Атмосферные фронты

 

В атмосфере постоянно создаются такие условия, когда две воздушные массы с различными свойствами располагаются рядом. В этом случае между ними располагается относительно узкая переходная зона, называемая фронтом. Ширина фронта по горизонтали и толщина по вертикали невелики по сравнению с размерами самих воздушных масс, поэтому можно представит атмосферный фронт как поверхность раздела двух воздушных масс. Там, где эта поверхность пересекается с земной образуется линия фронта.

Фронтальные поверхности в атмосфере имеют наклон. Угол наклона поверхности раздела зависти от соотношения температур, скоростей и ускорений соприкасающихся воздушных масс, а также и от широты местности, с которой связано ускорение силы тяжести. Углы наклона поверхности раздела фронтов по отношению к линии горизонта очень малы. Тангенс угла наклона этого угла колеблется в пределах от 0,01 до 0,001, что соответствует углу от 30 до 4 минут. Воздушные массы, в зоне фронта располагаются одна над другой. При этом холодный воздух находится внизу и имеет форму острого клина (рис. 5.11).

 

 

Рис. 5.11. Атмосферный фронт в вертикальном разрезе

 

Изобарические поверхности в зоне фронта резко изменяют свое направление, в результате чего образуется своеобразный излом, поскольку в этой зоне имеет место разрыв функции барического градиента. В соответствии с основным уравнением статики атмосферы в теплом воздухе барическая ступень больше, чем в холодном. Исходя из этого, рассматривая движение воздуха в горизонтальном направлении как геострофический ветер, возможны три основных типа распределения атмосферного давления и направления ветра вблизи поверхности фронта. При пересечении зоны фронта изобарические поверхности прогибаются вниз, образуя явные (рис. 5.12а) или замаскированные (рис. 5.12б, в) ложбины.

 

 

Рис. 5.12. Типы распределения давления вблизи фронтальной поверхности

(вертикальный разрез) и направления ветра по обе стороны фронта.

 

Если рассмотреть наиболее типичную схему, когда холодный воздух располагается к северу от фронта и поверхность фронта наклонена к югу, то трем случаям распределения атмосферного давления соответствуют и три варианта направления ветра вблизи границы фронта.

1. Западное течение в области теплого воздуха и восточное в холодной (рис. 5.12а).

2. Западное течение воздуха в обеих соседних массах воздуха, причем в области теплого воздуха течение носит более сильный характер (рис. 5.12б).

3. Восточное течение воздуха имеет место в обеих массах воздуха, но в зоне холодного воздуха, оно сильнее, чем в зоне теплого (рис. 5.12в).

Фронты в атмосфере эпизодически возникают, развиваются, разрушаются и возникают вновь. Обычно атмосферные фронты возникают при сближении воздушных масс с различной температурой воздуха и с другими свойствами, давлением, влажностью, скоростью движения и т.п. Фронт может перемещаться в сторону более теплого или более холодного воздуха. Если линия фронта у земной поверхности перемещается в сторону более холодного воздуха, то какой фронт называется теплым. Если фронт смещается в сторону теплого воздуха, то на территорию в первую очередь вступает клин холодного воздуха, и такой фронт называется холодным.

Наступление теплого фронта, как правило, сопровождается наличием слоисто-дождевых облаков и обложными дождями. При наступлении холодного фронта формируются облака вертикального развития и выпадают осадки ливневого типа, нередко сопровождаемые грозами.

В зоне фронта барический градиент с высотой быстро возрастает и, как следствие скорость ветра резко увеличивается. В случае, если фронт резко выражен, т.е перепад температур на его границе достаточно велик, в верхней тропосфере и в нижней стратосфере возникают мощные струйные течения, параллельные линии фронта. Ширина этих течений охватывает несколько сотен километров, а скорость ветра достигает 150–300 км/ч. Максимальная скорость ветра на оси струйного течения в районе тропопаузы может достигать 100 м/с, т.е. 360 км/ч.