АТМОСФЕРНЫЕ ФРОНТЫ

Различные по своим физическим свойствам воздушные массы в результате постоянного их перемещения встречаются друг с другом. Пространство между двумя соприкасающимися воздушными массами (условная поверхность раздела различных по свойствам масс), характеризующееся резкими изменениями метеорологических элементов, называется атмосферным фронтом (фронтальной поверхностью).

Фронтальная поверхность располагается всегда под углом к земной поверхности и наклонена в сторону более холодного воздуха, вклинивающегося под теплый. Угол наклона фронтальной поверхности обычно меньше 1°. Это значит, что фронтальная поверхность на расстоянии 200 км от линии фронта будет располагаться на высоте всего 1—2 км. От пересечения фронтальной поверхности с поверхностью Земли образуется линия атмосферного фронта.

Ширина атмосферного фронта в приземном слое может быть от нескольких километров до нескольких десятков километров, длина — от нескольких сотен до нескольких тысяч километров.

Если воздушные течения направляются с обеих сторон вдоль фронта, он заметно не перемещается ни в сторону холодного, ни в сторону теплого воздуха. Такой фронт называется стационарным. Если же воздушные течения имеют составляющую, перпендикулярную фронту, происходит его смещение в ту или другую сторону в зависимости от того, которая из двух воздушных масс активнее. В соответствии с этим и фронты делятся на теплые и холодные.

Теплый фронт перемещается в сторону холодного воздуха, более активной в этом случае оказывается теплая воздушная масса. Теплый воздух натекает на отступающий холодный, поднимаясь вверх по плоскости раздела (восходящее скольжение). При отступлении холодного воздуха нижние его слои в результате трения о поверхность несколько отстают и фронт поднимается очень полого. При медленном поднятии теплого воздуха формируются типичные облачные системы.

Холодный фронт перемещается в сторону теплого воздуха. Более активный холодный воздух движется быстрее теплого, подтекая под него и выталкивая его вверх. При этом нижние слои холодного воздуха отстают в своем движении от верхних и фронтальная поверхность круто поднимается над поверхностью Земли. В зависимости от степени устойчивости теплого воздуха и от скорости движения фронтов различают холодный фронт 1-го и 2-го родов. При смыкании теплого и холодного фронтов возникает фронт окклюзии. Смыкание фронтов происходит потому, что холодный фронт, перемещаясь быстрее теплого, может нагнать его. Теплый воздух, оказавшийся в пространстве между двумя фронтами, вытесняется вверх, и холодные воздушные массы двух фронтов соединяются.

Сплошных атмосферных фронтов между географическими типами воздушных масс нет, но существуют фронтальные зоны, в которых постоянно возникают, обостряются и разрушаются множество фронтов различной интенсивности. Эти зоны называют также климатическими фронтами. Они разделяют области преобладания различных типов воздушных масс. Между арктической (антарктической) воздушной массой и массами воздуха умеренных широт располагается арктический (антарктический) фронт, массу умеренного воздуха от тропических отделяет полярный фронт северного и южного полушария, тропические массы воздуха от масс воздуха экваториального отделены тропическим фронтом.

Все фронты непрерывно перемещаются и изменяются, поэтому действительное положение того или иного участка фронта может значительно отклоняться от многолетнего среднего его положения. По расположению климатических фронтов в разные сезоны можно судить об изменениях, происходящих в расположении типов воздушных масс.

ТЕРМИЧЕСКАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ ВОЗДУХА

Основная причина движения воздуха — неравномерное нагревание земной поверхности. В слое атмосферы, расположенном над одинаково нагретой поверхностью, давление будет распределяться равномерно, постепенно понижаясь с высотой. Изобарические поверхности займут положение, параллельное земной поверхности и друг другу. Допустим, что один из участков поверхности получает больше тепла, чем соседние с ним участки. От нагретой поверхности участка нагревается находящийся над ним воздух. Возникнет восходящее движение — вынос частичек воздуха из нижней части слоя наверх. В результате нагретый слой расширится (поднимается его верхняя граница), но масса воздуха, оказывающая давление на поверхность, от этого не станет меньше. В этом случае нагревание воздуха еще не вызовет изменения давления на поверхность. В то же время над нагретым участком, в теплом воздухе, давление на всех уровнях, кроме нижнего, возрастет за счет воздуха, поступившего снизу, и будет выше, чем над соседними участками. Изобарические поверхности поднимутся, расстояние между ними увеличится. Наверху начнется отток воздуха от большего давления к меньшему, а это вызовет уменьшение массы воздуха над теплым участком и понижение давления на его поверхность. Одновременно приток воздуха наверху к соседним, менее нагретым участкам вызовет повышение давления на их поверхность. Изобарические поверхности в нижней части рассматриваемого слоя атмосферы изогнутся книзу. С высотой изгиб их уменьшается, и наверху они сохраняют свою форму (выгнутостью вверх).

В соответствии с распределением давления у поверхности возникает движение воздуха в сторону нагретого участка. Отток воздуха из мест с более высоким давлением компенсируется его опусканием. Таким образом, неравномерное нагревание поверхности вызывает термическую циркуляцию воздуха: восходящее движение над нагретым участком, отток на некоторой высоте в стороны, опускание над соседними, менее нагретыми участками и движение воздуха у поверхности к нагретому участку.

Термическая циркуляция воздуха может быть вызвана также неравномерным охлаждением поверхности. В этом случае над охлажденным участком охлаждающийся от него воздух сжимается, и на некоторой высоте давление становится ниже, чем на том же уровне над соседними, менее холодными участками. Наверху возникает движение воздуха в сторону холодного участка и рост давления на его поверхность, соответственно над соседними участками давление понижается. У поверхности воздух начинает растекаться из области повышенного давления в область пониженного, т. е. от холодного участка. Отток воздуха компенсируется опусканием на его место воздуха сверху.

Нетрудно заметить, что нагревание и охлаждение воздуха от подстилающей поверхности не привели бы к изменению давления на поверхность, если бы не сопровождались перемещением наверху. Именно отток воздуха над нагретым участком и приток его к охлажденному отражаются в изменениях давления на поверхность Земли. Таким образом, термические условия (изменение температуры) приводят к появлению динамических условий (уменьшение или увеличение массы воздуха над участком) изменения давления.

Термические циркуляции разных масштабов возникают в атмосфере постоянно. Пример термической циркуляции — местный ветер бриз.