Атмосферные фронты.

Атмосферными фронтами называются сравнительно узкие переходные зоны, расположенные на границе между двумя разнородными воздушными массами. При пересечении атмо­сферных фронтов обычно наблюдаются значительные из­менения направления и скорости ветра, температуры, облачности и других метеорологических элементов.

В зависимости от направления движения фронты подразделяются на теплые и холодные.

Теплый фронт — атмосферный фронт, перемещающийся в сторону холодного воздуха. При движении фронта теплый воздух догоняет отступающий холодный и по его клину скользит вверх. В результате теплый воздух адиабатически охлаждается, и над фронтальной поверх­ностью впереди линии фронта образуется система слоистообразных облаков с зоной обложных осадков (рис. 1.13), захватывающая полосу до 300—400 км. В связи с этим при прохождении теплого фронта наблюдаются низкая облачность и ограниченная видимость. Летом, если теплым воздухом является влажный мТВ, на фронте могут развиваться кучево-дождевые облака и грозовая деятельность.

Холодные фронты — атмосферные фронты, перемещающиеся в сторону теплого воздуха. Скорость движения холодного воздуха у земли больше скорости отступающего теплого воздуха, вследствие чего клин холодного воздуха вторгается под теплый, вытесняя его вверх.

В зависимости от скорости движения, характера восходящих движений теп­лого воздуха, а также от расположения зон облачности и осадков относительно фронтальной поверхности холодные фронты подразделяются на холодный фронт 1-го рода (медленно движущийся фронт) и холодный фронт 2-го рода (быстро движущийся фронт).

Холодный фронт 1-го рода располагается в легко выраженных ложбинах и пересекается с изобарами под острыми углами. Клин холодного воздуха медленно подтекает под теплую воздушную массу, обусловливая ее постепенное упорядоченное восходящее скольжение вдоль фронтальной поверхности.

В результате за линией фронта (рис. 1.14) образуется обширная система слоистообразных облаков, летом дополняемая мощными кучево-дождевыми облаками, за фронтом переходящими в слоисто-дождевые, а затем в высоко-слоистые. Из кучево-дождевых облаков выпадают ливневые осадки, затем сменяющиеся обложными. Осадки, как и облака, покрывают большую зону.

Холодный фронт 2-го рода располагается в слабо выраженных ложбинах и пересекается с изобарами примерно под углом 90°. С холодным фронтом 2-го рода (рис. 1.15) связана узкая зона мощной кучево-дождевой облачности и интенсивных ливневых осадков, которая располагается в основном впереди фронта и обычно имеет ширину в не­сколько десятков километров.

Летом прохождение фронта сопровождается сильными шквалами, грозами, иногда градом. После прохождения фронта наступают быстрые прояснения, ветер ослабевает, и видимость улучшается до 10 км и более.

В холодное время года холодный фронт 2-го рода проходит часто без образования кучево-дожде­вой облачности и, следовательно, без опасных явлений, связанных с ней. Обычно образуются плотные слоисто-кучевые облака, сопровождающиеся умеренным снегопадом.

В случаях, когда холодный фронт догоняет теплый (что бывает в циклонических ВМ), два фронта смыкаются, и возникает фронт окклюзии.Различают два основных типа фронтов окклюзии: теп­лый и холодный.

Теплый фронт окклюзии (рис. 1.16) образуется в том случае, когда менее холодная воздушная масса догоняет более холодную. На линии фронта образуется многослойная облачность, подобно теплому фронту.

Холодный фронт окклюзии (рис. 1.17) образуется в том случае, когда более холодная воздушная масса догоняет менее холодную. Такой фронт имеет характер обычного холодного фронта.

Влажность

Влажность воздуха — содержание в нем водяного пара. Ее характеристиками являются:

абсолютная влажность а— количество водяного пара (в г) в 1 м³ воздуха;

насыщающий (насыщенный) пар А— количество пара (в г), необходимое для полного насыщения единицы объема (его упругость обозначается буквой Е);

относительная влажность R— отношение абсолютной влажности к насыщающему пару, выраженное в процентах (R=100% × а/А);

точка росы — температура, при которой воздух достиг бы состояния насыщения при данном влагосодержании и неизмененном давлении.

В экваториальной зоне и субтропиках абсолютная влажность у земли достигает 15 – 20 г/м³. В умеренных широтах летом — 5 – 7 г/м³, зимой (а также в Арктическом бассейне) она уменьшается до 1 г/м³ и ниже. С высотой содержание водяного пара в воздухе быстро падает. Влажность оказывает влияние на изменение температуры воздуха, а также на процесс образования облаков, туманов, осадков.

Облачность

Наряду с процессом испарения воды в атмосфере проис­ходит и обратный процесс — переход водяного пара при понижении температуры в жидкое или непосредственно в твердое состояние. Первый процесс называется конденсацией,второй — сублимацией.

Понижение температуры происходит адиабатически в поднимающемся влажном воздухе и приводит к конденсации или сублимации водяного пара, что и является главной причиной образования облаков. Причинами подъема воздуха в этом случае могут являться: 1) конвекция, 2) восходящее скольжение по наклонной фронтальной поверхности, 3) волнообразные движения, 4) турбулентность.

Кроме указанного, понижение температуры может произойти и вследствие радиационного выхолаживания (от излучения) верх­них слоев инверсий или верхней границы облаков.

Конденсация происходит только в том случае, если воздух насыщен водяным паром и в атмосфере имеются ядра конденсации. Ядрами конденсации являются мельчайшие твердые, жидкие и газообразные частицы, постоянно имеющиеся в атмосфере. Наиболее распространенными являются ядра, содержащие соединения хлора, серы, азота, углерода, натрия, кальция, причем наиболее часто встречающимися ядрами являются соединения натрия и хлора, обладающие гигроскопическими свойствами.

Ядра конденсации в атмосферу попадают главным образом из морей и океанов (около 80%) путем испарения и разбрызгивания их с водной поверхности. Кроме того, источниками ядер конденса­ции являются продукты горения, выветривания почв, вулканической деятельности и т. д.

В результате конденсации и сублимации в атмосфере образуются мельчайшие капельки воды (с радиусом около 50 мк) и кристаллики льда, имеющие вид шестигранной призмы. Скопление их в приземном слое воздуха дает дымку или туман, в вышележащих слоях облака. Слияние мелких облачных капель или нарастание ледяных кристаллов приводит к образованию различного рода осадков: дождя, снега.

Облака могут состоять только из капель, только из кристаллов и быть смешанными, т. е. состоять из капель и кристаллов. Водяные капли в облаках при отрицательных температурах находятся в переохлажденном состоянии. Капельножидкие облака в боль­шинстве случаев наблюдаются до температуры -12° С, чисто ледяные (кристаллические) — при температуре ниже -40° С, сме­шанные — от -12 до -40° С.

Облака характеризуются водностью. Водность — это количество воды в граммах, содержащееся в одном кубическом метре облака (г/м³). Водность в капельножидких облаках колеблется от 0,01 до 4 г в кубическом метре облачной массы (в отдельных случаях на­блюдается и более 10 г/м³). В ледяных облаках водность менее 0,02 г/м³, а в смешанных об­лаках до 0,2—0,3 г/м³. Не следует смешивать водность с влажностью.

Облака классифицируются:

- по высоте нижней границы на 3 (иногда 4) яруса,

- по происхождению (генетическая классификация) на 3 группы,

- по внешнему виду (морфологическая классификация) делятся на несколько форм:

Выделяются основные формы:

Кучевыеоблака представляют собой белые, серые, темно-серые отдель­ные образования в виде куч различной формы.

Перистые— отдельные тонкие легкие облака белого цвета, прозрачные, волокнистой или нитевидной структуры имеют вид крючков, нитей, перьев или полос.

Слоистые облака — представляют собой однородный серый покров, различной прозрачности.

Перисто-кучевые облака, представляющие собой мелкие белые хлопья или маленькие шарики (барашки), напоминающие комочки снега,

Перисто-слоистые облака, имеющие вид белой пелены, затягивающей зачастую все небо, и придающие ему молочно-бе­лый оттенок.

Слоисто-кучевые облака серого цвета с темными полоса­ми — облачными валами.

Отмечаются также другие особенности внешнего вида (наличие волнистости, конкретные формы облака) и связь с осадками. Всего насчитывают 10 основных форм облаков и 70 их разновидностей.

Форма облаков определяется при их наблюдении в соответствие с принятой классификацией с помощью специально изданного Атласа облаков.

Облака, возникающие внутри воздушных масс, называются внутримассовыми, образующиеся на атмосферных фронтах – фронтальными, возникающие над горами при перетекании воздушными потоками препятствий (гор) – орографическими.

При указании высоты верхней и нижней границ облаков нужно иметь в виду, что они могут быть как достаточно четкие, так и чрезвычайно размытые. Особенно опасен переходный предоблачный слой, достигающий 200 м у под подинверсионными облаками.

В отдельную группу следует выделить искусственные перистые облака, возникающие за летящим самолетом в верхней тропосфере. Их называют конденсационными (иногда инверсионными) следами. Возникают они в результате сублимации водяного пара, содержащегося в выхлопных газах двигателя.