Атмосферные фронты - это что? Какими они бывают

Под понятием атмосферный фронт принято понимать переходную зону, в которой встречаются смежные воздушные массы с различными характеристиками. Возникновение атмосферных фронтов происходит, когда сталкиваются теплые и холодные воздушные массы. Они могут простираться на десятки километров.

Воздушные массы и атмосферные фронты

Циркуляция атмосферы происходит благодаря формированию различных воздушных течений. Воздушные массы, находящиеся в нижних слоях атмосферы, способны объединяться друг с другом. Причиной этому служат общие свойства этих масс или идентичное происхождение.

Изменение погодных условий происходит именно из-за движения воздушных масс. Теплые вызывают потепление, а холодные - похолодание.

Выделяют несколько типов воздушных масс. Их различают по очагу возникновения. Такими массами являются: арктические, полярные, тропические и экваториальные воздушные массы.

Атмосферные фронты возникают при столкновении различных воздушных масс. Территории столкновения, называют фронтальными или переходными. Эти зоны мгновенно возникают и также быстро разрушаются - все зависит от температуры столкнувшихся масс.

Ветер, возникающие при таком столкновении, может достигать скорости 200 км/к на высоте 10 км от земной поверхности. Циклоны и антициклоны являются следствием столкновений воздушных масс.

Тёплый и холодный фронты

Теплыми фронтами считаются фронты, движущиеся в сторону холодного воздуха. Вместе с ними перемещается и теплая воздушная масса.

При приближении теплых фронтов отмечается понижение давления, уплотнение облаков и выпадение обильных осадков. После того, как фронт прошел, изменяется направление ветра, его скорость уменьшается, давление начинает постепенно подниматься, а осадки прекращаются.

Теплый фронт характеризуется натеканием теплых воздушных масс на холодные, что вызывает их охлаждение.

Также он достаточно часто сопровождается обильными осадками и грозами. Но когда в воздухе содержится недостаточное количество влаги, осадки не выпадают.

Холодными фронтами считаются воздушные массы, которые движутся и вытесняют теплые. Выделяются холодный фронт первого рода и холодный фронт второго рода.

Первый род характеризуется медленным проникновением его воздушных масс под теплый воздух. Этот процесс образует облака как за линией фронта, так и в его пределах.

Верхняя часть фронтальный поверхности состоит из равномерного покрова слоистых облаков. Длительность формирования и распада холодного фронта составляет около 10 часов.

Второй род представляет собой холодные фронты, движущиеся с большой скоростью. Теплый воздух мгновенно вытесняется холодным. Это приводит к образованию кучево-дождевой области.

Первыми сигналами о приближении такого фронта являются высокие облака, визуально напоминающие чечевицу. Их образование происходит задолго до его прихода. Холодный фронт находится в двухстах километрах от места появления этих облаков.

Холодный фронт 2 рода в летний период сопровождается обильными осадками в виде дождя, градом и шквалистым ветром. Такая погода может распространяться на десятки километров.

Зимой холодный фронт 2 рода вызывает снежную пургу, сильный ветер, болтанку.

Атмосферные фронты России

На климат России в основном влияют Северный Ледовитый океан, Атлантический и Тихий.

Летом через Россию проходят Антарктические воздушные массы, отражающиеся на климате Предкавказья.

Вся территория России подвержена циклонам. Чаще всего они образуются над Карским, Баренцевым и Охотскими морями.

Чаще всего в нашей стране действует два фронта - арктический и полярный. Они перемещаются к югу или северу в разные климатические периоды.

Южная часть Дальнего Востока подвержена влиянию тропического фронта. Обильные осадки на средней полосе России вызваны воздействием полярного франта, который действует в июле.

АТМОСФЕРНЫЙ ФРОНТ (тропосферный фронт), промежуточная, переходная зона между воздушными массами в нижней части атмосферы - тропосфере. Зона атмосферного фронта очень узка по сравнению с разделяемыми ею воздушными массами, поэтому её приближённо рассматривают как поверхность раздела (разрыва) двух воздушных масс разной плотности или температуры и называют фронтальной поверхностью. По той же причине на синоптических картах атмосферный фронт изображают в виде линии (линия фронта). Если бы воздушные массы были неподвижны, поверхность атмосферного фронта была бы горизонтальной, с холодным воздухом внизу и тёплым над ним, но поскольку обе массы движутся, она располагается наклонно к земной поверхности, причём холодный воздух лежит в виде очень пологого клина под тёплым. Тангенс угла наклона фронтальной поверхности (наклон фронта) порядка 0,01. Атмосферные фронты могут простираться иногда до самой тропопаузы, но могут и ограничиваться нижними километрами тропосферы. В пересечении с земной поверхностью зона атмосферного фронта имеет ширину порядка десятков км, горизонтальные же размеры самих воздушных масс - порядка тысяч км. В начале образования атмосферных фронтов и при их размывании ширина фронтальной зоны будет больше. По вертикали атмосферные фронты представляют собой переходный слой толщиной в сотни м, в котором температура с высотой понижается меньше, чем обычно, или возрастает, то есть наблюдается инверсия температуры.

У земной поверхности атмосферные фронты характеризуются увеличенными горизонтальными градиентами температуры воздуха — в узкой зоне фронта температура резко переходит от значений, свойственных одной воздушной массе, к значениям, свойственным другой, причём изменение иногда превышает 10°С. Меняются во фронтальной зоне также влажность воздуха и его прозрачность. В барическом поле атмосферные фронты связаны с ложбинами пониженного давления (смотри Барические системы). Над фронтальными поверхностями образуются обширные облачные системы, дающие осадки. Атмосферный фронт перемещается со скоростью, равной нормальной составляющей к фронту скорости ветра, поэтому прохождение атмосферного фронта через место наблюдения приводит к быстрому (в течение часов) и подчас резкому изменению важных метеорологических элементов и всего режима погоды.

Атмосферные фронты характерны для умеренных широт, где между собой граничат основные воздушные массы тропосферы. В тропиках атмосферные фронты редки, а постоянно имеющаяся там внутритропическая зона конвергенции существенно отличается от них, не являясь температурным разделом. Основная причина возникновения атмосферного фронта (фронтогенеза)- наличие таких систем движения в тропосфере, которые приводят к сближению (сходимости) масс воздуха, обладающих разной температурой. Первоначально широкая переходная зона между воздушными массами становится при этом резким фронтом. В особых случаях возможно образование атмосферного фронта при течении воздуха вдоль резкой температурной границы на подстилающей поверхности, например, над кромкой льда в океане (так называемый топографический фронтогенез). В процессе общей циркуляции атмосферы между воздушными массами разных широтных зон с достаточно большими контрастами температуры возникают длинные (тысячи км), вытянутые преимущественно по широте главные фронты - арктические, антарктические, полярные, на которых происходит образование циклонов и антициклонов. При этом динамическая устойчивость главного атмосферного фронта нарушается, он деформируется и продвигается на одних участках к высоким широтам, на других - к низким. По обе стороны поверхности атмосферного фронта возникают вертикальные составляющие скорости ветра порядка см/с. Особенно важно восходящее движение воздуха над поверхностью атмосферного фронта, которое приводит к образованию облачных систем и осадков.

В передней части циклона главный атмосферный фронт принимает характер тёплого фронта (рисунок, а), при продвижении которого к высоким широтам тёплый воздух занимает место отступающего холодного воздуха. В тыловой части циклона атмосферный фронт принимает характер холодного фронта (рисунок, б) с продвижением холодного клина вперёд и с вытеснением тёплого воздуха перед ним в высокие слои. При окклюзии циклона тёплый и холодный атмосферный фронт соединяются, образуя сложный фронт окклюзии с соответствующими изменениями облачных систем. В итоге эволюции фронтальных возмущений сами атмосферные фронты размываются (так называемый фронтолиз). Однако изменения в поле атмосферного давления и ветра, создаваемые циклонической деятельностью, приводят к возникновению условий для образования новых атмосферных фронтов и, следовательно, к постоянному возобновлению процесса циклонической деятельности на фронтах.

В верхней части тропосферы в связи с атмосферным фронтом возникают так называемые струйные течения. От главных фронтов отличают вторичные атмосферные фронты, возникающие внутри воздушных масс той или иной природной зоны при некоторой их неоднородности; они не играют значительной роли в общей циркуляции атмосферы. Бывают случаи, когда атмосферный фронт хорошо развит в свободной атмосфере (верхний атмосферный фронт), но мало выражен или вовсе не проявляется вблизи земной поверхности.

Лит.: Петерсен С. Анализ и прогнозы погоды. Л., 1961; Пальмен Э., Ньютон Ч. Циркуляционные системы атмосферы. Л., 1973; Океан - атмосфера: Энциклопедия. Л., 1983.

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.

Нижняя часть атмосферы Земли, тропосфера, находится в постоянном движении, смещаясь над поверхностью планеты и перемешиваясь. Отдельные ее участки обладают различной температурой. При встрече таких атмосферных зон и возникают атмосферные фронты, которые представляют собой пограничные зоны между воздушными массами разной температуры.

Образование атмосферного фронта

Циркуляция тропосферных потоков приводит к тому, что теплые и холодные воздушные течения встречаются. В месте их встречи из-за разницы температур происходит активная конденсация водяных паров, что приводит к образованию мощных облаков, а впоследствии - сильным осадкам.

Граница атмосферных фронтов редко бывает ровной, она всегда извилиста и неоднородна, вследствие текучести воздушных масс. Более теплые атмосферные течения натекают на холодные воздушные массы и поднимаются вверх, более холодные - вытесняют теплый воздух, заставляя его подниматься выше.

Рис. 1. Приближение атмосферного фронта.

Теплый воздух по массе легче холодного и всегда поднимается вверх, холодный - наоборот, скапливается у поверхности.

Активные фронты двигаются со средней скоростью в 30-35 км. в час, однако они могут и временно прекращать свое движение. По сравнению с объемом воздушных масс граница их соприкосновения, которую и называют атмосферным фронтом - очень невелика. Ширина его может достигать сотни километров. В длину - в зависимости от величины сталкивающихся воздушных течений, фронт может иметь тысячи км.

Признаки атмосферного фронта

В зависимости от того, какое атмосферное течение движется более активно, различают теплые и холодные фронты.

ТОП-1 статья которые читают вместе с этой

Рис. 2. Синоптическая карта атмосферных фронтов.

Признаками приближающегося теплого фронта являются:

• перемещение теплых воздушных масс в сторону более холодных;
• образование перистых или слоистых облаков;
• постепенное изменение погоды;
• моросящие или обложные дожди;
• повышение температуры после прохождения фронта.

О приближении холодного фронта свидетельствуют:

• перемещение холодного воздуха в сторону теплых областей атмосферы;
• образование большого количества кучевых облаков;
• быстрые изменения погоды;
• ливневые и грозовые дожди;
• последующее понижение температуры.

Холодный воздух движется быстрее теплого, поэтому низкотемпературные фронты более активны.

Погода и атмосферный фронт

В областях прохождения атмосферных фронтов погода изменяется.

Рис. 3. Столкновение теплого и холодного воздушных течений.

Изменения ее зависят от:

• температур встретившихся воздушных масс . Чем больше разница температур - тем сильнее будут ветра, интенсивнее осадки, мощнее облачность. И наоборот, если разница температур воздушных течений невелика, то атмосферный фронт будет слабовыраженным и его прохождение над поверхностью Земли не принесет особых погодных изменений;
• активности воздушных течений . В зависимости от их давления, атмосферные потоки могут обладать различной скоростью передвижения, от чего будет зависеть скорость изменения погоды;
• формы фронта . Более простые линейные формы поверхности фронта более предсказуемы. При образовании атмосферных волн или замыкании отдельных выдающихся языков воздушных масс образуются вихри - циклоны и антициклоны.

После прохождения теплого фронта устанавливается погода с более высокой температурой. После прохождения холодного - наступает похолодание.

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.

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.

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.