Метеорология и климатология (рус.)

В предшествующем изложении фронт схематически рассма­тривался как геометрическая поверхность разрыва. В действи­тельности фронт есть переходная зона между теплой и холодной воздушными массами. Температура на фронте не испытывает разрыва, а быстро меняется внутри зоны фронта. Это значит, что фронт характеризуется увеличенными горизонтальными гра­диентами температуры. Только внутри тропиков разности тем­ператур на фронте малы и главным признаком фронта стано­вится сходимость линий тока.

Мы уже знаем, что если есть горизонтальный градиент тем­пературы, достаточно совпадающий с горизонтальным бариче­ским градиентом, последний с высотой растет, а с ним растет и скорость ветра.

В действительных условиях фронты, как правило, не па­раллельны воздушным течениям. Ветер по обе стороны фронта имеет составляющие, нормальные к фронту; поэтому сами фронты не остаются в неизменном положении, а перемещаются.

Фронт может перемещаться либо в сторону более холодного воздуха, либо в сторону более теплого воздуха.

Если линия фронта перемещается по земной поверхности в сторону более холодного воздуха, это значит, что клин холод­ного воздуха отступает и освобождаемое им место занимает теплый воздух. Такой фронт называют теплым фронтом (рис. 4.31 а). Прохождение теплого фронта через место наблюде­ния приводит к смене холодной воздушной массы теплой воз­душной массой, следовательно, к повышению температуры и к определенным изменениям других метеорологических элементов. Если линия фронта перемещается в сторону теплого воздуха, это значит, что клин холодного воздуха продвигается вперед и теплый воздух перед ним отступает либо вытесняется вверх на­ступающим холодным клином.

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.

Как ни малы отклонения действительного ветра в свободной атмосфере от градиентного, именно они имеют решающее зна­чение для изменений атмосферного давления.

Атмосферное давление на каждом уровне, как мы знаем, равно весу вышележащего столба воздуха, т. е. пропорцио­нально массе воздуха в этом столбе. Убыль массы воздуха в ат­мосферном столбе над тем или иным пунктом приводит к паде­нию давления, увеличение массы воздуха — к росту давления.

Над любым уровнем в свободной атмосфере масса воздуха может меняться, между прочим, вследствие вертикальных дви­жений воздуха. При нисходящем движении часть воздуха будет уходить ниже данного уровня, и давление на этом уровне будет убывать. В случае восходящего движения наблюдается обратное.

В слое трения обнаруживается суточный ход скорости ветра, часто хорошо заметный не только при осреднении дан­ных наблюдений, но и в отдельные дни. У земной поверхности над сушей максимум скорости ветра наблюдается около 14 ча­сов, минимум — ночью или утром. Начиная примерно с высоты 500 м суточный ход обратный, с максимумом ночью и миниму­мом днем.

Амплитуда суточного хода скорости ветра над сушей — по­рядка половины средней суточной величины скорости. Особенно велика она летом в ясную погоду.

Над морем суточный ход скорости ветра незначителен. Ко­нечно, суточный ход часто перекрывается непериодическими из­менениями ветра, связанными с циклонической деятельностью.

Трение в атмосфере также является силой, которая сооб­щает уже существующему движению воздуха отрицательное ус­корение, т. е. замедляет движение, а также меняет его направ­ление.

В первом приближении силу трения в атмосфере можно счи­тать направленной противоположно скорости. Сила трения наи­более велика у самой земной поверхности. С высотой она убы­вает и на уровне около 1000 м становится незначительной по сравнению с другими силами, действующими на движение воз­духа. Поэтому начиная с этой высоты ею можно пренебречь. Высота, на которой сила трения практически исчезает (от 500 до 1500 м, в среднем около 1000 м), называется уровнем трения.

Нижний слой тропосферы, от земной поверхности до уровня трения, называется слоем трения или планетарным пограничным слоем.

Геострофический или градиентный ветер направлен, как мы уже знаем, по изобарам. Приблизительно по изобарам направ­лен и действительный ветер в свободной атмосфере.

Но если с высотой меняется направление изобар, то вместе с ним должно меняться направление ветра. Равным образом и скорость ветра будет меняться с высотой в зависимости от из­менения величины барического градиента.

Нам уже известно, что бариче­ский градиент получает с высотой дополнительную составляю­щую, направленную по температурному градиенту и пропорцио­нальную ему, а также и приросту высоты. Следовательно, и градиентный ветер получает с высотой дополнительную состав­ляющую скорости, направленную по изотерме (имеется в виду средняя изотерма всего рассматриваемого слоя атмосферы).