Фронты в атмосфере. Циклоны, антициклоны.
Лекция 8. Фронты в атмосфере. Циклоны, антициклоны.
Прогноз погоды
Фронт (фронтальная зона) - это полоса перехода между двумя воздушными массами с различными свойствами, шириной в несколько десятков километров и длиной в тысячи километров. От пересечения с земной поверхностью - линии фронта, эта полоса находится под очень малым углом (доли градуса) к земле и прослеживается на высоте в несколько километров. Теплая воздушная масса находится над холодной. Главные фронты разделяют основные типы масс воздуха в географических зонах. Это арктические, полярные и тропические фронты. Выделяются также фронты, которые разделяют массы, отличающиеся по температуре. Теплый фронт - при движении теплого воздуха на холодный. Холодный фронт - более холодная масса воздуха клином продвигается под теплую.
Теплая воздушная масса, надвигаясь на холодную, постепенно поднимается, водяной пар в ней начинает конденсироваться, образуя облака и осадки. В передней части фронта, в самой его верхней части формируются и двигаются перистые облака (Ci,), за ними - перисто-слоистые (Cs), высокослоистые (As) и, ниже всех, слоисто-дождевые (Ns) с обложными осадками малой интенсивности в полосе перед фронтом на протяжении нескольких сотен километров. Таким образом, по смене облаков возможно предсказание изменений погоды.
Холодный воздух при холодном фронте активно вытесняет теплый вверх, быстро образуются облака вертикального развития - кучевые (Cu, Ac), кучево-дождевые (Cb), которые дают ливневые осадки, град при резком усилении ветра.
Огромные волны в атмосфере возникают в воздушных массах по обе стороны от фронта и вызывают образование атмосферных вихрей с областями низкого давления - это циклоны (на синоптической карте центр их обозначается буквой Н) и с областями высокого давления - антициклоны ( В ).
Циклон развивается на атмосферных фронтах, в него вовлекаются обе воздушные массы, разделяемые фронтом. Большинство циклонов возникает на полярных фронтах.
Сначала на фронте возникают волны из-за различий в отклонениях направления движения масс на разных участках. Более теплая масса вторгается в холодную, образуя теплый фронт. За теплой массой наступает холодная, возникает холодный фронт. Волна развивается, в ней формируется вращательное движение воздуха вокруг центра с наименьшим давлением, которое направлено в северном полушарии против часовой стрелки. В центре преобладают восходящие потоки и давление продолжает понижаться. Размер хорошо развитого циклона в поперечнике достигает 3 тыс. км. Циклон перемещается по направлению распространения теплой воздушной массы со скоростью 400-800 км в сутки летом и до 1000 км/сут - зимой. Скорость второго, холодного, выше, между двумя фронтами в циклоне расстояние постепенно сокращается, через несколько дней он догоняет теплый фронт и образуется сложный фронт смыкания - окклюзии. На этом заканчивается развитие циклона, он начинает разрушаться. С момента образования циклона до его разрушения проходит обычно несколько суток.
Погода в циклоне неоднородна и зависит от его части. Вообще, при прохождении циклона усиливается ветер и постепенно меняется его направление, увеличивается облачность и
Рекомендуемые материалы
осадки. Если циклон проходит над каким-то районом южной частью, то ветер меняется с южного на юго-западный и северо-западный; если северной частью - то - с юго-восточного на восточный и северо-восточный, затем - северный. В передней части циклона преобладают ветры южной составляющей, в тыловой - северной. С этим связаны колебания температуры воздуха (в юго-восточной части она повышается, в северо-западной - наблюдается похолодание, облаков становится меньше). В передней части циклона осадки обложные, выпадающие из облаков теплого фронта, в тыловой – ливневые, характерные для кучево-дождевых облаков холодного фронта.
Между циклонами возникают антициклоны. Их размеры и скорости сходны с характерными для циклонов. В заключительной стадии развития антициклоны становятся малоподвижными и сохраняются дольше, чем циклоны. Это особенно заметно зимой над материками умеренных широт, прежде всего - над Азией (сибирский антициклон). В субтропиках неподвижные антициклоны наблюдаются над океанами (азорский максимум). Подвижные антициклоны часто образуются в Арктике и спускаются в умеренные широты, обусловливая похолодания.
В антициклоне фронтов нет, давление к центру увеличивается, воздух движется от центра по часовой стрелке в северном полушарии. В центре антициклона воздух опускается и нагревается, поэтому погода на территории им занимаемой сухая и ясная. Летом возможны атмосферные засухи, зимой - глубокие приземные инверсии.
Погода и её прогноз.
Погода - это непрерывно меняющееся состояние атмосферы. В конкретный момент в данном месте погода характеризуется совокупностью значений метеорологических показателей и отличается большим разнообразием и изменчивостью. Различают периодические и непериодические изменения погоды. Периодические - это изменения, обусловленные суточным и годовым ходом метеорологических величин, то есть изменения, которые зависят от суточного вращения земли и годового обращения вокруг Солнца. Непериодические изменения погоды обусловлены переносом воздушных масс, которые нарушают закономерности суточного и годового хода метеорологических показателей. Например, при пере-ходе от весны к лету происходит постепенное потепление, которое может быть нарушено резким похолоданием в результате вторжения арктического воздуха и днем может быть холоднее, чем ночью. Этим нарушается суточный ход температур, а, если похолодание устойчивое, то нарушается и годовой ход. Таким образом, погода зависит от времени суток, времени года и от свойств воздушных масс над данным районом.
Прогнозирование погоды основано на анализе физических процессов в атмосфере в конкретный период с учетом их направленности в пространстве и интенсивности во времени. Анализ проводится по синоптическим картам.
Cиноптическая карта (от греческого sinoptikos – обозримый одновременно) дает представление о состоянии погоды в конкретный момент на большой территории. Синоптическая карта - это географическая карта, на которой нанесены условными обозначениями метеорологические станции с их номерами и данные наблюдений (давление, температура воздуха, осадки, направление и скорость ветра, облачность и др.).
В каждой стране имеется государственная сеть метеорологических станций. Станции расположены по возможности равномерно в местах, характерных для районов. На всех станциях в определенные часы суток проводятся наблюдения за метеорологическими элементами, с использованием однотипных приборов и по единой методике. Таким образом создана единая метеорологическая сеть на Земном шаре, которая позволяет изучать географическое распределение метеорологических элементов и сравнивать состояние погоды и климата в различных районах.
Бесплатная лекция: "9 Застройка набережных рек и акваторий" также доступна.
Данные, полученные на метеостанциях, наносят на карту 4 раза в сутки и более, и по ним устанавливается фактическое состояние атмосферы в момент наблюдений. Последовательное сопоставление карт позволяет определить направление и скорость перемещения воздушных масс (и их трансформацию), циклонов и антициклонов, фронтов и связанных с ними изменений погоды.
На основании анализа карт и составляется прогноз погоды, называемый синоптическим. Краткосрочный (до 3 суток) прогноз составляется по картам текущих наблюдений. При этом предполагается, что в течение некоторого промежутка времени атмосферные процессы будут происходить с теми же скоростями, какие наблюдались ранее. Такая экстраполяция уточняется с учетом многолетнего анализа связей между атмосферными процессами. Поскольку количественно все взаимодействия учесть невозможно даже с использованием компьютерной техники, прогнозы не всегда оправдываются, возможны ошибки.
Еще более сложной является задача долгосрочных прогнозов - на неделю, месяц, сезон. Они составляются по результатам многолетних наблюдений с учетом аналогов погодных процессов, наблюдаемых ранее, и их повторяемости. Долго-срочные прогнозы еще менее точны, так как даже небольшие различия в начале развития атмосферных процессов могут вызвать совершенно иное их течение, по сравнению со средними многолетними.
С 40-х годов проводятся наблюдения на различных высотах (аэрологические) и составляются высотные карты, характеризующие состояние слоев свободной атмосферы, изменение воздушной массы с высотой. Используются данные спутниковой информации, которая особенно важна для областей над океанами, где нет метеостанций.
Служба погоды в России существует почти 130 лет. Она была создана для предупреждения флота о штормах. В настоящее время Гидрометеорологический центр России составляет прогнозы погоды для страны и мира. Краткосрочные оправдываются примерно на 85%, долгосрочные - на 65%. Авиационные метеостанции ежесуточно дают более 17 тыс. прогнозов по маршрутам полетов.
Создана Всемирная служба погоды для обмена информацией о погоде и прогнозах на Земном шаре. Все данные наблюдений передаются в мировые центры: Москву, Вашинг-тон, Мельбурн и – в 25 региональных центра.
