АТМОСФ ЕРНЫЕ ФРОНТЫ, ИХ КЛАССИФ ИКАЦИЯ, УС ЛОВИЯ ПОГОДЫ И ПОЛЕТОВ

Атмосферным фронтом (АФ) называется раздел между двумя различными ВМ (рис. 8.6).

Переходная зона между ВМ у поверхности земли называется линией фронта. Ее

ширина дост игает нескольких десятков километров.

Переходная зона в пространстве называется фронтальной поверхностью. Ее толщина в нижней и сред ней т ропосфере достигает несколько сотен мет ров, а в верхней - 1...2 км. Фронтальная поверхность всегд а наклонена в ст орону холодного воздуха. Объясняется это тем, что давление в х олод ном воздухе с высотой убывает бы стрее, чем в т еплом, поэтому

менее плот ный теплый воздух натекает на более плотный холодный. Угол наклона фронтальной поверхности к горизонт у оч ень мал и составляет около одного град уса. Тангенс угла наклона колеблет ся от 1/50 до 1/300. Наиб олее част о он составляет 1/100. Это означает, чт о по мере удаления у земли от линии фронта в ст орону ХВ фронт альная поверхность будет повышаться примерно на 1 км на кажд ые 100 км расстояния. Величина угла наклона зависит от соотношения температ ур и скорости ветра в ВМ, лежащих по обе стороны АФ. Об ычно фронтальная поверхность пред ставляет соб ой слой инверсии и является задерживающим слоем.

Рис.8.6. Атмосферный фронт

Определение положения АФ осущ ествляется с использованием ряда признаков на картах погоды:

− линия фронта проходит вдоль оси барической ложбины;

− вдоль линии фронта наблюдает ся сх одимость воздушных потоков. При этом перед фронтом ветер дует параллельно фронту, а за фронтом - перпендикулярно. После прохождения фронт а ветер поворачивает по часовой ст релке;

− при переходе через линию фронт а наблюдаются заметные контрасты температуры

(Dt > 5°С);

− при переходе через линию фронта изменяются значения точки росы, влагосодержания,

видимост и;

− с АФ связаны мощная облачность и осад ки. При этом кажд ому фронтальному раздел у соответствуют характерные для него облачные системы и зоны осадков: перед теплым фронтом наблюдается сист ема слоист ообразной облачност и (Ci, Cs, As, Ns, Fr nb) и ш ирокая зона об ложных осадков; для холодного фронта типичны кучевооб разные облака (чаще Cb) и ливневые осадки; для фронта окклюзии т ипичны многослойная облачность различных форм и расположение зон осадков по обе стороны от линии фронта;

− при переходе линии фронта происходит изменение барической тенденции: перед теплым фронтом наблюдает ся падение давления, за х олод ным фронтом - рост.

В ат мосфере пост оянно происх одят процессы образования и размы вания АФ

(фронтогенез и фронт олиз).

Основной причиной образования (фронтогенеза) АФ является сходимост ь ВМ. В местах вст речи ВМ, где об разуется зона с большими контраст ами температ уры, влажност и, д ругих метеорологических величин и явлений, и возникает АФ.

Размывание (фронтолиз) АФ происходит при условии длит ельного существования расходимости ВМ.

АФ различают по географическим признакам, их прот яженности, особенностям перемещения, вертикального и горизонтального строения и условий погоды.

По географическим признакам в связи с географической классификацией ВМ

различают следующие главные АФ:

− арктический фронт;

− полярный (умеренный) фронт;

− т ропический фронт.

Названия главных атмосферных фронтов получены по более холодной из двух возд уш ных масс, кот орые они разделяют:

По горизонтальной и вертикальной протяженности различают следующие фронт ы:

− основные (высокие);

− вторичные;

− верхние.

Основные АФ имеют большую горизонтальную (несколько тысяч километров) и вертикальную (несколько километров) прот яженность, обычно прослеживаются по всей тропосфере. Разделяют ВМ, существенно различающиеся по своим свойст вам. Контраст температ ур ы на приземной карте в зоне основны х фронтов обычно превышает 5°С.

Вторичные фронты являются разделами внутри одной и той же воздушной массы, но межд у различными по температ уре объемами (порциями) воздуха. Контраст температур обычно составляет несколько градусов. Горизонтальная прот яженность т аких фронтов не превышает несколько сот ен километ ров, по вертикали они достигают 3…5 км.

Верхние фронты образуются на некот орой высоте в т ропосфере. Они прослеживаются на картах барической топографии, но не выявляются на приземных картах погоды.

Высокие и верхние фронты образуют в верхней тропосфере широкую переходную зону, называемую высотной фронтальной зоной (ВФЗ) (рис. 8.7). Если эта зона имеет широтное расположение и большую протяженност ь, ее назы вают планет арной высотной фронт альной зоной (ПВФЗ).

Рис. 8.7. Высотная фронтальная зона:

а) одного атмосф ерного фронта; б) дв ух атмосферных ф ронтов

Иногд а два хорош о выраженных внизу фронта сливают ся в верхних слоях т ропосферы, об разуя одну широкую ВФЗ. ВФЗ характеризуется большими горизонт альными градиентами температуры. Обычно вдоль ВФЗ наблюдают ся струйные течения.

По особенностям перемещения , вертикального строения и условий погоды различают:

− прост ые фронт ы - т еплые, х олодные, стационарные (малоподвижные);

− сложные фронт ы или фронты окклюзии - теплые, холодные.

Теплым фронтом ( ТФ ) - называет ся такой ат мосферный фронт , который образует ся при д вижении т еплого воздуха в сторону отступающ его холодного воздуха. Средняя скорость его движения достигает 20…30 км/ч. На карт ах погоды наносит ся линией красного цвета или т аким орнаментом .

В холодное время года на ТФ (рис. 8.8) за счет восходящего скольжения теплого воздуха по холодному образует ся слоистообразная облачност ь.

Р ис. 8.8. Схема облачности теплого ф ронта в холодное время года

Облачност ь может быт ь сплош ной, но зачаст ую облака верхнего яруса отделены от слоисто- д ождевых и высоко-слоистых облаков безоблачной прослойкой. Из слоисто-дождевых и высоко-слоист ых облаков выпадают обложные осадки, ширина зоны которых д остигает

400…500 км (летом она не превышает 200…300 км т .к. осадки из высоко-слоистых об лаков испаряют ся и до земли не доходят). В зоне осадков образуются низкие разорванно-д ождевые об лака, а иногда и фронтальные т уманы, ширина зоны которых вдоль линии фронта д остигает 100…200 км. У земли при приближении ТФ от мечается падение давления, что приводит к усилению вет ра и возникновению общих метелей. Если т еплый воздух сухой, то об лачная система ТФ состоит только из облаков среднего и/или верхнего ярусов.

При полетах в облаках, осад ках и т уманах возможно обледенение возд уш ных суд ов, инт енсивност ь которого зависит от температуры воздуха и водност и облака. Наиболее интенсивным и опасным обледенение бывает при полетах в зоне переохлажденного (ледяного) д ождя.

При пробивании облачности сверху вниз или снизу вверх возможна элект ризация воздушного судна и поражение его разряд ом ст атического элект ричества.

В зоне осадков взлет , посадка и визуальные полеты затрудняются или исключают ся из-за низкой облачности и плохой видимости в осадках, т уманах и метелях.

В теплое врем я года (рис. 8.9), если т еплый возд ух являет ся МТВ или хорошо прогрет ым МУВ, на ТФ наряду со слоист ообразными облаками образуются кучево-дождевые облака и развивают ся грозы. Обычно э то бывает летом ночью или утр ом, реже - днем.

Рис. 8.9. Схема облачности теплого ф ронта в теплое время года

Развитие этих гроз обуславливает ся сильным ночны м радиационным выхолаживанием верхнего слоя фронтальной облачности ( tн ) при относительно неизменных т емпературах в нижних слоях облаков ( t0 ). Это приводит к увеличению контраст а температ уры между нижним и верхним краем об лака, а, следовательно, к увеличению верт икального температ урного градиент а (рис. 8.10). Больш ие вертикальные температ урные градиенты являются причиной развития вертикальных токов внутри слоистообразных облаков. Эт и токи и приводят к образованию кучево-дождевых облаков, замаскированных слоисто- образными облаками т еплого фронт а. Нижняя граница кучево-дождевых облаков нах од ится на высот е 1,5…2 км, а верхняя граница может значительно выступать над облаками теплого фронт а.

Рис. 8.10. Условия возникнов ения вертикальных токов в облаках теплого фронта

Условия полетов в зоне теплого фронта лет ом осложняются сильным обледенением, сильной болтанкой и скрытыми (замаскированными) кучево-д ождевыми об лаками, в которых развивают ся грозы.

При полетах в зонах т еплых фронтов рекомендуется :

− пересекать фронт перпендикулярно к линии фронт а, используя при эт ом имеющиеся безоблачные прослойки;

− обнаруживать грозы по радиолокатору, т реску в телефонах (науш никах), “рысканию”

стрелки радиокомпаса, сильной болтанке;

− обходит ь грозы т олько на воздушных судах , оборудованных б ортовыми радиолокаторами, при этом расст ояние между краями засветок на экране радиолокатора должно бы ть не менее 50 км;

− помнить о сильном обледенении в слоисто-дождевых, высоко- слоистых облаках и

переохлажд енных осадках. Зимой из зоны обледенения уход ить вверх, в сторону более низких отрицательных т емператур, летом – вниз, в ст орону положительных температур;

− помнить, что предвестником приближения теплого фронт а (плохой погоды) являют ся перисты е облака.

Холодным фронтом ( ХФ ) называется т акой ат мосферный фронт, который образуется при движении холодного воздуха в сторону отступающ его т еплого воздуха. В зависимости от скорости движения различают ХФ 1-го род а и ХФ 2-го рода. На карт ах погоды ХФ наносят ся линией синего цвет а или таким орнамент ом .

ХФ 1-го рода - это медленно движущийся ХФ (рис. 8.11). Средняя скорость его д вижения сост авляет 30…40 км/ч.

Рис. 8.11. Схема облачности холодного фронта 1-го рода

Холодный воздух медленно подтекает под т еплы й воздух и вынуждает часть его двигаться вверх вертикально (вынужденная конвекция), а другую часть - путем восходящего скольжения. В результате э того в передней крутой части фронта образуются кучево-дождевые облака, кот орые сопровождаются ливневыми осадками, грозами, шквалами и смерчами, сильным об леденением и сильной болтанкой. К учево-д ождевые об лака располагаются вдоль линии фронта и занимают полосу шириной 40…60 км, развиваются в теплое время года до

8...10 км, а иногд а и до т ропопаузы, зимой – не превышают 4…5 км. Над верхней частью фронтальной поверхности образуются слоистообразные об лака, как на типичном теплом фронте. Ш ирина зоны об ложных осадков за линией фронт а дост игает 100...200 км летом и до

300 км зимой. В зоне осадков образуют ся низкие разорванно-дождевые облака и иногда т уманы. ХФ 1-го род а по характ еру облачности в холодное время напоминает ТФ, т олько все явления проходят в обратном порядке: сначала появляются низкие слоист о-дождевые и разорванно-дождевые облака, затем высоко-слоистые, перисто-слоистые и, наконец, перистые.

Условия полетов зимой т акие же, как и на т еплом фронте. Летом условия полетов определяются, в основном, наличием кучево-дождевых облаков, входит ь в которые руководящими документ ами запрещает ся.

Хф 2-го рода - это быст родвижущийся ХФ (р ис. 8.12). Средняя скорость его движения

40…60 км/ч, максимальная - 80…100 км/ч. Холодный воздух движется с большой скоростью, инт енсивно подтекает под теплый воздух и выт есняет весь теплый воздух вертикально вверх. В результ ате э того образуют ся к учево-дождевые облака, которые летом достигают т ропопаузы, а иногда и нижних слоев стратосферы. Зимой они не превышают

5…7 км. Ширина зоны об лачности и осад ков дост игает 40…60 км.

Рис. 8.12. Схема облачности холодного фронта 2-го рода

В теплое время года кучево-дождевые облака сопровождаются ливневыми осадками, часто с градом, шквалами, смерчами, грозами. В засушливых районах кучево-дожд евы е облака на ХФ 2-го род а не образуются, но часто наблюдаются пыльные б ури.

В холодное время года фронт проходит с резким усилением ветра, снежными

“зарядами”, иногда с грозами.

За фронтом сразу же наступает прояснение, но оно кратковременно, т ак как за основным фронтом часто движутся вторичные фронт ы или куч евообразные облака неустойчивой воздушной массы. Перед фронтом на удалении 80…200 км движутся высоко- кучевые чечевицеобразные или линзовидные облака ( Ac lent), которые являются предвестниками приближения ХФ 2-го рода.

Условия полет ов в зоне фронта обуславливаются кучево-дождевыми облаками.

Особенно опасными такие фронты бывают лет ом днем в послеполуд енные часы (в часы максимального прогрева под стилающей поверхности).

На картах погоды холодные фронты 1-го и 2-го рода различают по облачным системам.

Фронты оккл юзии (Ф 0) - э то такие атмосферные фронты, кот орые образуются при слиянии теплых и холодных фронтов (рис. 8.13). На картах погоды наносятся линией коричневого цвета или таким орнаментом .

Рис.8.13. Процесс образования фронта окклюзии

Слияние фронтов происходит в связи с тем, что ХФ дв ижется значительно быстрее, чем ТФ. В момент слияния фронтов происходит сближение их облачных систем. Кучево-дождевые облака ХФ сливают ся со слоистообразными облаками ТФ и приобретают скрытый характ ер. Теплый воздух при эт ом отрывается от земли и выт есняет ся вверх, а его мест о занимают сомкнувшиеся массы холодного воздуха. В зависимости от соотношения температ ур холодного воздуха перед т еплым фронт ом и за холодным фронтом при слиянии могут образовываться фронты окклюзии по типу теплого фронта (ТФО) или по типу холодного фронта (ХФО).

Теплый фронт окклюзии - это такой фронт окклюзии у которого тыловой х олод ный воздух являет ся менее холодной возд ушной массой, чем передний холодный воздух (рис. 8.14).

Р ис. 8.14. Схема облачности теплого фронта окклюзии

При слиянии фронтов тыловой холодный воздух нат екает на передний более холодный воздух . Образуется сложная многоярусная система об лачности. Выше точки окклюзии располагаются вытесненные вверх сомкнувшиеся облака теплого и х олодного фронт ов. Ниже точки окклюзии, на самом ТФО, образуются слоисто-дождевые (иногда слоисто- кучевые) облака, под которыми в зоне обложных осадков образуются разорванно-дождевые облака и т уманы. При э том обложны е осадки чередуются с ливневыми (с преоб ладанием обложных). Вся зона осадков располагает ся впереди линии фронта и занимает полосу шириной 100…200 км летом и до 300 км зимой.

В теплое время года на фронте образуются скрыт ые грозы с ливнями, в об лаках

наблюдается сильное обледенение и сильная болтанка.

Условия полета в зоне ТФО в основном т акие же, как и на теплом фронт е. На ТФО имеется больш ое количество безоблачных прослоек, которое увеличивает ся по мере ст арения (окклюдирования) фронта. Чаще ТФО наблюдаются в холодное время года, когда тыловым холодным возд ухом является возд ух морского происх ождения.

Холодный фронт окклюзии - это такой фронт окклюзии, у которого тыловой холодный воздух является более холодной воздуш ной массой, чем передний холодный воздух (рис. 8.15).

Рис. 8.15. Схема облачности холодного фронта окклюзии

При слиянии фронтов тыловой более холодный воздух под текает под передний холодный воздух. В результате эт ого, ниже точки окклюзии за счет конвекции образуются кучево-дождевые облака, верш ины кот орых летом мог ут достигнуть тропопаузы.

Выш е точки окклюзии, как и в случае теплого фронта окклюзии, располагаются вытесненные вверх сомкнувшиеся облака теплого и х олодного фронт ов. Под облаками, в зоне обложных осадков, образуют ся разорванно-дождевые облака и иногда т уманы. Зона осадков располагается как перед, так и за линией фронт а. При этом ливневые осадки чередуются с обложными (с преобладанием ливневых ).

Условия полет ов в зоне ХФО б олее сложные и опасные, чем в зоне ТФО, т ак как здесь преобладают кучево-дождевые облака. Летом эти облака сопр овожд аются ливнями, шквалами, грозами, сильным обледенением и сильной болт анкой, зимой наблюдаются сильный снег, плохая видимость в снегопадах и сильная болтанка в об лаках.

Эти фронты чаще встречают ся в теплое время года. По мере окклюдирования все фронты окклюзии постепенно размываются.

Вторичные фронты (ВФ) - это разделы внутри одной и т ой же воздушной массы, но между различными по т емпературе порциями воздуха (рис. 8.16). На картах погоды вторичные холодные фронт ы обозначаются штриховой линией синего цвета или таким орнаментом , вторичные т еплые фронты обозначаются ш трих овой линией красного цвета или таким орнаментом .

Рис. 8.16. Схема облачности в торичного холодного фронта

Чаще встреч аются вторичные ХФ. Они образуются внут ри арктического или умеренного воздуха при движении их к югу. Погода на вт оричных фронтах в основном такая же, как и на основных фронтах, но из-за меньших конт раст ов температуры облачность менее развита как по вертикали, так и по горизонтали.

Лет ом на вторичных холодных фронтах наблюдаются ливни и грозы, а зимой снежные заряды, сильные вет ры. Ширина зоны осадков обы чно не превыш ает 5…10 км. Условия полетов такие же, как на основных фронтах.

Стационарные фронты ( СФ ) - это медленно движущиеся или неподвижные фронты. Средняя скорость движения 5…10 км/ч. На карт ах погоды обозначают ся параллельными красной и синей линиями или таким орнамент ом .

Эти фронты располагают ся на периферии циклона или антициклона и на карте погоды они параллельны изобарам (рис.8.17). Поэтому выше слоя трения воздушные массы движутся параллельно фронту, восходящие пот оки отсут ствуют и облачность не образуется. У поверхности земли за счет трения наблюдается небольшая сходимость воздушных масс к линии фронта, что приводит к нат еканию теплого воздуха на холодный. Сходимост ь воздуш ных масс, подъ ем т еплого воздуха, а, следовательно, и образование облачности происходит д о верхней границы слоя трения.

Рис. 8.17. Образование стационарного фронта

В холодное время года (рис. 8.18) на ст ационарном фронт е из-за слабых восходящ их движений образуются т олько слоистые и слоисто-кучевые об лака.

Рис. 8.18. Схема облачности стационарного ф ронта в холодное время года

Нижняя граница облачност и 100…200 м и менее. Из слоистых облаков выпадают моросящие осадки. Иногда они переходят в туманы. Зона неблагоприятной погоды располагается вд оль линии фронта со стороны х олодного возд ух а и занимает полосу шириной 50…100 км. Низкая облачность и плохая видимость зат рудняют или исключают взлет, посадку и визуальные полет ы.

В теплое время года (рис. 8.19) при нер авномерном нагревании подст илающ ей поверхност и в д невные часы на ст ационарном фронт е образуются куч ево-д ождевые облака с соот ветствующей погод ой. Они достигают высоты 6…9 км.