Первоначальные представления о пространственной структуре фронтальных облаков

За период, прошедший с момента создания и широкого внедрения в практику фронтологического метода, взгляды на пространственную структуру фронтальных облаков претерпели определенные изменения. Эти изменения происходили главным образом в зависимости от полноты и качества исходных данных, лежавших в основе информации о состоянии облачности и степени разработанности теоретических вопросов облакообразования во фронтальных зонах.

В период создания фронтологического метода основным источником сведений об облачности являлись наземные наблюдения, Из аэрологических средств были шары-пилоты, шары- зонды, прожекторное и змейковое зондирование. Самолетное зондирование еще не получило достаточно широкого развития. Радиозондирование отсутствовало. Поэтому первоначальные схемы облачных систем атмосферных фронтов строились норвежскими учеными главным образом на основании детальных наземных наблюдений за состоянием облачности, косвенной аэрологии, общих физических соображений, вытекающих из анализа динамических процессов на атмосферных фронтах, теории конденсации водяного пара в атмосфере в связи с фронтогенезом и были дополнены глубокой научной интуицией.

Пространственная структура фронтальных облаков представлялась следующей. Облачность теплого фронта образуется в результате охлаждения теплого воздуха при его восходящем скольжении по клину холодного воздуха и располагается целиком в теплой воздушной массе. Основанием ее является поверхность раздела воздушных масс. Поскольку, как предполагалось, в восходящем скольжении участвует в первую очередь воздух, примыкающий к фронтальной поверхности, облачная система при значительной ее горизонтальной протяженности (до 1000 км) представлялась небольшой по толщине и нерасслоенной. Лишь у линии фронта толщина облаков предполагалась равной нескольким километрам, в остальной же части фронтальной зоны она считалась тонкой, составляющей несколько сотен метров.

Разновидностью схемы являлся случай образования изолированных перистых облаков в верхней тропосфере под инверсией, причиной возникновения которых, как полагали, является общий подъем воздуха в зоне фронта.

В схеме облачной системы холодного фронта наиболее мощные по вертикали облака (типа кучево-дождевых) с высотой верхней границы до 5—6 км представлялись в передней части фронта. За линией фронта намечалась небольшая по горизонтальной и вертикальной протяженности система слоисто-дождевых и высоко-слоистых облаков. Перед фронтом на расстоянии до 200 км от него впереди других облаков изображались перисто-кучевые облака как предвестники холодного фронта.

Облачные системы фронтов окклюзии изображались весьма схематично как остатки облаков теплого и холодного фронтов, равномерно заполняющие «лоток» теплого воздуха.

Эти схемы, предложенные Бьеркнесом, имели, по существу все принципиальные детали современных схем пространственной структуры фронтальных облаков и содержали основу для последующего их развития. Они были широко популяризирован С. П. Хромовым, С. И. Троицким и др.

Схемы не в полной мере согласовывались с фактами существования фронтальных облаков значительной толщины и нуждались в уточнении, что можно было сделать только на основании новых материалов наблюдений за облаками. Такие материалы вскоре стали поступать, поскольку самолетное зондирование, а затем и радиозондирование все шире применялось для исследования атмосферы.

На основании обобщения массового аэрологического материала о структуре фронтальной облачности и достижений динамической метеорологии Бержерон, развивая идеи Бьеркнеса, предложил уточненные схемы фронтальных облачных систем, наиболее полно изложив свои взгляды в работах. Главное уточнение схемы облачной системы теплого фронта состояло в том, что вертикальная протяженность облаков представлялась уже более значительной.

Облачная система теплого фронта изображалась в виде огромного клинообразного массива с горизонтальной протяженностью до 1000 км, который более тонкой частью направлен от линии фронта. Верхняя граница массива, лежащая на уровне перистых облаков, во всей зоне фронта примерно одинакова, а нижняя плавно снижается, располагаясь на фронтальной поверхности. Вертикальная протяженность облаков по мере приближения к линии фронта постепенно увеличивается, и у фронта все пространство от основания облаков до высоты 7—8 км обычно занято сплошной облачной массой.

В зоне осадков, имеющей ширину 300—400 км, за счет большого насыщения воздуха влагой и турбулентного перемешивания образуются разорванно-дождевые облака. Схемы облачных систем холодных фронтов и фронтов окклюзии были значительно детализированы в соответствии с физическими процессами, происходящими во фронтальных зонах.

Благодаря исследованиям Берга, Пепплера, Е. Г. Зак схемы Бержерона были в общем подтверждены. Однако отдельные явления на фронтах не согласовывались и со схемами Бержерона. В связи с этим некоторые ученые (Мюгге, Ретьен, Зайферт, Томас) по ряду принципиальных моментов высказывали иную точку зрения. Мюгге, например, рассматривал облака теплого фронта как своеобразные «облака препятствия» на куполе холодного воздуха, и вся облачная система теплого фронта представлялась им как гигантское чечевицеобразное облако.

Ретьен считал, что в восходящем скольжении на теплом фронте находится в первую очередь воздух самой фронтальной зоны, а потому сначала именно в нем возникает слой облаков. В случае влажнонеустойчивости теплого воздуха образуются кучево-дождевые облака, сливающиеся по мере развития фронта в общую надфронтальную толщу с вертикальной мощностью в несколько километров. Большую роль влажнонеустойчивости в образовании облаков теплого фронта отводили Шерхаг, Зайферт и Томас.

Такой процесс, как показали последующие исследования Н. В. Торбиной, К. П. Чигиринской, С. И. Пономаренко, может наблюдаться и на территории нашей страны, о чем свидетельствует значительная повторяемость гроз на теплых фронтах в теплое время года.

Таким образом, с самого начала формирования фронтологического метода в предложенных схемах облачных систем основной их частью считалась надфронтальная облачность, образующаяся вследствие восходящего скольжения и постепенного охлаждения теплого воздуха (на теплом фронте) или его вынужденного подъема (на холодном фронте). Подфронтальных облаков, за исключением разорванно-дождевых, схемы не содержали.