Виникнення фронтальних зон і фронтів

Причиною виникнення горизонтальних градієнтів температури і тиску в атмосфері, як і повітряних течій, є неоднакове нагрівання повітря в різних широтах, над материками і океанами і взагалі над неоднорідною поверхнею, що підстилає. Внаслідок перенесення теплі і холодні маси повітря можуть наблизитися один до одного, або піти. При зближенні мас повітря з різними фізичними властивостями горизонтальні градієнти температури, вологості, тиску та інших метеорологічних елементів збільшуються, швидкості вітру зростають. Навпаки, при видаленні їх один від одного градієнти зменшуються. Зони, в яких відбувається зближення різнорідних повітряних мас, наприклад порівняно сухих і холодних з теплими вологими, називаються перехідними або фронтальними зонами. У фронтальних зонах, згідно з горизонтальною циркуляцією, холодні маси повітря прагнуть продовжити свій шлях в область розташування тепло1-го повітря, а теплі маси повітря — в область розташування холодного повітря. У цих зонах великих горизонтальних контрастів температури і сильних вітрів концентруються великі запаси енергії, які витрачаються на утворення циклонів і антициклонів.

Фронтальні зони тропосфери щодня можна виявити в поле температури і тиску переважно у внетропических широтах. Величини горизонтальних градієнтів температури і тиску тут найбільші. Особливо багато фронтальних зон утворюється в помірних широтах, де відбуваються зустрічі холодного повітря, що рухається з півночі, і теплого повітря — з півдня.

Фронтальні зони безперервно виникають, загострюються і руйнуються. Однак за інтенсивністю вони різні, в залежності від різниці температур зустрічаються повітряних мас.

У фронтальних зонах згідно з великими горизонтальними градієнтами температури, тиску і вологості спостерігаються великі швидкості вітру, зазвичай зростаючі з висотою. На висотах 9-12 км в цих зонах вітри нерідко досягають ураганної сили — 200 км/год і більше. Фронтальні зони відіграють важливу роль у розвитку погодообразующих процесів.

Ширина фронтальних зон у порівнянні з відносно однорідними повітряними масами зазвичай невелика. Але в цих зонах, де є великі запаси енергії, виникають найбільші атмосферні вихори — циклони і антициклони.

Формування фронтальної зони супроводжується виникненням поверхонь розділів між холодними і теплими повітряними масами. Ці поверхні розділу називаються атмосферними фронтами.

Фронтальні поверхні завжди нахилені в бік холодного повітря, який як більш щільний і важкий розташовується під теплим повітрям у вигляді вузького клина Кут нахилу фронтальної поверхні до горизонту дуже малий: він становить менше 1°, а тангенс кута коливається в межах 0,01—0,02. Це означає, що якщо віддалитися від лінії фронту біля поверхні землі в бік холодного повітря на 300 км, то фронтальна поверхня буде знаходитися на висоті 2-3 км. При видаленні в горизонтальному напрямку на 600 км фронтальна поверхня буде знаходитися на висоті 3,0—6,0 км Так як кути нахилу фронтів дуже малі, то для більш наочного подання фронтів у вертикальній площині зазвичай горизонтальний масштаб береться в багато разів менший, ніж вертикальний. Найбільша протяжність фронтів по висоті в середніх широтах 8-12 км Нерідко вони досягають тропопаузи. Зустрілися холодні і теплі маси повітря продовжують свій рух у бік маси, що рухається з більшою швидкістю. Одночасно рухається і розділяє їх фронтальна поверхня.

Залежно від напрямку руху фронтальної поверхні розрізняють холодні і теплі фронти. Атмосферний фронт називається холодним, коли настає холодне повітря рухається швидше відступаючого теплого і фронт переміщується в бік високих температур. Після проходження холодного фронту настає похолодання. Коли тепле повітря наступає і фронт переміщується в бік низьких температур, тоді фронт називають теплим. Після проходження теплого фронту настає потепління.

В полі температури і вітру фронти найбільш різко виражені у поверхні землі в системі розвиваються циклонів і баричних улоговин. Цьому сприяє наявна тут збіжність повітряних течій у поверхні землі; внаслідок цієї збіжності в зоні фронту зустрічаються маси повітря з низькими і високими температурами.

 

У випадку холодного фронту швидко рухається холодний за-фронтальний повітря, підтікаючи під теплий, витісняє його догори. В результаті, якщо динамічні умови зумовлюють загальний підйом повітря, тепле повітря починає ковзати вздовж похилої поверхні фронту вгору і адіабатично охолоджуватися. В результаті відбувається облакообразование і випадання опадів.

У випадку теплого фронту при тих же умовах також відбувається висхідний рух теплого повітря над клином холодного повітря. Чим більше різниці температур холодного і теплого повітря, тобто чим різкіше виражений фронт не тільки біля поверхні землі, але і на висотах, тим при одних і тих же умовах інтенсивніше висхідний рух теплого повітря, конденсація, утворення хмар і опадів.

На добре вираженому фронті бувають представлені хмари всіх ярусів. (Про хмарних системах див. главу VIII.) Хмари теплого фронту можуть бути дуже потужними. По горизонталі перпендикулярно фронту вони дуже часто поширюються на 500— 700 км, а по вертикалі — до 6-8 км і більше. При цьому довжина такого фронту може досягати 1000-2000 км

 

Існують ще й інші різновиди фронтів, які утворюються при змиканні двох основних фронтів: теплого і холодного. Змикання фронтів відбувається із-за відмінності швидкостей їх руху. Холодний фронт зазвичай розташовується в тиловій частині циклону, а теплий — в передній. У системі, що розвивається циклону холодний фронт рухається швидше теплої. При різних швидкостях руху через деякий час холодний фронт наздоганяє теплий і, зближуючись з ним біля поверхні землі, утворює так званий фронт оклюзії.

Хмарні системи обох фронтів, сомкнувшись, спочатку зберігаються і дають рясні обложні опади. Однак у зв’язку із загальним підйомом повітря в системі циклону і його охолодженням горизонтальні різниці температури зменшуються, фронт оклюзії слабшає, а хмари розсіюються. На малюнку 48 схематично зображено змикання холодного і теплого фронтів при їх русі зліва направо. Холодне повітря як більш важкий вклинюється під теплий і витісняє його вгору.

Всі види фронтів, зустрічаючись з гірськими перешкодами, залишають багато вологи на їх навітряної сторони. По мірі подолання гірського хребта хмарна система фронтів порушується: на підвітряного стороні гір хмари розтікаються і опади, як правило, припиняються. Потім, коли гори залишаються позаду, хмарна система фронтів знову відновлюється.

Вивчення фронтів, умов їх виникнення, розвитку та руйнування— одна з найважливіших задач метеорології, Це диктується настійними вимогами практики, особливо авіації.

ПОДІЛИТИСЯ: