1.4 Общие характеристики атмосферных фронтов
Характерной особенностью атмосферных фронтов является наличие восходящих движений воздуха, приводящих к формированию полей облачности и осадков.
Причин возникновения восходящих токов в зоне фронта несколько: конвергенция (сходимость) потоков к оси барических ложбин в нижнем слое тропосферы, вынужденное скольжение теплого воздуха по клину холодного, динамические факторы падения давления в зоне фронта.
Прохождение атмосферного фронта по оси барической ложбины сопровождается правым поворотом ветра (правое вращение ветра). Если фронт проходит по полю высокого давления, то, как правило, направление ветра в холодном и теплом воздухе параллельно фронту и наблюдается лишь изменение скорости ветра.
Как правило, основные фронты хорошо выражены в термическом поле, как на высотах, так и у поверхности Земли. Но в некоторых случаях температура воздуха по обе стороны фронта оказывается одинаковой, а при наличии плотной облачности в холодной воздушной массе температуры в холодном воздухе оказываются даже выше, чем в теплом.
В зависимости от характера подстилающей поверхности, степени ее увлажнения и других факторов атмосферные фронты могут быть динамически значимыми на одних участках фронта и динамически незначимыми на других. По данным наблюдений наиболее выражены температурные контрасты в средней части фронта.
Самые сложные погодные условия возникают при сближении трех основных фронтов, в результате чего контрасты температур в зоне фронта могут превышать 250 С/1500 км (рис.1.10). При реализации энергии неустойчивости возможно взрывное образование циклона с развитием мощной облачности, сопровождающейся ливнями и сильным ветром.
Рис.1.10 Сближение арктического, умеренного и полярного фронта над Забайкальем
Рассмотрим основные особенности теплых и холодных атмосферных фронтов (рис.1.11). Теплый фронт движется в сторону холодного воздуха, холодный – в сторону теплого воздуха. Как видно из рисунка, холодные выражены резче, наклон у них круче и может достигать 900, но с высотой значения тангенса угла наклона сглаживаются.
Рис.1.11. Особенности профилей холодного (а) и теплого (б) фронтов.
По мере приближения теплого фронта давление начинает падать, облачность уплотняется, и выпадают обложные осадки. При приближении холодного фронта атмосферное давление меняется мало, может падать и расти, но при его прохождении отмечается быстрый рост давления, резкий поворот и усиление западного, северо-западного ветра.
Причиной образования облаков и осадков на теплом фронте и холодном фронте 1-го рода (медленно движущемся) является восходящее скольжение теплого воздуха вдоль клина холодного при динамическом падении давления перед фронтом и сходимости ветра в нижнем слое тропосферы. Высота нижней границы облаков зависит от высоты уровня конденсации в восходящем теплом воздухе.
Наибольшее развитие облачность теплого фронта получает вблизи центра циклона, а наибольшая толщина слоисто-дождевых облаков отмечается вблизи линии фронта (рис.1.12). Предвестниками облаков теплого фронта являются перистые когтевидные облака.
Рис. 1.12. Схема теплого фронта в вертикальном разрезе.
Вертикальная мощность системы слоистообразных облаков холодного фронта 1-го рода значительно меньше, чем теплого фронта, при этом облака расположены в основном за линией фронта (рис.1.13).
Рис.1.13. Схема облаков холодного фронта 1-ого рода.
Причиной образования облаков и осадков на холодном фронте 2-го рода (быстро движущемся) является вынужденная конвекция вытесняемого теплого воздуха у передней части фронтальной поверхности (поверхности раздела) (рис.1.14). Мощный конвективный поток, усиливающийся в процессе термической конвекции в дневные часы, приводит к возникновению фронтальной кучево-дождевой облачности, сопровождаемой ливнями, грозами, в холодное время метелями, шквальным усилением ветра.
Предвестниками облаков холодного фронта являются перистые облака, которые сменяются высоко-кучевыми чечевицеобразными облаками.
Рис.1.14. Схема холодного фронта 2-ого рода в вертикальном разрезе.
Фронты окклюзии возникают на стадии заполнения циклона при смыкании холодного и теплого фронтов (рис.1.15). В системе фронта окклюзии взаимодействуют три воздушные массы: теплый воздух, который имеет вид гребня тепла в нижней и средней тропосфере, и две смыкающиеся с боков холодные воздушные массы у поверхности Земли.
Рис.1.15. Образование фронта окклюзии. Стрелкой показано направление перемещения фронтальных поверхностей.
В зависимости от температуры смыкающихся воздушных масс различают теплые и холодные фронты окклюзии, в которых имеются три облачные системы: прежнего теплого, прежнего холодного и вновь возникшего фронта (рис.1.16).
Рис.1.16. Схемы теплого (а) и холодного (б) фронтов окклюзии.