Нижняя часть атмосферы Земли, тропосфера, находится в постоянном движении, смещаясь над поверхностью планеты и перемешиваясь. Отдельные ее участки обладают различной температурой. При встрече таких атмосферных зон и возникают атмосферные фронты, которые представляют собой пограничные зоны между воздушными массами разной температуры.

Образование атмосферного фронта

Циркуляция тропосферных потоков приводит к тому, что теплые и холодные воздушные течения встречаются. В месте их встречи из-за разницы температур происходит активная конденсация водяных паров, что приводит к образованию мощных облаков, а впоследствии - сильным осадкам.

Граница атмосферных фронтов редко бывает ровной, она всегда извилиста и неоднородна, вследствие текучести воздушных масс. Более теплые атмосферные течения натекают на холодные воздушные массы и поднимаются вверх, более холодные - вытесняют теплый воздух, заставляя его подниматься выше.

Рис. 1. Приближение атмосферного фронта.

Теплый воздух по массе легче холодного и всегда поднимается вверх, холодный - наоборот, скапливается у поверхности.

Активные фронты двигаются со средней скоростью в 30-35 км. в час, однако они могут и временно прекращать свое движение. По сравнению с объемом воздушных масс граница их соприкосновения, которую и называют атмосферным фронтом - очень невелика. Ширина его может достигать сотни километров. В длину - в зависимости от величины сталкивающихся воздушных течений, фронт может иметь тысячи км.

Признаки атмосферного фронта

В зависимости от того, какое атмосферное течение движется более активно, различают теплые и холодные фронты.

ТОП-1 статья которые читают вместе с этой

Рис. 2. Синоптическая карта атмосферных фронтов.

Признаками приближающегося теплого фронта являются:

• перемещение теплых воздушных масс в сторону более холодных;
• образование перистых или слоистых облаков;
• постепенное изменение погоды;
• моросящие или обложные дожди;
• повышение температуры после прохождения фронта.

О приближении холодного фронта свидетельствуют:

• перемещение холодного воздуха в сторону теплых областей атмосферы;
• образование большого количества кучевых облаков;
• быстрые изменения погоды;
• ливневые и грозовые дожди;
• последующее понижение температуры.

Холодный воздух движется быстрее теплого, поэтому низкотемпературные фронты более активны.

Погода и атмосферный фронт

В областях прохождения атмосферных фронтов погода изменяется.

Рис. 3. Столкновение теплого и холодного воздушных течений.

Изменения ее зависят от:

• температур встретившихся воздушных масс . Чем больше разница температур - тем сильнее будут ветра, интенсивнее осадки, мощнее облачность. И наоборот, если разница температур воздушных течений невелика, то атмосферный фронт будет слабовыраженным и его прохождение над поверхностью Земли не принесет особых погодных изменений;
• активности воздушных течений . В зависимости от их давления, атмосферные потоки могут обладать различной скоростью передвижения, от чего будет зависеть скорость изменения погоды;
• формы фронта . Более простые линейные формы поверхности фронта более предсказуемы. При образовании атмосферных волн или замыкании отдельных выдающихся языков воздушных масс образуются вихри - циклоны и антициклоны.

После прохождения теплого фронта устанавливается погода с более высокой температурой. После прохождения холодного - наступает похолодание.

), 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.

Мы рассмотрели типы атмосферных фронтов. Но при прогнозировании погоды в яхтинге следует помнить, что рассмотренные виды атмосферных фронтов отражают только главные черты развития циклона. В действительности могут быть значительные отклонения от этой схемы.
Признаки атмосферного фронта любого типа могут быть в одних случаях резко выраженными, или обостренными, в других случаях — слабо выраженными, или размытыми.

Если тип атмосферного фронта обостренный, то при переходе через его линию резко изменяются температура воздуха и другие метеорологические элементы, если размыт — температура и другие метеорологические элементы меняются постепенно.

Процессы образования и обострения атмосферных фронтов называются фронтогенезом, а процессы размывания — фронтолизом. Эти процессы наблюдаются непрерывно, подобно тому, как непрерывно формируются и трансформируются воздушные массы. Об этом необходимо помнить при прогнозировании погоды в яхтинге.

Для образования атмосферного фронта необходимо существование хотя бы небольшого горизонтального градиента температуры и такого поля ветра, под действием которого этот градиент значительно увеличился бы в некоторой узкой полосе.

Особую роль в образовании и размывании разных видов атмосферных фронтов играют барические седловины и связанные с ними деформационные поля ветра. Если изотермы в переходной зоне между соседними воздушными массами располагаются параллельно оси растяжения или под углом менее 45° к ней, то в деформационном поле происходит их сближение и горизонтальный температурный градиент увеличивается. Наоборот, при расположении изотерм параллельно оси сжатия или под углом менее 45° к ней расстояние между ними увеличивается, и если уже сформированный атмосферный фронт попадет под такое поле, произойдет его размывание.

Профиль поверхности атмосферного фронта.

Угол наклона профиля поверхности атмосферного фронта зависит от разности температуры и скорости ветра теплой и холодной воздушной массы. На экваторе атмосферные фронты не пересекаются с земной поверхностью, а превращаются в горизонтальные слои инверсии. Следует отметить, что на величину наклона поверхности теплого и холодного атмосферного фронта некоторое влияние оказывает трение воздуха о земную поверхность. В пределах слоя трения скорость движения фронтальной поверхности с высотой увеличивается, а выше уровня трения почти не изменяется. Это по разному влияет на профиль поверхности теплого и холодного атмосферного фронта.

Когда атмосферный фронт начал смещаться как теплый, в том слое, где скорость движения с высотой возрастает, фронтальная поверхность становится более отлогой. Аналогичное построение для холодного атмосферного фронта показывает, что под влиянием трения нижняя часть его поверхности становится более крутой, чем верхняя, и даже может получить внизу обратный наклон, так что теплый воздух у земной поверхности может располагаться в виде клина под холодным. Это осложняет прогнозирование последующих событий в яхтинге.

Движение атмосферных фронтов.

Важным фактором в яхтинге является движение атмосферных фронтов. Линии атмосферных фронтов на картах погоды проходят вдоль осей барических ложбин. Как известно, в ложбине линии тока имеют сходимость к оси ложбины, а следовательно, к линии атмосферного фронта. Поэтому при прохождении его ветер довольно резко изменяет свое направление.

Вектор ветра в каждой точке перед и за линией атмосферного фронта можно разложить на две составляющие: касательную и нормальную. Для движения атмосферного фронта имеет значение лишь нормальная составляющая скорости ветра, величина которой зависит от угла между изобарами и линией фронта. Скорость движения атмосферных фронтов может колебаться в весьма широких пределах, так как она зависит не только от скорости ветра, но и от характера барического и термического полей тропосферы в его зоне, а также от влияния приземного трения. Определение скорости перемещения атмосферных фронтов чрезвычайно важно в яхтинге при выполнении необходимых действий по уклонению от циклона.

Следует отметить, что сходимость ветров к линии атмосферного фронта в приземном слое стимулирует восходящие движения воздуха. Поэтому вблизи этих линий имеются наиболее благоприятные условия для образования облаков и выпадения осадков, и наименее благоприятные для яхтинга.

В случае резкого типа атмосферного фронта над ним и параллельно ему в верхней тропосфере и нижней стратосфере наблюдается струйное течение, под которым понимают узкие потоки воздуха с большими скоростями и большой горизонтальной протяженностью. Максимальная скорость отмечается вдоль мало наклоненной горизонтальной оси струйного течения. Длина последнего измеряется тысячами, ширина — сотнями, толщина — несколькими километрами. Максимальная скорость ветра по оси струйного течения составляет 30 м/сек и более.

Возникновение струйных течений связано с образованием в высотных фронтальных зонах больших горизонтальных градиентов температуры, обусловливающих, как известно, термический ветер.

Стадия молодою циклона продолжается до тех пор, пока в центре циклона у земной поверхности остается теплый воздух. Продолжительность этой стадии в среднем 12-24 ч.

Зоны атмосферных фронтов молодого циклона.

Обратим еще раз внимание, что как в начальной стадии развития молодого циклона теплый и холодный фронты представляют собой два участка волнообразно изогнутой поверхности основного атмосферного фронта, на которой развивается циклон. В молодом циклоне можно выделить три зоны, резко отличающиеся по условиям погоды, а соответственно и по условиям для яхтинга.

Зона I - передняя и центральная части холодного сектора циклона перед теплым атмосферным фронтом. Здесь характер погоды определяется свойствами теплого фронта. Чем ближе к его линии и к центру циклона, тем мощнее система облаков и тем вероятнее выпадение обложных осадков, наблюдается падение давления.

Зона II - тыловая часть холодного сектора циклона за холодным атмосферным фронтом. Здесь погода определяется свойствами холодного атмосферного фронта и холодной неустойчивой воздушной массы. При достаточной влажности и значительной неустойчивости воздушной массы выпадают ливневые осадки. Атмосферное давление за его линией растет.

Зона III - теплый сектор. Поскольку теплая воздушная масса является преимущественно влажной и устойчивой, то условия погоды в ней обычно соответствуют условиям погоды в устойчивой воздушной массе.

На рисунке вверху и внизу даны два вертикальных разреза через область циклона. Верхний сделан к северу от центра циклона, нижний — к югу и пересекает все три рассмотренные зоны. На нижнем виден подъем теплого воздуха в передней части циклона над поверхностью теплого атмосферного фронта и образование характерной облачной системы, а также распределение течений и облаков у холодного атмосферного фронта в тыловой части циклона. Верхний разрез пересекает поверхность основного фронта только в свободной атмосфере; у земной поверхности лишь холодный воздух, теплый течет над ним. Разрез проходит через северный край области фронтальных осадков.

Изменение направления ветра при движении атмосферного фронта видно из рисунка, где показаны линии тока холодного и теплого воздуха.

Теплый воздух в молодом циклоне движется быстрее, чем перемещается само возмущение. Поэтому через возмещение протекает все новый и новый теплый воздух, опускающийся по холодному клину в тылу циклона и восходящий в его передней части.

С ростом амплитуды возмущения теплый сектор циклона суживается: холодный атмосферный фронт постепенно нагоняет медленно движущийся теплый и наступает момент, когда теплый и холодный атмосферные фронты циклона смыкаются.

Центральная область циклона у земной поверхности вся заполняется холодным воздухом, а теплый воздух оттесняется в более высокие слои.

АТМОСФЕРНЫЙ ФРОНТ (тропосферный фронт), промежуточная, переходная зона между воздушными массами в нижней части атмосферы - тропосфере. Зона атмосферного фронта очень узка по сравнению с разделяемыми ею воздушными массами, поэтому её приближённо рассматривают как поверхность раздела (разрыва) двух воздушных масс разной плотности или температуры и называют фронтальной поверхностью. По той же причине на синоптических картах атмосферный фронт изображают в виде линии (линия фронта). Если бы воздушные массы были неподвижны, поверхность атмосферного фронта была бы горизонтальной, с холодным воздухом внизу и тёплым над ним, но поскольку обе массы движутся, она располагается наклонно к земной поверхности, причём холодный воздух лежит в виде очень пологого клина под тёплым. Тангенс угла наклона фронтальной поверхности (наклон фронта) порядка 0,01. Атмосферные фронты могут простираться иногда до самой тропопаузы, но могут и ограничиваться нижними километрами тропосферы. В пересечении с земной поверхностью зона атмосферного фронта имеет ширину порядка десятков км, горизонтальные же размеры самих воздушных масс - порядка тысяч км. В начале образования атмосферных фронтов и при их размывании ширина фронтальной зоны будет больше. По вертикали атмосферные фронты представляют собой переходный слой толщиной в сотни м, в котором температура с высотой понижается меньше, чем обычно, или возрастает, то есть наблюдается инверсия температуры.

У земной поверхности атмосферные фронты характеризуются увеличенными горизонтальными градиентами температуры воздуха — в узкой зоне фронта температура резко переходит от значений, свойственных одной воздушной массе, к значениям, свойственным другой, причём изменение иногда превышает 10°С. Меняются во фронтальной зоне также влажность воздуха и его прозрачность. В барическом поле атмосферные фронты связаны с ложбинами пониженного давления (смотри Барические системы). Над фронтальными поверхностями образуются обширные облачные системы, дающие осадки. Атмосферный фронт перемещается со скоростью, равной нормальной составляющей к фронту скорости ветра, поэтому прохождение атмосферного фронта через место наблюдения приводит к быстрому (в течение часов) и подчас резкому изменению важных метеорологических элементов и всего режима погоды.

Атмосферные фронты характерны для умеренных широт, где между собой граничат основные воздушные массы тропосферы. В тропиках атмосферные фронты редки, а постоянно имеющаяся там внутритропическая зона конвергенции существенно отличается от них, не являясь температурным разделом. Основная причина возникновения атмосферного фронта (фронтогенеза)- наличие таких систем движения в тропосфере, которые приводят к сближению (сходимости) масс воздуха, обладающих разной температурой. Первоначально широкая переходная зона между воздушными массами становится при этом резким фронтом. В особых случаях возможно образование атмосферного фронта при течении воздуха вдоль резкой температурной границы на подстилающей поверхности, например, над кромкой льда в океане (так называемый топографический фронтогенез). В процессе общей циркуляции атмосферы между воздушными массами разных широтных зон с достаточно большими контрастами температуры возникают длинные (тысячи км), вытянутые преимущественно по широте главные фронты - арктические, антарктические, полярные, на которых происходит образование циклонов и антициклонов. При этом динамическая устойчивость главного атмосферного фронта нарушается, он деформируется и продвигается на одних участках к высоким широтам, на других - к низким. По обе стороны поверхности атмосферного фронта возникают вертикальные составляющие скорости ветра порядка см/с. Особенно важно восходящее движение воздуха над поверхностью атмосферного фронта, которое приводит к образованию облачных систем и осадков.

В передней части циклона главный атмосферный фронт принимает характер тёплого фронта (рисунок, а), при продвижении которого к высоким широтам тёплый воздух занимает место отступающего холодного воздуха. В тыловой части циклона атмосферный фронт принимает характер холодного фронта (рисунок, б) с продвижением холодного клина вперёд и с вытеснением тёплого воздуха перед ним в высокие слои. При окклюзии циклона тёплый и холодный атмосферный фронт соединяются, образуя сложный фронт окклюзии с соответствующими изменениями облачных систем. В итоге эволюции фронтальных возмущений сами атмосферные фронты размываются (так называемый фронтолиз). Однако изменения в поле атмосферного давления и ветра, создаваемые циклонической деятельностью, приводят к возникновению условий для образования новых атмосферных фронтов и, следовательно, к постоянному возобновлению процесса циклонической деятельности на фронтах.

В верхней части тропосферы в связи с атмосферным фронтом возникают так называемые струйные течения. От главных фронтов отличают вторичные атмосферные фронты, возникающие внутри воздушных масс той или иной природной зоны при некоторой их неоднородности; они не играют значительной роли в общей циркуляции атмосферы. Бывают случаи, когда атмосферный фронт хорошо развит в свободной атмосфере (верхний атмосферный фронт), но мало выражен или вовсе не проявляется вблизи земной поверхности.

Лит.: Петерсен С. Анализ и прогнозы погоды. Л., 1961; Пальмен Э., Ньютон Ч. Циркуляционные системы атмосферы. Л., 1973; Океан - атмосфера: Энциклопедия. Л., 1983.

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.

---