Наблюдать за изменениями погоды очень увлекательно. Солнце сменяется дождем, дождь – снегом, и над всем этим разнообразием веют порывистые ветра. В детстве это вызывает восхищение и удивление, у людей постарше – желание понять механизм процесса. Давайте попробуем понять, что формирует погоду и как с этим связаны атмосферные фронты.
Граница воздушных масс
В привычном восприятии "фронт" – термин военный. Это грань, на которой происходит столкновение вражеских сил. А понятие атмосферные фронты – это границы соприкосновения двух воздушных масс, которые формируются над огромными площадями поверхности Земли.
По воле природы человек получил возможность жить, эволюционировать и заселять все большие территории. Тропосфера – нижняя часть атмосферы Земли - обеспечивает нас кислородом и находится в непрерывном движении. Вся она состоит из отдельных воздушных масс, объединенных общим возникновением и похожими показателями. Среди основных показателей этих масс определяют объем, температуру, давление и влажность. Во время движения различные массы могут сближаться и сталкиваться. Однако они никогда не теряют своих границ и не смешиваются между собой. Атмосферные фронты - это участки, где соприкосаються воздушные массы и происходят резкие погодные скачки.
Немного истории
Понятия «атмосферный фронт» и «фронтальная поверхность» возникли не сами по себе. Их ввел в метеорологию норвежский ученый Я. Бьеркнес. Произошло это в 1918 году. Бьеркнес доказал, что атмосферные фронты – это основные звенья круговорота атмосферы в высоких и средних слоях. Однако до исследований норвежца, еще в 1863 году, адмирал Фицрой предположил, что яростные атмосферные процессы начинаются в местах встреч масс воздуха, идущих с разных сторон света. Но в тот момент научное сообщество не обратило внимания на эти наблюдения.
Бергенская школа, представителем которой был Бьеркнес, не только проводила собственные наблюдения, но и свела воедино все знания и предположения, высказанные более ранними наблюдателями и учеными, и изложила их в виде последовательной научной системы.
По определению, наклонную поверхность, представляющую собой область перехода между разными воздушными потоками, называют фронтальной поверхностью. А вот атмосферные фронты – это отображение фронтальных поверхностей на метеорологическую карту. Обычно переходная область атмосферного фронта завязывается у поверхности Земли и поднимается вверх до тех высот, на которых размываются различия между воздушными массами. Чаще всего порог этой высоты составляет от 9 до 12 км.
Теплый фронт
Атмосферные фронты бывают разные. Они зависят от направленности передвижения теплых и холодных массивов. Выделяют три типа фронтов: холодный, теплый и окклюзий, образованный в месте смыкания различных фронтов. Рассмотрим подробнее, что представляют собой теплые и холодные атмосферные фронты.
Теплый фронт – такое движение воздушных масс, при котором холодный воздух уступает место теплому. То есть воздух более высокой температуры, продвигаясь, располагается на территории, где господствовали холодные воздушные массы. Кроме этого, он поднимается ввысь вдоль переходной зоны. При этом температура воздуха постепенно снижается, из-за чего происходит конденсация находящегося в нем водяного пара. Так образовываются облака.
Основные признаки, по которым можно определить теплый атмосферный фронт:
- резко падает атмосферное давление;
- возрастает точка росы;
- повышается температура воздуха;
- появляются перистые, затем перисто-слоистые, а после – высоко-слоистые облака;
- ветер немного поворачивает влево и становится более сильным;
- облака становятся слоисто-дождевыми;
- выпадают осадки различной интенсивности.
Обычно после прекращения осадков теплеет, но это длится недолго, поскольку холодный фронт движется очень быстро и нагоняет теплый атмосферный фронт.
Холодный фронт
Наблюдается такая особенность: теплый фронт всегда наклонен в сторону движения, а холодный – в противоположную. Когда происходит движение фронтов, холодный воздух вклинивается в теплый, выталкивая его вверх. Холодные атмосферные фронты ведут к снижению температуры и похолоданию на значительной территории. По мере остывания поднявшихся теплых воздушных масс влага конденсируется в облачность.
Основные признаки, по которым можно определить холодный фронт:
- перед фронтом давление падает, за линией атмосферного фронта резко повышается;
- образовываются кучевые облака;
- появляется порывистый ветер, с резкой сменой направления по часовой стрелке;
- начинается проливной дождь с грозой или градом, продолжительность осадков около двух часов;
- резко падает температура, иногда на 10°С сразу;
- за атмосферным фронтом наблюдаются многочисленные прояснения.
Для путешественников пройти через холодный фронт – испытание не из легких. Иногда приходится преодолевать вихри и шквалы в условиях плохой видимости.
Фронт окклюзий
Уже говорилось, что атмосферные фронты бывают разные, если с теплыми и холодными более-менее все понятно, то фронт окклюзий вызывает массу вопросов. Формирование подобных эффектов происходит в местах смыкания холодного и теплого фронтов. Более теплый воздух при этом вытесняется вверх. Основное действие происходит в циклонах в момент, когда более стремительный холодный фронт нагоняет теплый. В результате происходит движение атмосферных фронтов и столкновение трех воздушных масс, двух холодных и одной теплой.
Основные признаки, по которым можно определить фронт окклюзий:
- облака и осадки обложного типа;
- резкие смены направления ветра без сильного изменения скорости;
- плавное изменение давления;
- отсутствие резких перепадов температур;
- циклоны.
Фронт окклюзий зависит от температуры холодных воздушных масс перед ним и за его линией. Различают холодный и теплый фронты окклюзий. Самые сложные условия наблюдаются в момент непосредственного смыкания фронтов. По мере вытеснения теплого воздуха фронт размывается, погодные условия улучшаются.
Циклон и антициклон
Поскольку в описании фронта окклюзий было употреблено понятие "циклон", то надо рассказать, что же это за явление.
Вследствие неравномерного распределения воздуха в поверхностных слоях образуются зоны высокого и низкого давления. Зоны высокого давления характеризуются избыточным количеством воздуха, низкого – недостаточным его количеством. В результате перетока воздуха между зонами (из избыточной в недостаточную) образуется ветер. Циклон – участок низкого давления, который затягивает, как в воронку, недостающий воздух и облака из зон, где они в избытке.
Антициклон – участок с повышенным давлением, который вытесняет избыток воздуха в зоны низкого давления. Основная характеристика – ясная погода, поскольку облака из этой зоны также вытесняются.
Географическое разделение атмосферных фронтов
В зависимости от климатических зон, над которыми формируются атмосферные фронты, их разделяют по географическому признаку на:
- Арктический, отделяющий холодные арктические воздушные массы от умеренных.
- Полярный, располагающийся между умеренной и тропической массами.
- Тропический (пассатный), разграничивающий тропическую и экваториальную зоны.
Влияние подстилающей поверхности
На физические свойства воздушных масс влияет радиация и вид подстилающей поверхности Земли. Поскольку характер такой поверхности может быть различным, то и трение об нее происходит неравномерно. Сложный географический рельеф может деформировать линию атмосферного фронта и изменить его эффекты. Например, известны случаи разрушения атмосферных фронтов при переваливании через горные хребты.
Воздушные массы и атмосферные фронты приносят синоптикам множество сюрпризов. Сопоставляя и изучая направления движения масс и капризы циклонов (антициклонов), они составляют графики и прогнозы, которыми люди ежедневно пользуются, даже не задумываясь над тем, насколько большой труд за этим стоит.
