Учебно-методический комплекс дисциплины «Климатология и метрология» для специальности 5М060800 «Экология» учебно-методические материалы

2. Фронты

Фронтальные зоны можно обнаружить ежедневно во внетропических широтах, особенно много – в умеренных, где происходят встречи холодного воздуха (с севера) и тёплого (с юга). Они зоны непрерывно возникают, обостряются и разрушаются. Однако по интенсивности они различны, в зависимости от разности температур встречающихся воздушных масс.

Во фронтальных зонах в соответствии с большими горизонтальными градиентами температуры, влажности и давления наблюдаются большие скорости ветра, обычно возрастающие с высотой (на высоте 200 м они достигают до 200 км/ч и более). Ширина фронтальных зон по сравнению с размерами относительно однородных воздушных масс обычно невелика.

Формирование фронтальной зоны сопровождается возникновением поверхностей разделов между холодными и тёплыми воздушными массами. Эти поверхности раздела называют атмосферными фронтами (рисунок 61).

Скорость движения фронта зависит от величины нормальной составляющей воздушного потока. В Европе средняя скорость достигает 30–35 км/ч, за сутки атмосферный фронт проходит более 700 км (нередки случаи, когда путь фронта за сутки составляет 1200–1500 км).

При пересечении фронта с земной поверхностью (поверхностью уровня) образуется линия фронта.

Фронтальные поверхности всегда наклонены в сторону холодного воздуха, который как более плотный и тяжёлый располагается над тёплым воздухом в виде узкого клина. Угол наклона фронтальной поверхности к горизонту очень мал, меньше 1^о, тангенс угла наклона колеблется в пределах 0,001–0,002 и менее. Это значит, что если удалиться от линии фронта в строну холодного воздуха на 200–300 км, то фронтальная поверхность будет находиться на высоте 2–3 км.

Наибольшая протяжённость фронтов по высоте в умеренных широтах 8–12 км, нередко они достигают тропопаузы. Ширина фронта в приземном слое – от нескольких километров до нескольких десятков километров, длина – сотни и тысячи километров.

Встретившиеся холодная и тёплая массы воздуха продолжают своё движение в сторону массы, движущейся с большей скоростью. Одновременно двигается и разделяющая их фронтальная поверхность.

Если воздушные течения направлены с обеих сторон вдоль линии фронта, то фронт заметно не перемещается. Такой фронт называется стационарным.

Классификация фронтов:

1. 
   Фронты между воздушными массами основных географических типов называют главными фронтами. Таких фронтов два:
   

• 
  арктический (антарктический), разделяет арктические и полярные воздушные массы;
  
• 
  полярный, разделяет полярные и тропические воздушные массы;
  

Фронты между воздушными массами одного и того же географического типа называются вторичными.

2. 
   В зависимости от направления движения фронта поверхности различают:
   

• 
  тёплый фронт;
  
• 
  холодный фронт.
  

Холодный фронт может быть двух типов:

• 
  холодный фронт первого рода (рисунок 63),
  
• 
  холодный фронт второго рода (рисунок 64).
  

Рисунок 62 – Облачная система теплого фронта (Облака, 2007)

Холодный фронт первого рода – медленно движущийся или замедляющийся холодный фронт, являющийся пассивной поверхностью восходящего скольжения. Облачность его состоит в основном из системы As–Ns, близкой к облакам тёплого фронта. В её передней части, однако, облака приближаются в Сb. Осадки вначале ливневые, затем переходят в обложные. Ширина зоны осадков меньше, чем у тёплого фронта (более крутой наклон фронтальной поверхности).

Рисунок 63 – Облачная система холодного фронта первого рода (Облака, 2007)

Холодный фронт второго рода – быстро движущийся холодный фронт (обычно во внутренней части циклона). Поверхность его в нижних слоях является пассивной поверхностью восходящего скольжения, а выше – активной поверхностью нисходящего скольжения. Облачность такого фронта сводится к валу Сb перед фронтом со шквалами, ливневыми осадками и грозами. За линией фронта наступает прояснение.

Рисунок 64 – Облачная система холодного фронта второго рода (Облака, 2007)

Профили тёплого и холодного фронтов заметно отличаются друг от друга. Это объясняется тем, что при движении тёплый воздух в нижнем слое вследствие трения о земную поверхность заметно растягивается в направлении, обратном движению, а движение холодного фронта у самой поверхности вследствие трения замедляется по сравнению с верхней его частью. Тогда фронтальная поверхность на высоте от 0 до 2 км приобретает форму вала, становясь более крутой.

По вертикали фронты не всегда достигают тропопаузы. Нередко их высота не превышает 1–3 км. В соответствии с этим и фронтальная облачность получает ограниченное развитие. Даже при большой вертикальной протяжённости фронта облачность не всегда представляет собой сплошную среду, а состоит из ряда слоёв с безоблачными пространствами между ними. Это связано с тем, что во многих случаях общий подъём тёплого воздуха нарушается, и в зоне фронта чередуются слои с восходящими и нисходящими движениями воздуха. При этом нисходящие движения вызывают разрушение облачной системы фронта, вплоть до полного рассеивания. При большой сухости воздуха облакообразование на фронте либо не происходит, либо возникают маломощные облака среднего и верхнего ярусов, которые не дают осадков.

3. 
   При смыкании холодного и тёплого фронтов образуется сложный (комплексный) фронт – фронт окклюзии (рисунок 65, 66). Смыкание фронтов происходит из-за различия скоростей их движения. Холодный фронт обычно располагается в тыловой (западой) части циклона, а тёплый – в передней (восточной). В системе развивающегося циклона холодный фронт двигается быстрее теплого. При разных скоростях движения через некоторое время холодный фронт догоняет теплый и, смыкаясь с ним, образует фронт окклюзии.
   

• 
  тёплый фронт окклюзии, или фронт окклюзии характера тёплого фронта. В этом случае воздух за холодным фронтом оказывается теплее, чем воздух перед теплым фронтом (рисунок 55);
  
• 
  холодный фронт окклюзии, или фронт окклюзии характера холодного фронта, когда воздух за холодным фронтом холоднее, чем перед тёплым (рисунок 56).
  

• 
  нижний фронт (а) линия пересечения одной из фронтальных поверхностей с землёй;
  
• 
  верхний фронт (б) линия, вдоль которой граничат три воздушные массы;
  
• 
  поверхность окклюзии (аб) – поверхность раздела двух холодных воздушных масс между верхним и нижним фронтами.
  

Рисунок 65 – Схема облачной системы фронта окклюзии по типу теплого фронта

Рисунок 66 – Схема облачной системы фронта окклюзии по типу холодного фронта

Облачные системы обоих фронтов, сомкнувшись, сначала сохраняются и дают обложные осадки. Однако в связи с общим подъёмом воздуха в системе циклона и его охлаждением горизонтальные градиенты температуры уменьшаются, фронт окклюзии ослабевает, а облака рассеиваются.

Прохождение атмосферного фронта через пункт или район, как правило, не остаётся незамеченным. При приближении тёплого фронта с хорошо развитой облачностью к пункту наблюдения сначала появляются перистые облака в виде крючков, после которых следуют перисто-слоистые облака. Затем по мере приближения фронта давление воздуха постепенно понижается. Одновременно с понижением давления температура и удельная влажность воздуха медленно повышаются. Облака становятся все плотнее, начинают выпадать обложные осадки, которые ослабевают или вовсе прекращаются лишь после прохождения фронта. При прохождении фронта температура и удельная влажность обычно резко возрастают, ветер усиливается. После прохождения фронта направление ветра меняется, а скорость его уменьшается, понижение давления постепенно прекращается и начинается даже слабое повышение. Зимой при прохождении тёплого фронта обычно появляются низкие слоистые облака и туман.

При приближении к пункту наблюдения холодного фронта с небольшой неустойчивостью тёплого воздуха сначала появляются кучево-дождевые облака с ливневыми осадками, после прохождения фронта наблюдаются слоисто-дождевые и высоко-слоистые облака, ливневые осадки сменяются обложными, которые прекращаются по мере приближения высоко-слоистых и перистых облаков. Как правило, ширина зоны осадков при прохождении холодного фронта меньше, чем тёплого. При приближении холодного фронта давление воздуха понижается, а после прохождения его резко возрастает. Температура и удельная влажность после прохождения фронта резко понижаются. Ветер перед фронтом может усилиться до штормового, затем он медленно ослабевает и меняет своё направление.