Атмосферные фронты. Погодные условия при прохождении атмосферных фронтов

Погода внутри одной и той же воздушной массы изменяется очень медленно вследствие однородности физических свойств воздуха внутри массы, но на границе теплой и холодной воздушных масс погода изменяется резко, скачкообразно из-за большой разницы их физических свойств. Например, температура воздуха в двух пунктах, расположенных на расстоянии 100 км один от другого в пределах однородной воздушной массы, может различаться всего лишь на 1—2°, а на границе двух воздушных масс скачок температуры может доходить до 10° и более.

Переходная зона, разделяющая две воздушные массы, в которой происходит резкое изменение погоды, называется атмосферным фронтом, или просто фронтом. Не следует думать, что фронт представляет собой геометрическую плоскость, четко разделяющую две воздушные массы. На самом деле фронт — это воздушная зона, ширина которой у поверхности земли составляет от нескольких километров до десятков километров. В верхних слоях ширина зоны фронта обычно гораздо больше, она может доходить до 200—400 км и более. По вертикали фронтальная зона простирается на высоту воздушных масс, которые она разделяет, то есть обычно на несколько километров.

Фронтальная поверхность, разделяющая теплую и холодную воздушные массы, всегда располагается не вертикально, а наклонно к земной поверхности, так что под поверхностью раздела, у земли, лежит в виде клина более плотный холодный воздух, а над ним располагается теплый (рис. 1, фиг. А). Угол наклона поверхности раздела к горизонту очень мал, составляя лишь доли градуса. На схемах теплого и холодного фронтов, подобных изображенным на рис. 1, фиг. А, Б, В, угол наклона фронтальной поверхности всегда дается для удобства изображения в искаженном, преувеличенном масштабе. Линия пересечения фронтальной поверхности с поверхностью земли называется линией фронта.

Фронты не остаются неподвижными на поверхности земли, перемещаясь вместе с теми воздушными массами, которые ими разделяются. Скорость перемещения фронтов составляет обычно около 30—40 км в час, или около 700—900 км в сутки. Погода в пределах зоны фронта бывает ненастной.

Атмосферные фронты в зависимости от направления их движения делятся на теплые и холодные.

Теплый фронт движется от теплой воздушной массы к холодной. При прохождении теплого фронта теплый воздух как бы наступает и теснит холодный воздух, который отступает, освобождая занятое им пространство для теплого воздуха.

Теплый воздух натекает на лежащий под ним в виде клина холодный воздух, медленно и спокойно скользит вверх по нему и вследствие поднятия и расширения охлаждается. Водяной пар, содержащийся в нем, в результате охлаждения сгущается и образует облака. На рис. I, фиг. А схематически изображен вертикальный разрез теплого фронта, стрелками показано направление его перемещения. Перед прохождением теплого фронта наблюдатель будет находиться, очевидно, в районе, занятом холодной воздушной массой с характерными для нее условиями погоды — кучевой облачностью Днем и ясным небом ночью. При приближении теплого фронта еще в 700—800 км впереди линии фронта появляются перистые облака, плывущие на большой высоте (от 7 до 10 км). Они имеют вид нежных, топких, шелковистых полос или нитей белого цвета, иногда похожих на перья. Перистые облака не бросают тени на землю, солнце сквозь них свободно просвечивает. Движение этих облаков почти незаметно, и они кажутся неподвижными. Осадки из них не выпадают. Перистые облака — первые предвестники приближающегося теплого фронта, и показываются они примерно за сутки (иногда лишь за 10—12 часов) до прохождения линии фронта.

Однако одно только появление перистых облаков не может еще служить признаком того, что фронт с его ненастной погодой обязательно пройдет через пункт, где находится наблюдатель. Лишь дальнейшее закономерное развитие облачных форм и определенная последовательность, с которой они друг друга сменяют, могут подтвердить приближение теплого фронта. Развитие это заключается в том, что по мере приближения теплого фронта тонкие и высокие перистые облака постепенно сменяются все более плотными и низкими облачными образованиями. Перистые облака довольно быстро переходят в перисто-слоистые, представляющие собой тонкую полупрозрачную белесоватую пелену. Перисто-слоистые облака постепенно уплотняются и превращаются в высоко-слоистые, сквозь которые солнце еще слабо просвечивает в виде затуманенного диска, а затем и в плотные слоисто-дождевые, образующие однородный бесформенный темно-серый покров, закрывающий все небо. Из этих облаков идет обложной дождь, продолжающийся долго, иногда весь день. Под пологом слоисто-дождевых облаков проносятся низкие, темные и мрачные разорванно-дождевые облака с разорванными краями. Наконец проходит «линия фронта», то есть фронтальная зона шириной 10—15 км, а за ней надвигается и теплая воздушная масса. Во время прохождения линии фронта все элементы погоды резко изменяются: температура значительно повышается, ветер несколько меняет свое направление, а иногда и силу, поворачивая чаще всего вправо, дождевые облака сменяются типичными для теплой массы слоистыми, поэтому обложные дожди прекращаются и вместо них могут идти только слабые осадки или морось. Если же теплый воздух недостаточно влажен, то могут быть и значительные прояснения.

Кроме характерного чередования форм облачности, признаком приближения теплого фронта является также понижение давления, «барометр начинает падать» — хорошо известный всем признак ухудшения погоды. Понижение давления на величину порядка 0,1 мб (миллибар — единица измерения атмосферного давления, равная 1000 дин на 1 кв. см. В настоящее время этой единицей обычно пользуются в метеорологии: 1 мб — 0,75 мм рт. ст., следовательно, 750 мм. рт. ст. = = 1000 мб, 1 мм рт. ст. = 1;333 мб. Нормальное давление на уровне моря (760 мм) равно 1013 мб) и более в час объясняется, в частности, тем, что, как видно из рис. 1, фиг. А, с приближением теплого фронта слой холодного плотного воздуха становится постепенно все тоньше и тоньше за счет увеличения толщины слоя сменяющего его более легкого теплого воздуха. После прохождения линии фронта падение давления прекращается совсем или значительно замедляется.

Холодный фронт движется от холодной воздушной массы к теплой. При прохождении холодного фронта холодный воздух «наступает» и теснит теплый.
В зависимости от скорости движения различают два вида холодных фронтов: холодный фронт первого рода, когда холодный воздух наступает сравнительно медленно, и холодный фронт второго рода, сопровождающийся бурным натиском холодного воздуха.

В холодном фронте первого рода холодный воздух продвигается вперед в виде тупого клина (рис. 1, фиг. Б) и оттесняет теплый воздух вверх. Быстрый подъем теплого воздуха приводит к появлению непосредственно перед фронтом кучево-дождевых облаков, из которых выпадают ливневые осадки, часто сопровождающиеся грозами.

В отличие от обособленных кучевых и ливневых облаков, образующихся днем внутри однородной холодной воздушной массы, перед линией холодного фронта кучево-дождевые облака движутся сплошным валом. За линией фронта теплый воздух поднимается вдоль фронтальной поверхности спокойно, и после прохождения линии фронта кучево-дождевые облака сменяются слоисто-дождевыми, из которых выпадают обложные осадки. Затем появляются высоко-слоистые и перисто-слоистые облака, осадки прекращаются, и, наконец, наступает прояснение. Таким образом, формы облаков при прохождении холодного фронта первого рода сменяются в обратном порядке по сравнению с теплым фронтом. Кроме того, при приближении теплого фронта первые его предвестники в виде перистых облаков появляются примерно за сутки до его прохождения, а при приближении холодного фронта первого рода характерные для него кучево-дождевые облака появляются непосредственно около линии фронта. Поэтому заблаговременный прогноз погоды по местным признакам, связанным с прохождением холодного фронта первого рода, труден.

После прохождения фронта давление резко растет, а температура воздуха понижается. Ветер при прохождении фронта усиливается и становится порывистым, за фронтом его направление обычно меняется, и он поворачивает вправо, скорость ветра уменьшается.

В холодном фронте второго рода (рис. 1, фиг. В) передняя часть клина холодного воздуха круче, чем в холодном фронте первого рода, и обычно имеет выпуклость, обращенную в сторону теплого воздуха. Теплый воздух вытесняется вверх более бурно, нежели в случае холодного фронта первого рода, и образует мощные кучевые и ливневые облака. В результате бурного вытеснения теплого воздуха возникает нисходящее движение его вдоль верхней части клина холодной воздушной массы. Вследствие этого облака за линией фронта не образуются, не бывает и обложных осадков. Зато впереди линии фронта, примерно за 200 км от него и за 3— 4 часа до его прохождения, появляются перисто-кучевые и высококучевые облака — верные предвестники холодного фронта второго рода. Прохождение фронта сопровождается бурной, резко меняющейся погодой со шквалами, грозами, ливнями, кратковременными прояснениями, быстрым похолоданием и резким поворотом ветра. Давление после прохождения фронта быстро повышается.