Атмосферный фронт (греч. atmos — пар и лат. front is - лоб, передняя сторона).

При сближении разнородных возникают переходные, или фронтальные зоны, которые непрерывно перемещаются и размываются; скорость и сила этих процессов зависит от разности температур встречающихся масс. Во фронтальной зоне усиливается , достигая на высоте 9-12 км скоростей (200 км/ч), возникают большие атмосферные вихри, а также выявляются поверхности разделов между холодными и теплыми воздушными массами. Эти поверхности разделов и называются атмосферными фронтами . Ширина их незначительна - несколько десятков километров, толщина по вертикали - несколько сотен метров. Наклон атмосферного фронта к Земле очень незначительный, менее 1°.

Если фронт перемещается в сторону более высоких температур, это означает, что наступает холодный воздух. Такой фронт называется холодным. При его наступлении тяжелые холодные воздушные массы вытесняют вверх более легкие теплые воздушные массы, которые, поднимаясь вверх, охлаждаются, влага, содержащаяся в них, высвобождается и образует . Непосредственное приближение холодного фронта можно заметить по скоплению мощных кучево-дождевых облаков на . Они быстро надвигаются стеной и вскоре занимают все небо. Нижний их край настолько низок, что, кажется, влачится по земле. Ослепительно белая кудрявая верхушка поднимается на высоту свыше 10 км. В природе становится тихо и душно, природа замирает. Вскоре ветер начинает дуть порывами, резко меняет направление. Внезапно обрушивается стена проливного дождя, нередко с градом. Потемневшее небо перечеркивают молнии, раздаются оглушительные раскаты грома. Ненастье обычно длится недолго, редко более двух . После становится холоднее, так как пространство занимают холодные воздушные массы. После могут начаться обложные дожди, которые постепенно перейдут в моросящие. Далее будет зависеть от скорости наступления холодного фронта.

При наступлении теплого фронта теплый воздух перемещается в сторону более низких температур и, натекая на холодную воздушную массу, скользит по ней, поднимаясь кверху и образуя облака. Высоко в атмосфере происходит образование перистых облаков. Они являются предвестниками теплого фронта. Вскоре эти облака начинают таять, и над земной поверхностью в атмосфере образуется сплошная пелена почти незаметных, тонких перисто-слоистых облаков. Облачный слой быстро плотнеет и спускается ниже. Усиливается ветер, и начинает моросить мелкий дождь (или кружатся снежинки). Постепенно он усиливается и льет затем в течение нескольких часов. Такой дождь называют обложным. Наступление теплого фронта сопровождается повышением . Однако он держится недолго, так как вскоре снова надвигается холодный фронт, который движется обычно быстрее.

Линия фронтов никогда не бывает прямой, она извилиста. Изгибы линии к северу обычно вызваны языками теплого воздуха, изгибы к югу - языками холодного воздуха. Когда изгибы фронтальной линии смыкаются, возникают мощные атмосферные вихри -

Воздушные массы, отличающиеся своими физическими свойствами, отделяются друг от друга слоем воздуха, называемым фронтальной поверхностью. В слое фронтальной зоны температура, влажность, плотность, ветер резко изменяются. Фронтальная зона всегда наклонена в сторону холодного воздуха. Над нею расположен тёплый воздух, как менее плотный и лёгкий, а над ним в виде клина – холодный. Основной причиной образования фронтов является сближение разнородных воздушных масс. Фронт считается динамически выраженным, если на 1000км расстояния разница температур тёплого и холодного воздуха составляет 8-10С. Скорость фронта зависит от угла пересечения фронта с изобарами.

Фронты, разделяющие основные географические типы воздушных масс, называются главными фронтами.

Различают:

· арктический фронт, отделяющий арктический воздух от воздуха умеренных широт;

· полярный фронт, разделяющий умеренный и тропический воздух;

· тропический фронт, лежащий между тропическим и экваториальным воздухом.

По скорости движения эти фронты могут быть стационарными (средняя скорость их движения 5-10км/час. Они располагаются на периферии циклона или антициклона) медленно движущимися, быстродвижущимися. По температуре теплыми, холодными и фронтами окклюзии. По высоте развития - приземными, тропосферными, высотными.

Тёплым фронтом называется участок главного фронта, перемещающийся в сторону холодного воздуха, за этим фронтом движется тёплый воздух, который, будучи менее плотным, натекает на холодный воздух.

Холодным фронтом называется участок главного фронта, перемещающийся в сторону тёплого воздуха. За эти фронтом движется холодный воздух, который более плотный и подклинивается под тёплый воздух.

Фронт, образовавшийся в результате смыкания тёплого и холодного воздуха, называется фронтом окклюзии .

3.3 Тёплый фронт зимой и летом. Условия полётов.

На тёплом фронте тёплый воздух натекает на холодный, расположенный в виде клина внизу. Впереди приземной линии наблюдается область падения давления, которая обусловлена заменой холодного воздуха тёплым. С падением давления усиливается ветер, максимальной скорости от достигает перед прохождением фронта, затем ослабевает. Пред фронтом преобладают ветры юго-восточного направления, переходящие за фронтом на южные и юго-западные.

Медленное восходящее движение тёплого воздуха вдоль фронтальной поверхности приводит к его адиабатическому охлаждению и образованию облачной системы и зоны осадков большой протяженности, ширина зоны облаков простирается до 600-700км.

Наклон фронтальной поверхности наблюдается в пределах 1/100 до 1/200.

Основной облачной системой фронта являются слоисто-дождевые и высоко-слоистые облака Ns-As, расположенные в нижнем и среднем ярусах (5-6 км). Их верхняя граница почти горизонтальная, а нижняя понижается от переднего края к линии фронта, где достигает высоты около 100м (в холодное время может быть ниже). Выше As-Ns располагаются перисто-слоистые и перистые облака. Иногда они сливаются с нижележащей облачной системой. Но зачастую облака верхнего яруса отделены от системы Ns-As облачной прослойкой. Под основной облачной системой наблюдается зона обложных осадков. Она лежит впереди приземной линии фронта и имеет протяженность по нормали от фронта до 400 км.

В зоне осадков образуются низкие разорванно-дождевые облака с нижней границой 50-100м, иногда возникают фронтальные туманы, при температурах от 0 до –3 наблюдается гололёд.

Зимой при сильных ветрах прохождение фронта сопровождается сильными метелями, Летом на тёплом фронте могут возникать отдельные очаги кучево-дождевых облаков с ливнями и грозами. Чаще всего они возникают ночью. Их развитие объясняется сильным ночным выхолаживанием верхнего слоя основной фронтальной облачной системы при относительно неизменной температуре в нижних слоях облака. Это приводит к возрастанию температурных градиентов и к увеличению вертикальных токов, которые и приводят к образованию кучево-дождевых облаков. Они, как правило, замаскированы слоисто-дождевой облачностью, что затрудняет их визуальное определение. При подлёте к слоисто-дождевым облакам, внутри которых скрыты кучево-дождевые, начинается болтанка (турбулентность), повышенная электризация, отрицательно влияющая на работу приборного оборудования.

Зимой в зоне отрицательных температур облачности тёплого фронта имеется опасность обледенения самолётов. Нижней границей обледенения является нулевая изотерма. Сильное обледенение наблюдается в полёте в зоне переохлажденного дождя. В холодное время года тёплый фронт обостряется и чаще даёт сложные погодные условия: низкую облачность, ухудшенную видимость в метелях, осадках, туманах, обледенение в осадках, гололёд на земле, электризацию в облаках.

Видимость после прохождения фронта некоторое время сохраняется ограниченной, так как воздух насыщен большим количеством влаги, что позволяет долгое время удерживаться туманам, дымке и низкой облачности.

За тёплым фронтом температура повышается. На картах погоды теплый фронт обозначается красной линией.

3.4 Холодный фронт 1 рода зимой и летом. Условия полётов.

Холодный фронт 1 рода перемещается со скоростью не более 30 км/час.

В этом случае имеется упорядоченное медленное поднятие тёплого воздуха по вторгающемуся клину холодного воздуха. В холодное полугодие в восходящем тёплом воздухе процесс конденсации не носит бурного характера. Вследствие этого над фронтальной поверхностью образуются слоисто-дождевые облака. Осадки начинаются у самой линии фронта, ширина зоны осадков составляет 100-200 км.

В этот сезон облачная система имеет сходство с облачностью системы тёплого фронта, расположенной в обратной последовательности. Облака верхнего яруса располагаются позади приземной линии фронта и могут быть отделены от основной облачной системы безоблачной прослойкой.

Верхняя граница слоисто-дождевых и высоко-слоистых облаков (Ns-As) располагается на высоте 4-5км.

В тёплое время года перед системой облаков Ns-As образуются кучево-дождевые облака большой вертикальной мощности, их которых выпадают ливневые осадки, сопровождающиеся грозами, эти облака располагаются грядами вдоль линии фронта с шириной 50-100 км. Верхняя граница может достигать тропопаузы и выше. Под облаками наблюдаются ливневые осадки, грозы, шквалы. В зоне осадков почти всегда образуются низкие разорванно-дождевые облака, Ветер после прохождения фронта поворачивает вправо и ослабевает, давление перед фронтом падает, за фронтом плавно растёт, температура понижается.

3.5 Холодный фронт 2 рода зимой и летом. Условия полётов.

Быстродвижущийся холодный фронт 2 рода является самым опасным их всех видов атмосферных фронтов. Вследствие большой скорости перемещения (40-50 км/час) холодный воздух с большой энергией вытесняет тёплый воздух вверх до больших высот. В летнее время в результате этой сильной динамической конвекции в тёплом воздухе образуются кучево-дождевые облака большой вертикальной мощности, иногда пробивая тропопаузу. В холодное время года

мощность облаков бывает меньшей.

Кучево-дождевые облака вытесняются вперед по направлению ветра на больших высотах, на 100-300км от линии фронта. Предвестником приближения такого фронт являются высококучевые облака чечевицеобразные (Ac), появляющиеся за 200км перед приземной линией фронта. У самой линии фронта кучево-дождевые облака сопровождаются шкваловыми вихрями с разрушительными скоростями ветра и грозами. Ширина облачной системы достигает нескольких десятков километров, нижняя граница находится обычно на высоте 300-400м, а в зоне осадков может опускаться до 100-200м.

В облаках большую опасность представляют восходящие потоки силой до 30м/с и более и нисходящие до 15 м/с и более. Кроме того, в облаках могут быть грозы, сильные ливневые осадки, а в зоне отрицательных температур – интенсивное обледенение. Но ширина этой опасной зоны небольшая, примерно 50 км.

У земли этот фронт сопровождается шквалами, ливнями, грозами, ширина зоны ливневых осадков – несколько десятков километров и наблюдается обычно впереди приземной линии фронта. Давление перед фронтом резко падает, за фронтом быстро растёт. Ветер после прохождения фронта резко меняет направление вправо и усиливается до 20-30 м/с. Температура за фронтом понижается на 10-12°С за 1 час.

Наиболее ярко выражена погода на этом фронте летом во второй половине дня.

Зимой при прохождении фронта отмечаются сильные снегопады, метели, ухудшающие видимость до нескольких десятков метров. Основные облака – кучево-дождевые (Cb) с верхней границей 4-5 км.

Полёты на эшелоне проходят в простых метеоусловиях, а основное влияние их проявляется на низких эшелонах при взлёте, посадке и в наборе.

3.6 Фронты окклюзии. Условия полётов.

Тёплые и холодные фронты являются фронтами молодых циклонов. Холодный фронт, как более активный и быстродвижущийся, обычно нагоняет тёплый фронт и смыкается с ним. При этом смыкаются две холодные воздушные массы – находящаяся перед тёплым фронтом и лежащая за холодным фронтом. Тёплый воздух, заключенный между фронтами, отрезается от земли и вытесняется вверх. Облачные системы тёплого и холодного фронтов сближаются и частично накладываются друг на друга и также вытесняются вверх. Указанный процесс называется процессом окклюдирования циклона, а образовавшийся в результате фронт называется фронтом окклюзии (окклюзия – «оклюзис» - запирать замыкать).

В результате окклюдирования возникают два типа фронтов окклюзии:

1. тёплый фронт окклюзии (окклюзия по типу тёплого фронта);

2. холодный фронт окклюзии (окклюзия по типу холодного фронта).

Тёплый фронт окклюзии.

Этот фронт возникает, если в тыловой части циклона холодный воздух является более тёплой воздушной массой, чес холодный воздух в его передней части. При окклюдировании циклона менее холодный воздух натекает на более холодный воздух, образуется многоярусная система облаков, состоящая из системы облаков тёплого фронта – слоистообразной и облаков холодного фронта – кучево-дождевыми, под которой могут возникнуть низкие разорванно – дождевые облака.

Обложные осадки начинаются впереди линии фронта за 300-400 км, постепенно переходя в ливневые у точки окклюзии. Ветер у земли имеет резкое правое вращение и усиливается. Давление быстро падает. Окклюзии данного типа встречаются в основном в холодное полугодие. На средних и больших высотах полёта ВС могут встретить замаскированные кучево-дождевые облака, которые вызывают сильную турбулентность и обледенение. Ширина такой зоны по нормали к фронту 50 км. При полетах на малых высотах всегда встречается низкая облачность, переходящая в туман, обледенение, на аэродроме гололёд..

Атмосферный фронт, фронты тропосферные - переходная зона в тропосфере между смежными воздушными массами с разными физическими свойствами.

Атмосферный фронт возникает при сближении и встрече масс холодного и тёплого воздуха в нижних слоях атмосферы или во всей тропосфере, охватывая слой мощностью до нескольких километров, с образованием между ними наклонной поверхности раздела.

Типы :

Тёплый фронт - атмосферный фронт, перемещающийся в сторону более холодного воздуха (наблюдается адвекция тепла). За тёплым фронтом в данный регион приходит тёплая воздушная масса.

На карте погоды тёплый фронт отмечается красным цветом или зачернёнными полукружками, направленными в сторону перемещения фронта. По мере приближения линии тёплого фронта начинает падать давление, уплотняются облака, выпадают обложные осадки. Зимой при прохождении фронта обычно появляются низкие слоистые облака. Температура и влажность воздуха медленно повышаются. При прохождении фронта температура и влажность обычно быстро возрастают, ветер усиливается. После прохождения фронта направление ветра меняется (ветер поворачивает по часовой стрелке), падение давления прекращается и начинается его слабый рост, облака рассеиваются, осадки прекращаются. Поле барических тенденций представлено следующим образом: перед тёплым фронтом располагается замкнутая область падения давления, за фронтом - либо рост давления, либо относительный рост (падение, но меньшее, чем перед фронтом).

В случае тёплого фронта тёплый воздух, перемещаясь в сторону холодного, натекает на клин холодного воздуха и совершает восходящее скольжение вдоль этого клина и динамически охлаждается. На некоторой высоте, определяемой начальным состоянием восходящего воздуха, достигается насыщение - это уровень конденсации. Выше этого уровня в восходящем воздухе происходит облакообразование. Адиабатическое охлаждение тёплого воздуха, скользящего вдоль клина холодного, усиливается развитием восходящих движений от нестационарности при динамическом падении давления и от сходимости ветра в нижнем слое атмосферы. Охлаждение тёплого воздуха при восходящем скольжении по поверхности фронта приводит к образованию характерной системы слоистообразных облаков (облаков восходящего скольжения): перисто-слоистые - высоко-слоистые -слоисто-дождевые (Cs-As-Ns).

При приближении к пункту тёплого фронта с хорошо развитой облачностью сначала появляются перистые облака в виде параллельных полос с когтевидными образованиями в передней части (предвестники тёплого фронта), вытянутые в направлении воздушных течений на их уровне (Ci uncinus). Первые перистые облака наблюдаются на расстоянии многих сотен километров от линии фронта у поверхности Земли (около 800-900 км). Перистые облака переходят затем в перисто-слоистые облака (Cirrostratus). Для этих облаков характерны явления гало. Облака верхнего яруса - перисто-слоистые и перистые (Ci и Cs) состоят из ледяных кристаллов, и осадки из них не выпадают. Чаще всего облака Ci-Cs представляют собой самостоятельный слой, верхняя граница которого совпадает с осью струйного течения, то есть близка к тропопаузе.

Затем облака становятся всё плотнее: высоко-слоистые облака (Altostratus) постепенно переходят в слоисто-дождевые (Nimbostratus), начинают выпадать обложные осадки, которые ослабевают или совсем прекращаются после прохождения линии фронта. По мере приближения к линии фронта высота основания Ns снижается. Минимальное её значение определяется высотой уровня конденсации в восходящем тёплом воздухе. Высокослоистые (As) являются коллоидальными и состоят из смеси мельчайших капелек и снежинок. Их вертикальная мощность довольно значительна: начинаясь на высоте 3-5 км, эти облака простираются до высот порядка 4-6 км, то есть имеют 1-3 км в толщину. Выпадающие из этих облаков осадки летом, проходя сквозь тёплую часть атмосферы, испаряются и не всегда достигают поверхности Земли. Зимой осадки из As в виде снега почти всегда достигают поверхности Земли, а также стимулируют выпадение осадков из нижележащих St-Sc. В этом случае ширина зоны обложных осадков может достигать ширины 400 км и более. Ближе всего к поверхности Земли (на высоте нескольких сотен метров, а порой 100-150 м и даже ниже) находится нижняя граница слоисто-дождевых облаков (Ns), из которых выпадают обложные осадки в виде дождя или снега; под слоисто-дождевыми облаками нередко развиваются разорванно-дождевые (St fr).

Облака Ns простираются до высот 3…7 км, то есть имеют весьма значительную вертикальную мощность. Облака также состоят из ледяных элементов и капель, причём, и капли и кристаллы особенно в нижней части облаков более крупные, чем в As. Нижнее основание системы облаков As-Ns в общих чертах совпадает с поверхностью фронта. Поскольку верхняя граница облаков As-Ns приблизительно горизонтальна, наибольшая их толщина наблюдается вблизи линии фронта. У центра циклона, где система облаков тёплого фронта имеет наибольшее развитие, ширина облачной зоны Ns и зоны обложных осадков в среднем - около 300 км. В целом облака As-Ns имеют ширину 500-600 км, ширина зоны облаков Ci-Cs - около 200-300 км. Если спроецировать данную систему на приземную карту, то вся она окажется перед линией тёплого фронта на расстоянии 700-900 км. В отдельных случаях зона облачности и осадков может быть значительно шире или уже, в зависимости от угла наклона фронтальной поверхности, высоты уровня конденсации, термических условий нижней тропосферы.

В ночное время радиационное выхолаживание верхней границы облачной системы As-Ns и понижение температуры в облаках, а также усиление вертикального перемешивания при опускании охлаждённого воздуха внутрь облака способствует образованию ледяной фазы в облаках, росту облачных элементов и образованию осадков. По мере удаления от центра циклона восходящие движения воздуха ослабевают, осадки прекращаются. Фронтальные облака могут образовываться не только над наклонной поверхностью фронта, а в некоторых случаях - и по обе стороны от фронта. Это особенно характерно для начальной стадии циклона, когда восходящие движения захватывают зафронтальную область - тогда и осадки могут выпадать с обеих сторон фронта. Но за линией фронта фронтальная облачность обычно сильно расслоена и зафронтальные осадки чаще представлены в виде мороси или снежных зёрен.

В случае очень пологого фронта система облаков может быть смещена вперед от линии фронта. В тёплое время года восходящие движения вблизи линии фронта приобретают характер конвективных, и на тёплых фронтах нередко развиваются кучево-дождевые облака и наблюдаются ливневые осадки и грозы (как днём, так и ночью).

Летом в дневные часы в приземном слое за линией тёплого фронта при значительной облачности температура воздуха над сушей может быть ниже, чем перед фронтом. Это явление называется маскировкой тёплого фронта.

Облачность старых тёплых фронтов также может быть расслоенной на всём протяжении фронта. Постепенно эти слои рассеиваются и осадки прекращаются. Порой тёплый фронт не сопровождается осадками (особенно летом). Так бывает при малом влагосодержании тёплого воздуха, когда уровень конденсации лежит на значительной высоте. При сухости воздуха и особенно в случае его заметной устойчивой стратификации восходящее скольжение тёплого воздуха не приводит к развитию мало-мальски мощной облачности - то есть облака вообще отсутствуют, либо наблюдается полоса облаков верхнего и среднего ярусов.

Холодный фронт - атмосферный фронт (поверхность, разделяющая тёплую и холодную воздушную массы), перемещающийся в сторону тёплого воздуха. Холодный воздух наступает и оттесняет тёплый воздух: наблюдается адвекция холода, за холодным фронтом в данный регион приходит холодная воздушная масса.

На карте погоды холодный фронт отмечается синим цветом или зачернёнными треугольниками, направленными в сторону перемещения фронта. При переходе через линию холодного фронта ветер, как и в случае тёплого фронта, поворачивает вправо, но поворот более значительный и резкий - от юго-западного, южного (перед фронтом) к западному, северо-западному (за фронтом). При этом усиливается скорость ветра. Атмосферное давление перед фронтом меняется медленно. Оно может падать, но может и расти. С прохождением холодного фронта начинается быстрый рост давления. За холодным фронтом рост давления может достигать 3-5 гПа/3 ч., а иногда 6-8 гПа/3 ч. и даже более. Изменение барической тенденции (от падения к росту, от медленного роста к более сильному) свидетельствует о прохождении линии приземного фронта.

Перед фронтом часто наблюдаются осадки, а нередко грозы и шквалы (особенно в тёплое полугодие). Температура воздуха после прохождения фронта падает (адвекция холода), причём порой быстро и резко - на 5…10 °С и более за 1-2 часа. Точка росы понижается одновременно с температурой воздуха. Видимость, как правило, улучшается, поскольку за холодным фронтом вторгается более чистый и менее влажный воздух из северных широт.

Характер погоды на холодном фронте заметно различается в зависимости от скорости смещения фронта, свойств тёплого воздуха перед фронтом, характера восходящих движений тёплого воздуха над клином холодного.

Различают два вида холодных фронтов:

холодный фронт первого рода, когда холодный воздух наступает медленно,

холодный фронт второго рода, сопровождающийся быстрым наступанием холодного воздуха.

Фронт окклюзии - атмосферный фронт, связанный с гребнем тепла в нижней и средней тропосфере, который обусловливает крупномасштабные восходящие движения воздуха и формирование протяжённой зоны облаков и осадков. Нередко фронт окклюзии возникает за счёт смыкания - процесса вытеснения вверх тёплого воздуха в циклоне за счёт того, что холодный фронт «догоняет» движущийся впереди тёплый фронт и сливается с ним (процесс окклюдирования циклона). С фронтами окклюзии связаны интенсивные осадки, в летнее время - сильные ливни и грозы.

Вследствие нисходящих движений в холодном воздухе в тылу циклона, холодный фронт движется быстрее тёплого фронта и со временем нагоняет его. На стадии заполнения циклона возникают комплексные фронты - фронты окклюзии, которые образуются при смыкании холодного и тёплого атмосферных фронтов. В системе фронта окклюзии взаимодействуют три воздушные массы, из которых тёплая уже не соприкасается с поверхностью Земли. Тёплый воздух в виде воронки постепенно поднимается вверх, а его место занимает холодный воздух, поступающий с боков. Поверхность раздела, возникающую при смыкании холодного и тёплого фронтов, называют поверхностью фронта окклюзии. С фронтами окклюзии связаны интенсивные осадки, летом - сильные грозы.

Смыкающиеся при окклюдировании воздушные массы обычно имеют разную температуру - одна может быть холоднее другой. В соответствии с этим, различают два типа фронтов окклюзии - фронты окклюзии типа тёплого фронта и фронты окклюзии типа холодного фронта.

В средней полосе России и СНГ зимой преобладают тёплые фронты окклюзии, так как в тылу циклона поступает морской умеренный воздух, который значительно теплее, чем континентальный умеренный воздух в передней части циклона. Летом здесь в основном наблюдаются холодные фронты окклюзии.

Барическое поле фронта окклюзии представлено хорошо выраженной ложбиной с V-образными изобарами. Перед фронтом на синоптической карте имеется область падения давления, связанная с поверхностью тёплого фронта, за фронтом окклюзии - область роста давления, связанная с поверхностью холодного фронта. Точка на синоптической карте, от которой расходятся остающиеся несомкнутыми участки тёплого и холодного фронтов в окклюдирующем циклоне - точка окклюзии. По мере окклюдирования циклона точка окклюзии смещается к его периферии.

В передней части фронта окклюзии наблюдаются перистые (Ci), перисто-слоистые (Cs), высоко-слоистые (As) облака, а в случае активных фронтов окклюзии - слоисто-дождевые (Ns). Если в окклюдировании участвует холодный фронт первого рода, то выше верхнего тёплого фронта может остаться часть облачной системы холодного фронта. Если же участвует холодный фронт второго рода, то за верхним тёплым фронтом наступает прояснение, но у нижнего холодного фронта может развиться вал кучево-дождевых облаков (Cb) уже в переднем холодном воздухе, вытесняемом более холодным тыловым клином. Таким образом, выпадение осадков из высоко-слоистых и слоисто-дожевых облаков (As-Ns), если оно происходит, может начинаться до выпадения ливневых осадков, или одновременно с прохождением нижнего холодного фронта, либо после его прохождения; осадки могут выпадать по обе стороны от нижнего фронта, а переход от обложных осадков к ливневым, если он имеет место, происходит не впереди нижнего фронта, а в непосредственной близости к нему.

Сближающиеся системы облаков тёплого и холодного фронтов в основном состоят из As-Ns. В результате сближения возникает мощная облачная система Cs-As-Ns с наибольшей толщиной у верхнего холодного фронта. В случае молодого фронта окклюзии облачная система начинается с Ci и Cs, которые переходят в As, затем в Ns. Иногда за Ns могут наблюдаться Cb, за которыми вновь идут Ns. Слабое восходящее скольжение тылового воздуха вдоль поверхности окклюзии может привести к образованию вдоль нее облаков типа слоистых и слоисто-кучевых (St-Sc), не достигающих уровня ледяных ядер. Из них перед нижним тёплым фронтом будет выпадать моросящие осадки. В случае старого тёплого фронта окклюзии облачная система состоит из перисто-слоистых (Cs) и высоко-кучевых (Ac) облаков, иногда к ним присоединяются высоко-слоистые (As); осадки могут отсутствовать.

Стационарный фронт

1. Фронт, не меняющий своего положения в пространстве.

2. Фронт, вдоль которого воздушные массы движутся горизонтально; фронт без скольжений.

32)циклоны и антициклоны. Стадии их развития, системы ветров и облачности в них.

Антициклон - область повышенного атмосферного давления с замкнутыми концентрическими изобарами на уровне моря и с соответствующим распределением ветра. В низком антициклоне - холодном, изобары остаются замкнутыми только в самых нижних слоях тропосферы (до 1,5 км), а в средней тропосфере повышенное давление вообще не обнаруживается; возможно также наличие над таким антициклоном высотного циклона.

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.

---