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


Циклоны и антициклоны



Циклоны и антициклоны.
Атмосфера является чрезвычайно подвижной средой, где постоянно формируются и разрушаются вихри различных размеров.
Самые мелкие из них со скоростями ветра 100-200 м/с– смерчи и торнадо, обладающие большой разрушительной силой, имеют диаметр от 20 м до 1-2 км. Время их существования – от нескольких минут до нескольких часов.
Наиболее крупные атмосферные вихри – внетропические циклоны и антициклоны, имеющие различные размеры и достигающие в диаметре нескольких тысяч километров.
Кроме внетропических циклонов и антициклонов выделяют еще тропические циклоны, субтропические антициклоны.
Тропические циклоны зарождаются в штилевой зоне над океанами (преимущественно между широтами 5-20 ° обеих полушарий). В зависимости от района образования тропические циклоны они носят следующие названия: в тропической зоне Тихого океана – тайфуны, в Атлантике – ураганы, в Австралии – вилли-вилли.
По сравнению с внетропическими вихрями, тропические циклоны имеют меньшие размеры (десятки и сотни километров), но обладают значительно большими энергетическими ресурсами.
В северном полушарии тропические циклоны образуются преимущественно во второй половине лета и осенью, в южном полушарии – чаще в декабре-марте. Давление в центре тропического циклона в среднем составляет 960-970 мб, но зафиксированы значения до 900 мб и ниже.
Интересной особенностью тропических циклонов является глаз бури – зона в центре, имеющая круглую форму, диаметром до нескольких десятков километров (до 60 км).
В этой зоне наблюдаются мощные нисходящие движения воздуха, значительно повышающие температуру воздуха, отсутствие облачности и осадков, слабые ветры.
При прохождении тропического циклона возникают скорости ветра, не поддающиеся измерениям. О них судят по разрушениям, остающимся после прохождения тропического циклона. Осадки тропических циклонов можно сравнить с водопадами, низвергающимися с неба. Тропические циклоны наносят огромный материальный ущерб и уносят немало человеческих жизней.
Субтропические антициклоны возникают над океанами по обе стороны от 30-35 параллели. На климатических картах выделяют перманентные субтропические антициклоны в северном полушарии: северотихоокеанский максимум в Тихом океане, азорский – в Атлантике, в южном полушарии: южно-атлантический, южно-тихоокеанский.
Первые попытки представления об атмосферных вихрях – циклонах и антициклонах – оформились в середине 19 века, когда было замечено, что внетропические циклоны и антициклоны играют особо важную роль в изменении погоды на больших пространствах.
Обычно с прохождением циклона связывают ненастную погоду с дождями и сильными ветрами. Но циклон состоит из нескольких разнородных воздушных масс, различающихся по характеристикам погоды. В циклоне может быть и ненастная и солнечная погода – в зависимости от свойств воздушных масс в передней и тыловой его частях.
С антициклонами связывают ясную солнечную погоду без осадков со слабыми ветрами. Но встречаются антициклоны и со сплошной облачностью, осадками, свежими ветрами. Зимой антициклоны приносят с севера морозную погоду с хорошей видимостью. Летом в антициклонах развиваются кучевые и кучево-дождевые облака с ливнями и грозами.
Диаметр циклонического вихря может достигать 2-3 тысяч километров, диаметр антициклона – 3-4 тысяч километров.
На картах погоды можно увидеть одноцентровые и моногоцентровые циклоны и антициклоны, когда два или более центра ограничены общими замкнутыми изобарами или изогипсами. При этом нередко для циклонических областей применяют термин “двухцентровая депрессия”, “многоцентровая депрессия”.
Кроме этого как для циклонов, так и антициклонов, допускается использование терминов “мощный”, “ослабевает”, “старый” “молодой”, “активизируется”, “размытое барическое образование”, “минимум” – для циклонического поля, “максимум” – для антициклонического поля.
При характеристике интенсивности циклона употребляют термины: “глубокий циклон” – вихрь с несколькими замкнутыми изобарами и низким давлением в центре; “неглубокий циклон” – при давлении в центре на 5-10 мб ниже, чем на периферии, “заполняющийся циклон” – при повышении давления в центре, “углубляющийся циклон” – при понижении давления в центре.
При характеристике интенсивности антициклона в случае роста (понижения) давления в центре употребляют термин “усиливается” (“разрушается”).
Если интенсивность различна, то циклон, возникший на периферии уже существующего называют вторичным или частным. В случае подобной ситуации для антициклонического поля – вторичный антициклон или отрог.
Барические образования смещаются в соответствии с основным переносом воздушных масс с запада на восток. Но при этом их траектории могут иметь свои особенности. В целом у циклонов преобладают траектории, направленные с юго-запада на северо-восток, у антициклонов – с северо-запада на юго-восток.
Обычно при характеристике траектории употребляются дополнительно название географического района либо части света, откуда смещается барическое образование: южный циклон – циклон, смещающийся с юга, западный – с запада. Термин “полярный” у антициклона означает смещение с северо-запада, ультраполярный – с северо-востока, “ныряющий” циклон означает перемещение с севера или северо-запада на юг или юго-восток.
В некоторых районах барические образования становятся малоподвижными и могут существовать (стационировать) длительное время.
Длительно существующие обширные глубокие малоподвижные циклоны называют центральными. Малоподвижные длительно существующие области высокого давления называют стационарными или блокирующими антициклонами.
При этом сюда вливаются новые барические образования того же знака. В этом случае говорят о синоптических центрах действия атмосферы, указывая их географическое положение (исландский циклон, северотихоокеанский антициклон и т.д.).
На климатических картах атмосферного давления (месячных, сезонных и годовых) выявляются климатологические центры действия атмосферы (ЦДА). Например, алеутская депрессия, северотихоокеанский максимум, исландский минимум и т.д.
Большая часть циклонов и антициклонов относятся к фронтальным барическим образованиям.
Вследствие неравномерного распределения тепла по широтам и постоянного переноса холодных и теплых масс воздуха в тропосфере происходит неравномерное распределение горизонтальных градиентов температуры. Районы, где происходит сближение тропосферных масс воздуха с различными температурными свойствами, называются тропосферными фронтальными зонами. Фронтальные зоны тропосферы являются зонами наибольших запасов потенциальной энергии, которая расходуется на образование фронтальных циклонов и антициклонов.
Кроме фронтальных барических образований, могут существовать и нефронтальные циклоны и антициклоны, формирующиеся в однородной воздушной массе под воздействием прогрева или охлаждения подстилающей поверхности – термические или местные циклоны и антициклоны, локально связанные с конкретным районом. Зимой местные циклоны возникают над открытыми морями, окруженными холодной сушей, летом– над прогретыми участками континента.
Термические антициклоны летом возникают над охлажденными морями, зимой – над выхоложенными частями суши. Как правило, это неглубокие и размытые барические образования с малыми барическими градиентами. Продолжительность их существования может не превышать нескольких часов.
Под влиянием местного препятствия на наветренной стороне иногда возникают орографические антициклоны, на подветренной – орографические циклоны. Орографические циклоны и антициклоны обычно привязаны к конкретному физико-географическому району (например орографические циклоны северного Кавказа, Скандинавии), они малоподвижны и исчезают при смене направления воздушного потока.
При благоприятных циркуляционных условиях и термические и орографические циклоны и антициклоны могут превратиться во фронтальные барические образования и приобрести поступательное движение.
Еще до того, как при помощи высотных измерений было обнаружено существование струйных течений, Бергенская школа метеорологов в Норвегии разработала модель образования депрессии на полярном фронте. Основные черты этой модели показаны на рис. 2.1.11.
Развитие циклона средних широт согласно бергенской модели (по Н Стралеру)
Рис. 2.1.11. Развитие циклона средних широт согласно бергенской модели (по Н Стралеру)
 
Циклон, или депрессия, образуется там, где на полярном фронте развивается волна, приводящая к проникновению языка теплого тропического воздуха в область полярной воздушной массы. Поскольку вся система движется на восток, теплый фронт, вдоль которого перемещается теплый воздух, вытесняя собой холодный воздух, отличается от холодного фронта, следующего за ним, в котором ситуация противоположна. Воздушные массы сходятся вдоль полярного фронта, и теплый воздух стремится расположиться над холодным воздухом в теплом фронте, в то время как в холодном фронте холодный воздух подтекает под теплый. Подъем воздуха приводит к понижению давления на поверхности; при этом изобары окружают центр низкого давления. Около поверхности ветры дуют поперек изобар под углом, величина которого определяется характеристиками поверхности. В результате получается, что воздух движется по спиралям к центру депрессии и одновременно поднимается. По мере того как воздух в теплом секторе постепенно поднимается, холодный фронт сближается с теплым наступает фаза окклюдирования депрессии. Хотя наверху присутствует теплый воздух, а изобары и поле ветра все еще указывают на циклонический характер движений, однако единственным фронтальным контрастом на поверхности является граница раздела между вновь поступившим холодным воздухом, располагающимся в тыловой части депрессии, и трансформированным холодным воздухом в передней части. Такая окклюзия может быть как холодной, так и теплой в зависимости от процессов, определивших трансформацию холодного воздуха. Время существования этих депрессий зависит от длительности процесса превращения потенциальной энергии в кинетическую; они разрушаются, когда исчезает контраст между соседними воздушными массами.
Поскольку депрессии связаны с подъемом воздуха (а значит, и с конденсацией водяного пара) и с сильными ветрами, они значительно влияют на погоду (рис. 2.1.12.), которая может рассматриваться как одна из особенностей теплого и холодного фронтов депрессии.
Типичная фронтальная депрессия в северном полушарии Показаны изобары (давление в мб), фронты, ветер, облака и области осадков
Рис. 2.1.12. Типичная фронтальная депрессия в северном полушарии Показаны изобары (давление в мб), фронты, ветер, облака и области осадков.
 
Теплые фронты обычно имеют наклоны менее 1/100. Таким образом, подъем воздуха происходит постепенно (до момента, пока теплый воздух не станет неустойчивым), с образованием слоистых форм облаков. Первый знак приближения теплого фронта появление перистых облаков на высотах порядка 10 км. По мере приближения фронта облака становятся мощнее и высота их уменьшается. Сама поверхность фронта ведет себя как устойчивый слой, иногда как инверсия, поэтому все облака, формирующиеся в холодном воздухе позади фронта, имеют ограниченную вертикальную мощность. Высоко-слоистые облака чаще всего несут с собой моросящий дождь, находясь в 500 км впереди фронта, и уступают место по мере его продвижения слоисто-дождевым облакам, приносящим сильный дождь.
Впереди теплого фронта давление постепенно падает, температура медленно растет, а ветры (в северном полушарии) дуют в основном с юга, причем с возрастающей силой. После прохождения фронта они меняют направление на юго-западное. В теплом секторе депрессии температура, давление и ветер остаются примерно постоянными. Количество облаков и осадков зависит существенным образом от характеристик теплой воздушной массы. Как правило, она является устойчивой, но в ряде случаев (особенно когда элементы орографии вызывают подъем воздуха) могут развиваться слоистые облака, приносящие моросящий дождь, а в солнечный полдень образуются кучевые облака. Над относительно холодной поверхностью моря наблюдается адвективный туман и видимость обычно плохая.
Приближение холодного фронта означает резкое изменение погоды. Холодный воздух подтекает под теплый, при этом наклон холодного фронта составляет около 1/50 и увеличивается у поверхности, где продвижение фронта замедлено из-за трения. Восходящие потоки, таким образом, более сильные, поэтому в них легче развивается неустойчивость. Это приводит к образованию кучево-дождевых облаков в виде башен и выпадению значительных ливней, сопровождаемых грозами. Ветер обычно при прохождении фронта резко меняет направление на северное или северо-западное (в северном полушарии) и резко усиливается, переходя в шквал. Температура при этом резко падает, давление начинает расти, и видимость существенно улучшается (за исключением районов, где идут ливни). Погода за холодным фронтом зависит от характеристик холодной воздушной массы. Неустойчивость атмосферы приводит к установлению ясной погоды, но с большим количеством ливней.
Окклюзиям также сопутствуют облачность и осадки (рис. 2.1.13). Теплая окклюзия по своим чертам напоминает теплый фронт, но при этом впереди приземного фронта располагается верхний холодный фронт, которому сопутствуют кучевая и кучево-дождевая облачность и ливни. При прохождении холодной окклюзии наблюдаются некоторые особенности холодного фронта с той разницей, что ей предшествует (и в какой-то степени за ней следует) облачность, характерная для теплого фронта. Редкая облачность после прохождения холодной окклюзии не столь характерна, как в случае холодного фронта.
Фронтальные депрессии южного полушария в принципе такие же, как и в северном полушарии, однако если на фронтах северного полушария ветер поворачивает по часовой стрелке, то в южном полушарии он поворачивает в обратном направлении (с севера на северо-запад на теплом фронте и с запада на юго-запад на холодном).
Окклюдированный циклон, показанный в поле изобар, и вертикальные разрезы окклюзии теплого (б) и холодного (в) типов
Рис. 2.1.13. Окклюдированный циклон, показанный в поле изобар, и вертикальные разрезы окклюзии теплого (б) и холодного (в) типов.
 
Подобные модели позволяют делать прогноз погоды на сутки во фронтальных депрессиях при условии, что синоптические наблюдения охватывают достаточно большую площадь. Для Европы район наблюдений должен простираться на запад, охватывая прилегающие районы Атлантического океана, поскольку депрессии обычно движутся со скоростью 1000 км в день (направление и 70% скорости приземного геострофического ветра в теплом секторе дают примерную оценку для перемещения депрессии). Каждая депрессия имеет свои индивидуальные особенности, и ни одна идеализированная модель не может описать какую-то конкретную депрессию. Однако общие черты представленных выше моделей можно найти в каждом отдельном случае. Наблюдения в верхних слоях атмосферы существенно облегчают прогноз погоды в районе, занятом депрессией, благодаря двум обстоятельствам. Во-первых, известно, что между дивергенцией западного потока верхней тропосферы и образованием депрессии (циклогенезом) имеется связь, позволяющая использовать соображения завихренности (глава 12); во-вторых, ясна роль западного потока в “управлении” поведением депрессии. В средних широтах помимо класса фронтальных депрессий, описанных выше, встречаются и другие типы депрессий. Фронтальные депрессии часто двигаются вдоль полярного фронта целыми семействами, и часто вторичные депрессии вовлекаются в движение вокруг большого циклона. Наиболее распространены среди них депрессии, образующиеся “на хвосте” холодного фронта первичного циклона и оказывающиеся “сцепленными” с ним. Как правило, каждый последующий член семейства депрессий двигается по траектории, расположенной ближе к экватору, чем траектория предыдущего. Не фронтальные депрессии средних широт включают в себя орографические циклоны, образующиеся с подветренной стороны основных препятствий, создаваемых рельефом; термические циклоны, возникающие из-за неравномерного нагрева поверхности, в особенности поверхности суши в летний период, полярные циклоны, которые иногда формируются при движении холодной неустойчивой воздушной массы над теплой поверхностью моря.
Стадии развития циклонов умеренных широт.
В жизни циклона и антициклона выделяют несколько стадий развития:
1) начальная стадия (стадия возникновения),
2) стадия молодого циклона (антициклона),
3) стадия максимального развития,
4) стадия заполнения циклона или разрушения антициклона
Для начальной стадии, длящейся примерно сутки, характерен процесс от первых признаков возникновения барического образования до появления первой замкнутой изобары на приземной карте погоды. Разность давления между центром и периферией составляет не более 5-10 мб. На высотах вихри в начальной стадии не прослеживаются.
Во второй стадии развития, продолжительность которой также обычно не более суток, барические образования имеют уже не менее 2-х замкнутых изобар. Термобарическое поле деформируется, циклон углубляется, антициклон усиливается, превращаясь в мощный атмосферный вихрь со значительными скоростями ветра. Циклоническая циркуляция распространяется в верхние слои атмосферы.
Третья стадия характеризуется наименьшим (наибольшим) давлением в центре циклона. Продолжительность стадии не более 12-24 ч.
В последней стадии циклон (антициклон) заполняется (разрушается). У поверхности Земли в центра циклона давление повышается, в центре антициклона – понижается. Горизонтальные градиенты давления и скорости ветра постепенно уменьшаются. Данная стадия наиболее продолжительна – 4 суток и более.
В каждой стадии развития циклон имеет своеобразную трехмерную структуру и каждая стадия отличается особенностями погоды.
Обычно с прохождением циклона связывают ненастную погоду с дождями и сильными ветрами. Но циклон состоит из нескольких разнородных воздушных масс, различающихся по характеристикам погоды. В циклоне может быть и ненастная и солнечная погода – в зависимости от свойств воздушных масс в передней и тыловой его частях.
Дожди, связанные с циклоническими системами, в теплый период орошают землю, а зимой снежный покров защищает посевы от вымерзания. С другой стороны, циклоны являются причиной возникновения опасных явлений погоды, которые принося большие бедствия. Например, штормовые волны, возникающие в результате сильных ветров, опасны для морских судов, разрушают портовые сооружения.
Сильные ветры с бортовой и килевой качкой и рысканием судна, приводят к потере скорости, ограничению комфортности условий обитания моряков и рыбаков, создают определенную угрозу безопасности судна и затрудняют проведение производственных операций.
Специфическую опасность для проведения морских операций представляет обледенение, вероятность и интенсивность которого увеличивают сильные и штормовые ветры, высокие волны. В подавляющем большинстве наиболее велика вероятность обледенения в тыловой части хорошо развитого циклона при адвекции холодного воздуха, которая сопровождается сильными ветрами преимущественно северо-западного и северного направлений. Зона обледенения располагается в тылу циклона на некотором удалении от холодного атмосферного фронта, где имеют место низкие температуры воздуха и хорошее развитие получает волнение.
Обильные осадки, выпадающие в период созревания зерновых или во время уборки урожая, наносят вред сельскому хозяйству, снежные заносы нарушают нормальную работу всех видов транспорта.
В процессе классического развития циклон обычно превращается в высокое малоподвижное барическое образование с квазивертикальной осью. Продолжительность каждой стадии колеблется от нескольких часов до нескольких суток. Наименее продолжительны начальные стадии развития циклона.
Возникновение волны на квазистационарном фронте (либо на фронте не имеющем строгой стационарности) сопровождается деформацией термобарического поля тропосферы. Теплый воздух получает тенденцию движения в сторону холодного, давление у вершины волны начинает понижаться, что способствует развитию здесь циклонической циркуляции.
В тылу волны появляется составляющая ветра, направленная от холодного воздуха к теплому – этот участок волны становится холодным. Впереди волны формируется термический гребень, в тылу – термическая ложбина. У поверхности Земли появляются замкнутые изобары.
Перестройка термобарического поля сопровождается изменением вертикальных составляющих движений воздуха и, соответственно, преобразованием фронтальной облачной волны. Впереди волны в результате восходящего скольжения теплого воздуха формируются мощные слоистые облака Ns-As-Cs.
Если первоначально вдоль главного фронта наблюдалась полоса осадков, связанная с конвергенцией трения или с тем, что фронт не имел строгой стационарности, а был, например, холодным на всем протяжении, то при развитии волны облачная полоса становится шире, осадки активизируются, принимая обложной характер.
В тылу волны в результате динамической и термической конвекции формируется кучевообразная облачность.
По мере развития циклона деформация фронтальной облачной полосы увеличивается и циклон переходит в следующую стадию – молодого циклона.
На ранних стадиях циклона можно условно выделить три зоны, различающиеся по своим погодным характеристикам:
1) передняя часть циклона,
2) теплый сектор циклона,
3) тыловая часть циклона.
Погода в передней части циклона формируется под воздействием теплого фронта, который является условной тыловой границей данной зоны.
При надвижении типичной облачной системы теплого фронта (облака восходящего скольжения), которая имеет горизонтальное распространение на тысячи километров, на расстоянии 900-1000 км от линии приземного теплого фронта наблюдатель фиксирует облачную полосу тонких прозрачных перистых облаков (Ci) вместе с перисто-слоистыми.
Перистые облака характерны для переднего края облачной системы теплого фронта. Эти облака находятся на высотах 6-8 км. Перистые облака хорошо просвечивают Солнце, Луну, звезды. Имеют вид параллельных нитей, крючкообразно загнутых вверх (Ci uncinus) Состоят из ледяных кристаллов.
Перисто-слоистые облака представляют прозрачную белую однородную пелену, закрывающую все небо и часто дают явления гало около Солнца или Луны.
С приближением теплого фронта на расстоянии около 600 км от него перистые и перисто-слоистые облака сменяются высоко-слоистыми просвечивающими (As trans.) и высоко-слоистыми плотными (As op.).
Высоко-слоистые просвечивающие облака имеют вид сероватой или синеватой однородной облачной пелены, иногда несколько волокнистого вида, постепенно обволакивающей все небо. Солнце и Луна просвечивают сквозь облачный слой как сквозь матовое стекло. Высоко-слоистые плотные – однородный серый покров, часто неоднородной плотности. Солнце и Луна не просвечивают.
Эти облака в умеренных широтах наблюдаются на высотах 2-7 км. Их вертикальная мощность достигает нескольких километров. Облачная полоса имеет ширину около 300 км. Состоят из смеси переохлажденных капель и кристаллов и дают осадки в виде полос падения, которые зимой могут достигать земной поверхности. Летом осадки из As не достигают поверхности Земли, испаряясь при движении через теплые слои воздуха под облаками (псевдоморосящие осадки).
Под высоко-слоистыми облаками располагаются плотные слоисто-дождевые облака (Ns), вплотную прилегающие к теплому фронту. Ns напоминают по внешнему виду As, но более темного цвета.
Вблизи центра циклона, где наблюдается наибольшая толщина облаков, система облаков As-Ns имеет ширину около 500-600 км.
Обычно облака Ns закрывают все небо без просветов. Зона Ns распространяется в ширину на 300 км. Из Ns выпадают обложные осадки.
Основная часть Ns в умеренных широтах лежит между 2 и 7 км, однако, основание их часто находится ниже 2 км, а верхняя граница может достигать 8 км.
Одни Ns наблюдаются редко – обычно под ними образуются разорванные дождевые облака (Fr nb. – термин Fr nb. относится к разорванно-кучевым или разорванно-слоистым облакам, если они наблюдаются под слоем слоисто-дождевых облаков, из которых выпадают осадки).
Если в пограничном слое профиль теплого фронта пологий, то основная система облаков и зона обложных осадков может быть смещена вперед от линии фронта.
Летом в дневные часы восходящие движения вблизи линии теплого фронта иногда приобретают характер конвективных и в предфронтальной облачности могут наблюдаться конвективные облака, осадки переходят в ливневые, нередко сопровождающиеся грозами.
При скорости теплого фронта около 30 км/ч продолжительность прохождения системы облаков теплого фронта через пункт составляет в среднем около суток, в том числе, зоны обложных осадков – около 10ч.
В передней части циклона отмечается падение давления, все усиливающееся по мере приближения теплого фронта.
Ветер в передней части циклона, движущегося в целом с запада на восток, имеет преимущественно юго-восточное направление.
Погода в теплом секторе циклона отличается прекращением обложных осадков из Ns, повышением температуры воздуха, поворотом ветра от юго-восточного к юго-западному направлению. После прохождения фронта наблюдается значительное ослабление падения давления, которое заканчивается его ростом за холодным фронтом, являющимся тыловой границей теплого сектора.
Летом при значительной облачности в теплом секторе температура воздуха может существенно не отличаться от температуры воздуха перед теплым фронтом. Иногда в теплом секторе могут наблюдаться более низкие температуры воздуха, чем в воздушной массе перед теплым фронтом (маскировка теплого фронта).
Воздушная масса теплого сектора является преимущественно влажной и устойчивой. Здесь могут возникать облака динамической конвекции – слоистые и слоисто-кучевые (St, Sc). Слоистые туманообразные (St neb.) облака могут располагаться так низко, что закрывают верхние части высоких наземных предметов и сходны с туманом. Нередко в теплом секторе наблюдаются адвективные туманы, сопровождающиеся сильным ветром.
Если же динамическая конвекция развита незначительно, например, при слабых ветрах, или же уровень конденсации лежит выше верхней границы динамической конвекции, то наблюдается ясная погода.
Значительных осадков в теплом секторе обычно не наблюдается, из слоистых облаков, являющихся капельно-жидкими, могут выпадать моросящие осадки, а из слоисто-кучевых зимой – слабый снег.
В отдельных случаях вертикальная мощность слоистых облаков возрастает настолько, что они достигают своей верхней границей уровня кристаллизации, превращаются в слоисто-дождевые и начинают давать обложные осадки.
Когда теплый фронт располагается в резко выраженной ложбине и перемещается медленно, восходящие движения могут захватывать и зафронтальную область. В этом случае система облаков восходящего скольжения As-Ns располагается по обе стороны теплого фронта, причем, за фронтом облачная система значительно расслоена и либо не дает осадков, либо осадки слабые, часто имеющие характер мороси.
Летом в теплом секторе циклона над сушей воздушная масса может быть неустойчивой либо с малооблачной погодой, либо с кучевой, иногда кучево-дождевой облачностью, с ливневыми осадками, часто с грозами, в том числе, ночными, радиационными туманами (преимущественно после выпадения дождя и ночного прояснения).
В тыловой части теплого сектора на расстоянии около 200 км от холодного фронта 2-го рода появляются перисто-кучевые облака (Cc), иногда чечевицеобразные (Cc lent.), ниже которых располагаются высоко-слоистые чечевицеобразные (Ас lent.), переходящие постепенно в слоисто-кучевые (Sc). Перед холодным фронтом, параллельно ему, располагается массив кучево-дождевых облаков – плотных и мощных облаков со значительным вертикальным развитием в форме гор и башен. Верхняя часть Cb может быть довольно гладкой (Cb calvus – лысые), но часто имеет форму наковальни (Cb incus), шапки (Cb pileus) или вуали (Cb capillatus, Cb velum).
Кучево-дождевые облака состоят из капелек воды (при низких температурах воздуха – переохлажденных), а в верхних частях – из ледяных кристаллов. Основания облаков лежат обычно ниже 2 км, вершины могут простираться до высот верхней тропосферы. Таким образом их мощность может изменяться от 3 до 10 км.
Основные осадки будут выпадать из полосы Cb перед холодным фронтом, имеющей ширину около 70 км. Осадки из Cb имеют ливневый характер с грозовыми явлениями, градом. При большой сухости теплого воздуха холодный фронт может проходить, не давая осадков.
Для фронтальных гроз особенно характерны шквалы (резкое усиление ветра до 20-30 м/с и более).
В некоторых случаях видимым проявлением шквала является хобот (tuba), представляющий облачный столб, исходящий из основания кучево-дождевого облака с вихревым движением воздуха.
При большом влагосодержании и значительной неустойчивости атмосферы из мощного грозового облака, нижнее основание которого принимает форму опрокинутой воронки, по направлению к поверхности Земли или моря вытягивается гигантский темный хобот.
Если вихрь образуется над морем его называют смерчем, над сушей – тромбом. Навстречу ему приподнимается широкая воронка из пыли (на суше) или воды (на море).
В открытую чашу воронки хобот как бы погружает свой конец (с подъемом воздуха по спирали). Образуется сплошной столб, перемещающийся с большой скоростью (до 100 и более км/ч). Скорости ветра в смерче достигают 50-100 м/с при сильной восходящей составляющей.
Из грозового облака может опуститься несколько смерчевых воронок. При этом происходит втягивание в систему вихря всего, что встречается на его пути, затем эти предметы выпадают из облака, иногда на значительном расстоянии от места всасывания. Время его существования – от нескольких минут до нескольких часов.
Разность давления между центром вихря и его периферией иногда достигает 150-200 гПа. При такой разности давления происходят катастрофические разрушения, ветер может поднять вверх людей, скот, автомобили, крыши домов, мосты.
Погода в циклоне за холодным фронтом типична для неустойчивой холодной воздушной массы. Здесь отмечаются кучевая, кучево-дождевая облачность, ливневые осадки, часто многократно повторяющиеся, иногда днем грозы, шквалы, ночью над материками наблюдаются радиационные туманы. Суточный ход метеорологических элементов особенно велик.
После прохождения холодного фронта отмечаются резкий поворот ветра от южного, юго-западного к северо-западному, увеличение скорости ветра, рост давления, понижение температуры воздуха (холодный воздух при ясной погоде летом быстро прогревается).
Обычно с прохождением холодного фронта осадки прекращаются. Но в случае холодного фронта 1-го рода система облаков, расположенная за фронтом (As-Ns) продолжает давать осадки обложного характера.
Если холодный воздух сухой и в нем интенсивно развиты нисходящие движения, то наблюдается безоблачная погода.
Вторая половина жизни циклона характеризуется уменьшением его поступательной скорости, значительным преобразованием термобарического поля тропосферы – циклон становится высоким, термически симметричным (холодным) барическим образованием. Процесс окклюдирования приводит к вытеснению теплого воздуха, сокращению площади теплого сектора с постепенным его исчезновением. Облачные полосы основных теплого и холодного фронтов смыкаются с образованием единой облачной спирали фронта окклюзии.
На стадии окклюдирования циклона по условиям погоды выделяют 2 зоны:
1) центральная и передняя часть циклона перед фронтом окклюзии,
2) тыловая часть циклона за фронтом окклюзии.
В случае окклюдированного циклона погода различается в зависимости от характеристик воздушных масс по обе стороны от фронта окклюзии.
В случае теплого фронта окклюзии перед ним воздушная масса будет холоднее, чем после прохождения фронта. С теплыми фронтами окклюзии связаны метели, гололеды.
В случае холодного фронта окклюзии, наоборот, тыловая масса будет холоднее. На холодных фронтах окклюзии нередко наблюдаются грозы, часты туманы, особенно при кратковременных ночных прояснениях в зоне фронта.
На фронте окклюзии имеет место сочетание облачных систем холодного и теплого фронтов – образуется общая полоса осадков из слоистых облаков восходящего скольжения (As-Ns) и конвективных кучево-дождевых облаков (Cb), которые будут выпадать как перед линией фронта, так и позади него.
В стадии окклюдирования циклона у поверхности Земли в барических ложбинах за холодным основным фронтом, где имеет место сходимость ветра, иногда образуются вторичные холодные фронты (обычно не более 2-х) – фронты внутри горизонтально неоднородной холодной воздушной массы, за которым вторгается более холодная порция этой же массы. Вторичные фронты имеют систему облаков, сходную с облачностью системы облаков холодного фронта 2-го рода, но вертикальная протяженность облаков меньше, чем у основных.
При этом в циклоне различают 3 зоны с различными характеристиками погоды, аналогично молодому циклону:
1) передняя часть циклона,
2) вторичный теплый сектор циклона, границами которого служат фронт окклюзии и вторичный холодный фронт,
3) тыловая часть циклона – за вторичным холодным фронтом.
По сравнению с теплым сектором молодого циклона во вторичном теплом секторе после кратковременного прояснения, наступающего вслед за прохождением фронта окклюзии, в тылу циклона появляются конвективные облака, связанные со вторичными фронтами, с ливневыми осадками, грозами, шквалами и метелями (рис. 12.30).
Причем, ливневые осадки наблюдаются даже в холодное полугодие, поскольку относительно теплая воздушная масса, расположенная за фронтом окклюзии, обладает значительной неустойчивостью и в верхней тропосфере уже является холодной.
Иногда при наличии на периферии циклона остатков основного теплого сектора, еще выделяют – настоящий теплый сектор.
При дальнейшем заполнении циклона вместо единой облачной полосы фронта окклюзии появляются разрозненные облачные элементы, состоящие преимущественно из кучевых облаков.
Постепенно поля давления и ветра выравниваются, циклон полностью заполняется, но вихревая структура облаков на месте бывшего циклона еще может сохраняться в течение 1-1.5 суток – т.е. значения влажности и температуры еще продолжают отличаться от окружающих значений.
Антициклоны умеренных широт и субтропические антициклоны.
Будучи связаны с опусканием воздуха и дивергенцией, антициклоны являются источниками воздушных масс и, как правило, характеризуются сухой спокойной погодой. Хотя при одном и том же градиенте давления скорость градиентного ветра в антициклоне должна быть больше, чем в циклоне, в реальных условиях ветер в антициклоне более слабый из-за того, что сами градиенты давления малы. У поверхности ветер, направленный по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой стрелки в южном, пересекает изобары в направлении от центра. Воздух, таким образом, расходится, характеристики воздушной массы остаются примерно постоянными, и фронты маловероятны. Опускающийся воздух адиабатически нагревается, его относительная влажность падает, и имеющиеся облака постепенно испаряются. В нижней части опускающегося воздуха обычно возникает инверсия температуры, ограничивающая вертикальное развитие облачности, которая могла быть вызвана эффектами турбулентного перемешивания в нижних слоях или конвекции в солнечный день. Антициклоны, как правило, движутся медленно или вообще стоят на месте и поэтому приносят устойчивую погоду на несколько дней или недель. Они обеспечивают такие условия, при которых летом возникают морской и береговой бризы, а зимой - адвективный туман.
Крупномасштабные антициклоны располагаются над субтропическими районами океана, а зимой в высоких широтах над континентальными областями. Летом и зимой в средних широтах часто встречаются менее устойчивые антициклоны. Они могут быть разделены на теплые и холодные. Холодный антициклон обладает ядром повышенного давления за счет того, что воздух в нем холоднее, чем окружающий. Это небольшие по вертикали образования. Теплый антициклон возникает в результате конвергенции воздуха в высоких слоях, которая увеличивает массу воздуха в центре по сравнению с периферией. Такие образования имеют своим происхождением динамические причины и связаны с потоком в верхней тропосфере. К указанному типу относятся субтропические пояса высокого давления и антициклоны, образующиеся под волнами Россби в потоке западных ветров верхней тропосферы.
Холодные антициклоны образуются, как правило, над сушей и над полярными областями и имеют сильную температурную инверсию. В результате этого в нижних слоях скапливается пыль и различные загрязняющие примеси, что приводит к уменьшению видимости и созданию дымки, которая при наличии адвективного тумана легко переходит в смог. Если воздух остается чистым, возможны сильные морозы. Теплым антициклонам, установившимся летом над сушей, сопутствует ясная солнечная погода, причем совместное влияние солнечного излучения и адиабатического нагревания может привести к очень высоким температурам. Над морем изменения температуры поверхности меньше и меньше различия в погодных условиях в антициклонах летом и зимой. В антициклонах средних широт летом часто встречаются облака, возникшие в результате вертикального турбулентного перемешивания. Зимой может наблюдаться сплошная облачность. Однако эти облака имеют небольшую вертикальную мощность, и из них редко выпадают осадки.
Погода в антициклонах. Обычно с антициклонами связывают спокойную ясную или малооблачную погоду – но это очень общее представление, поскольку условия погоды в антициклоне различаются в зависимости от происхождения и свойств воздушных масс собственно антициклона и соседних с ним, влагосодержания и температуры его воздушной массы, особенностей подстилающей поверхности, рельефа местности, стадии развития возмущения, интенсивности нисходящих движений, времени года. Например, антициклоны в арктическом воздухе – преимущественно с ясной погодой, антициклоны с морским полярным воздухом нередко имеют пасмурную погоду.
Температура тропосферы растет с возрастом антициклона, особенно при его стабилизации, что объясняется развитием нисходящих движений в антициклоне и динамическим нагреванием воздуха.
В промежуточном и заключительном антициклоне холодный воздух, простирающийся до высот средней тропосферы, еще недостаточно прогрет динамически. Быстрое перемещение холодной воздушной массы в таких антициклонах создает неустойчивость стратификации с развитием турбулентности и конвекции, препятствуя нисходящим движениям.
Вместе с ростом температуры тропосферы, при развитии внетропического антициклона происходит увеличение высоты тропопаузы (до 10-11 км) и понижение температуры стратосферы. В среднем температура воздуха в тропосфере в области антициклона выше, чем в области циклона, в стратосфере температура воздуха в антициклоне, наоборот, ниже. При этом тропопауза над антициклоном лежит выше, чем над циклоном (отметим, что в циклоне тропопауза лежит на высотах 8-9 км).
В субтропических антициклонах температура воздуха на всех высотах в тропосфере выше, чем в антициклонах умеренных широт (во-первых, воздух в субтропическом антициклоне является тропическим, хотя в нижней тропосфере периодически пополняется вторжениями быстро трансформирующегося полярного воздуха, во-вторых, при стабилизации антициклона воздух оседает и динамически прогревается). Теплая тропосфера в антициклоне компенсируется холодной стратосферой, причем, тропопауза лежит на высотах 12-13 км.
Распространение субтропических антициклонов в высокие широты в значительной степени обусловлены вторжением воздушных масс с высокой тропопаузой и холодной стратосферой, характерной для низких широт.
Нисходящие движения в антициклоне удаляют воздух от состояния насыщения и обусловливают в антициклонических областях общее преобладание ясной погоды. Конденсация в антициклоне может быть вызвана преимущественно охлаждением воздуха от подстилающей поверхности или путем излучения, а также вследствие волновых процессов в атмосфере, поэтому она происходит в виде туманов, слоистых облаков и волнистых облаков под поверхностями инверсий. Летом, при отсутствии инверсий, в антициклонах могут наблюдаться конвективные облака.
Инверсии в антициклоне. Характерной особенностью в вертикальном распределении температуры воздуха в антициклонах является наличие инверсий (радиационные инверсии – как результат выхолаживания нижних слоев воздуха от подстилающей поверхности, и инверсии оседания – как результат нисходящих движений воздуха и динамического его нагревания в антициклоне).
Радиационные инверсии образуются преимущественно в ясные тихие ночи, особенно зимой. С приземными инверсиями часто связаны весенние и осенние заморозки. Большое значение в образовании приземных инверсий имеет рельеф местности. Холодный воздух, стекая вниз по неровностям рельефа, скапливается в котловинах, на дне долин, у подножия гор. Поэтому в горных районах приземные инверсии могут быть особенно сильными и мощными, обусловливая неоднородное распределение туманов и заморозков.
При стабилизации внетропического антициклона оседание воздуха, связанное с нижней дивергенцией трения (а зимой и с охлаждением и уплотнением нижних слоев воздуха) может достигать величины 1 км за сутки. Между оседающим воздухом верхних слоев и холодным воздухом нижних инверсии оседания могут иметь значительную мощность. Холодный подвижный антициклон превращается в теплый стационарный.
Таким образом, в устойчивых континентальных антициклонах к радиационным инверсиям присоединяются инверсии вышележащих слоев (инверсии оседания) – приземная инверсия может без разрыва перейти в инверсию оседания и в общем составить несколько километров по вертикали.
Под инверсиями оседания, нередко покрывающими большие районы, скапливаются пыль, частицы дыма и другие атмосферные частицы, переносимые снизу. Слои инверсии поэтому называют задерживающими слоями атмосферы. Под инверсией образуется высокий туман, который наблюдается как слоистые облака (St). Снижаясь, туман может достичь поверхности Земли.
В горах при антициклонической погоде нередко в долине пасмурно и холодно, на высотах, над инверсией – ясно и солнечно.
В слое инверсии поднимающийся воздух быстро выравнивает свою температуру со средою, и его подъемная сила исчезает. Появление кучевых облаков часто исключается существованием инверсий, либо малыми температурными градиентами. Поэтому конвекция над сушей в хорошо развитых антициклонах, содержащих инверсии оседания, развивается редко.
Если инверсия лежит выше уровня конденсации, то уже начавшие возникать облака мало развиваются по вертикали. Однако, при большой мощности и скорости восходящих движений воздуха они могут пробиться сквозь слой инверсии. Ночные приземные инверсии, придающие особую устойчивость нижнему слою атмосферы, вообще исключает возможность даже возникновения конвекции до тех пор, пока с восходом Солнца прогрев воздуха не приведет к разрушению инверсии.
Фронты в антициклоне. Ниже уровня трения антициклон является областью дивергенции скорости. Центр антициклона у поверхности Земли лежит в внутри холодного воздуха. В более высоких слоях атмосферы антициклон состоит из двух воздушных масс: здесь распределение температуры воздуха асимметрично: передняя часть антициклона холодная, тыловая – теплая (в отличие от антициклона, распределение воздушных течений в циклоне обусловливает в нем асимметричное распределение температуры воздуха как в значительной толще тропосферы, так и у поверхности Земли).
В центре антициклона у поверхности Земли фронты отсутствуют. Но, тем не менее, в антициклоне, при больших его размерах, у поверхности Земли даже в пределах одной и той же воздушной массы может существовать температурная асимметрия: в передней части антициклона ветры будут северной половины горизонта, в тыловой – южной, что допускает присутствие на периферии антициклона у поверхности Земли атмосферных фронтов. Линии фронта может также пересекать гребень по линии, примерно нормальной к его оси.
В случае промежуточного антициклона поверхность раздела между теплым и холодным воздухом в передней части холодной воздушной массы является холодным фронтом предыдущего циклона, в тыловой – теплым фронтом следующего циклона.
На южной периферии промежуточного антициклона фронт у поверхности Земли чаще представлен размытой переходной зоной.
В заключительном или стационарном антициклоне фронтальная поверхность у поверхности Земли может с ней не пересекаться, размываясь в нижних слоях воздуха.
В высоких слоях тропосферы вследствие асимметрии антициклона фронтальная поверхность находится в возмущенном состоянии, что указывает на взаимодействие воздушных масс при антициклогенезе. Фронтальные слои могут иногда располагаться и в центральной части антициклона.
Антициклон, как и циклон, является следствием волнообразования на фронте, но фронтальная поверхность в высоких слоях тропосферы в антициклоне связана с инверсией температуры, падением относительной влажности – конденсации вдоль этой поверхности не происходит, и значение ее для погоды гораздо меньшее, чем в циклоне.
Условия погоды в центре и на периферии антициклона. В центре антициклона в связи с нисходящими движениями воздуха преобладает малооблачная погода. При значительной влажности воздуха в холодную половину года под слоем инверсии оседания могут наблюдаться сплошные облака St и Sc. В любое время года в центральной части антициклона могут наблюдаться радиационные туманы.
На периферии антициклона по условиям погоды можно выделить 4 зоны: северную, южную, западную и восточную окраины.
Северная окраина антициклона непосредственно связана с теплым сектором циклона. В холодное время года здесь наблюдаются сплошная и значительная облачность слоистых и слоисто-кучевых облаков (St, Sc), слабые осадки, туманы.
Иногда здесь наблюдаются осадки из системы облаков As-Ns, связанных с теплым фронтом примыкающего циклона. Летом могут развиваться кучевые облака.
Южная окраина антициклона примыкает к северной части циклона. Здесь нередки облака верхнего яруса, иногда – среднего, причем, зимой из высоко-слоистых облаков (As op.) осадки в виде снега достигают Земли. При значительных градиентах давления отмечаются сильные ветры (например, типа новороссийской боры), метели.
Западная периферия антициклона, примыкающая к передней окраине циклона, отличается сильными ветрами, особенно, когда антициклон малоподвижен (блокирующий антициклон) и на его периферии создаются значительные градиенты температуры и давления.
Здесь характерны облака верхнего яруса (Ci), являющиеся признаками теплого фронта. В холодное полугодие нередко отмечаются слоистые и слоисто-кучевые облака (St, Sc), достигающие значительной вертикальной мощности, выпадают осадки. Летом при высоких температурах воздуха и значительной его влажности появляются облака вертикального развития, сопровождающиеся грозовой деятельностью.
Восточная окраина антициклона граничит с тыловой частью циклона. В неустойчивой воздушной массе летом и днем развиваются все виды кучевых облаков, с кучево-дождевыми облаками связаны ливневые осадки, грозы. Зимой преобладает безоблачная или малооблачная погода.
Итак, ясная и солнечная погода без осадков со слабыми ветрами в антициклоне летом благоприятствует быстрому созреванию сельскохозяйственных культур, а осенью – сбору урожая.
Однако, продолжительное стационирование антициклонов весной и летом в одном районе сопровождается засухой: гибнут посевы, горят леса. Весной на периферии антициклона нередко возникают губительные для посевов суховейные ветры. Зимой в районах антициклонов при низких температурах воздуха и отсутствии снежного покрова вымерзают озимые. Встречаются антициклоны и со сплошной облачностью, туманами, осадками, свежими ветрами.
Циклоны и антициклоны являются основным механизмом междуширотного теплообмена. Если бы не было такого теплообмена между низкими и высокими широтами, то на экваторе и в тропиках температура воздуха была бы на 10-20 °С выше, а в умеренных широтах ниже, чем наблюдающаяся в действительности. Именно циклоны и антициклоны обеспечивают перенос теплых и влажных воздушных масс воздуха с юга на север, а холодных и сухих – с севера на юг.
Перемещение циклонов и антициклонов.
Барические образования у поверхности Земли в большинстве случаев перемещаются по направлению устойчивого воздушного потока над ними на высоте поверхности АТ700 или АТ500 со скоростью, пропорциональной скорости на соответствующей поверхности, т.е. по правилу ведущего потока.
В среднем коэффициент пропорциональности между скоростью ведущего потока и скоростью перемещения барических образований составляет 0.8 для АТ700 и 0.6 для АТ500.
Но расчеты показывают, что коэффициент пропорциональности зависит от скорости ведущего потока (табл. 5.):
Табл. 5. Коэффициент пропорциональности в зависимости от скорости ведущего потока.
Скорость ведущего
потока, км/ч

Коэффициент пропорциональности

АТ700

АТ500

< 30

1.5

1.2

30-35

1.2

1.0

35-45

1.0

0.8

45-55

0.8

0.6

55-85

0.7

0.5

85-100

0.6

0.4

Правило ведущего потока приближенно отражает картину перемещения барических образований. Строго говоря, циклоны и антициклоны, перемещаясь в направлении ведущего потока, нередко отклоняются от направления изогипс на поверхности АТ700 или АТ500.
Скорости перемещения циклонов колеблются в широких пределах. В начальной стадии развития низкие циклоны перемещаются со скоростью 40-50 км/час, а в некоторых случаях скорость увеличивается до 80-100 км/ч.
Активное перемещение циклонов происходит до тех пор пока над ними в средней тропосфере сохраняется устойчивый воздушный поток – ведущий поток. Наиболее часто перемещение циклона происходит от западной половины горизонта к восточной, в соответствии с направлением ведущего потока. Аномальность перемещения барических центров относительно ведущего потока, как показано выше, определяется рядом факторов, основным из которых является неравномерное локальное изменение градиента геопотенциала над перемещающимся центром.
Таким образом, в соответствии с основным западно-восточным переносом воздушных масс в атмосфере, восточная часть циклона является передней его частью, западная – тыловой. Отступления от этого правила имеются, если направление ведущего потока резко отличается от западно-восточного направления.
Когда циклоны становятся высокими (начиная с третьей стадии развития), то их скорость резко уменьшается. Заполняющиеся циклоны являются квазисимметричными и холодными. В средней тропосфере они имеют замкнутые изогипсы, т.е. ведущий поток определенного направления над центром циклона уже отсутствует, и циклоны, как правило, становятся малоподвижными (квазистационарными). При этом циклонический центр иногда описывает петлю.






 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: 0.34 секунды
The Russian localization - project Rus-PhpNuke.com