Каждый из нас, уточняя прогноз погоды, часто слышал, что в связи с
прохождением атмосферного фронта ожидается похолодание, осадки или
сильный ветер. Но что такое атмосферный фронт и как он
возникает?История открытия атмосферных фронтовАтмосферу Земли
составляют огромные объемы воздуха (их горизонтальные масштабы
составляют тысячи километров), называемые воздушными массами.
Существует четыре их типа: экваториальный, тропический, умеренный и
арктический в Северном полушарии или антарктический в Южном. Внутри
воздушных масс основные метеорологические параметры, такие как
температура и влагосодержание, изменяются незначительно, однако на
границах между ними эти параметры могут меняться кардинально:
например, на расстоянии несколько сотен километров температура
может изменяться не на 12 C, а на 1015 C.Зоны раздела между
воздушными массами получили название атмосферных фронтов. Понятия
воздушная масса, атмосферный фронт, циклон и антициклон были
введены в практику прогноза погоды в начале XX века школой
норвежских ученых, которая базировалась в Метеорологическом
институте города Бергена в Норвегии. Возглавлял эту школу
выдающийся метеоролог-синоптик Вильгельм Бьеркнес, взявший под
крыло норвежских и шведских молодых ученых-метеорологов, которые и
ввели в синоптическую метеорологию понятие фронтального
анализа.Потребность в более точных прогнозах была обусловлена
историческими событиями, а именно Первой мировой войной, когда в
военных операциях стали использовать авиацию. Тогда норвежские
синоптики начали активнее изучать строение атмосферы и то, с чем
связаны опасные природные явления, почему образование облаков и
интенсивное выпадение осадков происходят не везде и не всегда и как
это связано с атмосферной циркуляцией и атмосферными вихрями. И они
обнаружили такие синоптические объекты, как воздушные массы и
атмосферные фронты, чье перемещение тесно связано с атмосферными
вихрями, зонами пониженного и повышенного давления, циклонами и
антициклонами.Поскольку эти открытия были сделаны практически сразу
после Первой мировой войны, то и терминология была заимствована из
военной сферы: появились названия атмосферный фронт и зона
столкновения воздушных масс, и даже картографические обозначения
фронта, которые были введены в практику прогноза погоды известным
шведским ученым Туром Бержероном, также работавшим в группе в
Бергене, были очень похожи на военные и те и другие выделялись на
картах красным и синим цветом.Образование атмосферного
фронтаВоздушные массы всегда присутствуют в атмосфере и обладают
разными свойствами: в течение года экватор и полюс имеют разную
температуру, и тепло на нашей планете распределено неравномерно.
Зона раздела между воздушными массами носит название
климатологического фронта. Фронты могут перемещаться,
активизироваться, размываться и даже исчезать, и на них могут
возникать волны изгибы пограничной линии, которые также
перемещаются.Фронт разделяет более теплый и более холодный воздух,
и может приходить как холодная воздушная масса, так и теплая.
Теплый фронт образуется, когда теплая воздушная масса занимает те
пространства, которые раньше были захвачены холодным воздухом, и
при его прохождении наступает потепление. Если происходит
перемещение холодной воздушной массы и наблюдается похолодание, то
мы имеем дело с холодным фронтом.Внимание синоптиков заострено в
первую очередь на атмосферных фронтах: именно с прохождением фронта
связаны резкие изменения условий погоды, опасные природные явления,
такие как грозы, шквалы, выпадение града, образование гололеда, и,
наконец, выпадение интенсивных, а иногда и достаточно
продолжительных атмосферных осадков, информация о которых особенно
важна для сферы экономики и транспорта, которые сильно зависят от
погодных условий.Какие атмосферные осадки образуются на фронте и
почему? Как я уже сказала, фронт разделяет теплый и холодный
воздух. Мы все знаем, что более теплый воздух имеет меньшую
плотность, а значит, он более легкий и потому будет подниматься, а
тяжелый воздух имеет, наоборот, тенденцию опускания. При подъеме
воздух начинает охлаждаться, и в нем происходит конденсация
водяного пара формируются облака, и при определенных условиях из
них выпадают осадки.Теплый атмосферный фронтНа теплом и холодном
фронте подъем теплого воздуха происходит по-разному, поэтому и
облака и осадки тоже оказываются разными. В случае теплого фронта
теплый воздух натекает на клин холодного воздуха и начинает
медленно подниматься вдоль этого клина, совершая восходящее
скольжение. Подъем происходит на огромных пространствах, поскольку
зоны раздела между воздушными массами имеют протяженность тысячи
километров. И при таком спокойном, медленном, крупномасштабном
подъеме образуется слоистообразная облачность: перисто-слоистые
облака (они самые высокие и возникают на высоте более 5
километров), высокослоистые облака и слоисто-дождевые облака все
вместе они образуют гигантскую облачную систему. Ее протяженность
по горизонтали достигает несколько тысяч километров, по ширине зона
облачности в районе теплого фронта появляется где-то за 900
километров до момента прохождения фронта.Перед теплым фронтом самые
первые появляются перистые когтевидные облака, и если вы увидели их
на небе, то надо готовиться к серьезному ухудшению погоды, потому
что вслед за ними пойдут перисто-слоистые облака, сопровождающиеся
таким интересным атмосферным явлением, как гало, а дальше появятся
облака высокослоистые и слоисто-дождевые, из которых долгое время,
порядка 10 часов, будут выпадать обложные осадки. Таким образом, с
теплым фронтом связано продолжительное ненастье. После его
прохождения, когда приходит более теплая воздушная масса, обложные
осадки прекращаются. Однако погода сразу не улучшается: настолько
большая облачная система мгновенно разрушиться не может. Поэтому
появляются слоисто-кучевые облака, и часто образуются туманы.
Холодный атмосферный фронтНа холодном фронте все происходит совсем
не так. Наступающий холодный воздух, как более тяжелый, опускается,
и по характеру своего перемещения он похож на надвигающуюся
гусеницу трактора. Опускаясь, он выталкивает более теплый воздух
вверх, и это происходит очень интенсивно. В результате воздух
поднимается очень быстро, и образуются облака в виде башен. Они
носят название кучево-дождевых облаков и распространяются до
больших высот, на всю тропосферу могут иметь высоту 1012
километров. Из этих кучево-дождевых облаков выпадают ливневые
осадки, очень интенсивные, но кратковременные.С холодным фронтом
связаны так называемые заряды: проходят интенсивные осадки, дождь
или снег, затем наступает кратковременное прояснение, и за ним идет
следующая линия осадков. Поскольку происходит интенсивное
выталкивание теплого воздуха, подобные процессы могут
сопровождаться порывами ветра. Поэтому с холодным фронтом часто
связаны шквалы, резкое усиление ветра со скоростями, иногда
достигающими штормовых и даже ураганных, 15 метров в секунду и
более.Кроме того, с кучево-дождевыми облаками связана грозовая
деятельность, выпадение града и интенсивных осадков. Поэтому на
приближении холодного фронта всегда заострено внимание синоптиков,
чтобы можно было успеть дать штормовое предупреждение и прогноз о
возможных опасных природных явлениях.Фронт окклюзииСуществует
третий тип фронта. За счет того, что холодный воздух опускается и
передвигается вперед, холодный фронт движется быстрее, чем теплый,
а значит, он может его нагнать. Если это происходит, облачные
системы обоих фронтов смыкаются, и возникает так называемый фронт
окклюзии, который обусловливает самые длительные и интенсивные
осадки, часто сопровождающиеся опасными явлениями.Также с фронтом
окклюзии связаны неприятные для авиации последствия. Дело в том,
что кучево-дождевые облака, которые образуются при холодном фронте
и с которыми связаны опасные природные явления, прячутся в массиве
слоистообразных, образующихся при теплом фронте, такое явление
называется замаскированной конвекцией. Невооруженным взглядом эти
облака не видно, их можно обнаружить только при помощи
радиолокаторов. Поэтому с приближением фронта окклюзии всегда
дается предупреждение для взлета и посадки самолетов, и очень часто
они могут закрываться. Если по прогнозу погоды вы видите, что
приближается фронт окклюзии, а вы собрались куда-то лететь, то
нужно быть готовым к тому, что рейсы могут быть отложены в связи с
неблагоприятными погодными условиями.Таким образом, приближение
атмосферного фронта связано с изменениями погоды и опасными
явлениями, поскольку происходит столкновение воздушных масс,
взаимодействие теплого и холодного воздуха, которое сопровождается
образованием облаков и осадками.Обнаружение атмосферных фронтов
одна из главных задач синоптиков, но, несмотря на это, до сих пор
не существует моделей, самостоятельно предсказывающих появление
атмосферных фронтов. Поэтому это остается прерогативой именно
человека и является основной частью синоптического анализа.
