Фронтогенез: кинематические, динамические, термодинамические условия

Кинематические условия. Контрасты метеорологических элементов и прежде всего температуры будут образовываться только тогда, когда две воздушные массы с разными свойствами сближаются. Следовательно, основным кинематическим условием фронтогенеза является конвергенция (сходимость) воздушных потоков. При обратном процессе фронтальная поверхность будет размываться, поэтому считается, что кинематическим условием фронтолиза является дивергенция (расходимость) воздушных потоков.

На рис. 128 показаны условия конвергенции. Сплошными линиями изображены линии токов, пунктиром — изотермы. В первоначальный момент (рис. 128, а) изотермы расположены параллельно оси растяжения (расхождения потоков), через некоторое время под влиянием конвергенции изотермы сближаются, причем у седловины поля медленнее, чем в обе стороны от нее (рис, 128, б), поэтому горизонтальные градиенты температуры увеличиваются. При распространения такой конвергенции на большую высоту формируется поверхность разрыва — фронт.

Поле таких потоков, обусловленное соответствующим расположением областей высокого и низкого давления (крестообразно), называется деформационным полем. Следовательно, деформационное поле, в котором горизонтальный градиент температуры направлен параллельно оси сжатия, является фронтогенетичным.

Представим другой случай — изотермы в деформационном поле лежат параллельно оси сжатия (рис. 129, а). Через некоторое время они начнут удаляться друг от друга (рис. 129, б), горизонтальный градиент температуры будет уменьшаться и фронт (если он был в начале процесса) размоется. Таким образом, деформационное поле, в котором горизонтальный градиент температуры направлен перпендикулярно к оси сжатия, является фронтолитичным.

Для того чтобы деформационное поле было фронтогенетичным, не обязательно, чтобы горизонтальный градиент температуры имел направление, параллельное оси сжатия; достаточно, чтобы угол между направлением горизонтального градиента температуры и осью сжатия был не более 45°, в противном случае такое поле будет фронтолитичным.

В атмосфере большинство фронтов образуется именно в деформационных полях. В отдельных случаях образование и размывание фронтов происходит и при других условиях циркуляции; например, фронтогенез может произойти в барической ложбине, а фронтолиз — в отроге, где наблюдаются соответствующие условия конвергенции и дивергенции потоков.

Динамические условия. Для фронтогенеза необходимо, чтобы вертикальная составляющая скорости ветра не равнялась нулю. Если имеются восходящие движения и они возрастают в сторону повышения температур, то происходит фронтолиз, если же восходящие движения уменьшаются в сторону повышения температур, то происходит фронтогенез. В случае нисходящих движений получаются обратные соотношения. При безразличной стратификации фронтогенез за счет вертикальных движений не происходит.

Термодинамические условия. Фронтальная зона характеризуется тем, что в ней изобарические поверхности пересекаются с изотермическими, в результате там образуются термодинамические соленоиды, обусловливающие восходящие движения. Чем больше число этих соленоидов в единице объема, тем интенсивнее циркуляция. Если плотность соленоидов во времени увеличивается, то происходит фронтогенез, если же она уменьшается, то происходит фронголиз.

Образование атмосферных фронтов в летнее время при благоприятных условиях может происходить вдоль побережья моря. Представим себе, что обширная малоподвижная область высокого давления, сформированная в сравнительно однородном воздухе, располагается так, что она занимает большую акваторию моря и значительную территорию прибрежного континента. Трансформация воздушной массы над континентом будет происходить быстрее, чем над морем. В прогревающемся над сушей воздухе изобарические поверхности будут приподниматься и на некоторых высотах образовываются горизонтальные градиенты давления, направленные с суши на море.

Поскольку горизонтальный градиент температуры изменяется медленнее, чем горизонтальный градиент давления, то на некоторых высотах изотермические и изобарические поверхности начнут пересекаться. При этом наибольшая плотность соленоидов образуется в прибрежной зоне, где возникнет местная циркуляция с оттоком холодного воздуха в нижних слоях с моря на сушу, а теплого в верхних слоях — с суши на море. Это создает наклон фронтальной поверхности в сторону моря. Такой фронтогенез, очевидно, будет происходить в том случае, когда антициклон начнет разрушаться.

Подобный фронтогенез иногда происходит вдоль побережья Баренцева моря, особенно в его восточной части, где подстилающая поверхность над побережьем сравнительно однородна и потому благоприятствует равномерной трансформации воздушных масс. Фронтогенез такого типа будем называть топографическим, он связан с трансформацией воздушных масс, когда рядом граничат подстилающие поверхности различных свойств.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: Н. И. Егоров, И. М. Безуглый, В. А. Мнежинский, и др.

Источник: Морская гидрометеорология

Данные публикации будут полезны для курсантав морских учебных заведений и капитанаов/штурманов гражданского флота, интересующимся глубоким пониманием гидрометеорологии