Циклоны и антициклоны.

На фронтах, разделяющих воздушные массы различного географического происхождения (например, арктического воздуха и воздуха умеренных широт), возникают мощные завихрения воздуха, подобно тому, как при встрече двух потоков воды возникают водовороты. Эти завихрения имеют в поперечнике несколько сотен километров, а иногда и до 2000—3000 км. Одни из них представляют собой области пониженного атмосферного давления, в которых самое низкое давление наблюдается в центре, а к периферии оно возрастает. Это циклоны. Другие завихрения отличаются повышенным атмосферным давлением, причем самое высокое давление отмечается в центре, а к периферии оно понижается — это антициклоны.

Давление в центре циклона колеблется обычно в пределах 1000—970 мб (миллибар); в отдельных случаях оно может понижаться до 940—935 мб. В центре антициклона давление может достигать 1070 мб, но в среднем оно равняется 1020—1030 мб.

Ветер всегда дует из области повышенного давления к области пониженного, отклоняясь вследствие вращения земли вправо (в северном полушарии). Поэтому в циклоне воздух из периферийных районов с более высоким атмосферным давлением устремляется к центру, где давление низкое, и отклоняется при этом вправо. Возникает воздушный вихрь с ветрами, направленными у поверхности земли к его центру и движущимися против часовой стрелки (рис. 2, фиг. А и Б).

В центральной части циклона воздух поднимается вверх и затем растекается к его периферии. При подъеме воздух расширяется, охлаждается, содержащийся в нем водяной пар сгущается, конденсируется, образуя сначала мельчайшие капельки тумана — облака. Затем капельки начинают сливаться, увеличиваются в размерах и падают на землю в виде дождя. Поэтому в районе, через который проходит циклон, преобладает ненастная, ветреная, пасмурная погода: летом прохладная (вследствие облачности), дождливая, зимой большей частью с оттепелями и снегопадами.

Суточный ход температуры (то есть повышение ее днем и понижение ночью) в циклоне бывает выражен слабо, так как облачность предохраняет поверхность земли от сильного нагревания ее днем и от выхолаживания ночью. В связи с тем что в циклонах проходят теплые и холодные фронты, характер погоды в разных частях циклона различен (см. ниже) и она отличается большой неустойчивостью.

Циклоны не остаются долго на месте, они перемещаются чаще всего с запада на восток со скоростью около 30 км в час (или 700 км в сутки), постепенно разрушаются и исчезают (обычно через несколько дней после возникновения), подобно тому как исчезает водоворот, образованный ударами весел на поверхности воды.

По распределению давления, направлению ветров, характеру погоды антициклоны являются полной противоположностью циклонов (слово «антициклон» значит «противоциклон», или «нечто противоположное циклону»). Единственное их сходство в том, что в центре как циклонов, так и антициклонов ветры самые слабые, а к периферии сила ветра усиливается.

В антициклонах давление воздуха понижается к периферии, поэтому ветры в антициклоне (у поверхности земли) дуют от центра к периферии, отклоняясь вправо и направляясь по движению часовой стрелки (рис. 2, фиг. В и Г). Воздух, оттекающий от центра антициклона к его краям, непрерывно замещается воздухом, притекающим в верхних слоях атмосферы к центру антициклона и спускающимся к поверхности земли. Опускаясь, воздух нагревается, поглощает водяной пар, облака в нем рассеиваются. Поэтому в районе антициклона стоит ясная, безоблачная погода со слабыми ветрами: летом жаркая, зимой морозная, так как отсутствуют облака, которые предохраняют поверхность земли от остывания.

Антициклоны охватывают более значительные площади, чем циклоны, они устойчивее, медленнее разрушаются, передвигаются с меньшей скоростью, иногда долго задерживаются на одном месте. Антициклоны развиваются обычно в однородной воздушной массе, поэтому фронты в них отсутствуют; при прохождении антициклона наступает обычно более устойчивая погода, причем характер ее во всех частях антициклона более или менее одинаков. Суточный ход температуры в антициклоне выражен резко, особенно летом, так как из-за отсутствия облаков поверхность земли днем сильно нагревается, а ночью остывает, излучая тепло.

С приближением циклона давление воздуха понижается, а с приближением антициклона — повышается. Этот признак можно использовать при предсказании погоды. Кроме того, пользуясь особенностями распределения ветров в циклонах и антициклонах, можно определить и направление, в котором находятся от наблюдателя области повышенного и пониженного давления. Для этого нужно стать спиной к ветру, тогда область пониженного давления (циклон) будет находиться впереди слева от наблюдателя, а область высокого давления (антициклон) — сзади справа.

Изменение погоды при прохождении циклона.

На рис. 3 изображена схема циклона в начале его развития (так называемого «молодого» циклона), когда различия погоды в разных его частях выражены наиболее резко.

В молодом циклоне проходят два фронта: теплый в юго-восточной части и холодный в юго-западной. Оба фронта смыкаются в центре циклона, а между ними располагается область, занятая теплой воздушной массой (теплым воздухом), — так называемый теплый сектор циклона. Остальная часть циклона заполнена холодной воздушной массой (холодным воздухом). Пунктирная стрелка, проведенная от центра циклона, показывает направление его движения — с запада на восток. Проследим, как с продвижением циклона будет последовательно изменяться погода в двух точках, из которых одна (А) расположена первоначально к юго-востоку от центра циклона, а другая (Б) — к северо-востоку от него.

Предположим, точка А в момент приближения циклона находится в районе, занятом холодной воздушной массой. Погода в ней в этот момент имеет характер, присущий холодным массам воздуха: в летний период днем развиваются кучевые облака, в случае достаточно мощного развития они переходят в кучево-дождевые (ливневые), с которыми связаны ливни и грозы. Ночь бывает ясная, температура воздуха в течение суток резко изменяется, повышаясь днем и понижаясь ночью.

Когда движется циклон, первым к точке А приближается теплый фронт, давление начинает падать, в западной части неба примерно за сутки до прохождения фронта появляются первые его предвестники — перистые облака. Последующая смена форм облачности и остальных явлений погоды развивается в соответствии с характерными особенностями теплого фронта. Тонкие, прозрачные перистые облака сменяются более плотными перисто-слоистыми, затем высоко-слоистыми. Ветер, крепчая, поворачивает вправо. Падение давления усиливается, продолжается уплотнение и снижение облачности. Высоко-слоистые облака переходят в слоисто-дождевые, и начинается обложной дождь. Наконец, через точку А проходит линия фронта, причем южное направление ветра резко меняется на юго-западное, повышается температура воздуха, падение давления прекращается или сильно замедляется. После прохождения фронта точка А оказывается в теплом секторе циклона, занятом теплой воздушной массой с присущими ей адвективными туманами, низкими слоистыми облаками, моросящими осадками.

Через некоторое время приблизится холодный фронт, и погода снова изменится. Если это холодный фронт второго рода, то его приближение будет заметно за 3—4 часа (за 200—300 км) по появлению высоко-кучевых облаков, за которыми движется вал кучево-дождевых облаков с ливнями, грозами и шквалами.

Когда пройдет линия фронта, шквалистый ветер резко повернет с юго-западного направления на северо-западное (то есть вправо), температура резко понизится, давление начнет быстро расти.

За фронтом облачность начнет рассеиваться, но если это холодный фронт первого рода, то еще в течение нескольких часов после его прохождения могут продолжаться осадки, но уже не ливневого, а обложного характера из слоисто-дождевых облаков.

После прохождения линии холодного фронта точка А попадает в тыловую часть циклона, занятую холодной воздушной массой со всеми' присущими ей особенностями погоды. Здесь эти особенности выражены более резко, чем в передней части циклона, так как в его тыловую часть поступает более свежий холодный воздух, приходящий с севера (см. направление холодных воздушных потоков на рис. 3).

Таким образом, в любой точке, расположенной в южной половине циклона, при его прохождении будут последовательно сменяться пять типов погоды: холодной воздушной массы, теплого фронта, теплой массы, холодного фронта и тыловой холодной массы.

Совершенно иначе будет меняться погода в точке Б, расположенной к северу от центра циклона, то есть в его северной половине, в которой фронты не проходят. Как видно из рис. 3, точка Б при прохождении циклона будет находиться все время в пределах одной и той же холодной воздушной массы. Облачность и осадки, развевающиеся на фронтах, могут захватить точку Б лишь в том случае, если она расположена близко к траектории центра циклона. Вначале, при прохождении передней части циклона, давление в точке Б будет медленно падать, затем, когда точка Б окажется в пределах тыловой части циклона, оно постепенно, без резкого скачка начнет повышаться. Ветер постепенно сменит свое направление от восточных румбов через северо-восточные к северным, то есть без резких скачков повернет влево; не будет также резких изменений температуры.

Вследствие таких значительных различий в характере погоды в северной и южной частях циклона очень важно для прогноза погоды определить, какая часть циклона пройдет через данную точку. И в северной и в южной частях первыми предвестниками приближения циклона являются перистые облака и понижение давления. Вопрос могут решить наблюдения за изменением направления ветра: в северной части циклона ветер постепенно поворачивает влево, то есть против часовой стрелки, а в южной части — вправо, по часовой стрелке.

Обычно циклоны зарождаются и движутся вперед не поодиночке, а сериями из четырех, пяти и более циклонов. Поэтому при прохождении через данную точку первого циклона после периода хорошей антициклональной погоды можно ожидать появления еще нескольких новых циклонов.

ПРОГНОЗЫ ПОГОДЫ

Синоптический метод прогнозов погоды.

Характер погоды и ее изменения связаны с перемещением воздушных масс, атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов. Каждому из этих атмосферных образований свойственны определенные признаки погоды: определенные формы облаков и осадков, характерное распределение по территории и характерный ход давления, температуры, влажности и прозрачности воздуха, направления и скорости ветра и т. п.

Наблюдения за этими признаками ведут метеорологические станции, распределенные более или менее равномерно по всей территории нашей страны, от Арктики до субтропиков. Все сведения о погоде тотчас же по окончании очередных наблюдений передают по телеграфу с помощью специального кода в местное Бюро погоды и в Центральный институт прогнозов (ЦИП) в Москву. Сведения о погоде тотчас после их получения в Бюро погоды и в ЦИП наносят в виде условных знаков и цифр на бланковые географические карты и получают ясную картину того, как распределяются температура и влажность воздуха на поверхности земли, где находятся области пониженного и повышенного атмосферного давления, какие формы облаков и осадков были отмечены в различных районах и т. д. По этим признакам на картах устанавливают местоположение теплых и холодных воздушных масс, циклонов и антициклонов, теплых и холодных фронтов. Такие карты, составленные по одновременным наблюдениям, произведенным в определенный срок, например в 7 час утра, называются картами погоды или синоптическими картами (от греческого слова «синопсис» — «совместное обозрение»).

Сравнивая такие синоптические карты, составленные, например, за одни сутки для 7 час, 13 час и 19 час, специалисты по прогнозу погоды — метеорологи-синоптики — прослеживают по ним, словно по кадрам киноленты, как и куда движутся воздушные массы, фронты, циклоны и антициклоны. Зная общие законы перемещения и изменения этих атмосферных образований и характер погоды в их отдельных частях, синоптики могут предусмотреть с большей или меньшей вероятностью и их будущее перемещение на 1—2 суток вперед и, следовательно, предсказать погоду для различных районов. В этом и состоит синоптический метод прогнозов погоды.