ir už jos linijos. Atskirkite šaltą ir šiltą okliuzijos frontus. Sunkiausios sąlygos stebimos tuoj pat frontų uždarymo momentu. Kai šiltas oras išstumiamas, priekinė dalis erozuoja ir pagerėja.
Ciklonas ir anticiklonas
Kadangi „ciklono“ sąvoka buvo vartojama aprašant okliuzijų priekį, būtina pasakyti, kas tai yra reiškinys.
Dėl netolygaus oro pasiskirstymo paviršiniuose sluoksniuose susidaro aukšto ir žemo slėgio zonos. Aukšto slėgio zonoms būdingas per didelis oro kiekis, žemo slėgio – nepakankamas jo kiekis. Dėl oro perpildymo tarp zonų (nuo pertekliaus iki nepakankamo) susidaro vėjas. Ciklonas yra žemo slėgio sritis, kuri tarsi piltuvas įtraukia trūkstamą orą ir debesis iš zonų, kuriose jų yra perteklius.
Anticiklonas yra aukšto slėgio zona, kuri išstumia oro perteklių į žemo slėgio zonas. Pagrindinė charakteristika yra giedras oras, nes debesys taip pat išstumiami iš šios zonos.
Geografinis atmosferos frontų atskyrimas
Priklausomai nuo klimato zonų, kuriose susidaro atmosferos frontai, jie geografiškai skirstomi į:
- Arktinis, skiriantis šaltas arktines oro mases nuo vidutinių.
- Poliarinė, esanti tarp vidutinio klimato ir atogrąžų masių.
- Tropinis (pasatinis vėjas), ribojantis atogrąžų ir pusiaujo zonas.
Pagrindo paviršiaus įtaka
Oro masių fizines savybes įtakoja radiacija ir Žemės išvaizda. Kadangi tokio paviršiaus pobūdis gali būti skirtingas, tada trintis prieš jį yra netolygi. Sudėtingos geografinės reljefo formos gali deformuoti fronto liniją ir pakeisti jos poveikį. Pavyzdžiui, yra žinomi atmosferos frontų sunaikinimo atvejai, kai perkraunami per kalnų grandines.
Oro masės ir atmosferos frontai sinoptikams pateikia daug netikėtumų. Lygindami ir tyrinėdami masių judėjimo kryptis bei ciklonų (anticiklonų) užgaidas, jie sudaro grafikus ir prognozes, kuriomis žmonės naudojasi kasdien, net negalvodami, kiek už to slypi darbo.
Atmosferos frontai turi keletą skirtingų savybių. Anot jų, šis gamtos reiškinys skirstomas į skirtingus tipus.
Atmosferos frontai gali siekti 500–700 km plotį, o ilgis – 3000–5000 km.Atmosferos frontai klasifikuojami pagal judėjimą, atsižvelgiant į oro masių vietą. Kitas kriterijus yra erdvinis mastas ir apyvartos reikšmė. Galiausiai yra geografinė ypatybė.
Atmosferos frontų apibūdinimas
Pagal poslinkį atmosferos frontai gali būti skirstomi į šaltuosius, šiltuosius ir okliuzinius frontus.
Šilta atmosfera susidaro, kai šiltos oro masės, kaip taisyklė, drėgnos artėja prie sausesnių ir šaltesnių. Artėjantis šiltasis frontas atneša pamažu mažėjantį atmosferos slėgį, nežymų oro temperatūros kilimą ir nedidelius, bet užsitęsusius kritulius.
Šaltasis frontas susidaro veikiant šiaurės vėjams, priverčiantis šaltą orą į teritorijas, kurias anksčiau užėmė šiltasis frontas. Šaltas atmosferos frontas įtakoja orą nedidele ruože ir dažnai jį lydi perkūnija ir atmosferos slėgio kritimas. Praėjus priekiui, oro temperatūra smarkiai nukrenta, o slėgis didėja.
Galingiausiu ir pražūtingiausiu istorijoje laikomas ciklonas 1970 metų lapkritį smogė Gango deltai rytinėje Pakistano dalyje. Vėjo greitis siekė daugiau nei 230 km/h, o potvynio bangos aukštis siekė apie 15 metrų.
Okliuzijos frontai atsiranda, kai vienas atmosferos frontas yra uždėtas ant kito, susiformavusio anksčiau. Tarp jų yra nemaža oro masė, kurios temperatūra yra daug aukštesnė nei jį supančio oro. Užsikimšimas įvyksta, kai šilta oro masė pasislenka ir atsiskiria nuo žemės paviršiaus. Dėl to frontas susimaišo žemės paviršiuje, veikiamas dviejų šalto oro masių. Giliųjų bangų ciklonai, susidarantys labai chaotiškų bangų trikdžių pavidalu, dažnai būna okliuzijos frontuose. Tuo pačiu metu vėjas smarkiai sustiprėja, o banga tampa aiškiai išreikšta. Dėl to okliuzijos priekinė dalis virsta didele neryškia priekine zona ir po kurio laiko visiškai išnyksta.
Geografiškai frontai skirstomi į arktinį, poliarinį ir tropinį. Priklausomai nuo platumų, kuriose jie susidaro. Be to, priklausomai nuo pagrindinio paviršiaus, frontai skirstomi į žemyninį ir jūrinį.
Atmosferos fronto sąvoka dažniausiai suprantama kaip pereinamoji zona, kurioje susitinka gretimos skirtingų charakteristikų oro masės. Atmosferos frontai atsiranda susidūrus šilto ir šalto oro masėms. Jie gali driektis dešimtis kilometrų.
Oro masės ir atmosferos frontai
Atmosferos cirkuliacija vyksta dėl įvairių oro srovių susidarymo. Oro masės žemutinėje atmosferoje gali derėtis viena su kita. To priežastis – bendros šių masių savybės arba identiška kilmė.
Oro sąlygų pasikeitimas vyksta būtent dėl oro masių judėjimo. Šilti sukelia atšilimą, o šalti - šalta.
Yra keletas oro masių tipų. Jie išsiskiria įvykio židiniu. Šios masės yra: arktinės, poliarinės, tropinės ir pusiaujo oro masės.
Atmosferos frontai atsiranda susidūrus skirtingoms oro masėms. Susidūrimo sritys vadinamos priekinėmis arba pereinamomis. Šios zonos atsiranda akimirksniu ir taip pat greitai griūva – viskas priklauso nuo besiliečiančių masių temperatūros.
Tokio susidūrimo sukeltas vėjas gali pasiekti 200 km/k greitį 10 km aukštyje nuo žemės paviršiaus. Ciklonai ir anticiklonai yra oro masių susidūrimų pasekmė.
Šiltas ir šaltas frontai
Šilti frontai yra frontai, judantys link šalto oro. Kartu su jais juda ir šilto oro masė.
Artėjant šiltiesiems frontams pastebimas slėgio mažėjimas, debesų tankėjimas ir gausūs krituliai. Praėjus frontui keičiasi vėjo kryptis, mažėja jo greitis, pamažu pradeda kilti slėgis, liaujasi krituliai.
Šiltam frontui būdingas šilto oro masių antplūdis ant šaltųjų, dėl kurių jos atvėsina.
Jį taip pat dažnai lydi gausūs krituliai ir perkūnija. Tačiau kai ore nėra pakankamai drėgmės, kritulių neiškrenta.
Šaltieji frontai – tai oro masės, kurios juda ir išstumia šiltąsias. Išskiriamas pirmosios rūšies šaltasis frontas ir antrosios rūšies šaltasis frontas.
Pirmajai genčiai būdingas lėtas oro masių prasiskverbimas po šiltu oru. Šis procesas formuoja debesis tiek už fronto linijos, tiek jos viduje.
Viršutinę priekinio paviršiaus dalį sudaro vienodas sluoksninių debesų dangalas. Šaltojo fronto susidarymo ir irimo trukmė apie 10 valandų.
Antroji rūšis – dideliu greičiu judantys šaltieji frontai. Šiltą orą akimirksniu išstumia šaltas oras. Tai veda prie cumulonimbus regiono susidarymo.
Pirmieji tokio fronto artėjimo signalai – aukšti debesys, vizualiai primenantys lęšius. Jų formavimasis vyksta gerokai prieš jo atvykimą. Šaltasis frontas yra du šimtai kilometrų nuo šių debesų atsiradimo vietos.
Antrojo tipo šaltąjį frontą vasarą lydi gausūs krituliai – lietus, kruša ir žvarbus vėjas. Tokie orai gali tęstis dešimtis kilometrų.
Žiemą antros rūšies šaltasis frontas sukelia pūgą, stiprų vėją ir nelygumus.
Rusijos atmosferos frontai
Rusijos klimatui daugiausia įtakos turi Arkties vandenynas, Atlanto vandenynas ir Ramusis vandenynas.
Vasarą Antarkties oro masės praeina per Rusiją, paveikdamos Ciskaukazės klimatą.
Visą Rusijos teritoriją veikia ciklonai. Dažniausiai jie susidaro virš Karos, Barenco ir Ochotsko jūrų.
Dažniausiai mūsų šalyje yra du frontai – Arkties ir poliarinis. Skirtingais klimato laikotarpiais jie juda į pietus arba į šiaurę.
Tolimųjų Rytų pietinė dalis yra paveikta atogrąžų fronto. Gausus kritulių kiekis centrinėje Rusijoje kyla dėl liepos mėnesį veikiančio poliarinio dendio poveikio.
Atmosferos frontai arba tiesiog frontai yra pereinamosios zonos tarp dviejų skirtingų oro masių. Pereinamoji zona prasideda nuo Žemės paviršiaus ir tęsiasi aukštyn iki aukščio, kuriame ištrinami oro masių skirtumai (dažniausiai iki viršutinės troposferos ribos). Pereinamosios zonos plotis ties Žemės paviršiumi neviršija 100 km.
Pereinamojoje zonoje - oro masių sąlyčio zonoje - staigūs meteorologinių parametrų (temperatūros, drėgmės) verčių pokyčiai. Yra didelis debesuotumas, iškrenta daugiausiai kritulių, intensyviausiai keičiasi slėgis, vėjo greitis ir kryptis.
Priklausomai nuo šilto ir šalto oro masių judėjimo krypties abiejose pereinamosios zonos pusėse, frontai skirstomi į šiltus ir šaltus. Frontai, kurie mažai keičia savo padėtį, vadinami sėsliais. Ypatingą padėtį užima okliuzijos frontai, susidarantys susitinkant šiltajam ir šaltajam frontams. Okliuzijos frontai gali būti šalti arba šilti. Orų žemėlapiuose frontai brėžiami arba spalvotomis linijomis, arba simboliais (žr. 4 pav.). Išsami informacija apie kiekvieną iš šių frontų bus aptarta toliau.
2.8.1. Šiltas priekis
Jei frontas juda taip, kad šaltas oras pasitraukia, užleisdamas vietą šiltam orui, tai toks frontas vadinamas šiltu. Šiltas oras, judėdamas į priekį, ne tik užima erdvę, kurioje anksčiau buvo šaltas oras, bet ir kyla aukštyn išilgai pereinamosios zonos. Kylant aukštyn, jis atšąla ir jame esantys vandens garai kondensuojasi. Dėl to susidaro debesys (13 pav.).13 pav. Šiltas frontas vertikalioje dalyje ir orų žemėlapyje.
Paveiksle pavaizduotas tipiškiausias šiltojo fronto debesuotumas, krituliai ir oro srovės. Pirmasis artėjančio šiltojo fronto ženklas bus plunksninių debesų (Ci) atsiradimas. Tuo pačiu metu slėgis pradės kristi. Po kelių valandų plunksniniai debesys, tankėjantys, pereina į plunksninių debesų (Cs) šydą. Po plunksninių debesų teka dar tankesni aukštasluoksniai debesys (As), kurie pamažu tampa nepermatomi nuo mėnulio ar saulės. Tuo pačiu metu slėgis labiau krenta, o vėjas, šiek tiek pasisukęs į kairę, sustiprėja. Krituliai gali iškristi iš aukštasluoksnių debesų, ypač žiemą, kai jie nespėja išgaruoti pakeliui.
Po kurio laiko šie debesys virsta sluoksniniais (Ns), po kuriais dažniausiai būna lūžtančio lietaus (Frob) ir lūžinėjančio sluoksnio (Frst). Krituliai iš sluoksninių debesų iškrenta intensyviau, pablogėja matomumas, sparčiai krenta slėgis, sustiprėja vėjas, dažnai tampa gūsingas. Kertant frontą vėjas smarkiai pasisuka į dešinę, slėgio kritimas sustoja arba sulėtėja. Krituliai gali liautis, bet dažniausiai jie tik susilpnėja ir pereina į šlapdribą. Oro temperatūra ir drėgmė palaipsniui didėja.
Sunkumai, su kuriais galima susidurti kertant šiltąjį frontą, daugiausia susiję su ilgu buvimu prasto matomumo zonoje, kurios plotis svyruoja nuo 150 iki 200 NM. Reikia žinoti, kad plaukiojimo sąlygos vidutinio klimato ir šiaurinėse platumose kertant šiltąjį frontą šaltuoju metų pusmečiu pablogėja dėl prasto matomumo zonos išsiplėtimo ir galimo apledėjimo.
2.8.2. Šaltasis frontas
Šaltasis frontas – tai frontas, einantis link šilto oro masės. Yra du pagrindiniai šaltųjų frontų tipai:1) pirmos rūšies šaltieji frontai – lėtai judantys arba lėtėjantys frontai, dažniausiai stebimi ciklonų ar anticiklonų periferijoje;
2) antrosios rūšies šaltieji frontai – greitai judantys arba judantys su pagreičiu, atsiranda vidinėse ciklonų ir lovių, judančių dideliu greičiu, dalyse.
Pirmosios rūšies šaltasis frontas. Pirmosios rūšies šaltasis frontas, kaip buvo sakyta, yra lėtai judantis frontas. Šiuo atveju šiltas oras lėtai kyla aukštyn palei šalto oro pleištą, kuris įsiveržia po juo (14 pav.).
Dėl to virš atskyrimo zonos susidaro pirmieji sluoksniniai debesys (N), kurie tam tikru atstumu nuo fronto linijos virsta aukštasluoksniais (As) ir plunksniniais (Cs) debesimis. Krituliai pradeda kristi pačioje fronto linijoje ir tęsiasi jiems pasibaigus. Frontalinio kritulių zonos plotis 60-110 NM. Šiltuoju metų laiku tokio fronto priekinėje dalyje susidaro palankios sąlygos formuotis galingiems kamuoliniams debesims (Cb), iš kurių iškrenta smarkūs krituliai, lydimi perkūnijos.
Slėgis prieš pat priekinę dalį smarkiai nukrenta ir barogramoje susidaro būdinga „griausminga nosis“ – aštri smailė, nukreipta žemyn. Vėjas į jį pasisuka prieš pat pravažiuojant frontą, t.y. daro posūkį į kairę. Pravažiavus frontą pradeda augti slėgis, vėjas smarkiai pasisuka į dešinę. Jei priekis yra aiškiai apibrėžtoje įduboje, tada vėjo posūkis kartais siekia 180 °; pavyzdžiui, pietų vėją gali pakeisti šiaurinis. Praėjus priekyje, atsiranda šaltis.
Ryžiai. 14. Pirmos rūšies šaltasis frontas vertikalioje atkarpoje ir orų žemėlapyje.
Plaukimo sąlygoms kertant pirmos rūšies šaltąjį frontą įtakos turės pablogėjęs matomumas kritulių zonoje ir žvarbus vėjas.
Antrosios rūšies šaltasis frontas. Tai greitai judantis frontas. Spartus šalto oro judėjimas lemia labai intensyvų priešfrontalinio šilto oro išstūmimą ir dėl to galingą kamuolinių debesų (Cu) vystymąsi (15 pav.).
Cumulonimbus debesys dideliame aukštyje paprastai tęsiasi į priekį 60–70 NM nuo fronto linijos. Šis debesų frontas stebimas kaip cirrostratus (Cs), cirrocumulus (Cc) ir lęšinis altocumulus (Ac) debesys.
Slėgis prieš artėjantį frontą nukrenta, bet silpnai, vėjas sukasi į kairę, pliaupia lietus. Praėjus frontui, slėgis sparčiai auga, vėjas staigiai pasisuka į dešinę ir gerokai sustiprėja – įgauna audros pobūdį. Oro temperatūra kartais per 1–2 valandas nukrenta 10 °C.
Ryžiai. 15. Antros rūšies šaltasis frontas vertikalioje atkarpoje ir orų žemėlapyje.
Plaukiojimo sąlygos kertant tokį frontą yra nepalankios, nes pačioje priekinėje linijoje galingos kylančios oro srovės prisideda prie sūkurio susidarymo su destruktyviu vėjo greičiu. Tokios zonos plotis gali siekti iki 30 NM.
2.8.3. Sėdimas arba stacionarus frontas
Priekis, kuris nepatiria pastebimo poslinkio nei į šiltą, nei į šaltą oro masę, vadinamas stacionariu. Stacionarūs frontai dažniausiai būna balne arba gilioje įduboje, arba anticiklono periferijoje. Stacionari priekinių debesų sistema yra cirrostratus, altostratus ir nimbostratus debesų sistema, kuri atrodo panaši į šiltąjį frontą. Vasarą priekyje dažnai susidaro kamuoliniai debesys.Vėjo kryptis tokiame fronte beveik nesikeičia. Šalto oro pusėje vėjo greitis mažesnis (16 pav.). Slėgis reikšmingų pokyčių nepatiria. Siauroje juostoje (30 NM) lyja stiprus lietus.
Stacionariame fronte gali susidaryti bangų trikdžiai (17 pav.). Bangos greitai juda stacionariu frontu taip, kad šaltas oras liktų į kairę – izobarų kryptimi, t.y. šiltoje oro masėje. Kelionės greitis siekia 30 mazgų ir daugiau.
Ryžiai. 16. Sėslus frontas orų žemėlapyje.
Ryžiai. 17. Bangų trikdžiai lėtai judančiame fronte.
Ryžiai. 18. Ciklono susidarymas lėtai judančiame fronte.
Praėjęs bangą frontas atstato savo padėtį. Bangos trikdymo padidėjimas iki ciklono susidarymo paprastai stebimas, jei šaltas oras teka iš galo (18 pav.).
Pavasarį, rudenį ir ypač vasarą bangoms perėjus stacionariame fronte išsivysto intensyvi perkūnija, lydima škvalų.
Plaukiojimo sąlygas kertant stacionarų frontą apsunkina pablogėjęs matomumas, o vasaros laikotarpiu - dėl sustiprėjusio vėjo iki audringų.
2.8.4. Okliuzijos frontai
Užsandarinimo frontai susidaro dėl šalto ir šilto frontų užsidarymo ir šilto oro pasislinkimo aukštyn. Uždarymo procesas vyksta ciklonuose, kur dideliu greičiu judantis šaltasis frontas lenkia šiltąjį.Formuojant okliuzijos frontą dalyvauja trys oro masės – dvi šaltos ir viena šilta. Jei šalto oro masė už šaltojo fronto yra šiltesnė už šaltą masę priekyje, tai ji, išstumdama šiltą orą į viršų, kartu pati tekės į priekinę, šaltesnę masę. Šis frontas vadinamas šiltu okliuzija (19 pav.).
Ryžiai. 19. Šilto okliuzijos priekis vertikalioje pjūvyje ir orų žemėlapyje.
Jei oro masė už šaltojo fronto yra šaltesnė už oro masę prieš šiltą frontą, tai ši galinė masė tekės tiek po šilto, tiek priekinio šalto oro mase. Šis frontas vadinamas šaltuoju okliuzija (20 pav.).
Užkimšimo frontai išgyvena keletą vystymosi etapų. Sunkiausios oro sąlygos okliuzijos frontuose stebimos pradiniu terminio ir šaltojo fronto uždarymo momentu. Per šį laikotarpį debesų sistema, kaip parodyta Fig. 20 yra šilto ir šalto fronto derinys. Iš sluoksninių ir kamuolinių debesų pradeda kristi pertekliniai krituliai, priekinėje zonoje jie virsta liūtiniais.
Vėjas prieš šiltąjį okliuzijos frontą sustiprėja, jam praėjęs susilpnėja ir pasisuka į dešinę.
Prieš šaltąjį okliuzijos frontą vėjas sustiprėja iki audringo, jam praėjęs susilpnėja ir staigiai pasisuka į dešinę. Šiltam orui išstumiant į aukštesnius sluoksnius, okliuzijos frontas pamažu ardo, debesų sistemos vertikalus storis mažėja, atsiranda be debesų erdvės. Sluoksninis debesuotumas pamažu virsta sluoksniuotu, altostratus - altokumulus, o cirrostratus - cirrocumulus. Sustoja krituliai. Senųjų okliuzijos frontų praėjimas pasireiškia 7-10 balų debesuotumo kaupimu.
Ryžiai. 20. Šaltojo okliuzijos priekis vertikalioje pjūvyje ir orų žemėlapyje.
Plaukimo sąlygos per okliuzijos fronto zoną pradiniame vystymosi etape beveik nesiskiria nuo plaukimo sąlygų, atitinkamai, kertant šilto ar šalto fronto zoną.
Persiųsti
Turinys
Atgal
Netolygus žemės paviršiaus ir oro įkaitimas troposferoje, kaip matėme, yra horizontalių temperatūros ir slėgio gradientų bei oro srovių susidarymo priežastis. Dėl perkėlimo skirtingų savybių oro masės gali priartėti viena prie kitos arba tolti. Skirtingų fizikinių savybių oro masėms artėjant vienai prie kitos, didėja temperatūros, drėgmės, slėgio ir kitų meteorologinių elementų horizontalūs gradientai, didėja vėjo greitis. Ir atvirkščiai, jiems tolstant vienas nuo kito, gradientai mažėja. Tos zonos, kuriose susilieja skirtingos oro masės, pavyzdžiui, santykinai sausas šaltas ir drėgnas šiltas, vadinamos pereinamomis arba frontalinėmis zonomis. Frontalinėse zonose tarsi vyksta šalto ir šilto oro masių kova. Dėl šios kovos šaltos oro masės prasiskverbia į zoną, kurioje yra šiltos masės, o šiltos masės prasiskverbia į zoną, kurioje yra šaltos masės. Dėl šių procesų abi oro masės palaipsniui įgyja tam tikro geografinio regiono orui būdingas savybes.
Priekines troposferos zonas galima rasti kiekvieną dieną temperatūros ir slėgio lauke, daugiausia ekstratropinėse platumose, kur saulės energijos antplūdis yra skirtingas vidutinio klimato zonos šiaurėje ir pietuose. Horizontalių temperatūros ir slėgio gradientų dydžiai čia yra didesni nei bet kur kitur pasaulyje. Priekinės zonos nuolat atsiranda, pablogėja ir sunaikinamos. Tačiau jie skiriasi intensyvumu, kuris priklauso nuo temperatūrų skirtumo tarp artėjančių oro masių.
Apatiniuose atmosferos sluoksniuose frontalines zonas kertant kryptimi nuo šilto iki šalto oro pagal didelius horizontalius gradientus, sparčiai mažėja temperatūra, slėgis ir drėgmė, stebimi dideli oro srovių greičiai. Vidutinėse platumose 10–12 km aukštyje šiose zonose vėjai dažnai pasiekia uraganinę jėgą, t.y. 200 km/h ir daugiau. Kaip matysime toliau, priekinės zonos vaidina pagrindinį vaidmenį plėtojant atmosferos procesus.
Kadangi šalto ir šilto oro masės turi skirtingą tankį, jos yra viena kitos atžvilgiu ne vertikaliai, o įstrižai. Šaltas oras, būdamas tankesnis ir sunkesnis, pleišiasi po šiltu, lengvesniu oru. Šioje pasienio zonoje tarp skirtingų savybių oro masių dažniausiai atsiranda ciklonai ir anticiklonai, nešantys atšiaurų ir gerą orą.
Pereinamųjų zonų dydis, palyginti su oro masėmis, yra mažas. Frontalinėje zonoje yra sąsajos tarp šalto ir šilto oro masių, kurios vadinamos atmosferos frontais. Priekiniai paviršiai visada yra linkę į šaltą orą, kuris siauro pleišto pavidalu yra po šiltu oru (52 pav.). Priekinio paviršiaus polinkio kampas į horizontą yra labai mažas: jis yra mažesnis nei 1 °, o kampo liestinė svyruoja nuo 0,01 iki 0,02. Tai reiškia, kad jei nuo fronto linijos ties žemės paviršiumi link šalto oro pajudėsite 200 km, tai frontalinis paviršius bus 1-2 km aukštyje. Kai horizontalus atstumas yra 500 km, priekinis paviršius yra 2,5–5,0 km aukštyje. Kadangi fasadų nuolydžio kampai yra labai maži, norint aiškiau pavaizduoti frontus vertikalioje plokštumoje, dažniausiai horizontalioji skalė imama daug kartų mažesnė už vertikaliąją. Pateiktoje priekio diagramoje vertikali skalė padidinta beveik 50 kartų.
Didžiausias frontų ilgis vidurinėse platumose yra 8-12 km. Jie dažnai pasiekia tropopauzę. E. Palmeno, GD Zubyano ir kitų tyrimų duomenimis, frontai stebimi ir apatiniuose stratosferos sluoksniuose.
Troposferos frontuose dažniausiai susidaro daugiapakopiai debesys, iš kurių iškrenta krituliai. Frontai ryškiausi ciklonuose, kur vyrauja kylantis oro judėjimas. Anticiklonuose dėl besileidžiančių judesių frontalinis debesuotumas išsisklaido.
Atmosferos frontai skirstomi į šaltus ir šiltus.
Šaltasis frontas – tai frontas, judantis link aukštos temperatūros. Prabėgus šaltajam frontui, užklumpa šaltis. Šiltasis frontas yra frontas, judantis link žemos temperatūros. Praėjus šiltajam frontui, prasideda atšilimas.
Temperatūros ir vėjo srityje frontai ryškiausi žemės paviršiuje besivystančių ciklonų ir barinių duburių sistemoje. Tai palengvina oro srovių konvergencija priekinėje zonoje šalia žemės paviršiaus, nes dėl šios konvergencijos priekinėje zonoje susiduriama su žemos ir aukštos temperatūros oro masėmis. Fig. 53a parodytas slėgio, vėjo ir temperatūros laukas ciklono duburyje netoli žemės paviršiaus. Priekis pasunkėja, nes šiaurėje yra šalta oro masė, kurios temperatūra yra 1–2 ° žemiau nulio, o pietuose - šilta oro masė, kurios temperatūra siekia 10–12 ° virš nulio.
Anticiklonuose frontai žemės paviršiuje eroduoja, nes oro srovių sistema išsiskiria (53 pav. 6). Čia, pirmoje gūbrio dalyje, išgraužta prie žemės paviršiaus esanti šalta fronto dalis, nes srautai nukreipti ne į priekį, o nuo priekio. Besivystančio ciklono sistemoje oras linkęs kilti aukštyn, o dėl dinamiško aušinimo ir kondensacijos atsiranda debesys, iškrenta krituliai. Besivystančio anticiklono sistemoje, atvirkščiai, vyksta oro judėjimas žemyn ir dėl dinaminio šildymo oras tolsta nuo prisotinimo būsenos, debesys išsisklaido ir krituliai nustoja lyti.
Priekinio judėjimo greitis priklauso nuo įprasto vėjo komponento dydžio, kuris svyruoja plačiose ribose. Europoje pereinamaisiais metų sezonais vidutinis frontų judėjimo greitis siekia apie 30 km/h, tai yra apie 700 km per dieną; bet dažnai cikloninėje sistemoje frontai per dieną įveikia didesnį nei 1200-1500 km atstumą. Tokiais atvejais frontas, esantis, pavyzdžiui, Vakarų Europoje, per dieną jau yra centriniuose SSRS Europos teritorijos regionuose. Jei oro srovės nukreiptos lygiagrečiai priekyje, tai priekis lieka neaktyvus. Kadangi žiemos temperatūros ir slėgio gradientai yra daug didesni nei vasarą, frontų veikla žiemą yra intensyvesnė.
Jau sakėme, kad atmosferos fronto zonoje, ypač besivystančio ciklono sistemoje, vyksta oro pakilimas, adiabatinis vėsimas, debesų susidarymas ir krituliai. Oro pakilimas vyksta ne tik paviršiniame sluoksnyje, bet ir aukštyje. Bet jei paviršiniame sluoksnyje tai sukelia paviršinio vėjo konvergencija, tai oro kilimo aukštyje priežastis yra netvirtas judėjimas ir priekinio bei prefrontalinio oro judėjimo greičių skirtumas.
Šaltojo fronto atveju greitai judantis šaltas frontalinis oras, tekantis po šiltu oru, išstumia jį aukštyn. Dėl to, jei dinaminės sąlygos nulemia bendrą oro kilimą, šiltas oras pradeda slysti aukštyn palei pasvirusį priekio paviršių ir adiabatiškai vėsta.
Esant šiltam frontui, tomis pačiomis sąlygomis taip pat vyksta šilto oro judėjimas aukštyn virš šalto oro pleišto. Kuo didesnis temperatūrų skirtumas tarp šalto ir šilto oro, tai yra kuo ryškesnis frontas ne tik žemės paviršiuje, bet ir aukštyje, tuo intensyvesnis šilto oro judėjimas aukštyn, kondensacija, debesų susidarymas. ir krituliai tomis pačiomis sąlygomis.
Visų lygių debesys yra aiškiai apibrėžtame fronte. Šiltojo fronto debesys gali būti labai galingi, horizontaliai statmenai frontui, labai dažnai plinta per 500-700 km, o vertikaliai - iki 6-8 km ir daugiau. Be to, tokio fronto ilgis gali siekti 1000-2000 km. Galingų frontalinių debesų viršutinė dalis net ir vasarą yra neigiamos temperatūros zonoje, todėl dažniausiai susideda iš ledo kristalų. Fig. 54 vertikalioje pjūvyje, statmenoje frontui, pavaizduota šiltajam frontui būdinga debesų sistema. Šie debesys priklauso sluoksniuotoms formoms ir daugiausia yra šiltame ore virš priekinio paviršiaus. Aukščiausi debesys (cirrus ir cirrostratus) yra 6-8 km aukštyje. Jie yra šiltojo fronto pranašai. Šių debesų atsiradimas likus kelioms valandoms iki kritulių zonos artėjimo rodo orų pablogėjimą. Cirrostratus debesys užleidžia vietą labai sluoksniuotiems, pro kuriuos vis dar šviečia saulė, tačiau jie turi didelį vertikalų storį. Po to seka tankesni sluoksniniai lietaus debesys, duodantys didžiulius kritulius, pasiekiantys žemę. Žemiausi yra sluoksniuoti ir draskomi lietaus debesys, kurių apatinės ribos aukštis, priklausomai nuo drėgmės, gali svyruoti nuo nulio iki kelių šimtų metrų. Be to, kaip matyti Fig. 54, apatinės pakopos debesys susidaro ne tik šiltame suprafrontaliniame ore, bet iš dalies ir šaltame ore priekiniame paviršiuje. Šiame paveikslėlyje esančios rodyklės rodo oro srautų kryptį šiltame ir šaltame ore su bendru perkėlimu iš kairės į dešinę čia pateiktos diagramos plokštumoje.
Galingo šaltojo fronto debesų sistema parodyta fig. 55. Nesunku pastebėti, kad šiltojo (54 pav.) ir šaltojo (55 pav.) fronto profiliai ženkliai skiriasi vienas nuo kito. Taip yra todėl, kad judant šiltas oras apatiniame sluoksnyje dėl trinties žemės paviršiuje yra ištempiamas priešinga judėjimo kryptimi. Tuo tarpu šaltasis frontas tampa statesnis dėl trinties apatiniame 1–2 km sluoksnyje.
Pavaizduota pav. 54 ir 55 šiltojo ir šaltojo fronto debesų sistemos reiškia tuos atvejus, kai frontų vertikalusis ilgis didelis, temperatūrų kontrastai fronte dideli, vyksta intensyvus kylantis oro judėjimas. Oro masės abiejose priekinės pusėse yra stabilios. Jei visomis šiomis sąlygomis šaltas oras yra nestabiliai sluoksniuotas, tai po šaltojo fronto seka ne sluoksniuotieji debesys, o galingi kamuoliniai ir kamuoliniai debesys. Jei ir šaltas, ir šiltas oras vienu metu yra nestabiliai sluoksniai, tai prieš frontą susidaro galingas škvalų debesis (56 pav.), duodantis stiprius kritulius, lydimus perkūnijos ir net krušos.
Šiltojo fronto debesų sistema taip pat turi variacijų. Esant šilto oro nestabilumui, susidaro konvekciniai debesys, iškrenta lietus. Daroma prielaida, kad oro drėgmės kiekis yra pakankamas.
Tačiau vertikalus atmosferos frontų ilgis ne visada reikšmingas, dažnai neviršija 1-3 km. Atsižvelgiant į tai, frontalinis debesuotumas taip pat yra ribotas, išskyrus tuos atvejus, kai dėl nestabilumo susidaro konvekcinis debesuotumas, kurio aukštis siekia 5-6 km ir daugiau. Net ir esant dideliam vertikaliam priekio ilgiui, priekinis debesuotumas nėra ištisinė terpė, kaip parodyta Fig. 54 ir 55, ir susideda iš kelių sluoksnių, tarp kurių yra be debesų (57 pav. a). Taip yra dėl to, kad daugeliu atvejų sutrinka bendras šilto oro kilimas ir priekinėje zonoje kaitaliojasi sluoksniai su kylančio ir besileidžiančio oro judesiais. Šiuo atveju pastarieji sukelia priekinės debesų sistemos sunaikinimą iki visiško debesų išsklaidymo. Kai oras labai sausas, debesų susidarymas priekyje arba visai nesusidaro, arba atsiranda ploni vidutinės ir viršutinės pakopos debesys, kurie neduoda kritulių (57 pav. 6).
Vis dar yra kitų tipų frontų, kurie atsiranda susidūrus šaltajam ir šiltajam frontams. Frontai užsidaro dėl to, kad jie juda skirtingu greičiu. Cikloninėje sistemoje, kaip taisyklė, šaltieji frontai juda didesniu greičiu nei šiltieji. Todėl šaltasis frontas, pasivijęs šiltąjį, su juo užsidaro, suformuodamas uždarymo frontą, arba, kaip įprasta vadinti, okliuzinį frontą. Iš pradžių abiejų frontų debesų sistemos, užsidariusios, išlieka ir duoda gausius, daugiausia didžiulius kritulius. Tačiau pamažu okliuzijos fronto intensyvumas silpnėja dėl jau vykstančio jo susiliejimo proceso. Tokiu atveju galingos debesų sistemos pradeda sklaidytis, o frontą paviršinio vėjo lauke aptinka debesų likučiai. Fig. 58 schematiškai pavaizduotas šaltojo ir šiltojo fronto uždarymas jiems judant iš kairės į dešinę. Šaltas oras, kaip ir tankesnis, įsikiša po šiltu oru.
Visų tipų frontai, susidūrę su kalnų kliūtimis, palieka daug drėgmės priešvėjinėje pusėje. Tačiau įveikiant aukšto kalno kliūtį, sutrinka frontų debesų sistema, o pavėjuje sklinda debesys, krituliai dažnai nutrūksta. Tik įveikus kliūtį debesų fronto sistema vėl atkuriama.
Atmosferos frontų tyrimą lemia poreikis plėsti žinias šioje srityje, atsižvelgiant į praktikos, ypač aviacijos, reikalavimus, nes galingi debesys, kaip ir staigūs orų pokyčiai, yra susiję su frontais. Todėl jų tyrimas yra vienas svarbiausių meteorologų uždavinių.
Nepaisant frontų tyrimo užduoties svarbos, žinių apie jų atsiradimo sąlygas vis dar nepakanka. Tai visų pirma reiškia priekinių debesų susidarymą ir evoliuciją. Aukščiau pateiktos diagramos suteikia tik bendrą vaizdą apie priekinius debesis. Tiesą sakant, debesys atmosferos frontų zonoje sudaro ir ištisinį vidutinį, ir storą sluoksnį, tarp kurių yra be debesų.
Sunkumai tyrinėjant debesų susidarymo fiziką frontuose yra susiję su metodų, kaip masiškai ir išsamiai ištirti visas debesų vystymosi ypatybes tam tikromis sinoptinėmis sąlygomis, nebuvimu, nes tam reikia ilgo buvimo aukštyje, o tai techniškai sudėtinga. įgyvendinti.
Tikrai modernūs lėktuvai, skrendantys dideliu greičiu, leidžia stebėti ir atlikti įvairius matavimus skrydžio trajektorijoje. Balionai patogiausi debesims tirti. Tačiau jie ne visada gali patekti į mus dominantį debesį. Visų pirma, balionas negali patekti į perkūnijos debesis, nes jį gali užsidegti žaibo blyksnis.
Jau buvo minėta aukščiau, kad debesų susidarymą sukelia vandens garų kondensacija dėl oro pakilimo ir jo adiabatinio aušinimo. Norint įsivaizduoti debesuotumo evoliucijos tyrimo sunkumus, pakanka pasakyti, kad vertikalūs oro judėjimai, sukeliantys debesų susidarymą ir sunaikinimą, dar nėra pritaikyti tiesioginiams matavimams. Apytiksliai vertikalių judesių skaičiavimai šiuo metu atliekami daugiausia iš teorinių prielaidų apie slėgio ir vėjo laukų pokyčius skirtinguose aukščiuose.
Atmosferos frontų ir jų debesų sistemų tyrimai patraukia daugelio mokslininkų dėmesį tiek SSRS, tiek užsienyje. Dažnai rizikuodami gyvybe jie skraido perkūnijos debesyse ir žingsnis po žingsnio plečia žinias apie frontalinę veiklą. Daugiausia Norvegijos meteorologų (T. Bergerono, S. Peterseno ir kt.) parengtas frontų struktūrinių ypatybių nuostatas peržiūrėjo ir patobulino sovietų mokslininkai. Dėka A.F.Dyubuko, N.L.Taborovskio, E.G.Zako, E.K.Fedorovo, G.D. Oro judėjimas ir debesų susidarymas, taip pat kiti su frontais susiję dalykai labai praturtėjo. Ir vis dėlto daugelis svarbių debesų susidarymo ypatybių ir debesų formų pokyčių frontų evoliucijos metu lieka nežinomi.
Nėra vieningos nuomonės apie vertikalią frontų mastą troposferoje ir fronto formavimąsi stratosferoje. Tačiau pastaraisiais metais vis daugiau mokslininkų priėjo prie išvados, kad troposferos frontai daugeliu atvejų pasiekia tropopauzę; aukščiau – stratosferoje – jie taip pat egzistuoja (GD Zubyan, R. Bergren), tačiau dėl nereikšmingo oro drėgnumo stratosferos frontuose debesys nesusidaro.