Атмосферный фронт. Что такое атмосферный фронт

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

), разделяются между собой довольно узкими переходными зонами, которые сильно наклонены к земной поверхности (меньше 1°). фронтом называется раздел между , обладающими разными физическими свойствами. Пересечение фронта с земной поверхностью называется линией фронта. На фронте все свойства воздушных масс — температура, направление и скорость ветра, влажность, осадки — резко меняются. Прохождение фронта через место наблюдения сопровождается более или менее резкими изменениями .

Различают фронты, связанные с циклонами, и климатические фронты.

В циклонах фронты образуются при встрече теплого и холодного воздуха, при этом вершина фронтальной системы, как правило, находится в центре . Холодный воздух, встречаясь с теплым, всегда оказывается внизу. Он подтекает под теплый, стремясь вытеснить его вверх. Теплый воздух, наоборот, натекает на холодный и если теснит его, то сам при этом поднимается по плоскости раздела. В зависимости от того, какой воздух активнее, в какую сторону смещается фронт, он называется теплым или холодным.

Теплый фронт перемещается в сторону холодного воздуха и означает наступление теплого воздуха. Он медленно оттесняет холодный воздух. Как более легкий он натекает на клин холодного воздуха, полого поднимаясь вверх по поверхности раздела. При этом перед фронтом образуется обширная зона облаков, из которых выпадают обложные осадки. Полоса осадков перед теплым фронтом достигает 300, а в холодное время даже 400 км. За линией фронта осадки прекращаются. Постепенная смена холодного воздуха теплым приводит к понижению давления и усилению ветра. После прохождения фронта наблюдается резкое изменение погоды: повышается , изменяет направление примерно на 90° и ослабевает, ухудшается видимость, образуются , могут выпадать моросящие осадки.

Холодный фронт перемещается в сторону теплого воздуха. В этом случае холодный воздух — как более плотный и тяжелый — движется по земной поверхности в виде клина, движется быстрее, чем теплый и, как бы приподнимает впереди себя теплый воздух, энергично выталкивая его вверх. Над линией фронта и впереди его образуются большие кучево-дождевые , из которых выпадают ливневые дожди, возникают , наблюдаются сильные ветры. После прохождения фронта осадки и облачность значительно уменьшаются, ветер изменяет направление примерно на 90° и несколько ослабевает, температура понижается, уменьшается влажность воздуха, увеличивается его прозрачность и видимость; растет.

Арктический (антарктический) фронт отделяет арктический (антарктический) воздух от воздуха умеренных широт, два умеренных (полярных) фронта разделяют воздух умеренных широт и тропический воздух. Тропический фронт образуется там, где встречаются тропический и воздух, отличающиеся по , а не по температуре. Все фронты вместе с границами поясов смещаются летом к полюсам, а зимой . Нередко они образуют отдельные ветви, распространяющиеся на большие расстояния от . Тропический фронт всегда находится в том полушарии, где лето.

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.

На первый взгляд кажется, что воздух в атмосфере неподвижен. На самом деле движение происходит непрерывно и в вертикальном, и в горизонтальном направлении. В движении огромные воздушные массивы взаимодействуют друг с другом. Их размеры соизмеримы с площадями континентов. На этом основано такое явление, как атмосферный фронт.

Воздух в таком массиве имеет однородные свойства, полученные при зарождении над поверхностью суши или акватории океана, где он сформировался. Воздушные вихри Земли перемещают воздух тропосферы с одной территории на другую, перенося и изменяя вместе с ними и их свойства. Поведение и свойства воздушных массивов определяют типы климата и погодные особенности территории.

Классификация воздушных масс

В зависимости от свойств воздушные массы разделяют на типы. Главный критерий классификации - соотношение тепла и влаги:

• холодные и сухие - воздух Арктики и Антарктики;
• изменяют температуру и влажность по сезонам года - полярные (умеренных широт);
• жаркие и сухие - тропические;
• жаркие и влажные - экваториальные.

При движении воздушные массы сталкиваются, а на их границе стремительно развиваются атмосферные события.

Атмосферный фронт - определение

География - наука, которая изучает различные природные явления. Здесь же рассматривается понятие атмосферного фронта. Он может быть очень обширным: несколько десятков километров в длину, сотни метров в высоту и по протяжённости тысячи километров. Переходная зона от одних свойств к другим называется фронтальной поверхностью, а её пересечение с поверхностью земли - линией фронта. На ней разворачиваются основные события, сопровождающиеся резкими изменениями погоды. От того, какой воздух принёс фронт, будет зависеть погодная обстановка.

Таким образом, атмосферный фронт в географии - это граница между разными по свойствам массивами воздуха.

Отличие атмосферных фронтов друг от друга обусловлено не только температурой воздуха, но и тем, как происходит их зарождение.

Теплый фронт

Образуется, когда лёгкий тёплый воздух при большей скорости движения нагоняет холодную массу, из-за тяжести не способную двигаться быстро. При соприкосновении с холодным воздухом, тёплый начинает ползти вверх по пологому склону, образованному холодным массивом. Уже две воздушные массы совместно продолжают движение в направлении, куда двигался тёплый воздух. Поднимаясь, тёплый воздух остывает и образует дождевые облака.

Тёплый атмосферный фронт всегда можно распознать по следующим признакам:

• барометры показывают понижение атмосферного давления;
• отмечается повышение температуры воздуха;
• появляются предвестники дождя - перистые облака, постепенно переходящие в перисто-слоистые, а потом - в высокослоистые;
• ветер усиливается, изменяя своё направление;
• облака наливаются тяжестью;
• выпадают осадки.

Потепление - постоянный спутник тёплого фронта. Летом осадки имеют затяжной характер, поэтому устанавливается ненастная, хотя и тёплая погода. Зимой приход тёплого фронта связан с обильными снегопадами и оттепелями.

Холодный фронт

Холодный фронт атмосферный возникает тогда, когда холодный воздух в движении нагоняет тёплый, подхватывает его и стремительно поднимает вверх. Из-за своей лёгкости тёплый воздух быстро оказывается на большой высоте, также быстро остывает. Влага из тёплого воздуха превращается в пар и образует клубы кучево-дождевых облаков. Воздух продолжает своё движение в том направлении, куда перемещался холодный воздух. Всегда сопровождается ливнями и похолоданием.

Характерные признаки холодного фронта:

• происходят скачки давления как за линией фронта, так и перед ним;
• появляются кучевые облака;
• дует шквалистый ветер, резко меняя направление слева направо;
• начинается ливень с грозой, возможен град, осадки могут продолжаться несколько часов;
• резко холодает, разница температуры может составлять до 10 0 С;
• за линией облачности видны прояснения.

Погода, которая сопровождает холодный фронт - это всегда испытание, особенно для тех, кто находится в пути.

В зависимости от интенсивности движения воздуха выделяют фронт атмосферный 1-го рода, отличающийся медленным движением, и фронт 2-го рода, движущийся стремительно и приносящий летом дожди и шквалистый ветер, а зимой снегопады и пургу. Они также различаются скоростью атмосферных процессов, проходящих внутри.

Фронты окклюзии

Это области соединения нескольких фронтов. Они также бывают тёплыми и холодными. Механизм их образования сложен и зависит от того, какой по свойствам воздух встречается. Как правило, в их формировании участвуют два массива холодных, а один тёплый, и наоборот.

При фронтах окклюзии наблюдаются:

• сплошная облачность и обложные дожди;
• не усиление, а изменение направления ветра ;
• отсутствие скачков атмосферного давления;
• температурное постоянство;
• образование циклонов.

Циклоны и антициклоны

Характеристика погодных явлений при прохождении всех типов фронтов невозможна без упоминания циклональных и антициклональных типов погоды.

Воздух над поверхностью планеты распределяется неравномерно, поэтому происходит его перетекание оттуда, где его много, в районы, где воздуха недостаточно. В результате возникает разница в давлении воздуха на земную поверхность. При перетекании воздушных масс в атмосфере образуются вихри.

Воздушная воронка с низким давлением в центе называется циклоном, а с высоким - антициклоном. Циклональной называется пасмурная, снежная или дождливая погода, антициклональной - сухая и ясная, зимой - морозная.

Географические атмосферные различия

В основу географической классификации атмосферных фронтов положено два признака:

• географические широты, в которых происходит образование фронтальных зон;
• формирующая фронт (атмосферный) подстилающая поверхность.

На границе климатических поясов, отличающихся господствующими воздушными массами, образуются пояса фронтальных зон. На земном шаре их три:

1. В полярной зоне Северного и Южного полушария на границе холодных полярных и умеренных воздушных масс сформировалась арктическая (в северном полушарии) и антарктическая (в южном полушарии) фронтальные зоны.
2. Между умеренными и тропическими широтами сформировался полярный фронт атмосферный. Он опоясывает земной шар в районе северного и южного тропика.
3. На границе тропического и экваториального воздуха расположена тропическая фронтальная зона.

В зависимости от сезона зоны смещаются в меридиональном направлении. Циркуляционные процессы в географических фронтальных зонах формируют климатические пояса.

Подстилающая поверхность и фронтальные зоны

Над континентом образуются сухие континентальные массивы воздуха, а над океаном - влажные морские. В процессе циркуляции атмосферы они также сталкиваются, на границе образуются фронтальные зоны, в которых свойства воздуха трансформируются. Образуются морские и континентальные атмосферные фронты. Типы погоды, связанные с ними, зависят от свойств воздуха.

Итак, мы разобрались с таким понятием, как атмосферный фронт, определение которого звучит следующим образом - это линия соприкосновения воздушных масс разных типов. Свойства атмосферного фронта зависят от того, в каком направлении по отношению друг к другу воздушные массы двигаются. Прохождение атмосферных фронтов всегда сопровождается изменением погодных условий и характерными для каждого фронта атмосферными явлениями.

Дождь... Снег... Пронизывающий ветер... Палящее солнце... Эти проявления погоды знакомы каждому из нас с глубокого детства. Но даже прилежно изучив в школе географию, мы всё равно иногда удивляемся резким перепадам температуры и необычным природным катаклизмам. С климатическими скачками неизменно связаны атмосферные фронты. Они формируют каждодневную погоду и определяют границы времён года.

Атмосферный фронт

Слово "фронт" (от латинского "frontis" - лоб, передняя сторона) подразумевает тонкую грань между чем-то. Она может проходить, например, между разными районами боевых действий: областями концентрации сил противника и дружеской армией. Если мы употребляем словосочетание "фронт атмосферный", то имеем в виду границу в воздухе, некий рубеж в атмосфере. Что именно он разделяет, и как это влияет на нас?

Матушка-природа сформировала благоприятный климат, в котором человек может существовать, размножаться и развиваться. Мы живём в тропосфере, нижней части атмосферы, которая не только даёт нам кислород, но и пребывает в постоянном движении. Некие объёмные в ней время от времени взаимодействуют. В середине каждого из этих образований свои небольшие очаги микроклимата, которые отличаются по свойствам, но в целом являются однородными, сохраняя стабильную температуру и влажность. Массы двигаются над поверхностью Земли, встречаются и даже сталкиваются. Но никогда не перемешиваются. Граница между ними и называется атмосферным фронтом.

Основные виды

Ширина полосы между одинаковыми по свойствам воздушными массами достигает отметки в десятки, иногда сотни километров. Это фронт атмосферный, где всегда происходят скачки давления воздуха, смена облачности и температуры. То есть именно на этих участках можно наблюдать, как на смену жаркому солнцу приходит холодный дождь и наоборот. Если соприкасаются очень близкие, фактически однородные массы, фронт атмосферный не возникает. В результате погода не меняется.

Существует несколько фронтов. Они сформировались на основе главные показатели которых остаются константными.

1. Арктический. Отделяет холодный арктический воздух от умеренного.
2. Полярный. Расположен между умеренной и тропической воздушными массами.
3. Тропический. Это граница между тропической и экваториальной зонами.

В случае полной неподвижности фронт принял бы горизонтальное положение. В этом случае пласт холодного воздуха находился бы всегда внизу, а тёплого - вверху. Но в результате постоянной цикличности он расположен под углом к поверхности земли.

Холодный фронт

Сменится ли погода в нашем регионе и какой она будет - всё это продемонстрирует карта атмосферных фронтов. На ней чётко видно, что тёплый фронт всегда наклонён в ту сторону, в которую движется, холодный - в противоположную. Когда последний перемещается в зону высокой температуры, причём проникает в неё своеобразным клином, выталкивая вверх, на данной территории наступает похолодание. Тёплые массы постепенно остывают, из них освобождается влага - так образуются облака и тучи.

Первым признаком приближения холодного фронта являются дождевые кучевые образования, которые появляются на горизонте. При этом ветер дует порывами, резко меняя направление. Стена проливного дождя обрушивается внезапно. Небо мрачное, его рассекают молнии, гремит гром, иногда идёт град. Ненастье длится не больше двух часов, по истечении которых осадки прекращаются. Температура воздуха опускается, иногда сразу на 5-10 градусов, так как пространство атмосферы полностью занимает холодный фронт, вытеснивший прогретый солнцем воздух.

Тёплый фронт

Он образуется, когда зона высокой плюсовой температуры "натекает" на холодную массу. Она как будто бы скользит по ней, постепенно поднимаясь. Погода меняется плавно, без непредвиденных резких скачков и перепадов. Перистые облака - первый признак того, что надвигается фронт атмосферный, в центре которого довольно высокая температура воздуха. Ветра пока не наблюдается. Если же он есть, то его дуновения всегда приятные и лёгкие.

Постепенно облака тают, и на небе образуется сплошная белая пелена небольших слоистых образований, которые перемещаются по чистому голубому небосводу. Через какое-то время они сбиваются в кучу: плотный слой опускается ниже, поднимается ветер, моросит дождь или падает небольшой снег. Осадки усиливаются, идут несколько часов, иногда дней, после чего наступает потепление. Хорошая погода держится недолго. Фронт атмосферный, в котором температура низкая, догоняет зону тепла, так как движется быстрей и стремительней.

Циклон

Воздух на поверхности земли распределён неравномерно. В результате этого образуются зоны с высоким и низким давлением. В первой области воздух в избытке, во второй - в недостатке. Из зоны высокого давления он вытекает наружу, как бы переливаясь через край стакана, и заполняет собой образовавшиеся "дырки" на том участке, где Это явление природы мы называем ветром.

Участок низкого давления это и есть циклон. Он имеет форму вихря. Посмотрите, как вытекает вода из раковины, - она образует воронку. Тот же принцип демонстрирует нам и погода. Циклон - та же воронка в раковине, только перевёрнутая вверх ногами. В её центре полюс пониженного давления, который со всех сторон затягивает в себя воздух и устремляется вверх, причём закручивается он по часовой стрелке в и против - в северном. Внутри циклона облачно, поскольку вместе с ветром он "всасывает" в себя и облака. Они как с горки скатываются в него из тех зон, где давление повышенное.

Антициклон

Он работает с точностью до наоборот. В центре - высокое давление, воздуха там очень много, поэтому он расползается во все стороны, как будто выдавленный из кондитерского пакета крем. Потоки закручиваются по часовой стрелке в северном полушарии, против - в южном. Приведём ещё один пример: если в трубочку вы втянете газированный напиток, а потом отпустите, он неизменно стечёт в бокал. Аналогичное явление происходит в антициклоне. Только с помощью воздуха и в глобальных масштабах.

Погода в антициклоне обычно ясная, так как высокое давление вытесняет с этого участка облака. При этом летом всегда очень жарко: преграды в виде тучек, мешающие солнцу прогревать воздух, отсутствуют. Зимой всё наоборот. Солнце находится достаточно низко, но прогреть воздух оно не может: нет облаков, а поэтому ничто не задерживает тепло. В результате зимой, когда приходит антициклон, погода ясная, но морозная. Кстати, изучая атмосферные фронты, циклоны и антициклоны, их движения, видоизменения и трансформацию, синоптики составляют прогноз погоды для того или иного региона.

Что день грядущий нам готовит?

Самое трудное, говорят синоптики, это предвидеть погоду на ближайшие трое суток. То есть после сбора всей необходимой информации нужно быстро её обработать, учитывая все капризы атмосферных фронтов, изменения циклонов и антициклонов. И только сопоставив данные, можно делать заключение.

Прогнозы погоды бывают следующими:

1. Краткосрочный - максимум на трое суток.
2. Среднесрочный - до десяти суток.
3. Долгосрочный прогноз погоды - на месяц или сезон.

Первые два вида - это решение синоптиками уравнений термодинамики и динамики, которые описывают состояние атмосферы. Для этого специалисты анализируют возможность смены выпадения осадков, предполагаемые скачки давления и влажности воздуха. Долгосрочный прогноз погоды никогда до конца не бывает точным. Даже имея самое новое оборудование, синоптики не могут предвидеть все сюрпризы, приготовленные природой. Но составлять его в любом случае необходимо, так как в таком прогнозе имеются в виду ожидаемые месячные или сезонные погодные аномалии.