Высота верхней границы облаков теплого фронта

Высота верхней границы облаков изучена значительно меньше по сравнению с высотой нижней границы. Зондирования облачности высотно-скоростными самолетами показывают, что верхняя граница облаков теплого фронта ( включая облака верхнего яруса) очень часто располагается в верхней тропосфере. Повторяемость ее во всей зоне фронта на высотах более 6 км в холодное полугодие равна 39,9% (табл. 3), а в теплое полугодие— 56,3% (табл. 4).

Эти данные подтверждают результаты, полученные автором в 1954 г., и значительно отличаются от результатов работ других авторов. Расхождения в результатах объясняются различным характером исходного материала, а именно тем обстоятельством, что выполнявшиеся ранее работы основывались на данных радиозондирования и сетевого самолетного зондирования, которое осуществлялось главным образом на транспортных и легкомоторных самолетах. Так как материалы, проанализированные при выполнении настоящей работы, в абсолютной своей массе получены от экипажей высотно-скоростных самолетов, результаты, приведенные табл. 3 и 4, более полно отражают действительное состояние облачности.

Таблица 3.

Таблица 4.

Повторяемость высоты верхней границы облаков в зоне фронта имеет два максимума, один из которых приходится на нижнюю половину тропосферы, а второй — на верхнюю. Вторичный максимум в холодное полугодие отмечается на высотах от 8,1 до 9,0 км (9,2%), а в теплое полугодие — от 9,1 до 10,0 км (13,8%). Первый из максимумов отражает преобладающие высоты, до которых развивается облачный массив As—Ns в тех случаях, когда облака верхнего яруса над данным пунктом не наблюдаются. Второй максимум отражает наиболее развитую облачность с высотой верхней границы, располагающейся в верхней тропосфере и в ряде случаев достигающей тропопаузы.

Интенсивность упорядоченных вертикальных движений в зоне теплого фронта, являющихся одним из главных факторов развития фронтальной облачности, при различных синоптических положениях неоднаковая. Поэтому высота верхней границы бывает разной. На теплых фронтах, связанных с углубляющимися циклонами и ложбинами, создаются наиболее благоприятные условия для образования облачности большого вертикального и горизонтального протяжения. Подъем теплого воздуха в зоне таких фронтов осуществляется до значительных высот, и поэтому верхняя граница облаков должна располагаться на высоких уровнях тропосферы.

В зоне теплых фронтов, связанных с заполняющимися циклонами и ложбинами, подъем теплого воздуха менее интенсивен и прекращается на более низких уровнях, в результате чего верхняя граница облаков теплого фронта находится ниже. Наиболее слабый подъем теплого воздуха имеет место на фронтах, расположенных на периферии антициклона, в связи с чем высота верхней границы облаков при данной синоптической обстановке ниже, чем при любой из названных выше. Это хорошо видно из данных, приведенных в табл. 5.

Таблица 5.

Статистические данные о высоте верхней границы облаков показывают, что вдоль линии фронта и перпендикулярно ей верхняя граница является неодинаковой. Она имеет скорее волнообразную форму, чем ровную. Об этом говорят, в частности, средние высоты, вычисленные для различных относительных расстояний в углубляющихся и заполняющихся ложбинах, проходивших по южной половине ЕТС (рис. 2). Здесь на оси абсцисс даются одинаковые по величине расстояния вдоль ложбины соответственно от последней изобары, очерчивающей циклон, до первой изобары, очерчивающей антициклон, на приземной синоптической карте.

Рис. 2. Средняя высота верхней границы облаков вдоль теплого фронта над югом ЕТС. 1 - углубляющаяся ложбина; 2 - заполняющаяся ложбина

Таким же образом изменяется высота верхней границы облаков в циклонах. Это различие высот верхней границы облаков вдоль фронта не является случайным. Многие факты говорят о том, что верхняя граница облаков в зоне фронта чаще всего не представляет собой ровной поверхности, а имеет характер волн длиной от нескольких десятков до нескольких сотен километров.

Такого рода волны на верхней границе облаков особенно хорошо выявляются при полетах над облаками в верхней тропосфере и нижней стратосфере на высотно-скоростных самолетах. Так, во время полетов на ТУ-104 и ИЛ-18 при пересечении теплых фронтов и при полетах вдоль фронта обычно наблюдалась облачность, верхняя граница которой не была ровной, а имела характер волн большой длины. При этом наряду с указанными макроволнами на их фоне существовали волны небольшой длины — от нескольких десятков до нескольких сотен метров, а в ряде случаев и нескольких километров. Сплошное ровное поле облаков, простирающееся на сотни километров, наблюдалось очень редко.

Наземные визуальные наблюдения за облаками верхней тропосферы не всегда дают возможность определить характер такого рода волн, так как фронтальные облака верхней тропосферы обычно бывают закрыты сплошной облачностью нижнего и среднего ярусов. Волны не удается наблюдать и тогда, когда нижняя и средняя облачность отсутствует, но длины волн составляют несколько сотен километров. Наземные наблюдения позволяют определить лишь волны небольшой длины, достаточно отчетливо обнаруживающиеся на нижней границе облачного слоя, или волны, обусловливающие расчленение облачного массива на гряды облаков.

Систематические наблюдения за формами облаков верхней тропосферы также подтверждают волнообразный характер облачного массива. Преобладающей формой облачности верхнего яруса, как будет показано ниже, являются не перистослоистые, а перистые облака.

Волнообразный характер облачного массива теплого фронта можно иногда наблюдать по изменению состояния облачности в его передней части. Нередко бывает так, что после того, как появились первые признаки приближения теплого фронта, перистые облака постепенно переходят в перистослоистые или плотные перистые облака, значительно уменьшающие освещенность солнца. После этого дальнейшее уплотнение облачности наступает не сразу. Иногда облака становятся менее плотными, толщина и количество их уменьшаются, может даже наступить кратковременное прояснение. Затем облака появляются вновь и уплотняются. В таком случае над пунктом наблюдения проходит часть волнообразного массива, доступная наземному наблюдению.

С появлением сплошной средней облачности наблюдать дальнейшее изменение облачности верхней тропосферы уже не представляется возможным.

Указанный характер изменения облачности при приближении теплого фронта можно проследить на ряде фотографий, которые приводятся в работах, выполненных под руководством А. Ф. Дюбюка. Фотоснимки показывают, что при приближении теплого фронта увеличение облачности верхней тропосферы не всегда идет равномерно. Нередко облака надвигаются в виде чередующихся волн, параллельных линии фронта. В качестве примера на рис. 3 показано изменение количества облаков над Южным берегом Крыма при приближении теплого фронта. Кривая, характеризующая это изменение, не идет плавно.

Рис. 3. Изменение количества облаков над Южным берегом Крыма при приближении теплого фронта 28 марта 1958 г.

После появления облаков теплого фронта около 11 часов количество их постепенно уменьшилось, и с 12 до 14 часов облака почти не наблюдались. С 14 часов количество облаков стало увеличиваться, и к 16 час. 30 мин. оно стало таким же, как и в 11 часов. Затем количество облаков стало снова уменьшаться, а с 17 часов резко возрастать. Около 18 час. 30 мин. рост замедлился, но с 19 часов наметилась тенденция к увеличению облачности до сплошной. Таким образом, в данном случае количество облаков по направлению, перпендикулярному к линии фронта, изменялось не плавно, а волнообразно.

Снимки облачных полей, полученные с помощью искусственных спутников Земли, также показывают, что фронтальные облака верхней тропосферы чаще всего не являются сплошными, а расчленены на некоторые полосы и ленты, выделяющиеся на общем облачном фоне. При этом в самих полосах облаков чаще всего можно проследить определенные облачные элементы более мелкого масштаба.

Одной из главных причин, обусловливающих такую облачную структуру, является, по нашему мнению, неоднородность поля ветра верхней тропосферы в зоне фронта, особенно в области струйных течений.

Другой причиной, способствующей формированию подобного рода облачного массива теплого фронта, по-видимому, являются волновые движения разного периода и амплитуды, возникающие на тропопаузе, в которые вовлекается и прилегающий к тропопаузе слой воздуха верхней тропосферы. Под восходящими частями волн, где вертикальные движения имеют положительный знак, создаются более благоприятные условия для возникновения и сохранения облачности, чем под нисходящими частями с вертикальными движениями отрицательного знака.

Существование волновых движений на тропопаузе как на границе слоев воздуха с разными физическими свойствами следует как из теории, так и на основании синоптических исследований, основанных на экспериментальных материалах. В качестве примера можно указать на работы Пальмена, Е. М. Орловой, М. П. Чуриновой и др., в которых показано макроколебание высоты тропопаузы. На макроволны тропопаузы, по-видимому, накладываются волны более короткого периода, обусловливая вместе с другими факторами указанные- выше колебания высоты верхней границы облачности.