Атмосферный фронт (греч. atmos — пар и лат. front is - лоб, передняя сторона).
При сближении разнородных возникают переходные, или фронтальные зоны, которые непрерывно перемещаются и размываются; скорость и сила этих процессов зависит от разности температур встречающихся масс. Во фронтальной зоне усиливается , достигая на высоте 9-12 км скоростей (200 км/ч), возникают большие атмосферные вихри, а также выявляются поверхности разделов между холодными и теплыми воздушными массами. Эти поверхности разделов и называются атмосферными фронтами . Ширина их незначительна - несколько десятков километров, толщина по вертикали - несколько сотен метров. Наклон атмосферного фронта к Земле очень незначительный, менее 1°.
Если фронт перемещается в сторону более высоких температур, это означает, что наступает холодный воздух. Такой фронт называется холодным. При его наступлении тяжелые холодные воздушные массы вытесняют вверх более легкие теплые воздушные массы, которые, поднимаясь вверх, охлаждаются, влага, содержащаяся в них, высвобождается и образует . Непосредственное приближение холодного фронта можно заметить по скоплению мощных кучево-дождевых облаков на . Они быстро надвигаются стеной и вскоре занимают все небо. Нижний их край настолько низок, что, кажется, влачится по земле. Ослепительно белая кудрявая верхушка поднимается на высоту свыше 10 км. В природе становится тихо и душно, природа замирает. Вскоре ветер начинает дуть порывами, резко меняет направление. Внезапно обрушивается стена проливного дождя, нередко с градом. Потемневшее небо перечеркивают молнии, раздаются оглушительные раскаты грома. Ненастье обычно длится недолго, редко более двух . После становится холоднее, так как пространство занимают холодные воздушные массы. После могут начаться обложные дожди, которые постепенно перейдут в моросящие. Далее будет зависеть от скорости наступления холодного фронта.
При наступлении теплого фронта теплый воздух перемещается в сторону более низких температур и, натекая на холодную воздушную массу, скользит по ней, поднимаясь кверху и образуя облака. Высоко в атмосфере происходит образование перистых облаков. Они являются предвестниками теплого фронта. Вскоре эти облака начинают таять, и над земной поверхностью в атмосфере образуется сплошная пелена почти незаметных, тонких перисто-слоистых облаков. Облачный слой быстро плотнеет и спускается ниже. Усиливается ветер, и начинает моросить мелкий дождь (или кружатся снежинки). Постепенно он усиливается и льет затем в течение нескольких часов. Такой дождь называют обложным. Наступление теплого фронта сопровождается повышением . Однако он держится недолго, так как вскоре снова надвигается холодный фронт, который движется обычно быстрее.
Линия фронтов никогда не бывает прямой, она извилиста. Изгибы линии к северу обычно вызваны языками теплого воздуха, изгибы к югу - языками холодного воздуха. Когда изгибы фронтальной линии смыкаются, возникают мощные атмосферные вихри -
), разделяются между собой довольно узкими переходными зонами, которые сильно наклонены к земной поверхности (меньше 1°). фронтом называется раздел между , обладающими разными физическими свойствами. Пересечение фронта с земной поверхностью называется линией фронта. На фронте все свойства воздушных масс — температура, направление и скорость ветра, влажность, осадки — резко меняются. Прохождение фронта через место наблюдения сопровождается более или менее резкими изменениями .
Различают фронты, связанные с циклонами, и климатические фронты.
В циклонах фронты образуются при встрече теплого и холодного воздуха, при этом вершина фронтальной системы, как правило, находится в центре . Холодный воздух, встречаясь с теплым, всегда оказывается внизу. Он подтекает под теплый, стремясь вытеснить его вверх. Теплый воздух, наоборот, натекает на холодный и если теснит его, то сам при этом поднимается по плоскости раздела. В зависимости от того, какой воздух активнее, в какую сторону смещается фронт, он называется теплым или холодным.
Теплый фронт перемещается в сторону холодного воздуха и означает наступление теплого воздуха. Он медленно оттесняет холодный воздух. Как более легкий он натекает на клин холодного воздуха, полого поднимаясь вверх по поверхности раздела. При этом перед фронтом образуется обширная зона облаков, из которых выпадают обложные осадки. Полоса осадков перед теплым фронтом достигает 300, а в холодное время даже 400 км. За линией фронта осадки прекращаются. Постепенная смена холодного воздуха теплым приводит к понижению давления и усилению ветра. После прохождения фронта наблюдается резкое изменение погоды: повышается , изменяет направление примерно на 90° и ослабевает, ухудшается видимость, образуются , могут выпадать моросящие осадки.
Холодный фронт перемещается в сторону теплого воздуха. В этом случае холодный воздух — как более плотный и тяжелый — движется по земной поверхности в виде клина, движется быстрее, чем теплый и, как бы приподнимает впереди себя теплый воздух, энергично выталкивая его вверх. Над линией фронта и впереди его образуются большие кучево-дождевые , из которых выпадают ливневые дожди, возникают , наблюдаются сильные ветры. После прохождения фронта осадки и облачность значительно уменьшаются, ветер изменяет направление примерно на 90° и несколько ослабевает, температура понижается, уменьшается влажность воздуха, увеличивается его прозрачность и видимость; растет.
Арктический (антарктический) фронт отделяет арктический (антарктический) воздух от воздуха умеренных широт, два умеренных (полярных) фронта разделяют воздух умеренных широт и тропический воздух. Тропический фронт образуется там, где встречаются тропический и воздух, отличающиеся по , а не по температуре. Все фронты вместе с границами поясов смещаются летом к полюсам, а зимой . Нередко они образуют отдельные ветви, распространяющиеся на большие расстояния от . Тропический фронт всегда находится в том полушарии, где лето.
Атмосферные фронты, имеют несколько различных характеристик. По ним происходит деление этого природного явления на разные виды.
Атмосферные фронты могут достигать ширины 500-700 км, а в длину простираться на 3000-5000 км.Атмосферные фронты классифицируют по перемещению относительно расположения воздушных масс. Еще один критерий – пространственная протяженность и циркуляционная значимость. И, наконец, географический признак.
Характеристика атмосферных фронтов
По перемещению атмосферные фронты можно разделить на холодные, теплые и фронты окклюзии.
Теплый атмосферный формируется, когда теплые воздушные массивы, как правило, влажные надвигаются на более сухие и холодные. Приближающийся теплый фронт приносит постепенное понижение атмосферного давления, незначительное повышение температуры воздуха и небольшие, но продолжительные осадки.
Холодный фронт образуется под влиянием северных ветров, нагнетающих холодный воздух в области, которые ранее занимал теплый фронт. Холодный атмосферный фронт влияет на погоду в небольшой полосе и часто сопровождается грозами и понижением атмосферного давления. После того, как фронт пройдет, температура воздуха резко понижается, а давление увеличивается.
Циклон, который считается самым сильным и разрушительным в истории, обрушился на дельту Ганга в восточной части Пакистана в ноябре 1970 года. Скорость ветра достигла более 230 км/ч, а высота приливной волны была около 15 метров.
Фронты окклюзии возникают при наложении одного атмосферного фронта на другой, образованный ранее. Между ними располагается значительная масса воздуха, температура которого намного выше, чем у воздуха, который его окружает. Окклюдирование возникает при вытеснении теплой воздушной массы и ее отрыве от поверхности земли. В результате фронт перемешается у поверхности земли уже под воздействием двух холодных масс воздуха. На фронтах окклюзии нередко расположены глубокие волновые циклоны, образованные в виде очень хаотичных волновых возмущений. Ветер при этом значительно усиливается, и волна становится четко выраженной. В результате фронт окклюзии превращается в большую размытую фронтальную зону и по прошествии некоторого времени полностью исчезает.
По географическим признакам фронты разделяются на арктические, полярные и тропические. В зависимости от того, в каких широтах они образованы. Помимо этого, в зависимости от подстилающей поверхности, фронты делятся на континентальные и морские.
Воздушные массы передвигаются по планете как единое целое. Атмосферными фронтами, или просто фронтами, называются переходные зоны между двумя различными воздушными массами. Переходные зоны между соседними воздушными массами, обладающими различными свойствами, называются атмосферными фронтами . Главной характерной чертой атмосферных фронтов являются большие значения горизонтальных градиентов: давления, температуры, влажности и др. Здесь наблюдается значительная облачность, выпадает больше всего осадков, происходят наиболее интенсивные изменения давления, силы и направления ветра.
Атмосферный фронт возникает при сближении и встрече масс холодного и тёплого воздуха в нижних слоях атмосферы или во всей тропосфере, охватывая слой мощностью до нескольких километров, с образованием между ними наклонной поверхности раздела.
Главной характерной чертой атмосферных фронтов являются большие значения горизонтальных градиентов: давления, температуры, влажности и др. Зона атмосферного фронта очень узка по сравнению с разделяемыми ею воздушными массами. При наличии движения поверхность перехода становится наклонной, при этом более плотный воздух (холодный) образует клин под менее плотным (тёплым), а тёплый воздух совершает восходящее скольжение вдоль этого клина.
Толщина фронтальной поверхности по вертикали очень мала – несколько сотен метров, это гораздо меньше, чем ширина воздушных масс, которые она разделяет. В пределах тропосферы одна воздушная масса перекрывает другую. Ширина зоны фронта на картах погоды составляет несколько десятков километров, но при анализе синоптических карт фронт проводят в виде одной линии. Лишь на вертикальных разрезах атмосферы крупного масштаба удается выявить верхнюю и нижнюю границы переходного слоя.
По этой причине на синоптических картах фронты изображают в виде линии (линия фронта). В пересечении с земной поверхностью зона фронта имеет ширину порядка десятка километров, горизонтальные же размеры самих воздушных масс – порядка тысяч километров.
В горизонтальном направлении протяженность фронтов, как и воздушных масс, имеет тысячи километров, по вертикали – около 5 км, ширина фронтальной зоны к поверхности Земли – порядка сотни километров, на высотах – несколько сотен километров. Фронтальные зоны характеризуются значительными изменениями температуры воздуха и влажности, направлений ветра вдоль горизонтальной поверхности, как на уровне Земли, так и выше.
Фронты между воздушными массами указанных выше основных географических типов называют главными атмосферными фронтами. Главные фронты: арктический (между арктическим и полярным воздухом), полярный (между полярным и тропическим воздухом) и тропический (между тропическими экваториальным воздухом).
По термодинамическим свойствам атмосферные фронты между воздушными массами одного и того же географического типа подразделяются на теплые, холодные и малоподвижные (стационарные),которые могут быть основными, вторичными и верхними, а также простыми и сложными (окклюдированными). Особое положение занимают фронты окклюзии, образовавшиеся при смыкании теплого и холодного фронтов. Фронты окклюзии могут быть по типу как холодного, так и теплого фронтов. На картах погоды фронты проводятся либо цветными линиями, либо в виде условных обозначений.
Комплексные сложные фронты – фронты окклюзии образуются путем смыкания холодного и теплого фронтов при окклюдировании циклонов. Различают теплый фронт окклюзии, если воздух за холодным фронтом оказывается теплее, чем воздух перед теплым фронтом, и холодный фронт окклюзии, когда воздух за холодным фронтом холоднее, чем воздух перед теплым фронтом.
Хорошо выраженный фронт имеет высоту несколько километров, чаще всего - 3-5 км. С основными фронтами связаны продолжительные и обильные осадки; в системе вторичных фронтов процессы облакообразования выражены слабее, осадки кратковременны и не всегда достигают Земли. Так же существуют внутримассовые осадки, не связанные с фронтами.
В приземном слое вследствие сходимости воздушных потоков к оси барических ложбин здесь создаются наибольшие контрасты температуры воздуха – поэтому фронты у Земли располагаются именно вдоль осей барических ложбин. Фронты не могут располагаться вдоль осей барических гребней, где имеет место расходимость воздушных потоков, а могут лишь пересекать ось гребня под большим углом.
С высотой контрасты температур на оси барической ложбины уменьшаются – ось ложбины смещается в сторону более низких температур воздуха и стремится совместиться с осью термической ложбины, где контрасты температуры минимальны. Так с высотой фронт постепенно отходит от оси барической ложбины на ее периферию, туда, где создаются наибольшие контрасты.
В зависимости от направления перемещения теплых и холодных масс воздуха, расположенных по обе стороны от переходной зоны, фронты делят на теплые и холодные. Фронты, которые мало изменяют свое положение называют малоподвижными. Особое положение занимают фронты окклюзии, образовавшиеся при смыкании теплого и холодного фронтов. Фронты окклюзии могут быть по типу как холодного, так и теплого фронтов. На картах погоды фронты проводятся либо цветными линиями, либо в виде условных обозначений.
Фронтальной зоной называется переходная зона между воздушными массами, обладающими разными свойствами, сильно наклонённая к земной поверхности в сторону холодного воздуха. Она поднимается вверх на несколько километров, где её горизонтальная протяжённость может составлять тысячи километров.
Ширина фронтальной зоны у поверхности Земли составляет десятки километров. Поскольку её размеры по сравнению с размерами воздушных масс малы, её принято представлять в виде фронтальной поверхности, линия пересечения которой с поверхностью земли называется фронтом. При прохождении фронта резко меняются все метеоэлементы, образуются обширные облачные системы, выпадают осадки, усиливается ветер. Фронты могут возникать и развиваться (такой процесс называется фронтогенезис), а также – размываться и исчезать (фронтолизис).
В зависимости от направления перемещения воздушных масс атмосферные фронты делятся на тёплые, холодные, малоподвижные и фронты окклюзии.
Тёплый фронт
Тёплый фронт возникает при движении воздушных масс, когда холодная воздушная масса сменяется тёплой. Тёплый воздух, как более лёгкий, натекает на клин холодного, поднимается, охлаждается, с некоторой высоты пары начинают конденсироваться, образуя характерную мощную облачность, состоящую из перистых, перисто-слоистых, высоко-слоистых и слоисто-дождевых облаков, образующих огромный клинообразный массив. Схема смены видов облачности, характерных для тёплого фронта, приведена на рис. 12, а порядок изменения метеоэлементов при его прохождении – в табл. 1.
Таблица 1. Изменения метеоэлементов при прохождении тёплого фронта.
| Метеоэлементы | Перед фронтом | При прохождении фронта | За фронтом |
| Атмосферное давление | Падает, обычно равномерно (клин холодного, более тяжёлого воздуха над точкой наблюдения уменьшается (рис. 12)). | Падение замедляется | Мало меняется или слабо растёт |
| Ветер | Усиливается, поворачивает против часовой стрелки (в северном полушарии) | Поворачивает по часовой стрелке (в северном полушарии) | Ослабевает, направление не меняется |
| Температура воздуха | Не меняется или слабо растёт | Повышается (тёплая воздушная масса в точке наблюдения приходит на смену холодной (рис. 12)) | Меняется мало |
| Облачность | Последовательно сменяют друг друга: перистые, перисто-слоистые, высокослоистые, слоисто-дождевые облака. Под фронтальной поверхностью возможно появление кучевых облаков (рис. 12) | Слоисто-дождевые | Слоистые или слоисто-кучевые |
| Осадки | За 300-400км до линии фронта начинаются обложные осадки | Почти прекращаются | Возможна морось |
Холодный фронт
Холодный фронт возникает при движении воздушных масс, когда тёплая воздушная масса сменяется холодной. Угол наклона фронтальной поверхности при этом, как правило, больше, чем у тёплого фронта. Различают холодные фронты первого и второго рода.
Холодный фронт первого рода
Так называется медленно движущийся холодный фронт. В процессе движения воздушных масс холодный воздух медленно подтекает под тёплый, что приводит к появлению облачной системы, напоминающей систему тёплого фронта, расположенную в обратном порядке по ходу его движения. Горизонтальные размеры облачной системы и зоны осадков у данного вида атмосферного фронта меньше, чем у тёплого.
Перед фронтом в тёплой воздушной массе могут развиваться кучево-дождевые облака, появление которых вызывается восходящими потоками воздуха. Движение фронтов происходит в силу воздействия ветра. Направление ветра в средних широтах совпадает с направлением касательной к изобаре. Поэтому, если на карте погоды линия холодного фронта проходит под небольшим углом к изобаре, то ветер будет дуть почти вдоль фронта и скорость перемещения последнего будет невелика. То есть, такой фронт будет являться фронтом первого рода.
Холодный фронт второго рода
Так называется быстро движущийся холодный фронт. На карте погоды линия этого фронта по отношению к изобарам располагается под углом, близким к прямому (ветер дует почти перпендикулярно фронту, что приводит к быстрому перемещению последнего). Быстрое подтекание холодного воздуха под тёплый приводит к развитию в узкой полосе перед фронтом сильной конвекции (восходящих потоков) и появлению мощной кучево-дождевой облачности.
Турбулентность восходящих потоков обусловливает наличие шквалистого ветра у поверхности земли. Основным видом осадков при этом являются ливневые. Зона осадков обычно настолько узка, что почти не прослеживается на картах погоды. Облачная система высокослоистых и перисто-слоистых облаков в восходящем потоке тёплого воздуха сильно вытянута вперёд от фронтальной поверхности и размыта на отдельные высококучевые чечевицеобразные и мелкие перисто-кучевые облака. Порядок изменения метеоэлементов при его прохождении – в табл. 2.
Таблица 2. Изменения метеоэлементов при прохождении холодного фронта.
| Метеоэлементы | Перед фронтом | Пр прохлждении фронта | За фронтом |
| Атмосферное давление | Падает | Падение сменяется ростом | Быстро растёт (клин холодного, более тяжёлого воздуха над наблюдателем становится всё выше), затем рост замедляется или прекращается |
| Ветер | Усиливается, поворачивает против часовой стрелки(в северном полушарии) | Значительно усиливается,становится шквалистым, резко поворачивает по часовой стрелке (в северном полушарии) | Поворачивает против часовой стрелки (в северном полушарии). Сохраняется сильный порывистый ветер |
| Температура воздуха | Устойчивая или слабо понижается | Резко понижается | Продолжает понижаться или мало меняется |
| Облачность | Для фронта 1 рода – мощные Cb. Для фронта 2 рода возможны отдельные Cc,и ниже них – Ac, затем — появление мощной Cb облачности. | Для холодного фронта первого рода — Ns. Для фронта 2 рода – Сb, под которыми наблюдаются разорванно-дождевые облака. | Для холодного фронта первого родаоблачная система в основном обратна тёплому фронту (последовательно меняются Ns, As, Cs, Ci). Для фронта второго рода – облачность быстро исчезает. |
| Осадки | Обычно небольшие, начинаются перед самым фронтом | Ливневые, часто сильные | Быстро прекращаются или переходят в кратковременные ливни |
| Прочие явления | Часто наблюдаются грозы | Грозы, увеличение ветрового волнения | Сохраняется сильное волнение |
Фронт окклюзии
Холодный фронт всегда движется быстрее тёплого и постепенно догоняет его. При смыкании фронтов тёплая воздушная масса, находящаяся между фронтальными поверхностями, вытесняется вверх и отрывается от земной поверхности. Такой процесс называется окклюзией.
Развитие окклюзии зависит от теплового режима воздушных масс. Если они имеют одинаковые температуры, то у поверхности земли фронт ликвидируется. Тёплый воздух оказывается в жёлобе, образованном поверхностями прежних холодного и тёплого фронтов и называется нейтральным. Если тыловой холодный воздух холоднее впереди лежащего, то такой фронт называется окклюзией по типу холодного фронта. В этом случае поверхность тёплого фронта скользит по поверхности холодного. Если тыловой воздух теплее впереди лежащего, то такой фронт называется окклюзией по типу тёплого фронта.
Для фронтов окклюзии характерно большое разнообразие облачных систем и осадков. В общих чертах погода при окклюзии по типу тёплого фронта схожа с погодой тёплых фронтов, а при окклюзии по типу холодного – с погодой холодных фронтов. Фронты окклюзии, как правило, связаны с хорошо выраженными барическими ложбинами. Порядок изменения метеоэлементов при прохождении фронта окклюзии приведён в таблицах 3 и 4.