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

Воздушные массы и атмосферные фронты

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

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

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

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

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

Тёплый и холодный фронты

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Атмосферные фронты России

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

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

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

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

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

Зимним вечером, когда я пекла блины, прибежали с улицы мой сынишка Саша и его друг Миша. Ребята были в восторге от теплой погоды, они играли в снежки. По телевизору диктор сказала, что к нам пришел теплый атмосферный фронт. Мальчики спросили меня, что такое этот атмосферный фронт? Пришлось им все доступно объяснить.

Что представляет собой атмосферный фронт

Я рассказала ребятам все, что знала об этом явлении. Атмосферные фронты возникают, когда сталкиваются холодные и теплые массы воздуха. К нам они приходят из разных мест Земли, поэтому воздушные массы бывают:

1. Арктические.
2. Полярные.
3. Тропические.
4. Экваториальные.

Теплый атмосферный фронт приносит понижение давления и обильные осадки. А воздух становится теплее, как у нас сейчас.

Холодный фронт летом сопровождается сильными дождями, градом и ветром. В зимнее время приносит снежную пургу и шквалистый ветер.

Ребят впечатлило фото циклона, который тоже может возникнуть под действием атмосферных фронтов.

Какие атмосферные фронты влияют на климат России

Я рассказала Саше и Мише, какие атмосферные фронты характерны для нашей страны. Обычно у нас действует арктический и полярный фронт, они возникают в Карском, Охотском и Баренцевом морях. Саша вспомнил, что в июле в средней полосе, где мы живем, идут сильные дожди, что мешает сбору вишен в саду. Я подсказала, что это можно объяснить влиянием полярного фронта.

Влияние атмосферных фронтов на климат нашей планеты

Климат на Земле резко меняется. Атмосферные фронты теперь часто приносят снег летом и тепло зимой. Нам остается только приспосабливаться к глобальным переменам погоды. Ученые предполагают, что вскоре океан может затопить целые острова.

К счастью в моем районе не бывает сильных ураганов. Но климат тоже изменился. Теперь я стараюсь укрыть помидоры на грядках пленкой. В открытом грунте они пропадают из-за внезапных заморозков либо жары.

Атмосферный фронт – раздел между двумя различными воздушными массами. Переходная зона между воздушными массами у поверхности земли называется линией фронта. Воздушные массы, отличающиеся своими физическими свойствами, отделяются друг от друга слоем воздуха, называемым фронтальной поверхностью. Фронтальная поверхность всегда наклонена в сторону холодного воздуха. Угол наклона фронтальной поверхности к горизонту очень мал и составляет в среднем около одного градуса. Величина угла наклона зависит от соотношения температур и скорости ветра в ВМ, лежащих по обе стороны атмосферного фронта (АФ). Фронтальная поверхность обычно представляет слой инверсии, который является задерживающим слоем для всех вертикальных движений в холодном воздухе, расположенном внизу.

Основной причиной образования фронтов является сходимость воздушных масс. Фронт считается динамически выраженным, если на 1000 км расстояния разность температуры теплого и холодного воздуха составляет 8-10°С.

Атмосферные фронты различают по географическим признакам, их протяженности, особенностям перемещения, вертикального и горизонтального строения и условий погоды.

По географическим признакам различают фронты, разделяющие основные географические типы воздушных масс, они называются главными фронтами:

– 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 горизонтальной и вертикальной протяженности различают следующие фронты:

– основные или высокие (имеют большую горизонтальную и вертикальную протяженность, обычно прослеживаются во всей толще тропосферы, разделяют существенно различающиеся по своим свойствам ВМ);

– вторичные (фронты внутри одного и того же географического типа ВМ, разделяющие отдельные части этой массы, например морской и континентальный воздух или более свежие от прогретых);

– приземные (фронты, прослеживающиеся в слое от земли до высоты 1 - 2 км);

– верхние (фронты, образующиеся на некоторой высоте в тропосфере, не обнаруживаются у поверхности земли, но бывают хорошо выражены в средних и верхних слоях тропосферы).

Высокие и верхние фронты обычно образует в верхней половине тропосферы широкую переходную зону, называемую высотной фронтальной зоной (ВФЗ) (рис.39).

Иногда два хорошо выраженных внизу фронта сливаются в верхних слоях тропосферы, образуя одну широкую ВФЗ (рис.40).

Рис.39. Высотная фронтальная зона Рис.40. Высотная фронтальная зона

(вертикальный разрез) (вертикальный разрез)

одного атмосферного фронта двух атмосферных фронтов

ВФЗ характеризуются большими горизонтальными градиентами температуры. Обычно вдоль ВФЗ наблюдаются струйные течения.

По условиям погоды и особенностям перемещения различают следующие типы атмосферных фронтов (рис.41):

- теплые (участок главного фронта, перемещающийся в сторону холодного воздуха);

- холодные (участок главного фронта, перемещающийся в сторону теплого воздуха);

- фронты окклюзии (фронт, образовавшийся в результате смыкания теплого и холодного фронтов);

- стационарные (средняя скорость их движения 5-10км/час).

Рис. 41 . Типы атмосферных фронтов

Теплым фронтом (ТФ) называется участок главного фронта, перемещающийся в сторону холодного воздуха, за этим фронтом движется теплый воздух, который, будучи менее плотным, натекает на холодный воздух. Средняя скорость его движения 20-30 км/ч.

Наклон фронтальной поверхности от 1/100 до 1/200. Перед линией фронта наблюдается область падения давления, которая обусловлена заменой холодного воздуха на теплый. С падением давления связано усиление ветра у поверхности земли. Максимальной скорости он достигает перед прохождением ТФ, а затем скорость ветра ослабевает. Перед ТФ преобладают ветры юго-восточной четверти, сменяющиеся за фронтом на южные и юго-западные. Медленное восхождение теплого воздуха вдоль ФП приводит к его адиабатическому охлаждению и образованию облаков и зоны осадков большой протяженности (рис.42).

Рис.42 . Схема облачной системы теплого фронта

Под основной фронтальной облачной системой наблюдается зона обложных осадков. Она лежит впереди приземной линии фронта (в клину холодного воздуха) и имеет протяженность от фронта до 200-300 км летом и до 400 км зимой. При сильных ветрах зимой прохождение ТФ сопровождается общими метелями.

В зоне осадков, благодаря большому насыщению воздуха водяным паром и некоторому подъему его вверх, образуются низкие разорвано-дождевые облака (Fr nb) с высотой нижней кромки 50-100 м. Иногда в этой же зоне возникает фронтальный туман, сливающийся с вышележащими облаками. Ширина зоны тумана – 150 - 200 км. При температуре воздуха от 0°С до - 3°С наблюдается гололед.

Летом на ТФ могут возникать очаги кучево-дождевой облачности (Cb) с ливнями и грозами. Обычно они наблюдаются в ночное время. Возникновение гроз на ТФ ночью объясняется сильным ночным радиационным выхолаживанием верхнего слоя облаков при относительно неизменной температуре нижнего слоя. Происходит возрастание контраста температур между верхней и нижней границей облаков и, следовательно, к увеличению вертикального температурного градиента, который и является причиной развития вертикальных токов воздуха внутри слоистообразных облаков ТФ. Эти токи приводят к образованию Cb, которые замаскированы облачностью ТФ. Нижняя граница Cb – 1500 - 2000 м, а вершины могут значительно приподниматься над облаками ТФ.

В полете наиболее сложные условия погоды встречаются в тыловой части ТФ, где облака имеют низкую границу до 50 м и большую вертикальную мощность. В передней зоне ТФ на больших высотах можно встретить сильный ветровой поток – струйное течение.

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

В зависимости от скорости движения, характера восходящих движений теплого воздуха, а также от расположения зон облачности и осадков относительно ФП холодные фронты подразделяются холодный фронт 1-го рода (медленно движущийся) и холодный фронт 2-го рода (быстро движущийся) .

Холодный фронт 1-го рода – медленно движущийся фронт, перемещается со скорость не более 30 км в час. Он имеет упорядоченное поднятие теплого воздуха по вторгающемуся клину холодного воздуха (рис.43). В холодное полугодие в восходящем теплом воздухе процесс конденсации не носит бурного характера.

Рис.43 . Схема холодного фронта 1-го рода

В этот сезон облачная система фронта имеет большое сходство с облачной системой теплого фронта, расположенной в обратной последовательности – вначале у линии фронта наблюдаются слоисто-дождевые облака, затем высоко-слоистые. Облака верхнего яруса (перистые и перисто-слоистые) располагаются позади приземной линии фронта и могут быть отделены от основной облачной системы безоблачной прослойкой. Верхняя граница слоисто-дождевых и высоко-слоистых облаков располагается на высоте 4-5 км и бывает несколько приподнятой у линии фронта.

В теплую половину года перед указанной фронтальной облачной системой образуются кучево-дождевые облака большой вертикальной мощности, из которых выпадают ливневые осадки, часто сопровождающиеся грозами. Эти облака располагаются грядами вдоль фронта с шириной гряд 50-100 км. Верхняя граница кучево-дождевых облаков может достигать тропопаузы. Под облаками наблюдаются ливневые осадки, грозы, шквалы.

Фронтальная облачная система холодного фронта 1 рода примерно в 2 раза уже облачной системы ТФ, вследствие чего облачные формы на этом виде ХФ сменяются быстро. Зона осадков имеет ширину около 150-200 км и лежит главным образом за приземной линией фронта. В зоне осадков, как и в случае ТФ, могут образовываться низкие разорванно-дождевые облака.

Холодный фронт 2-го рода - быстродвижущийся холодный фронт, является самым опасным их всех видов атмосферных фронтов. Вследствие большой скорости перемещения (40-50 км/час) холодный воздух с большой энергией вытесняет теплый воздух вверх до больших высот. В летнее время в результате этой сильной динамической конвекции в теплом воздухе образуются кучево-дождевые облака большой вертикальной мощности, которая располагается в основном впереди фронта и имеет ширину обычно в несколько десятков километров, иногда пробивая тропопаузу (рис.44).

Кучево-дождевые облака вытесняются вперед по направлению ветра на больших высотах, на 100-300км от линии фронта. Предвестником приближения такого фронта 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 300-400 м, а в зоне осадков может опускаться до 100-200 м.

Рис.44 . Схема холодного фронта 2-го рода

В облаках большую опасность представляют восходящие потоки скоростью 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 прохождение этого фронта сопровождается шквалами, ливнями, грозами. Ширина зоны ливневых осадков – несколько десятков километров и наблюдается эта зона обычно впереди приземной линии фронта. Давление перед фронтом резко падает, за фронтом быстро растет. Ветер после прохождения фронта резко меняет направление и усиливается. Температура за фронтом резко понижается. 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.

Фронт, образовавшийся в результате смыкания теплого и холодного фронтов, называется фронтом окклюзии .

Холодный фронт, как более активный и быстродвижущийся, обычно догоняет теплый фронт и смыкается с ним. При этом у поверхности земли смыкаются две холодные воздушные массы – находящаяся перед теплым фронтом и лежащая за холодным фронтом. Теплый воздух, заключенный между фронтами, отрезается от земли и вытесняется вверх. Облачные системы теплого и холодного фронтов сближаются и частично накладываются друг на друга и также вытесняются вверх. Указанный процесс называется процессом окклюдирования, а образовавшийся в результате фронт называется фронтом окклюзии (окклюзия – «оклюзис» – запирать замыкать).

В результате окклюдирования возникают два типа фронтов окклюзии:

– теплый фронт окклюзии (окклюзия по типу теплого фронта);

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

Теплый фронт окклюзии возникает, если в тыловой части циклона холодный воздух является более теплой воздушной массой, чем 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 теплого фронта (слоистообразной) и облаков холодного фронта (кучево-дождевой), под которой могут возникнуть низкие разорванно-дождевые облака (рис.45).

Рис. 45 . Схема теплого фронта окклюзии

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 полета ВС можно 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 гололед.

Холодный фронт окклюзии возникает, когда более холодный воздух тыловой части циклона, подтекает под менее холодный воздух в передней части циклона. Образуется многоярусная система облаков, простирающаяся до тропопаузы. На этом фронте облачность теплого фронта, начиная с нижних слоев, размывается, на малых и средних высотах преобладают кучево-дождевые облака, вершины которых достигают тропопаузы (рис.46).

Вся облачная система холодного фронта является более мощной и опасной, чем облачность теплого фронта окклюзии. В них наблюдаются сильная турбулентность, грозы, град. Окклюзии данного типа наблюдаются чаще летом и представляют большую опасность для полетов. Зимой такие фронты сопровождаются сильным ветром и снежными зарядами.

Рис. 46 . Схема холодного фронта окклюзии

Медленно движущийся, или неподвижный фронт называется стационарным фронтом. Скорость перемещения стационарного фронта до5-10км/час. Располагается он между двумя областями высокого давления, параллельно изобарам.

Выше слоя трения ветер дует параллельно изобарам. У земли, за счет трения о неровности, наблюдается небольшая сходимость ветров к линии стационарного фронта. Это приводит к натеканию теплого воздуха на холодный и образованию облаков. Таким образом, по вертикали стационарный фронт развит до высоты 1-2 км (рис.47).

Рис.47 . Стационарный фронт

Облачная система очень похожа на облачность теплого фронта, но с малой вертикальной мощностью и горизонтальной протяженностью. Зимой облака могут опускаться очень низко, осадки носят затяжной обложной характер. В зоне фронта могут возникать туманы, гололед, обледенение. Летом создаются благоприятные условия для возникновения кучево-дождевых облаков с ливнями, грозами, шквалами, сильным обледенением и болтанкой, с верхней границей до 6-9км.

Погода холодной ВМ

Погода теплой ВМ

Теплая ВМ, перемещаясь в холодный район, становится устойчивой (охлаждаясь от холодной подстилающей поверхности). Температура воздуха, понижаясь, может достичь уровня конденсации с образованием дымки, тумана, низких слоистых облаков с осадками виде мороси или мелких снежинок.

Условия полета в теплой ВМ зимой:

Слабое и умеренное обледенение в облаках при отрицательных температурах;

Безоблачное небо, хорошая видимость на Н = 500-1000 м;

Слабая болтанка на Н = 500-1000 м.

В теплое время года условия для полетов благоприятные за исключением районов с отдельными очагами гроз.

При движении в более теплый район холодная ВМ нагревается снизу и становится неустойчивой ВМ. Мощные восходящие движения воздуха способствуют образованию кучево-дождевой облачности с ливневыми осадкаи, грозами.

Атмосферный фронт – это раздел между двумя воздушными массами, отличающимися одна от другой физическими свойствами (температура, давление, плотность, влажность, облачность, осадки, направление и скорость ветра). Фронты располагаются по двум направлениям – по горизонту и по вертикали

Граница между воздушными массами по горизонту – называется линией фронта, граница между воздушными массами по вертикали – наз. фронтальной зоной. Фронтальная зона всегда наклонена в сторону холодного воздуха. В зависимости от того, какая ВМ приходит – теплая или холодная различают теплый ТФ и холодный ХФ фронты.

Характерной особенностью фронтов является наличие наиболее опасных (сложных) метеорологических условий для полета. Фронтальные облачные системы отличаются значительной вертикальной и горизонтальной протяженностью. На фронтах в теплое время года наблюдаются грозы, болтанка, обледенение, в холодное время – туманы, снегопад, низкая облачность.

Теплый фронт – это фронт, который движется в сторону холодного воздуха, за которым приходит потепление.

С фронтом связана мощная облачная система, состоящая из перисто-слоистых, высокослоистых, слоисто-дождевых облаков, образующихся вследствие подъема теплого воздуха по клину холодного. СМУ на ТФ: низкая облачность (50-200м), перед фронтом туманы, плохая видимость в зоне осадков, обледенение в облаках и осадках, гололед на земле.

Условия полета через ТФ определяются высотой нижней и верхней границы облаков, степенью устойчивости ВМ, распределением температуры в облачном слое, влагосодержанием, рельефом местности, временем года, суток.

1. По возможности меньше находиться в зоне отрицательных температур;

2. Пересекать фронт перпендикулярно его расположению;

3. Выбирать профиль полета в зоне положительных температур, т.е. ниже изотермы 0°, а если во всей зоне температуры отрицательные, полет выполнять там, где температура ниже -10°.При полете от 0° до -10° наблюдается самое интенсивное обледенение.

При встрече с опасными МУ (гроза, град, сильное обледенение, сильная болтанка) необходимо вернуться на аэродром вылета или произвести посадку на запасном аэродроме.

-Холодный фронт – это участок главного фронта,перемещающийся сторону высоких температур, за которым приходит похолодание. Различают два типа холодных фронтов:

-Холодный фронт первого рода (ХФ-1р) – это фронт, перемещающийся со скоростью 20 – 30 км/ч. Холодный воздух, подтекая клином под теплый, вытесняет его вверх, образуя перед фронтом кучево-дождевую облачность, ливневые осадки, грозы. Часть ТВ натекает на клин ХВ, образуя за фронтом слоисто образную облачность, обложные осадки. Перед фронтом сильная болтанка, за фронтом плохая видимость. Условия полета через ХФ -1р аналогичны условиям пересечения ТФ.

При пересечении ХФ -1р можно встретить слабую и умеренную болтанку, где теплый воздух вытесняется холодным. Полет на малых высотах может быть затруднен низкой облачностью и плохой видимостью в зоне осадков.

Холодный фронт второго рода (ХФ – 2р) – это фронт, быстро движущийся со скоростью = 30 – 70 км/ч. Холодный воздух быстро подтекает под теплый, вытесняя его вертикально вверх, образуя перед фронтом развитую по вертикали кучево-дождевую облачность, ливневые осадки, грозы, шквалы. Пересекать ХФ – 2го рода запрещается из- за сильной болтанки, шквала грозовой деятельности, сильного развития облачности по вертикали – 10 – 12 км. Ширина фронта у земли составляет от десятков до сотен км. После прохождения фронта давление растет.

Под влиянием нисходящих потоков в полосе фронта после его прохождения наступает прояснение. В дальнейшем ХВ, попадая на теплую подстилающую поверхность, становится неустойчивым, образуя кучевые, мощно кучевые, кучево-дождевые облака с ливнями, грозами, шквалами, сильной болтанкой, сдвигом ветра, образуются вторичные фронты.

Вторичные фронты – это фронты,которые образуется внутри одной ВМ и разделяет области с более теплым и более холодным воздухом. Условия полета в них такие же, как и на основных фронтах, но метеоявления выражены слабее, чем на основных фронтах, но и здесь можно встретить низкую облачность, плохую видимость за счет выпадающих осадков (зимой – метелей). С вторичными фронтами связаны грозы, ливневые осадки, шквалы, сдвиг ветра.

Стационарные фронты – это фронты, которые некоторое время остаются неподвижными, расположены параллельно изобарам. Облачная система похожа на облачность ТФ, но с малой горизонтальной и вертикальной протяженностью. В зоне фронта могут возникать туманы, гололед, обледенение.

Верхние фронты – это состояние, когда поверхность фронта не достигает поверхности земли. Это случается, если на пути фронта встречается сильно охлажденный слой воздуха или в приземном слое фронт размывается, а сложные погодные условия (струя, турбулентность) еще сохраняются на высотах.

Фронты окклюзии образуются в результате смыкания холодного и теплого фронтов. При смыкании фронтов смыкаются их облачные системы. Процесс смыкания ТФ и ХФ начинается в центре циклона, где ХФ, перемещаясь с большей скоростью, настигает ТФ, постепенно распространяясь на периферию циклона. В образовании фронта участвуют три ВМ: - две холодные и одна теплая. Если за ХФ воздух менее холодный, чем перед ТФ, то при смыкании фронтов образуется сложный фронт, называемый ТЕПЛЫМ ФРОНТОМ ОККЛЮЗИИ .

Если воздушная масса за фронтом холоднее передней, то тыловая часть воздуха будет подтекать под переднюю, более теплую. Такой сложный фронт называется ХОЛОДНЫМ ФРОНТОМ ОККЛЮЗИИ.

Условия погоды на фронтах окклюзии зависят от тех же факторов, что и на основных фронтах:- степени устойчивости ВМ, влагосодержания, высоты нижней и верхней границы облаков, рельефа местности, времени года, суток. При этом условия погоды холодной окклюзии в теплое время года сходны с условиями погоды ХФ, а условия погоды теплой окклюзии в холодное время сходны с погодой ТФ. При благоприятных условиях фронты окклюзии могут переходить в основные фронты – теплая окклюзия в ТФ, холодная окклюзия в холодный фронт. Перемещаются фронты вместе с циклоном, поворачиваясь против часовой стрелки.

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.