Рекомендации по диагнозу пространственного положения облачности теплого фронта

В зоне теплого фронта создаются наиболее благоприятные условия для образования облачных систем большой вертикальной и горизонтальной протяженности, поскольку здесь наблюдается часто упорядоченный подъем воздуха, охватывающий большие площади.

Упорядоченные восходящие вертикальные движения занимают и верхние слои атмосферы, обусловливая формирование облачной системы перистых и перисто-слоистых облаков. Поле восходящих упорядоченных вертикальных движений не является однородным. Вследствие нестационарности движения воздуха в высотных фронтальных зонах наряду с областями интенсивных восходящих движений возникают области более слабых вертикальных движений, переходящих в некоторых местах в нисходящие. Нарушению однородного поля восходящих упорядоченных движений в верхней тропосфере способствуют волновые движения тропопаузы как слоя, разделяющего тропосферу и стратосферу с разными физическими свойствами.

Кроме того, атмосфера, в том числе и верхние слои тропосферы, является турбулентной средой, поэтому даже в формировании слоистообразных облаков роль турбулентного обмена весьма большая. Это следует и из теории, и из наблюдений за формой верхней границы облаков с борта высотно-скоростных самолетов. Верхняя граница даже перисто-слоистых облаков чаще всего имеет неровный, всхолмленный, волнистообразный вид, особенно тогда, когда облачность находится в стадии формирования. Ровная поверхность верхней границы перисто-слоистых облаков является частным случаем и наблюдается тогда, когда вертикальные движения слабые, поле их однородно и облака уже находятся в стадии рассеивания.

Перечисленные выше факторы (нестационарность движения воздуха во фронтальных зонах, волновые движения на тропопаузе и турбулентный обмен) приводят к тому, что даже в зоне теплого фронта преобладающей формой верхней облачности являются перистые, а не перисто-слоистые облака. Повторяемость перистых облаков в холодное полугодие примерно 60%, в теплое полугодие 67%, в то время как для перисто-слоистых облаков она составляет 30 и 24%. Что касается перисто-кучевых облаков, то повторяемость их равна 10 и 9%.

Подчеркнем, что эти данные получены по систематическим наблюдениям за характером нижней части верхней облачности (с высоты 6 км). Наблюдения сверху, из-за облаков, с большой высоты из стратосферы, могут дать увеличение повторяемости перисто-кучевых облаков ввиду того, что верхняя поверхность облаков часто бывает всхолмленной, волнистообразной и при сплошной облачности перистые облака могут быть приняты за перисто-кучевые.

Таким образом, при анализе пространственного положения массива перистых — перисто-слоистых облаков следует иметь в виду, что сплошное однородное поле верхней облачности, простирающееся на тысячу километров в ширину и на несколько тысяч километров в длину, в зоне теплого фронта наблюдается очень редко. Чаще всего оно расчленено на ряд облачных полос и лент шириной в несколько сотен километров. При этом и в облачных полосах выделяются отдельные уплотнения и разрежения облачности. Так что при полете в облаках на одной и той же высоте экипаж будет встречать облачность различной оптической плотности, а местами и полное ее исчезновение.

Перистые облака в передней части облачной системы теплого фронта могут находиться на расстоянии до 1000 км и более от линии фронта. Что касается тыловой кромки зоны перистых — перисто-слоистых облаков, то она зависит от стадии развития циклона, с которым связан фронт. В начале его развития она чаще всего расположена на расстоянии около 250 км впереди линии фронта, а затем, по мере углубления циклона, когда восходящие упорядоченные вертикальные движения охватывают и верхнюю тропосферу, постепенно перемещается за линию фронта. В ряде случаев система перистых — перисто-слоистых облаков может захватывать и часть теплого сектора.

Облачный массив перистых — перисто-слоистых облаков в большинстве своем представляет самостоятельный облачный слой: он отделен от массива высоко-слоистых—слоисто-дождевых облаков безоблачной прослойкой. В углубляющихся циклонах он чаще, чем при других синоптических положениях, сливается с основным облачным слоем, образуя мощную облачную систему Cs—As—Ns, которая может занимать почти всю тропосферу, вплоть до тропопаузы. Однако такие случаи довольно редки.

В целом облачная система теплого фронта по своему пространственному положению обладает большим разнообразием, зависящим от конкретных физико-метеорологических условий ее формирования. Вместе с тем имеется и ряд общих особенностей.

Высота нижней границы облаков по мере приближения к линии фронта постепенно понижается вследствие понижения фронтальной поверхности и образования подфронтальной облачности. Вблизи линии фронта повторяемость высоты до 1000 м в холодное полугодие равна 85%, а в теплое — 63%, в том числе до 300 м соответственно 51 и 31% всех высот облачности. Средняя высота разорванно-дождевых облаков на участке до 200 км от линии фронта равна в холодное полугодие 170—300 м, а в теплое— 250—350 м. Разорванно-дождевые и разорванно-слоистые облака образуются здесь в результате увлажнения холодного воздуха выпадающими осадками и турбулентного переноса влаги. На данном участке фронта эти облака могут сильно уплотняться и сливаться со слоисто-дождевыми облаками.

Верхняя граница облаков нередко располагается в верхней тропосфере. В холодное полугодие во всей зоне фронта повторяемость высоты верхней границы более 6 км равна примерно 40%, а в теплое — более 56%. Особенно высоко верхняя граница облаков наблюдается в зоне молодых углубляющихся циклонов, где упорядоченный подъем теплого воздуха интенсивнее, чем при других синоптических положениях. Вдоль линии фронта верхняя граница облаков неодинакова — она имеет характер волн с длинами от нескольких десятков до нескольких сотен километров.

Вертикальная протяженность облаков наиболее значительна на участке от линии фронта до 300—400 км от нее. В отдельных случаях она может достигать 10—12 км. Самая большая вертикальная протяженность облаков наблюдается в углубляющихся циклонах.

Высоко-слоистые облака обычно имеют толщину 1—1,5 км. Часто они сливаются со слоисто-дождевой облачностью, образуя единую облачную систему толщиной в несколько километров. В холодную половину года, когда атмосферные фронты более активны, этот процесс наблюдается чаще. В передней части фронта нижняя граница высоко-слоистых облаков не всегда примыкает к фронтальной поверхности, а находится иногда несколько выше ее, особенно в теплую половину года над югом ЕТС.

Вертикальная протяженность перистых — перисто-слоистых облаков в передней части теплого фронта, как и внутримассовых облаков верхнего яруса, равна в среднем 1 км. В остальной части она более значительна — составляет 2,3—2,6 км. В зоне теплого фронта вертикальная протяженность облаков верхнего яруса, как правило, больше, чем при других синоптических положениях. Толщина облаков зависит от их количества. При количестве до 5 баллов повторяемость облаков толщиной до 1 км равна 59,0%, а при количестве 6—10 баллов — 29,2%. Облака толщиной более 3 км имеют повторяемость соответственно 7,4 и 21,5% (рис. 40 и 41).

Рис. 40. Толщина облаков верхнего яруса над ЕТС при количестве до 5 баллов: 1 — зима; 2 — весна; 3 — лето; 4 — осень

Рис. 41. Толщина облаков верхнего яруса над ЕТС при количестве 6—10 баллов

Толщина облаков верхнего яруса в зоне фронта зависит также от высоты тропопаузы. Ввиду того что при высокой тропопаузе создаются более благоприятные условия для формирования верхней облачности (адвекция теплого воздуха, более интенсивный упорядоченный его подъем), и толщина ее более значительная. Например, для всех синоптических положений, вместе взятых, при высоте тропопаузы 8,1—9,0 км средняя толщина верхних облаков равна 1,9 км, при 9,1 — 11,0 км—2,1 км, при 11,1 —12,0 км — 2,3 км, а при 12,1—13,0 км — 2,4 км.

Облачный массив теплого фронта, как правило, бывает расслоенным. Число облачных слоев обычно 3—5, но может достигать и 6—8. Вблизи линии фронта облака наиболее расслоены. Преобладающей является толщина облаков до 2 км. Повторяемость ее в холодное полугодие 75% и в теплое 67%», в том числе до 1 км — соответственно 58 и 49%.

Толщина безоблачных прослоек примерно такая же, как и облачных слоев. Безоблачные прослойки обычно заполнены дымкой. На фронтах возникающих циклонов безоблачные прослойки более тонкие. Повторяемость их толщиной до 1 км равна 80%. Наиболее значительна толщина безоблачной прослойки, отделяющей высоко-слоистую облачность от перисто-слоистой. Средняя ее величина равна зимой 2,2 км, весной и осенью 2,3 км, летом около 3 км.

Имеется хорошая связь между облаками верхнего яруса и характером барического поля в верхней тропосфере (на АТ₃₀₀). Облачность имеет более значительную повторяемость в высотных фронтальных зонах, особенно в передней части ложбины и тыловой части гребня. При адвекции тепла вероятность облаков увеличивается.

В области струйного течения облака верхнего яруса чаще образуются в его теплой части, на антициклонической стороне, справа от оси. Они часто бывают расслоенными и имеют общую вертикальную протяженность 2 км и более. В холодном воздухе на антициклонической стороне облака возникают реже, бывают ниже и тоньше.

В теплую половину года на теплом фронте во влажнонеусстойчиво-стратифицированном воздухе в ряде случаев могут развиваться кучево-дождевые облака, иногда дающие грозы. Нижняя часть облаков бывает замаскирована слоистообразной облачностью, а вершины обычно выделяются на общем фоне облачного массива. Наиболее благоприятные условия для развития кучево-дождевых облаков создаются на участке от линии фронта до 200—300 км перед ним, где упорядоченный подъем теплого воздуха особенно интенсивен.

Согласно исследованиям, проведенным в ЦИПе, для развития гроз в этом случае необходимо, чтобы температура воздуха у земли достигала 29—34° и удельная влажность составляла 12—15 г/кг, а на изобарической поверхности 850 мб — соответственно 17—22° и 9—11 г/кг, что значительно превышает средние величины температуры и удельной влажности при всех синоптических положениях в умеренных широтах.

Для диагноза облаков в зоне фронта можно использовать излагаемые ниже приемы. Применение нескольких приемов одновременно позволяет наиболее надежно диагностировать пространственную структуру облаков.