Фронты в атмосфере

В атмосфере постоянно создаются такие условия, когда две воздушные массы с разными свойствами располагаются одна подле другой и при этом разделены узкой переходной зоной — фронтом. В зоне фронта, при переходе от одной воздушной массы к другой, температура, ветра и влажность воздуха более или менее резко меняются.

В главе второй говорилось о главных фронтах в атмосфере, разделяющих воздушные массы основных географических типов. Рассмотрим теперь основные свойства фронтов.

Зона фронта всегда имеет какую-то ширину в горизонтальном направлении и какую-то толщину по вертикали. Однако и ши­рина, и толщина фронта очень невелики в сравнении с разме­рами разделяемых им воздушных масс. Поэтому, идеализируя действительные условия, можно представлять фронт как поверх­ность раздела между воздушными массами. В пересечении с зем­ной поверхностью фронтальная поверхность, очевидно, образует линию фронта, которую также кратко называют фронтом. При такой идеализации можно рассматривать фронт также и как поверхность разрыва, понимая под этим, что температура и неко­торые другие метеорологические элементы резко меняются в зоне фронта.

Очень важно то обстоятельство, что фронтальные поверх­ности проходят в атмосфере наклонно (рис. 4.28). Если бы обе воздушные массы были неподвижными, поверхность фронта ме­жду ними проходила бы горизонтально, параллельно горизон­тальным же изобарическим поверхностям; теплый воздух лежал бы при этом над холодным. Но, поскольку воздушные массы движутся, поверхность фронта может существовать и сохра­няться только при условии, что она наклонена к поверхности уровня и, стало быть, к уровню моря. При этом угол наклона за­висит от скоростей, ускорений и температур воздушных масс, а также от географической широты и от ускорения силы тяжести. Теория и опыт показывают, что углы наклона фронтальных поверхностей к земной поверхности очень малы, порядка угло­вых минут. Тангенс угла наклона называют просто наклоном фронта. Он имеет порядок величины от 0,01 до 0,001. Таким об­разом, фронты проходят в атмосфере очень полого. При удале­нии от линии фронта на несколько сотен километров фронталь­ная поверхность окажется всего на высоте нескольких километров. Но все же очень важно, что воздушные массы, разде­ляемые такой поверхностью, располагаются не только одна рядом с другой, но и одна над другой. При этом холодный воздух лежит под теплым воз­духом в виде узкого клина.

На чертежах угол наклона фронтальной поверхности по необходимости приходится пре­увеличивать.

 

Рис.  4.28.  Поверхность фронта  в  вер­тикальном разрезе.

 

С обеих сторон от поверхности фронта давление одинаково. Но при переходе из одной воздушной массы в другую, с другими температурами и скоростями, изобарические поверхности меняют свое направление, «ломаются». Это значит, что на поверхности фронта испытывают разрыв барические градиенты. Если иметь в виду основное уравнение статики, из которого следует, что барическая ступень в теплом воздухе больше, чем в холодном (и, стало быть, больше вертикальные расстояния между изоба­рическими поверхностями), то при геострофическом ветре в обеих воздушных массах возможны три основных типа распределения давления и ветра около поверхности фронта (рис. 4.29 и 4.30).

Из рис.4.29 видно, что, пересекая поверхности фронта, изо­барические поверхности прогибаются, принимая вид желобов, открытых вверх. Это распределение давления представляет собой ложбину в барическом поле — явную (случай I) или замаскиро­ванную (случаи II и III). Легко убедиться, что при этом ско­рости воздушных течений по обе стороны от линии фронта рас­пределяются следующим образом (рис. 4.30). Если холодный воздух находится на севере, а теплый на юге и, следовательно, поверхность фронта наклонена к северу, то трем случаям распре­деления давления соответствуют три таких случая распределения ветра:

1) западное течение в теплом воздухе и восточное в хо­лодном;

2) оба западных течения, причем в теплом воздухе более сильное;

3)  оба восточных течения, причем в холодном воздухе более сильное.

Фронты в атмосфере не существуют постоянно. Они воз­никают заново, обостряются, размываются, исчезают. Но условия для их образования всегда существуют в тех или иных частях атмосферы, и потому фронты являются не редкой случайностью, а по­стоянной, повседневной осо­бенностью атмосферы.

Обычный механизм об­разования фронтов (фронтогенеза) в атмосфере — это кинематический механизм: фронты возникают под влия­нием таких полей движения воздуха, которые сближают между собой воздушные час­тицы с различной темпера­турой (и другими свойства­ми). В определенной зоне горизонтальные градиенты температуры растут, что и означает образование резкого фронта, вместо постепенного перехода между воздушными массами. Аналогично уже суще­ствующие фронты могут размываться, т. е. превращаться в ши­рокие переходные зоны и сглаживаться.

Рис.  4.29.  Типы  распределения  давления  вблизи  фронтальной поверхности в вертикальном разрезе.

Тонкие линии — изобарические поверхности, жирная линия — фронтальная поверхность.

 

 

Рис. 4.30. Типы распределения ветра по обе стороны фронта в горизонтальной плос­кости, соответствующие трем типам распределения давления рис. 4.29

Фронты могут в некоторых случаях возникать и под непо­средственным тепловым влиянием подстилающей поверхности, например вдоль кромки льдов или на границе снежного покрова. Но этот механизм образования фронтов имеет малое значение в сравнении с кинематическим фронтогенезом.

***** вы хотите быть в курсе последних новинок технологий и техники? Нет ничего проще! С VIDOpro - это не составит никакого труда. Мы знаем все и обо всем!



Актуальні новини від Рівненського порталу OGO.ua