Атмосферные фронты

Различные воздушные массы находятся обычно в постоянном движении. При этом они могут сближаться и встречаться, образуя так называемые фронтальные зоны — переход­ные зоны между воздушными массами с раз­ными физическими свойствами. Ширина их — первые сотни километров, длина — тысячи километров. В них наблюдаются быстрые из­менения всех метеорологических величин по горизонтали — температуры, давления, влаж­ности, так как фактически они представляют собой «поле битвы» между теплым и холод­ным воздухом. Во фронтальных зонах возни­кают поверхности раздела между теплыми и холодными воздушными массами, которые на­зываются фронтальными поверхностями (лат. /гопз (род. п. /гопИз) — лоб, передняя сторона). Эта поверхность — неширокая по­лоса в несколько десятков километров, но по сравнению с размерами воздушных масс, ко­торые ею разграничиваются, она представля­ется плоскостью. Угол между фронтальной пло­скостью и земной поверхностью очень мал, менее 1°, но на рисунках для наглядности он преувеличен. Фронтальная поверхность всегда наклонена в сторону холодного воздуха, так что холодный плотный воздух располагается внизу, под нею, а теплый, менее плотный и легкий воздух — вверху, над нею. Линия пе­ресечения фронтальной плоскости с поверхно­стью Земли образует линию фронта, кото­рую кратко также называют фронтом. Все эти перечисленные понятия часто объединяются выражением атмосферный фронт.

Так как барическая ступень в теплом воз­духе больше, чем в холодном, то расстояние между изобарическими поверхностями по обе стороны фронтальной поверхности будет раз­личным. Изменение свойств воздуха в услови­ях его неразрывности в атмосфере достигается образованием

Рис. 56. Распределение давления вблизи фронтальной по­верхности в вертикальном разрезе

в зоне фронта ложбины всех изобарических поверхностей. Она проявляет­ся у земной поверхности в виде ложбины, очерченной изобарами (рис. 56). Таким обра­зом, все атмосферные фронты лежат в бари­ческих ложбинах.

Атмосферные фронты бывают стационар­ные и движущиеся.

Если воздушные течения направляются с обеих сторон вдоль линии фронта и она не перемещается заметно ни в сторону теплого, ни в сторону холодного воздуха, то фронт на­зывается стационарным.

Движущийся фронт образуется в том слу­чае, если одна из воздушных масс имеет со­ставляющую скорости, перпендикулярную ли­нии фронта. В зависимости от направления перемещения движущиеся фронты подразде­ляют на теплые и холодные. Теплый фронт образуется при натекании теплого воздуха на холодный. Линия фронта при этом перемеща­ется в сторону холодного воздуха. После про­хождения теплого фронта наступает потепле­ние (рис. 57). Холодный фронт образуется при подтекании холодного воздуха под теплый.

 

 

 

Рис. 57. Теплый фронт. Названия облаков указаны в таб­лице 2 (по И. И. Гуральнику)

При этом линия фронта перемещается в сто­рону теплого воздуха, который вытесняется на­верх. После прохождения холодного фронта наступает похолодание. Различают холодные фронты первого и второго рода. Холодный фронт первого рода образуется в случае мед­ленного наступания холодного воздуха. При этом теплый воздух спокойно поднимается по фронтальной поверхности и линия фронта дви­жется медленно (рис. 58). Холодный фронт второго рода возникает при быстром движе­нии холодного воздуха и резком подтекании его под теплый воздух, который подбрасыва­ется вверх. Фронтальная поверхность при этом круто поднимается над земной поверхностью из-за того, что приземные слои воздуха тор­мозятся трением. Линия фронта движется бы­стро (рис. 59).

В атмосфере нередко возникают и более сложные комплексные фронты при смыкании (объединении) двух основных фронтов — теплого и холодного. Это фронты окклюзии (лат. оссШзю — запирание). При их образо­вании соединяются две холодные воздушные массы, а теплый воздух вытесняется в верх­ние слои тропосферы и теряет связь с зем­ной поверхностью. Если наступающий холод­ный воздух менее холодный, чем предыдущий, образуется фронт окклюзии по типу теп­лого фронта. Если наступающий воздух бо­лее холодный, чем предыдущий, возникает фронт окклюзии по типу холодного фрон­та (рис. 60).

Фронтальная деятельность наиболее интен­сивна в умеренных и близлежащих широтах. Здесь систематически возникают, движутся (преимущественно с запада на восток) и раз­рушаются на протяжении нескольких дней ат­мосферные фронты. С ними связано образо­вание атмосферных возмущений вихревого характера — циклонов (восходящих вихрей) и антициклонов (нисходящих вихрей), которые определяют различные типы погоды.

На климатических картах выделяются зо­ны, где, по средним многолетним данным, ча­ще встречаются воздушные массы различных типов и подтипов и где наиболее активно об­разуются атмосферные фронты. Такие стати­стически устойчивые фронтальные зоны назы­ваются климатическими фронтами. В этих зонах больших горизонтальных контрастов тем­пературы, давления и сильных ветров концен­трируются большие запасы энергии, которые расходуются на образование циклонов и антициклонов. Таким образом, эти зоны отра­жают среднее многолетнее наиболее типич­ное положение серий подвижных атмосферных фронтов.

Среди климатических фронтов выделяют главные и вторичные фронты.

Главные фронты являются зонами разде­ла и взаимодействия основных типов воздуш­ных масс, контрастных прежде всего по тем­пературе. Между арктическим (антарктиче­ским) и полярным (умеренных широт) возду­хом они называются соответственно аркти­ческим и антарктическим фронтами, меж­ду полярным и тропическим воздухом — по­лярным фронтом. Раздел между теплыми воздушными массами — относительно сухой тропической и влажной экваториальной, — считавшийся ранее тропическим фронтом, представляет собой зону сходимости пассатов северного и южного полушарий и называется в настоящее время внутритропической зо­ной конвергенции (ВЗК) (рис. 61, 62).

 

 

 

Рис. 58. Холодный фронт первого рода (по И. И. Гураль­нику)

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 60. Фронты окклюзии

 

 

 

 

Рис. 59. Холодный фронт второго рода (по И. И. Гуральнику)

 

 

 

Рис. 61. Климатические фронты в июле (по С. П. Хромову)

 

 

Рис. 62. Климатические фронты в январе (по С. П. Хромову)

Особенности главных фронтов таковы. Во-первых, они прослеживаются вверх до самой стратосферы, часто вызывая образование так называемых струйных течений — очень силь­ных ветров, которые достигают наибольшей величины близ тропопаузы. Во-вторых, они не образуют на Земле сплошных полос, а разры­ваются на отдельные ветви (отрезки), которые носят собственные названия. Особенно это заметно на примере полярного фронта, который разделяется на целый ряд ветвей. В-третьих, эти ветви смещаются по сезонам вслед за Солнцем: летом фронты вместе с воз­никающими на них сериями циклонов мигри­руют в сторону полюсов, зимой — к эквато­ру, причем некоторые из них в определенные сезоны размываются. На рисунке 62 видно, что зимой ветвь полярного фронта, отделяю­щая морской полярный воздух Атлантики от морских тропических масс Северо-Атлантиче­ского максимума, располагается на широте Франции. Средиземноморская ветвь полярно­го фронта, которая отделяет тропический воз­дух от континентальных воздушных масс уме­ренных широт, зимой пролегает над Среди­земным морем и далее к востоку переходит в Иранскую ветвь, но летом обе ветви размы­ваются. Над восточным Забайкальем и севе­ром Приморья летом формируется Монголь­ская ветвь полярного фронта, разделяющая континентальные полярную и тропическую воз­душные массы, а над Японским морем — Ти­хоокеанская ветвь между морскими полярны­ми и тропическими массами.

Концы полярных фронтов, проникающих да­леко в глубь тропиков, называются пассатными фронтами. Они разделяют в тропиках уже не полярный и тропический воздух, а раз­личные по свойствам массы тропического воз­духа, приносимого из разных океанических суб­тропических максимумов ветрами, называемы­ми пассатами. Нередко они возникают между двумя мТВ, одна из которых сформировалась из ЭВ над теплыми морскими течениями за­падной периферии субтропических максиму­мов, а вторая — из мПВ над холодными те­чениями восточной их периферии (например, летом вблизи Мексиканского нагорья, полу­пустыни Калахари и др.).

Вторичные фронты (фронты второго по­рядка) образуются обычно между воздушными массами разных подтипов одного и того же географического типа.

Они часто возникают между морским и кон­тинентальным полярным воздухом, прежде всего зимой, когда температурная разница между ними достигает наибольших значений. Такой полярный фронт намечается над цент­ром Восточно-Европейской равнины, в связи с чем Москву образно называют «прифронто­вым» городом. Вторичные фронты прослежи­ваются на меньшую высоту, чем главные, — на несколько километров в пределах тропо­сферы.