Стадії розвитку циклонів і антициклонів

Життя кожного циклону або антициклону зазвичай характеризується трьома стадіями: виникнення, розвиток і старіння. Тривалість кожної стадії коливається від декількох годин до 1-2 діб. У тих випадках, коли умови циркуляції не сприяють розвитку циклону або антициклону, вони не проходять усіх стадій і швидко зникають.

У першій, початковій стадії циклони є невеликими барическими збуреннями, окресленими однією-двома изобарами, з різницею тиску між центром і периферією до 5— 10 мб і визначилася з системою вітру біля поверхні землі. На висотах 2-3 км замкнуті ізобари не виявляються.

Друга стадія — це стадія найбільшого розвитку барического освіти з мінімумом тиску в центрі циклону і з максимумом у центрі антициклону. Різниця тиску між центром і периферією часто перевершує 20-30 мб. У цій стадії відповідна система циркуляції виявляється у верхній тропосфері і нижній стратосфері.

У третій стадії — стадії руйнування концентрична система изобар простежується не тільки у поверхні землі, але і на висотах. У цих випадках циклонічна циркуляція звичайно охоплює не тільки всю тропосферу, але і нижні шари стратосфери. Однак поступово циклони заповнюються.

На малюнку 51, а зображена схема циклону в початковій стадії розвитку. В його системі у поверхні землі (жирні лінії) з’явилася перша замкнута изобар. Вітри слабкі. Атмосферний фронт (зубчаста жирна лінія) у поверхні землі лише слабо обурений. Ліворуч від центру — в тиловій частині циклону розташований холодний фронт, а праворуч — теплий. Над приземным центром в середній тропосфері (на висотах 5-6 км) спостерігається густа система ізогіпс (тонкі суцільні лінії), з низьким тиском на північ від приземного центру і високим тиском на південь. Такою структурою висотного поля тиску визначаються над приземным центром циклону західні вітри зі швидкістю 60-80 км/год і більше. При таких швидкостях вітру в області розходяться ізогіпс відбувається відхилення від вітру градієнтного, розвиток висхідних рухів повітря і падіння тиску.

На малюнку 51, б циклон зображений приблизно через добу. Біля поверхні землі він поглибився, і тиск у центрі його знизилося до 980 мб замість 1005 в початковій стадії розвитку. Вітри посилилися. Обурення фронту дійшло майже до максимуму, після чого зазвичай відбувається окклюдирование. Система ізогіпсами на тих же висотах значно деформувалася. Зона найбільшої густоти ізогіпс, з великими швидкостями вітру, зрушила на південь від приземного центру. На висотах 5— 6 км почалося формування висотного його центру. У другій стадії розвитку циклону висхідні рухи повітря найбільші. Тому зазвичай в цій стадії в системі циклону, особливо в передній його частині (руху), утворюється потужна фронтальна хмарність, та в зоні теплого фронту випадають обложні опади. Холодне повітря знаходиться в області низького тиску, на висотах, а тепле повітря — в області високого тиску. В системі країн

Схема трьох стадій розвитку циклону у поверхні землі і в середній тропосфері

 

циклонів різниці температур між холодним і теплим повітрям, як і в першій стадії, зазвичай перевищують 8 — 10° на відстані 1000 км поперек фронтальної зони.

У третій стадії розвитку — стадії заповнення в циклоні знаходиться вже тільки холодне повітря. Це відбувається завдяки адвекції холоду в тилу його і охолодження повітря в результаті висхідних рухів. На малюнку 51, зображена схема такого циклону. Як бачимо, центр його у поверхні землі і на висотах майже збігаються. Холодний фронт внаслідок швидкого просування наздогнав теплий і сталося окклюдирование. Разом з переходом холодного фронту на периферію циклону туди ж змістилася зона найбільших контрастів температури і швидкості вітру. У центрі циклону тиск вже виросло. Циклон заповнюється. В останній стадії розвитку висхідні рухи повітря в центральній частині циклону слабшають і припиняються, а хмари руйнуються.

Циклон вже повністю стає осередком холоду в тропосфері, і активні процеси зміни тиску переходять на його периферію, де утворюється нова висотна фронтальна зона. При відповідних умовах тут можуть виникати нові циклони і антициклони.

Таким чином, в результаті адвекції холоду в тилу циклону, наявності висхідних рухів і адіабатичного охолодження весь циклон заповнюється холодним повітрям, і в тропосфері, як ів нижній стратосфері, встановлюється потужна циклонічна циркуляція, тобто циклон стає високим барическим освітою. В цій останній стадії горизонтальні контрасти температури, що є енергетичним джерелом циклону, переміщуються на периферію і циклон загасає. Процес переміщення контрастів температури на периферію є по суті процес окклюдирования циклону.

Схема антициклону в початковій стадії розвитку, з системою вітру і изобар, представлена на малюнку 52, а. Як зазвичай, фронти розташовані на його периферії. Холодне повітря в системі антициклону знаходиться в правій частині, а теплий — у лівій. В протилежність циклону, низхідні рухи повітря і адиабатическое підвищення температури, характерні для посилення антициклону, і адвекция тепла в лівій половині його майже безперервно викликають загальне підвищення температури в системі антициклону. В результаті адіабатичного підвищення температури водяна пара віддаляється від стану насичення, хмари розсіюються і припиняються опади.

Над приземным антициклоном в середній тропосфері спостерігається густа система збіжних ізогіпс. Швидкості вітру над центром антициклону і праворуч від нього перевищують 60-80 км/ч. При таких швидкостях в області збіжності течій відбувається відхилення від вітру градієнтного, тобто рух стає нестаціонарним, розвиток низхідних рухів повітря і зростання тиску — антициклон посилюється. Холодне повітря, як завжди, знаходиться в системі низького тиску на висотах.

У другій стадії розвитку антициклон вже є потужним барическим освітою (рис. 52, б), з високим тиском у приземному центрі і расходящейся системою порівняно слабких приземних вітрів, а фронт біля поверхні землі висувається на периферії антициклону. На висотах ще існує густа система збіжних ізогіпс, з сильними вітрами і великими контрастами температури. У цій стадії на висотах уже з’являється невеликий замкнутий центр, або гребінь, високого тиску від основного теплого антициклону. У результаті триваючої адвекції тепла й адіабатичного нагрівання антициклон заповнюється теплим повітрям у всій тропосфері і перетворюється в осередок тепла з добре вираженою антициклонічною циркуляцією (рис. 52, в). В цій останній стадії розвитку

Схема трьох стадій розвитку антициклону у поверхні землі і в середній тропосфері

горизонтальні контрасти температури,, є його енергетичною базою, переміщуються на периферію і антициклон починає руйнуватися.

Переміщення циклонів і антициклонів відбувається до тих пір, поки над ними є повітряний потік. Коли ж вони стають самостійними утвореннями (у третій стадії), рух їх зазвичай припиняється.

В результаті расходимости повітряних течій в приземному шарі тиск в системі антициклону знижується, поступово він руйнується або завдяки перетворенню сусіднього барического поля зливається з іншим молодим антициклоном. Те ж відбувається з циклонами, з тим лише розходженням, що внаслідок збіжності вітру в приземному шарі тиск у центрі циклону зростає і він поступово зникає, заполняясь, або зливається з іншими, більш молодими і потужними циклонами.

Рух циклонів і антициклонів відбувається в напрямку повітряних течій на висотах (в середній тропосфері), тобто за так званим провідному потоку. Однак ведучий потік не є постійним. Він змінюється у зв’язку з що відбуваються активними атмосферними процесами. У випадках зміни ведучого потоку, тобто при перебудові поля течій в тропосфері, найбільш важко точно розрахувати швидкість і напрямок їх руху.

У більшості випадків падіння атмосферного тиску в якомусь пункті вказує на наближення циклону і погіршення погоди, а зростання тиску, навпаки,— на видалення циклону, наближення антициклону і поліпшення погоди. Але не завжди ці правила виправдовуються. В окремих випадках погода може погіршитися і при зростанні тиску, як і покращитись при його падінні. Це залежить від вологовмісту повітря і швидкості вертикальних рухів.

По мірі розвитку циклону в його систему втягуються все нові вологі маси повітря, що приносять з собою водяний пар. Подальша конденсація цього водяної пари нерідко призводить до рясних опадів, які покривають величезні території. Наприклад, було розраховано, що в одному циклон, що прийшов з Балканського півострова на Європейську територію СРСР, протягом трьох днів випало близько 40 млрд. м3 води. Таку кількість води достатньо, щоб наповнити водойма глибиною близько 30 м і площею понад 1300 км 2.

По мірі розвитку антициклонів в систему циркуляції також залучаються значні маси повітря.

Високі, теплі і холодні антициклони циклони — вогнища тепла і холоду. У районах між цими осередками створюються нові фронтальні зони, посилюються контрасти температури і знову виникають атмосферні вихори, що проходять той же цикл життя.

Посилання на основну публікацію