Примеры пространственной структуры облаков теплого фронта

Приведем несколько примеров состояния облачности теплого фронта на больших высотах по наблюдениям бортаэрологов.

16 июня 1960 г. по маршрутам Москва—Тбилиси и Москва— Омск на самолете ТУ-104 пересекались теплые фронты.

Синоптическая обстановка за этот день показана на рис. 31 — 37. Кратко она характеризовалась следующим. Над северо-западом ЕТС располагался заполняющийся циклон, с которым были связаны арктический и полярный фронты. Теплый участок полярного фронта на синоптической карте за 9 часов от юго-восточных районов Заволжья, где он был размыт, проходит через Саратов и далее к циклону над северо-западом ЕТС. Из центра циклона ветвь холодного фронта с рядом волн, имевших значительные по длине участки теплого фронта, проходит к югу на центральные районы Кавказа.

Рис. 31. Схема приземной синоптической карты за 9 часов 16 июня 1960 г.

Вдоль этого фронта, пересекая участки теплого и холодного фронтов в период с 11 час. 4 мин. до 13 час. 27 мин., производился полет на эшелоне 8860 м. Погода на аэродроме вылета была: облачность 5 баллов перистая и 3 балла мощная кучевая высотой 1000 м, видимость 20 км, ветер юго-юго-восточный 3 м/сек., температура 10° С.

При наборе высоты южнее Внуково экипаж встретил высококучевую облачность с высотой нижней границы 3450 м и верхней 3510 м. Облачность постепенно увеличивалась до сплошной и южнее Венёва на фоне высоко-кучевых появились мощные кучевые облака с высотой верхней границы 6500 м.

В районе Ефремова в 11 час. 30 мин. на высоте 8820 м при общей облачности 10 баллов на уровне полета наблюдались вершины мощных кучевых и наковальни кучево-дождевых облаков.

В районе Воронежа в 11 час. 42 мин. полет был на высоте 8860 м. К этому моменту облачность уменьшилась до 8—9 баллов. Внизу наблюдались высоко-кучевые облака, а выше — верхняя облачность 3—4 балла.

В 11 час. 48 мин. высоко-кучевые облака кончились. Выше уровня полета и на эшелоне (8860 м) наблюдалась сплошная перисто-слоистая облачность, через которую хорошо просматривалось солнце, но совершенно нельзя было различить горизонт. Земля просматривалась. К П час. 53 мин., когда пересекалась р. Дон, перисто-слоистые облака перешли в перистые. В облаках началась слабая болтанка. Количество облаков изменялось от 8—9 до 4—5 баллов.

Такой характер погоды наблюдался до Ростова-на-Дону. Далее полет проходил вдоль холодного фронта, о характере облачности которого расскажем ниже. Здесь подчеркнем, что при пересечении участков теплого фронта верхняя облачность не была однородной. Она изменялась по количеству от 4—5 до 10 баллов, несколько раз переходила из перистой в перисто-слоистую. Оптическая плотность ее также изменялась несколько раз.

Теплый участок арктического фронта пересекался экипажем, осуществлявшим полет из Москвы в Омск в период с 15 час. 26 мин. до 18 час. 27 мин. Полет происходил на высоте 10 300— 11 200 м. Здесь зона облаков верхнего яруса, связанная с теплым фронтом, имела ширину около 800 км. Однако она не была сплошной, а имела расчлененный характер в виде больших облачных полос, параллельных фронту, шириной 200— 250 км. В этих облачных полосах наблюдались отдельные уплотнения и разрежения облаков. Высота верхней границы также не была постоянной.

Другой пример приведем по пространственному положению облачной системы теплого фронта в Арктике.

Предварительно заметим, что в Арктике ввиду ее географического положения, резких колебаний притока солнечной энергии от зимы к лету, наличия огромных ледовых пространств, приводящих к специфическому режиму температуры воздуха в приземных слоях, создаются своеобразные условия для развития фронтальной облачности.

До систематического освоения Арктики исходя из общих физических соображений предполагали, что над ее территорией преобладает антициклонический режим с безоблачной погодой или с дымками и низкой облачностью небольшой толщины.

Однако благодаря обобщению наблюдений, произведенных на арктических станциях, стало ясно, что циклоны для Арктики не представляют какого-то исключительного явления и связанные с ними атмосферные фронты могут быть весьма активными.

Во время перелета экипажа В. П. Чкалова из Москвы через- северный полюс в США в 1937 г. над западным сектором Арктики на маршруте был встречен циклон, облачность которого не могла быть пробита даже на высоте 6,5 км. Предпринятая попытка обойти циклон к востоку, как об этом пишет участник перелета А. В. Беляков, успеха не имела. Самолет попал в тяжелые условия обледенения. Это свидетельствовало о том, что в Арктике могут наблюдаться мощные фронтальные облачные системы.

Последующими исследованиями Б. Л. Дзердзеевского, Г. Я. Вангенгейма, А. А. Бирса, 3. М. Прик, И. М. Долгина, А. И. Рагозина, К. И. Чуканина и многих других выяснены основные особенности атмосферной циркуляции в Арктике, циклогенеза и фронтальной деятельности над ее территорией. Установлено, что в западном секторе Арктики циклоны бывают чаще, они являются термически более асимметричными и условия для развития фронтальных облаков здесь более благоприятные, чем над центральными районами.

Облачность Арктики исследовалась В. М. Михелем, М. А. Завариной, Г. М. Забродским и В. Г. Морачевским, А. Л. Дергачом, А. И. Воскресенским, И. М. Долгиным, автором и др. Выяснены некоторые общие закономерности, обобщенные в работе.

На основании анализа материалов воздушных высокоширотных экспедиций ААНИИ, в том числе экспедиции 1959 г., в которой принимал участие автор (маршруты полетов см. рис. 38), можно сделать следующее заключение о пространственной структуре облаков теплого фронта в Арктике.

Рис. 38. Направление основных маршрутов экспедиционных полетов в Арктике (1959 г.)

Нижняя граница облаков, подобно тому как это наблюдается в средних широтах, по мере приближения фронта постепенно понижается. Однако значительно чаще в зоне фронта наблюдается подфронтальная облачность, высота нижней границы которой обычно бывает меньше, чем над континентом в средних широтах. В ряде случаев облака сливаются с фронтальным и адвективным туманом, который, по существу, представляет собой облачность, опустившуюся до земли.

Это явление, наблюдающееся нередко в средних широтах, в Арктике проявляется особенно резко. Ширина зоны обложных осадков колеблется в больших пределах (от нескольких десятков километров до 300—400 км). Характерно, что вдоль фронта высота нижней границы облаков, интенсивность осадков и ширина их зоны могут изменяться. При распаде облачности осадки приобретают макроочаговый характер, а облачность — своеобразную ячеистую структуру. Эти особенности облачности подтверждаются и результатами последних исследовании с помощью искусственных спутников Земли.

Высота верхней границы облаков может достигать тропопаузы. Однако это бывает редко. Чаще всего слой перисто-слоистой облачности отделен от высоко-слоистых и слоисто-дождевых облаков безоблачной прослойкой. Средняя толщина фронтальных облаков верхнего яруса около 2 км. Отделенный слой перисто-слоистой облачности наблюдается над высоко-слоистыми облаками более чем в половине общего числа случаев зондирований облачности.

Верхняя граница облачной системы высоко-слоистых—слоисто-дождевых облаков редко превышает 5 км. Средняя высота их на расстоянии до 200 км от линии фронта равна примерно 4 км, постепенно понижаясь до 3 км на расстоянии более 400 км. Средняя высота верхней границы в теплый период больше, чем в холодный. Толщина фронтальных высоко-слоистых облаков равна чаще всего 300—500 м.

Облака теплого фронта в Арктике значительно больше расслоены, чем над континентом. Это связано главным образом с общей деградацией облачных систем в высоких широтах. Средняя горизонтальная протяженность облачной зоны теплого фронта в Арктике меньше чем в умеренных, широтах.

При активном фронтогенезе даже в восточном секторе Арктики иногда наблюдаются облачные системы, занимающие по высоте значительную часть тропосферы, с последующей сменой всех форм облаков, характерных для теплого фронта. В качестве примера можно привести облачную систему, которая наблюдалась 9 сентября 1959 г. во время маршрутного полета из бухты Тикси на точку с координатами 125° в. д.—83° с. ш. и обратно в бухту Тикси (рис. 39).

Рис. 39. Облачная система теплого фронта, проходившего через бухту Тикси 9 сентября 1959 г.

Синоптическая обстановка кратко характеризовалась следующим. Маршрут полета проходил по восточной периферии области низкого давления. Циклон, образовавшийся в предшествующие сутки у точки окклюзии с координатами 65° с. ш.— 120° в. д., в результате увеличения контрастов температуры в области фронтальной зоны регенерировал и углубился за период с 15 часов 8 сентября по 15 часов 9 сентября на 7 мб. Являясь сравнительно невысоким барическим образованием, он быстро смещался к северо-северо-востоку и постепенно распространялся в более высокие слои атмосферы. К 9 часам 9 сентября его центр переместился на устье р. Лены.

Увеличению контрастов температуры во фронтальной зоне способствовало наличие сходящихся воздушных течений в области струйного течения, скорость ветра в котором на уровне изобарической поверхности 500 мб за 3 часа 9 сентября достигала 100 км/час.

Теплый фронт, связанный с вновь образовавшимся циклоном, быстро перемещался к северо-востоку, обусловливая широкую зону осадков.

При возвращении в бухту Тикси 9 сентября 1959 г. на расстоянии примерно 850 км от линии теплого фронта появились Ci — первые предвестники его облачной системы Cs—As—Ns. Они наблюдались на протяжении около 100 км пути, после чего

началась полоса прояснения примерно такой же ширины, как и облачная. Возможно, это было связано с тем, что очень тонкая пелена перистых облаков может четко выделяться на фоне неба только при низком положении солнца над горизонтом или тогда, когда оно находится под горизонтом. Это могло быть также связано с макроволновым характером облаков верхнего яруса в зоне фронта, аналогично тому как это часто имеет место в средних широтах.

На расстоянии около 620 км Ci стали наблюдаться вновь, увеличилось их количество, они уплотнились и постепенно перешли в Cs. Последние при приближении к линии фронта в свою очередь постепенно уплотнились. Появилось гало, наблюдавшееся 30 минут полета, за время которого было пройдено расстояние по нормали к фронту около 150 км. Затем перистослоистые облака перешли в высоко-слоистые, диск солнца начал тускнеть и вскоре стал неразличим на сером фоне облачного неба.

Высота по мере приближения к линии фронта понижалась от 4000 до 2500 км. На расстоянии около 250 км от линии фронта начался обложной дождь, продолжавшийся до пункта посадки. Высота нижней границы облаков понизилась при этом до 400 м, а разорванно-дождевые облака имели высоту 100 м. Видимость в дожде ухудшилась до 2 км.

Одновременно вблизи линии фронта массив облачности был прозондирован экипажем, осуществлявшим полет на большой высоте. Экипаж зарегистрировал трехслойную облачность с верхней границей, равной 7000 м. Он обнаружил также, что к северу высота верхней границы фронтальных облаков постепенно повышается до 8—9 км.

Облачная система в данном случае мало отличалась от облачных систем теплого фронта, наблюдающихся в средних широтах.