Антициклоны умеренных широт и субтропические антициклоны.

Будучи связаны с опусканием воздуха и дивергенцией, антициклоны являются источниками воздушных масс и, как правило, характеризуются сухой спокойной погодой. Хотя при одном и том же градиенте давления скорость градиентного ветра в антициклоне должна быть больше, чем в циклоне, в реальных условиях ветер в антициклоне более слабый из-за того, что сами градиенты давления малы. У поверхности ветер, направленный по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой стрелки в южном, пересекает изобары в направлении от центра. Воздух, таким образом, расходится, характеристики воздушной массы остаются примерно постоянными, и фронты маловероятны. Опускающийся воздух адиабатически нагревается, его относительная влажность падает, и имеющиеся облака постепенно испаряются. В нижней части опускающегося воздуха обычно возникает инверсия температуры, ограничивающая вертикальное развитие облачности, которая могла быть вызвана эффектами турбулентного перемешивания в нижних слоях или конвекции в солнечный день. Антициклоны, как правило, движутся медленно или вообще стоят на месте и поэтому приносят устойчивую погоду на несколько дней или недель. Они обеспечивают такие условия, при которых летом возникают морской и береговой бризы, а зимой - адвективный туман.

Крупномасштабные антициклоны располагаются над субтропическими районами океана, а зимой в высоких широтах над континентальными областями. Летом и зимой в средних широтах часто встречаются менее устойчивые антициклоны. Они могут быть разделены на теплые и холодные. Холодный антициклон обладает ядром повышенного давления за счет того, что воздух в нем холоднее, чем окружающий. Это небольшие по вертикали образования. Теплый антициклон возникает в результате конвергенции воздуха в высоких слоях, которая увеличивает массу воздуха в центре по сравнению с периферией. Такие образования имеют своим происхождением динамические причины и связаны с потоком в верхней тропосфере. К указанному типу относятся субтропические пояса высокого давления и антициклоны, образующиеся под волнами Россби в потоке западных ветров верхней тропосферы.

Холодные антициклоны образуются, как правило, над сушей и над полярными областями и имеют сильную температурную инверсию. В результате этого в нижних слоях скапливается пыль и различные загрязняющие примеси, что приводит к уменьшению видимости и созданию дымки, которая при наличии адвективного тумана легко переходит в смог. Если воздух остается чистым, возможны сильные морозы. Теплым антициклонам, установившимся летом над сушей, сопутствует ясная солнечная погода, причем совместное влияние солнечного излучения и адиабатического нагревания может привести к очень высоким температурам. Над морем изменения температуры поверхности меньше и меньше различия в погодных условиях в антициклонах летом и зимой. В антициклонах средних широт летом часто встречаются облака, возникшие в результате вертикального турбулентного перемешивания. Зимой может наблюдаться сплошная облачность. Однако эти облака имеют небольшую вертикальную мощность, и из них редко выпадают осадки.

Погода в антициклонах.Обычно с антициклонами связывают спокойную ясную или малооблачную погоду – но это очень общее представление, поскольку условия погоды в антициклоне различаются в зависимости от происхождения и свойств воздушных масс собственно антициклона и соседних с ним, влагосодержания и температуры его воздушной массы, особенностей подстилающей поверхности, рельефа местности, стадии развития возмущения, интенсивности нисходящих движений, времени года. Например, антициклоны в арктическом воздухе – преимущественно с ясной погодой, антициклоны с морским полярным воздухом нередко имеют пасмурную погоду.

Температура тропосферы растет с возрастом антициклона, особенно при его стабилизации, что объясняется развитием нисходящих движений в антициклоне и динамическим нагреванием воздуха.

В промежуточном и заключительном антициклоне холодный воздух, простирающийся до высот средней тропосферы, еще недостаточно прогрет динамически. Быстрое перемещение холодной воздушной массы в таких антициклонах создает неустойчивость стратификации с развитием турбулентности и конвекции, препятствуя нисходящим движениям.

Вместе с ростом температуры тропосферы, при развитии внетропического антициклона происходит увеличение высоты тропопаузы (до 10-11 км) и понижение температуры стратосферы. В среднем температура воздуха в тропосфере в области антициклона выше, чем в области циклона, в стратосфере температура воздуха в антициклоне, наоборот, ниже. При этом тропопауза над антициклоном лежит выше, чем над циклоном (отметим, что в циклоне тропопауза лежит на высотах 8-9 км).

В субтропических антициклонах температура воздуха на всех высотах в тропосфере выше, чем в антициклонах умеренных широт (во-первых, воздух в субтропическом антициклоне является тропическим, хотя в нижней тропосфере периодически пополняется вторжениями быстро трансформирующегося полярного воздуха, во-вторых, при стабилизации антициклона воздух оседает и динамически прогревается). Теплая тропосфера в антициклоне компенсируется холодной стратосферой, причем, тропопауза лежит на высотах 12-13 км.

Распространение субтропических антициклонов в высокие широты в значительной степени обусловлены вторжением воздушных масс с высокой тропопаузой и холодной стратосферой, характерной для низких широт.

Нисходящие движения в антициклоне удаляют воздух от состояния насыщения и обусловливают в антициклонических областях общее преобладание ясной погоды. Конденсация в антициклоне может быть вызвана преимущественно охлаждением воздуха от подстилающей поверхности или путем излучения, а также вследствие волновых процессов в атмосфере, поэтому она происходит в виде туманов, слоистых облаков и волнистых облаков под поверхностями инверсий. Летом, при отсутствии инверсий, в антициклонах могут наблюдаться конвективные облака.

Инверсии в антициклоне. Характерной особенностью в вертикальном распределении температуры воздуха в антициклонах является наличие инверсий (радиационные инверсии – как результат выхолаживания нижних слоев воздуха от подстилающей поверхности, и инверсии оседания – как результат нисходящих движений воздуха и динамического его нагревания в антициклоне).

Радиационные инверсии образуются преимущественно в ясные тихие ночи, особенно зимой. С приземными инверсиями часто связаны весенние и осенние заморозки. Большое значение в образовании приземных инверсий имеет рельеф местности. Холодный воздух, стекая вниз по неровностям рельефа, скапливается в котловинах, на дне долин, у подножия гор. Поэтому в горных районах приземные инверсии могут быть особенно сильными и мощными, обусловливая неоднородное распределение туманов и заморозков.

При стабилизации внетропического антициклона оседание воздуха, связанное с нижней дивергенцией трения (а зимой и с охлаждением и уплотнением нижних слоев воздуха) может достигать величины 1 км за сутки. Между оседающим воздухом верхних слоев и холодным воздухом нижних инверсии оседания могут иметь значительную мощность. Холодный подвижный антициклон превращается в теплый стационарный.

Таким образом, в устойчивых континентальных антициклонах к радиационным инверсиям присоединяются инверсии вышележащих слоев (инверсии оседания) – приземная инверсия может без разрыва перейти в инверсию оседания и в общем составить несколько километров по вертикали.

Под инверсиями оседания, нередко покрывающими большие районы, скапливаются пыль, частицы дыма и другие атмосферные частицы, переносимые снизу. Слои инверсии поэтому называют задерживающими слоями атмосферы. Под инверсией образуется высокий туман, который наблюдается как слоистые облака (St). Снижаясь, туман может достичь поверхности Земли.

В горах при антициклонической погоде нередко в долине пасмурно и холодно, на высотах, над инверсией – ясно и солнечно.

В слое инверсии поднимающийся воздух быстро выравнивает свою температуру со средою, и его подъемная сила исчезает. Появление кучевых облаков часто исключается существованием инверсий, либо малыми температурными градиентами. Поэтому конвекция над сушей в хорошо развитых антициклонах, содержащих инверсии оседания, развивается редко.

Если инверсия лежит выше уровня конденсации, то уже начавшие возникать облака мало развиваются по вертикали. Однако, при большой мощности и скорости восходящих движений воздуха они могут пробиться сквозь слой инверсии. Ночные приземные инверсии, придающие особую устойчивость нижнему слою атмосферы, вообще исключает возможность даже возникновения конвекции до тех пор, пока с восходом Солнца прогрев воздуха не приведет к разрушению инверсии.

Фронты в антициклоне. Ниже уровня трения антициклон является областью дивергенции скорости. Центр антициклона у поверхности Земли лежит в внутри холодного воздуха. В более высоких слоях атмосферы антициклон состоит из двух воздушных масс: здесь распределение температуры воздуха асимметрично: передняя часть антициклона холодная, тыловая – теплая (в отличие от антициклона, распределение воздушных течений в циклоне обусловливает в нем асимметричное распределение температуры воздуха как в значительной толще тропосферы, так и у поверхности Земли).

В центре антициклона у поверхности Земли фронты отсутствуют. Но, тем не менее, в антициклоне, при больших его размерах, у поверхности Земли даже в пределах одной и той же воздушной массы может существовать температурная асимметрия: в передней части антициклона ветры будут северной половины горизонта, в тыловой – южной, что допускает присутствие на периферии антициклона у поверхности Земли атмосферных фронтов. Линии фронта может также пересекать гребень по линии, примерно нормальной к его оси.

В случае промежуточного антициклона поверхность раздела между теплым и холодным воздухом в передней части холодной воздушной массы является холодным фронтом предыдущего циклона, в тыловой – теплым фронтом следующего циклона.

На южной периферии промежуточного антициклона фронт у поверхности Земли чаще представлен размытой переходной зоной.

В заключительном или стационарном антициклоне фронтальная поверхность у поверхности Земли может с ней не пересекаться, размываясь в нижних слоях воздуха.

В высоких слоях тропосферы вследствие асимметрии антициклона фронтальная поверхность находится в возмущенном состоянии, что указывает на взаимодействие воздушных масс при антициклогенезе. Фронтальные слои могут иногда располагаться и в центральной части антициклона.

Антициклон, как и циклон, является следствием волнообразования на фронте, но фронтальная поверхность в высоких слоях тропосферы в антициклоне связана с инверсией температуры, падением относительной влажности – конденсации вдоль этой поверхности не происходит, и значение ее для погоды гораздо меньшее, чем в циклоне.

Условия погоды в центре и на периферии антициклона. В центре антициклона в связи с нисходящими движениями воздуха преобладает малооблачная погода. При значительной влажности воздуха в холодную половину года под слоем инверсии оседания могут наблюдаться сплошные облака St и Sc. В любое время года в центральной части антициклона могут наблюдаться радиационные туманы.

На периферии антициклона по условиям погоды можно выделить 4 зоны: северную, южную, западную и восточную окраины.

Северная окраина антициклона непосредственно связана с теплым сектором циклона. В холодное время года здесь наблюдаются сплошная и значительная облачность слоистых и слоисто-кучевых облаков (St, Sc), слабые осадки, туманы.

Иногда здесь наблюдаются осадки из системы облаков As-Ns, связанных с теплым фронтом примыкающего циклона. Летом могут развиваться кучевые облака.

Южная окраина антициклона примыкает к северной части циклона. Здесь нередки облака верхнего яруса, иногда – среднего, причем, зимой из высоко-слоистых облаков (As op.) осадки в виде снега достигают Земли. При значительных градиентах давления отмечаются сильные ветры (например, типа новороссийской боры), метели.

Западная периферия антициклона, примыкающая к передней окраине циклона, отличается сильными ветрами, особенно, когда антициклон малоподвижен (блокирующий антициклон) и на его периферии создаются значительные градиенты температуры и давления.

Здесь характерны облака верхнего яруса (Ci), являющиеся признаками теплого фронта. В холодное полугодие нередко отмечаются слоистые и слоисто-кучевые облака (St, Sc), достигающие значительной вертикальной мощности, выпадают осадки. Летом при высоких температурах воздуха и значительной его влажности появляются облака вертикального развития, сопровождающиеся грозовой деятельностью.

Восточная окраина антициклона граничит с тыловой частью циклона. В неустойчивой воздушной массе летом и днем развиваются все виды кучевых облаков, с кучево-дождевыми облаками связаны ливневые осадки, грозы. Зимой преобладает безоблачная или малооблачная погода.

Итак, ясная и солнечная погода без осадков со слабыми ветрами в антициклоне летом благоприятствует быстрому созреванию сельскохозяйственных культур, а осенью – сбору урожая.

Однако, продолжительное стационирование антициклонов весной и летом в одном районе сопровождается засухой: гибнут посевы, горят леса. Весной на периферии антициклона нередко возникают губительные для посевов суховейные ветры. Зимой в районах антициклонов при низких температурах воздуха и отсутствии снежного покрова вымерзают озимые. Встречаются антициклоны и со сплошной облачностью, туманами, осадками, свежими ветрами.

Циклоны и антициклоны являются основным механизмом междуширотного теплообмена. Если бы не было такого теплообмена между низкими и высокими широтами, то на экваторе и в тропиках температура воздуха была бы на 10-20 °С выше, а в умеренных широтах ниже, чем наблюдающаяся в действительности. Именно циклоны и антициклоны обеспечивают перенос теплых и влажных воздушных масс воздуха с юга на север, а холодных и сухих – с севера на юг.