книги из ГПНТБ / Океанография и морская метеорология учебник

конечно большое значение барического градиента, а сле­ довательно, и бесконечно большую скорость ветра, ко­ торая пропорциональна величине барического градиен­ та. Однако на практике этого не наблюдается, скорость ветра всегда имеет конечное значение. На основании этого можно положить, что

Рис. 75. Схема вычисления угла наклона фронтальной поверхности

Полный дифференциал от давления dP заменим через частные производные по осям х и у. Тогда

d P ^ ^ - d x + ^ - d z ; dPa= ^ - d x + ^ d z . (9.20)

Из рис. 75 видно, 4 T o t g a = — . Подставляя, получим

379

2. Угол наклона увеличивается с увеличением ши­ роты места.

3. В реальных условиях угол наклона меньше 1°, но, учитывая соотношения между вертикальными и гори­ зонтальными размерами воздушных масс, становится по­ нятной большая роль, которую играют фронтальные разделы в формировании режима погоды.

Классификации фронтальных разделов. По горизон­ тальной и вертикальной протяженности различают ос­

шую горизонтальную и вертикальную протяженность. Эти фронтальные разделы образуются главными воз­ душными массами, существенно отличающимися по своим свойствам. Скачок температуры по обе стороны основного фронта на приземной карте обычно более 5°. На основных фронтах развиваются внетропические цик­ лоны.

В т о р и ч н ы м и называются фронты небольшой го­ ризонтальной (несколько сот километров) и вертикаль­ ной протяженности. Они разделяют различные порции

Основной фронт ввиду большой горизонтальной про­ тяженности по своим физическим свойствам неодноро­ ден на всех участках. Одни участки смещаются в сто­ рону теплой воздушной массы, другие — в сторону хо­ лодной, третьи остаются малоподвижными. Поэтому основные фронты классифицируются по ряду дополни­ тельных признаков и делятся на теплые, холодные и

в которых теплая воздушная масса перемещается в сто­ рону холодной воздушной массы.

381

М а л о п о д в и ж н ы м и (стационарными) называют­ ся участки основного фронта, не претерпевающие суще­ ственного перемещения.

В циклоне обычно холодный фронт перемещается быстрее теплого. С течением времени происходит их сближение, а затем и слияние, начинающееся вблизи центра циклона. Такие сомкнувшиеся фронты называ­ ются фронтами окклюзии.

Рис. 76. Условные обозначения фронтов:

/ — т е п л ы й ; , 2 — т е п л ы й в е р х н и й ; 3 — т е п л ы й в т о р и ч н ы й ; 4 — р а з м ы в а ю щ и й с я

Название главного фронта определяется названием более холодной воздушной массы.

На рис. 76 показаны условные обозначения фронтов, применяемые на фототелеграфных картах погоды.

Образование и размывание фронтов. Фронты в атмо­ сфере не существуют постоянно. Они возникают, обо­ стряются, размываются и исчезают. Процессы образо­

На рис. 77 показаны барическая ложбина и приземное поле скоростей. Ось ложбины является линией сходи-

382

мости. У этой линии под действием поля скоростей сгу­ щаются изотермы приземного слоя, т. е. происходит фронтогенез. Ось гребня является линией расходимости, так как под действием поля скоростей у нее изотермы приземного слоя расходятся, т. е. происходит фронт о - лиз. Очевидно, что циклоническая кривизна изобар спо­ собствует фронтогенезу в приземном слое. Для образо­

менее 45° к ней, то в деформационном поле происходит их сближение, и горизонтальный температурный гра­ диент увеличивается — происходит фронтогенез. Наобо­ рот, при расположении изотерм параллельно оси сжа­ тия или под углом менее 45° к ней расстояние между ними увеличивается — происходит фронтолиз. Фронты в некоторых случаях могут возникать и под непосредст­ венным тепловым влиянием подстилающей поверхности, например вдоль кромки льдов или на границе снежного покрова. Но этот механизм образования фронтов имеет малое значение по сравнению с кинематическим фронтогенезом.

Характеристика погодных условий в зонах атмо­ сферных фронтов. Условия погоды в зонах атмосфер­ ных фронтов чрезвычайно разнообразны. Они зависят от характера воздушных течений во фронтальной зоне, влажности и устойчивости взаимодействующих воздуш­

383

ных масс и многих других причин. Несмотря на это, можно выделить погодные условия, которые характер­

ный разрез хорошо развитого теплого фронта внетропического циклона. Упорядоченный подъем теплой воз­ душной массы вдоль фронтальной поверхности приво­ дит к образованию мощной системы облаков, характер­ ной именно для теплого фронта. При приближении к фронту на расстояние 800—900 км наблюдаются очень

тонкие перистые облака, имеющие вид крючков, нитей, волокон. Они не исчезают к вечеру и перемещаются под углом к наземному ветру. Ближе к линии фронта на расстоянии 600—700 км перистые облака уплотняются и переходят в тонкую пелену перисто-слоистых облаков, затягивающих весь небосвод. Далее облака располагав ются ниже, становятся плотнее и принимают" форму вы­ сокослоистых просвечивающих облаков (As trans), пе­ реходящих в высокослоистые плотные (As opacus). Вы­ сокослоистые облака, увеличивая мощность, незаметно переходят в слоисто-дождевые. Вблизи линии фронта

слоистые и разорванно-дождевые, а иногда слоисто-ку­ чевые.

384

Осадки начинают выпадать из высокослоистых об­ лаков, но они испаряются, не достигая поверхности Земли. За 600 км зимой и 400 км летом до фронта из слоисто-дождевых облаков выпадают обложные осадки. При прохождении фронта осадки могут прекратиться, но во многих случаях они лишь ослабевают. Влажность воздуха как абсолютная, так и относительная при при­ ближении фронта увеличивается.

Внутри области осадков часто наблюдается туман, обусловленный притоком водяного пара в холодный воз­ дух за счет испарения осадков, а также адиабатическим охлаждением воздуха в связи с падением давления. Ширина зоны туманов может достигать 100 миль и более.

Ветер по мере приближения к фронту постепенно те­ ряет суточный ход (не стихает ночью), усиливается и достигает максимум-а перед прохождением фронта. При прохождении фронта ветер резко меняет направление вправо (в Южном полушарии — влево), обычно с юговостока на юго-запад, и ослабевает.

Видимость в холодном воздухе вне осадков обычно хорошая, в зоне осадков и тумана — плохая.

Температура воздуха перед фронтом в летнее время в результате расхода тепла на испарение незначительно понижается, а в зимнее время вследствие выделения тепла при образовании снега повышается. При прохо­ ждении фронта температура воздуха заметно (иногда на 3—5°) повышается.

Давление воздуха при приближении фронта мед­ ленно и равномерно падает. Максимальное падение

перемещения клина холодного воздуха, т. е. от харак­ тера подъема теплой воздушной массы, холодные фрон­ ты разделяют на фронты 1-го и 2-го рода. Следует иметь в виду, что это деление является относительным, могут наблюдаться и промежуточные формы холодных фронтов. Холодные фронты отличаются от теплых на­ правлением перемещения и большей крутизной фрон­ тальной поверхности, особенно ее нижней части. Холод­

3 8 5

ные фронты 2-го рода наблюдаются в центральной ча­

такой холодный фронт, в котором клин холодного воз­ духа движется медленно, а теплый воздух имеет воз­ можность натекать на него.

Вертикальный разрез холодного фронта 1-го рода показан на рис. 79. При медленном подъеме теплого воздуха над клином холодного формируется облачная

система почти такая же, как и в теплом фронте. Однако ее горизонтальные размеры значительно меньше и рас­ положена она позади линии фронта. При приближении к пункту наблюдения и прохождении через него холод­ ного фронта 1-го рода появление облачности и осадков происходит в обратной последовательности.

Вначале появляется сплошной массив с низким осно­ ванием слоисто-дождевых облаков, под которыми иногда наблюдаются слоистые облака. После прохождения фронта слоисто-дождевые облака переходят в плотные высокослоистые, а затем в просвечивающие, которые сменяются перисто-слоистыми и перистыми. Иногда в передней части холодного клина за 10—20 км до фрон­ та в результате динамической конвекции образуются кучевые или даже кучево-дождевые облака, имеющие вид стены. В этих случаях впереди фронта на расстоя­ нии 50—100 км можно наблюдать высококучевые и пе­ ристо-кучевые облака. Подфронтальная облачность в зоне осадков, как и в теплом фронте, может состоять

3 8 6

из слоисто-кучевых, разорвашю-слоистых и разорваннодождевых облаков.

Если в передней части холодного фронта имеются кучево-дождевые облака, то из них в узкой полосе пе­ ред фронтом выпадают ливневые осадки, которые из-за медленного перемещения фронта могут продолжаться довольно долго. Ливневые осадки за фронтом незаметно переходят в обложные, выпадающие из слоисто-дожде­ вых облаков в зоне шириной менее 200 км. На линии фронта часто образуются фронтальные туманы.

Х о л о д н ы м ф р о н т о м 2-го р о д а называется та­ кой холодный фронт, в котором клин холодного воздуха движется быстро, а теплый воздух не успевает оттекать и вынужден бурно подниматься вверх. Структура хо­ лодного фронта 2-го рода показана на рис. 80.

Непосредственно у фронта в результате бурного подъема теплого воздуха образуются мощные кучево­ дождевые облака (СЬ), надвигающиеся стеной и часто закрывающие все небо. Эти облака имеют большую вертикальную протяженность, часто достигают уровня облаков верхнего яруса. Мощный поток теплого возду­ ха, поднявшись над клином холодного, поворачивает вперед и вместе с ним увлекает облачные массы, имею­ щие вид перисто-слоистых (Cs), высокослоистых (As), слоисто-дождевых (Ns) облаков, а также облака, яв­ ляющиеся продуктом их распада,— высококучевые че­ чевицеобразные (Ac lent), перисто-кучевые (Сс). Появ­ ление этих облаков и особенно Ac lent является одним

3 8 7

из признаков приближения холодного фронта. После прохождения холодного фронта обычно наступает бы­ строе прояснение вплоть до полного, что связано с нис­ ходящими потоками холодного воздуха, которые осо­ бенно интенсивно происходят в зоне фронта. Но номере удаления фронта фронтальная поверхность приподни­ мается, нисходящие потоки ослабевают, начинают раз­ виваться облака кучевых форм.

Ветер по мере приближения холодного фронта уси­ ливается, а в зоне фронта носит порывистый, часто шквалистый характер. После прохождения фронта ве­ тер резко разворачивается вправо и сохраняет штор­ мовой характер (в Северном полушарии).

Осадки выпадают как в зоне самого фр01|та, так и на значительном расстоянии за фронтом, носят ливне­ вой характер, отличаются внезапностью и большой ин­ тенсивностью.

Температура воздуха при приближении холодного фронта меняется незначительно, при прохождении его заметно понижается.

Ф р о н т ы о к к л ю з и и . В области циклона холод­ ный фронт перемещается несколько быстрее теплого вследствие большего угла наклона холодного воздуха и меньшего трения его с земной поверхностью. При этом теплый сектор циклона на карте погоды постепенно су­ жается, теплый воздух от земной поверхности вытес­ няется вверх, происходит сближение, а затем слияние холодного и теплого фронтов. Такой процесс называется процессом окклюдирования циклона, а в результате смыкания холодного и теплого фронтов образуется вблизи центра циклона новый фронт — фронт окклюзии.

По мере вытеснения теплого воздуха удаляется от земной поверхности и граница смыкания прежних хо­ лодного и теплого фронтов, называемая линией фронта окклюзии. Этот процесс связан со смещением точки ок­ клюзии от центра на периферию циклона и увеличе­ нием горизонтальной протяженности линии фронта ок­ клюзии.

Фронты окклюзии характерны для поздней стадии развития циклонов, они соединяют в себе черты теплого и холодного фронтов. В системе фронтов окклюзии взаимодействуют три воздушные массы, из которых наи­ более теплая уже не соприкасается с поверхностью Зем­

3 8 8