Moryak.biz - Морской образовательный портал    Главная
Начальная
страница
 Фотоальбом
Ваши
фото
 Образование
Наши
разделы
 Крюинги
Каталог
крюингов
 Файлы
Программы
книги
 Каталог судов
Социальная
сеть
 Форум
Наш
форум

 Морской портал - программы, книги, форум для моряков

 Главное меню
· Главная

Образование
· Навигация
· Управление и маневрирование судном
· ГМССБ
· МППСС
· Мореходная астрономия
· Теория устройства судна
· Морские узлы
· Технические средства судовождения
· Технология морских перевозок
· Навигационная метеорология
· Морской терминологический справочник (рус.-англ.)
· Неотложная помощь в море

Файлы
· Книги
· Программы
· Видео

· Каталог крюинговых компаний
· Ссылки

· Форум
· Каталог судов 
· Фотоальбом
· Контакты

 Поиск по сайту



 Реклама



 Наши друзья


Атмосферные фронты



Атмосферные фронты. Классификация фронтов
Неравномерное нагревание земной поверхности и нижних слоев атмосферы является причиной возникновения горизонтальных градиентов температуры. Особенно большие горизонтальные градиенты температуры воздуха создаются между высокими и низкими широтами. Вследствие горизонтального переноса теплые и холодные воздушные массы могут сближаться друг с другом или, наоборот, удаляться друг от друга.
При сближении воздушных масс, имеющих различные характеристики, в зоне их сближения увеличиваются горизонтальные градиенты температуры воздуха, влажности, давления, возрастает скорость ветра. Наоборот, при удалении воздушных масс друг от друга градиенты метеорологических величин и скорости ветра уменьшаются. Зоны в тропосфере, в которых происходит сближение воздушных масс с различными характеристиками называются переходными зонами или фронтальными поверхностями.
Понятие фронтов и фронтальных поверхностей было введено в метеорологическую литература и практику в 1918 г. Я. Бьеркнесом (Бергенская школа в Норвегии), который показал, что распределение метеорологических элементов во внетропических циклонах скорее прерывное, чем непрерывное. Бьеркнес нашел, что поверхность разрыва имеет небольшой наклон, причем, холодный (более плотный) воздух образует клин под теплым (менее плотным) воздухом.
В дальнейших исследованиях понятие фронтов было расширено – подчеркивалась их роль как существенных звеньев в общей циркуляции атмосферы высоких и средних широт.
На существование фронтальных зон и их роль в образовании атмосферных вихрей указывал еще в середине прошлого века адмирал Фицрой (1863 г.). Он предполагал, что развитие атмосферных процессов происходит бурно и сопровождается образованием вихрей в тех районах, где встречаются холодные массы воздуха, идущие с севера, и теплые массы воздуха, идущие с юга. Подобная мысль была еще раньше (1837 г.) высказана Дове. Однако, эти предположения не были восприняты с должным вниманием.
Фактически в 1878-1879 гг. ученые Ли и Кеппен выявили характерные признаки того важного явления, которое мы теперь называем холодным фронтом. Но частью последовательной научной системы это понятие стало лишь с 1918 г., когда оно вновь было открыто Бергенской школой.
Теплый фронт долгое время ускользал от внимания метеорологов. И только после 60-ти лет составления синоптических карт в 1918 г. теплый фронт был открыт Бергенской школой и изучена его структура.
Итак, “фронтальная поверхность” – это наклонная поверхность или зону перехода, разделяющую воздушные массы с различными свойствами, в том числе, с различной плотностью.
Проекция фронтальной поверхности на приземную синоптическую карту называется атмосферным фронтом, на карты барической топографии –высотной фронтальной зоной.
Атмосферными фронтами, или просто фронтами, называются переходные зоны между двумя различными воздушными массами. Переходная зона начинается от поверхности Земли и простирается вверх до той высоты, где различия между воздушными массами стираются. Обычно в зависимости от времени года и широты места они прослеживаются до высоты 9—12 км.
Ширина переходной зоны у поверхности Земли не превышает 100 км.
В переходной зоне — зоне соприкосновения воздушных масс — наблюдаются резкие изменения значений метеорологических элементов (температуры, влажности). Здесь наблюдается значительная облачность, выпадает больше всего осадков, происходят наиболее интенсивные изменения давления, силы и направления ветра.
В зависимости от направления перемещения теплых и холодных масс воздуха, расположенных по обе стороны от переходной зоны, фронты делят на теплы и холодные. Фронты, которые мало изменяют свое положение, называют малоподвижными. Особое положение занимают фронты окклюзии, образовавшиеся при смыкании теплого и холодного фронтов. Фронты окклюзии могут быть по типу как холодного, так и теплого фронтов. На картах погоды фронты проводятся либо цветными линиями, либо в виде условных обозначений. Подробно о каждом из этих видов фронтов будет сказано ниже.
Теплый фронт
Если фронт движется так, что холодный воздух отступает, уступая месту теплому воздуху, то такой фронт называется теплым. Теплый воздух, продвигаясь вперед, не только занимает пространство, где раньше находился холодный воздух, но и поднимается вверх вдоль переходной зоны. По мере подъема теплый воздух охлаждается, водяной пар, находящийся в нем, конденсируется. В результате этого образуются облака (рис. 2.1.3.).
Теплый фронт на вертикальном разрезе и на карте погоды
Рис. 2.1.3. Теплый фронт на вертикальном разрезе и на карте погоды.
 
На рис 2.1.3 показаны наиболее характерная облачность, осадки и воздушные течения теплого фронта. Первым признаком приближения теплого фронта будет появление перистых облаков (Ci). Давление при этом начнет падать. Через несколько часов перистые облака, уплотняясь, переходят в пелену перисто-слоистых облаков (Cs). Вслед за перисто-слоистыми облаками натекают еще более плотные высоко-слоистые облака (As), постепенно становящиеся не просвечиваемыми луной или солнцем. Давление падает при этом сильнее, а ветер, несколько поворачивая влево, усиливается. Из высоко-слоистых облаков могут выпадать осадки, особенно зимой, когда они по пути не успевают испариться.
Через некоторое время эти облака переходят в слоисто-дождевые (Ns), под которыми обычно бывают разорванно-дождевые (Fr nb) и разорванно-слоистые (St fr). Осадки из слоисто-дождевых облаков выпадают более интенсивно, видимость ухудшается, давление быстро падает, ветер усиливается, часто принимает порывистый характер. При пересечении фронта ветер резко поворачивает вправо, падение давления прекращается или замедляется. Осадки могут прекратиться, но обычно они лишь ослабевают и переходят в моросящие. Температура и влажность воздуха постепенно повышаются.
Трудности, которые могут встретиться при пересечении теплого фронта, связаны в основном с длительным пребыванием в зоне плохой видимости, ширина которой колеблется от 150 до 200 миль. Необходимо знать, что условия плавания в умеренных и северных широтах при пересечении теплого фронта в холодную половину года ухудшаются вследствие расширения зоны плохой видимости и возможного обледенения.
Холодный фронт
Холодным фронтом называется фронт, перемещающийся в сторону теплой воздушной массы. Различают два основных типа холодных фронтов:
Холодный фронт первого рода на вертикальном разрезе, и на карте погоды
Рис. 2.1.4. Холодный фронт первого рода на вертикальном разрезе, и на карте погоды.
 
1) холодные фронты первого рода—медленно движущиеся или замедляющиеся фронты, которые чаще всего наблюдаются на периферии циклонов или антициклонов;
2) холодные фронты второго рода — быстро движущиеся или перемещающиеся с ускорением, они возникают во внутренних частях циклонов и ложбин, перемещающихся с большой скоростью.
Холодный фронт первого рода. К холодному фронту первого рода, как было оказано выше, относится медленно движущийся фронт. В этом случае теплый воздух медленно восходит вверх по вторгающемуся под него клину холодного воздуха (рис. 2.1.4).
Вследствие этого над зоной раздела образуются сначала слоисто-дождевые облака (Ns), переходящие на некотором расстоянии от линии фронта в высоко-слоистые (As) и перисто-слоистые (Cs) облака. Осадки начинают выпадать у самой линии фронта и продолжаются после его прохождения. Ширина зоны зафронтальных осадков составляет 60—110 миль. В теплое время года в передней части такого фронта создаются благоприятные условия для образования мощных кучево-дождевых облаков (Сb), из которых выпадают ливневые осадки, сопровождаемые грозами.
Холодный фронт второго рода на вертикальном разрезе и на карте погоды
Рис. 2.1.5. Холодный фронт второго рода на вертикальном разрезе и на карте погоды.
 
Давление перед самым фронтом сильно падает и на барограмме образуется характерный “грозовой нос”— острый пик, обращенный книзу. Ветер перед самым прохождением фронта поворачивает к нему, т. е. делает поворот влево. После прохождения фронта давление начинает расти, ветер круто поворачивает вправо. Если фронт располагается в хорошо выраженной ложбине, поворот ветра иногда достигает 180°, например, южный ветер может смениться северным. С прохождением фронта наступает похолодание.
На условия плавания при пересечении холодного фронта первого рода будет влиять ухудшение видимости в зоне осадков и шквалистый ветер.
Холодный фронт второго рода. Это быстро движущийся фронт. Быстрое движение холодного воздуха приводит к очень интенсивному вытеснению предфронтального. теплого воздуха и, как следствие этого, к мощному развитию кучевых облаков (Сu) (рис. 2.1.5).
Кучево-дождевые облака на больших высотах обычно вытягиваются вперед на 60—170 миль от линии фронта. Эта передняя часть облачной системы наблюдается в виде перисто-слоистых (Cs) и перисто-кучевых (Сс), а также чечевицеобразных высоко-кучевых облаков (Ас). Давление перед приближающимся фронтом падает, но слабо, ветер поворачивает влево. Выпадает ливневый дождь. После прохождения фронта давление быстро повышается, ветер резко поворачивает вправо и значительно усиливается, принимает характер штормового. Температура воздуха понижается иногда на 10° за 1—2 часа.
Условия плавания при пересечении такого фронта неблагоприятные, так как у самой линии фронта мощные восходящие токи воздуха способствуют образованию вихря с разрушительными скоростями ветра. Ширина такой зоны может достигать 30 миль.
Малоподвижные, или стационарные, фронты
Фронт, который не испытывает заметного смещения ни в сторону теплой, ни в сторону холодной воздушной массы, называется стационарным. Стационарные фронты располагаются обычно в седловине, либо в глубокой ложбине или на периферии антициклона. Облачная система стационарного фронта представляет собой систему перисто-слоистых, высоко-слоистых и слоисто-дождевых облаков, которая выглядит примерно так, как у теплого фронта. Летом на фронте часто образуются кучево-дождевые облака.
Малоподвижный фронт на карте погоды
Рис. 2.1.6. Малоподвижный фронт на карте погоды
 
Волновые возмущения на малоподвижном фронте
Рис. 2.1.7. Волновые возмущения на малоподвижном фронте.
Направление ветра на таком фронте почти не изменяется. Сила ветра на стороне холодного воздуха меньше (рис. 2.1.6). Давление значительных изменений не испытывает. В узкой полосе (30 миль) выпадает обложной дождь.
На стационарном фронте могут образовываться волновые возмущения (рис. 2.1.7). Волны быстро перемещаются вдоль стационарного фронта таким образом, что холодный воздух остается слева, т. е. в направлении изобар в теплой воздушной массе. Скорость перемещения достигает 30 и более узлов.
После прохождения волны фронт восстанавливает свое положение. Усиление волнового возмущения до образования циклона наблюдается, как правило, в том случае, если с тыла подтекает холодный воздух (рис. 2.1.8).
Весной и осенью, а особенно летом прохождение волн на стационарном фронте обусловливает развитие интенсивной грозовой деятельности, сопровождаемой шквалами.
Условия плавания при пересечении стационарного фронта осложняются вследствие ухудшения видимости, а в летний период — вследствие усиления ветра до штормового.
Образование циклона на малоподвижном фронте
Рис.2.1.8. Образование циклона на малоподвижном фронте.
 
Фронты окклюзий
Фронты окклюзий образуются в результате смыкания холодного я теплого фронтов и вытеснения теплого воздуха вверх.
Процесс смыкания происходит в циклонах, где холодный фронт, перемещаясь с большой скоростью, настигает теплый.
В образовании фронта окклюзии участвуют три воздушные массы — две холодные и одна теплая. Если холодная воздушная масса за холодным фронтом теплее, чем холодная масса перед фронтом, то она, вытесняя теплый воздух вверх, одновременно сама будет натекать на переднюю, более холодную массу. Такой фронт называется теплой окклюзией (рис. 2.1.9).
Фронт теплой окклюзии на вертикальном разрезе и на карте погоды
Рис. 2.1.9. Фронт теплой окклюзии на вертикальном разрезе и на карте погоды.
 
Если же воздушная масса за холодным фронтом холоднее воздушной массы перед теплым фронтом, то эта тыловая масса будет подтекать как под теплую, так и под переднюю холодную воздушную массу. Такой фронт называется холодной окклюзией (рис. 2.1.10).
Фронты окклюзий в своем развитии проходят ряд стадий. Наиболее сложные условия погоды на фронтах окклюзий наблюдаются в начальный момент смыкания теплого и холодного фронтов. В этот период облачная система, как видно на рис. 18, представляет собой сочетание облаков теплого и холодного фронтов. Осадки обложного характера начинают выпадать из слоисто-дождевых и кучево-дождевых облаков, в зоне фронта они переходят в ливневые.
Ветер перед теплым фронтом окклюзии усиливается, после прохождения ослабевает и поворачивает вправо.
Перед холодным фронтом окклюзии ветер усиливается до штормового, после прохождения ослабевает и резко поворачивает вправо. По мере вытеснения теплого воздуха в более высокие слои, фронт окклюзии постепенно размывается, вертикальная мощность облачной системы уменьшается, появляются безоблачные прослойки. Слоисто-дождевая облачность постепенно переходит в слоистую, высокослоистая — в высококучевую и перисто-слоистая — в перисто-кучевую. Осадки прекращаются. Прохождение старых фронтов окклюзии проявляется в натекании высоко-кучевой облачности 7—10 баллов.
Условия плавания через фронты окклюзии в начальной стадии развития почти не отличаются от условий плавания при пересечении теплого или холодного фронтов соответственно.
Фронт холодной окклюзии на вертикальном разрезе и на карте погоды
Рис. 2.1.10. Фронт холодной окклюзии на вертикальном разрезе и на карте погоды.
 
Непрерывность давления накладывает определенные условия на пространственную ориентацию фронтальной поверхности. Очевидно, что она не может быть вертикальной, поскольку из-за различия температур воздушных масс давление с высотой у них убывает по-разному. В теплой массе барическая ступень больше – давление убывает медленнее, в холодной – барическая ступень меньше, и давление убывает быстрее. Следовательно, давление не может оставаться одинаковым с обеих сторон фронтальной поверхности. При отсутствии движения любой разрыв в поле плотностей (или зона быстрого перехода) должен быть горизонтальным. При наличии движения разрыв может стать наклонным, при этом более плотный воздух (холодный) образует клин под менее плотным (теплым).
В гидродинамике доказывается, что если поверхность разрыва все время разделяет одни и те же воздушные массы воздуха, то для нее выполняется следующее динамическое условие: значения давления по обе стороны поверхности разрыва одинаковы, следовательно, в любой точке фронтальной поверхности P1=P2=0, или , т.е. давление не испытывает скачка на поверхности разрыва. В случае разрыва на бесконечно малом участке создались бы бесконечно большие градиенты давления и, соответственно, огромные скорости ветра, при которых устойчивая поверхность существовать не может. Следовательно, скачок плотности на фронтальной поверхности обусловлен только скачком температуры и влажности.
Для поверхности разрыва, состоящей все время из одних и тех же частиц, должно выполняться кинематическое условие: нормальные к поверхности слагающие скорости в обеих массах должны быть равны. Это условие связано с условием непрерывности: на фронтальной поверхности не должно возникать пустоты и не должно появляться новой массы.
Для этого в одной массе скорость должна иметь слагающую, направленную к фронтальной поверхности, а в другой – равную по величине слагающую, направленную от фронтальной поверхности.
Наблюдения показывают, что наклон фронтальной поверхности колеблется около средней величины 1:150 – от 1:50 до 1:300. Фронт с наклоном 1:50 считается крутым, с наклоном 1:300 – пологий.
Горизонтальная и вертикальная протяженность фронтальных поверхностей имеет тот же порядок, что и протяженность воздушных масс, которые они разделяют. Наибольшая протяженность фронтальных поверхностей по высоте в средних широтах – 8-12 км. Нередко они достигают тропопаузы. Протяженность фронтальных поверхностей по горизонтали – тысячи километров.
Толщина фронтальной поверхности по вертикали очень мала – несколько сотен метров, это гораздо менее, чем ширина воздушных масс, которые она разделяет.
Ширина зоны фронта на картах погоды составляет несколько десятков километров, но при анализе синоптических карт фронт проводят в виде одной линии. Лишь на вертикальных разрезах атмосферы крупного масштаба удается выявить верхнюю и нижнюю границы переходного слоя.
В поле температуры и ветра фронты наиболее резко выражены у поверхности Земли в системе развивающихся циклонов и барических ложбин. Этому способствует сходимость воздушных течений у поверхности Земли, вследствие которой в зоне фронта встречаются массы воздуха с различными характеристиками, в том числе, с различной температурой. В системе антициклонов и гребней фронты в приземном слое размываются. Это происходит при расходящихся воздушных течениях (дивергенции).
По географическим признакам в связи с географической классификацией воздушных масс различают следующие фронты.
Арктический фронт (АФ) – фронт между арктическими и полярными (умеренными) воздушными массами северного полушария Располагается на южной границе арктической воздушной массы. Обычно различают несколько одновременно существующих ветвей АФ, иногда АФ огибает непрерывно все северное полушарие.
Полярный фронт или фронт умеренных широт – является южной границей умеренной воздушной массы, разделяющий воздушные массы умеренных широт и тропический воздух.
Пассатный фронт – фронт в тропиках, разделяющий две массы тропического воздуха с различными свойствами - старый ТВ и более свежий ТВ, который недавно образовался путем трансформации массы полярного воздуха. Пассатный фронт обычно проходит в пассатной ложбине между двумя субтропическими антициклонами, являясь продолжением в тропиках полярного фронта. Осадки в пассатной зоне выпадают главным образом, в связи с пассатными фронтами. Пассаты двух полушарий сходятся во внутритропической зоне конвергенции.
Внутритропическая зона конвергенции (ВЗК) – синоним тропического фронта – достаточно узкая и резкая зона сходимости между северным и южным пассатами во внутритропической зоне конвергенции. Ранее употреблялся термин “тропический фронт”, согласно понятия, введенного норвежской Бергенской школой. Но воздушные массы, южного и северного пассата не отличаются существенно по своим свойствам, поэтому в настоящее время употребляется термин “ВЗК”. Действительно, вблизи экватора тропический фронт является только зоной сходимости линий тока в поле ветра, обычно, в слое трения, но при удалении от экватора он может быть фронтальной поверхностью.
ВЗК – переходная зона между пассатами северного и южного полушарий или между пассатом и муссоном, или между пассатом и экваториальными западными ветрами. Характеризуется конвергенцией скорости – ослаблением скорости ветра и сходимостью линий тока, по крайней мере, в слое трения. В ВЗК большое развитие получают конвективные облака с обильными осадками, шквалами. Здесь возникают также и тропические циклоны. В отдалении от экватора, особенно над сушей, ВЗК сводится к резкому тропическому фронту с существенными температурными контрастами. В барическом поле ВЗК соответствует экваториальная депрессия. В течение года ВЗК меняет свое положение, смещаясь в то полушарие, в котором лето. Над Атлантическим океаном и на востоке Тихого океана она остается в северном полушарии в течение всего года.
Все эти фронты относятся к климатологическим, показывая среднее положение фронтов определенного типа в конкретном районе. Расположение климатологических фронтов тесно связано с центрами действия атмосферы.
По особенностям перемещения, вертикального строения и условий погоды выделяют теплые, холодные, малоподвижные, фронты окклюзии (последние относятся к сложным фронтам и могут быть теплыми, холодными и нейтральными).
Теплыми называются фронты, перемещающиеся в сторону более холодного воздуха. За теплым фронтом перемещается теплая воздушная масса.
Холодными называются фронты, перемещающиеся в сторону более теплой воздушной массы. За холодным фронтом движется холодная воздушная масса.
Фронты вместе с воздушными массами перемещаются со скоростью 30-35 км/ч. За сутки они могут пройти 600-800 км. При определенных условиях атмосферные фронты могут длительное время оставаться на месте. Если от срока к сроку фронт практически не перемещается, то его называют малоподвижным (квазистационарным).
При изменении циркуляционных условий может измениться направление перемещения фронта (знак фронта) участок теплого фронта может превратиться в участок холодного, и наоборот. Также могут начать смещаться и участки малоподвижного фронта. В зависимости от направления смещения по отношению к теплой или холодной воздушной массе соответствующим будет и знак фронта.
Фронты окклюзии. Поскольку участки теплого и холодного фронтов являются соседними участками одного и того же основного фронта, то образование этих участков приводит к деформации основного фронта, преобразованию барического поля и возникновению циклона, в центре которого происходит смена знака фронта.
По мере своего движения холодный фронт начинает догонять теплый, который перемещается медленнее, чем холодный. Начинается их смыкание – процесс вытеснения теплого воздуха в циклоне с образованием сложного фронта окклюзии, сочетающего в себе признаки как теплого так и холодного фронтов. Фронты окклюзии могут быть теплыми, холодными и нейтральными (когда температуры воздуха по обе стороны от фронта практически одинаковы). В любом случае, по обе стороны фронта окклюзии располагаются воздушные массы, более близкие по своим свойствам, чем воздушные массы, разделяемые холодными или теплыми фронтами. Поэтому фронты окклюзии относят к вторичным фронтам. Их горизонтальная протяженность не выходит за пределы одного циклона. Нередко на фронтах окклюзии развиваются новые циклоны.
Фронты любого типа могут быть резко выраженными (обостренными) или слабо выраженными (размытыми). Процессы образования и обострения фронтов называются фронтогенезом, процессы размывания – фронтолизом.






 Реклама

загрузка...


 Баннер

Электронные сигареты






загрузка...

Rambler's Top100


PHP-Nuke Copyright © 2005 by Francisco Burzi. This is free software, and you may redistribute it under the GPL. PHP-Nuke comes with absolutely no warranty, for details, see the license.
The Russian localization - project Rus-PhpNuke.com
Открытие страницы: 0.06 секунды
The Russian localization - project Rus-PhpNuke.com