Скорость перемещения антициклона. Атмосферные фронты

Погода на территории нашей страны неустойчива. Особенно это проявляется в европейской части России. Это происходит из-за того, что встречаются разные воздушные массы: теплые и холодные. Воздушные массы отличаются по свойствам: температуре, влажности, запыленности, давлению. Атмосферная циркуляция позволяет воздушным массам перемещаться из одной части в другую. Там, где соприкасаются разные по свойствам воздушные массы, формируются атмосферные фронты .

Атмосферные фронты наклонены к поверхности Земли, их ширина достигает от 500 до 900 км, а в длину они простираются на 2000-3000 км. Во фронтальных зонах возникает поверхность раздела двух типов воздуха: холодного и теплого. Такая поверхность называется фронтальной . Как правило, эта поверхность наклонена в сторону холодного воздуха - он как более тяжелый располагается под ней. А теплый воздух, более легкий, располагается над фронтальной поверхностью (см. рис. 1).

Рис. 1. Атмосферные фронты

Линия пересечения фронтальной поверхности с поверхностью Земли образует линию фронта , которую кратко также называют фронтом .

Атмосферный фронт - переходная зона между двумя разнородными воздушными массами.

Теплый воздух, как более легкий, поднимается вверх. Поднимаясь, он охлаждается, насыщается водяными парами. В нем образуются облака и выпадают осадки. Поэтому прохождение атмосферного фронта всегда сопровождается выпадением осадков.

В зависимости от направления перемещения, движущиеся атмосферные фронты подразделяются на теплые и холодные. Теплый фронт образуется при натекании теплого воздуха на холодный. Линия фронта при этом перемещается в сторону холодного воздуха. После прохождения теплого фронта наступает потепление. Теплый фронт образует сплошную полосу облаков длиной в сотни километров. Идут затяжные моросящие дожди, и наступает потепление. Подъем воздуха при наступлении теплого фронта происходит более медленно по сравнению с холодным фронтом. Предвестником приближающегося теплого фронта служат образующиеся высоко в небе перистые и перисто-слоистые облака (см. рис. 2).

Рис. 2. Теплый атмосферный фронт ()

Образуется при подтекании холодного воздуха под теплый, при этом линия фронта перемещается в сторону теплого воздуха, который вытесняется наверх. Как правило, движется холодный фронт очень быстро. Это вызывает сильные ветры, обильные, часто ливневые осадки с грозами, а зимой метели. После прохождения холодного фронта наступает похолодание (см. рис. 3).

Рис. 3. Холодный фронт ()

Атмосферные фронты бывают стационарными и движущимися. Если воздушные потоки не перемещаются ни в сторону холодного, ни в сторону теплого воздуха вдоль линии фронта, такие фронты называются стационарными . Если воздушные потоки имеют скорость перемещения, перпендикулярную линии фронта, и перемещаются либо в сторону холодного, либо в сторону теплого воздуха, такие атмосферные фронты называются движущимися . Атмосферные фронты возникают, движутся и разрушаются примерно за несколько дней. Роль фронтальной деятельности в формировании климата более ярко выражена в умеренных широтах, поэтому для большей части России характерна неустойчивая погода. Самые мощные фронты возникают при соприкосновении основных типов воздушных масс: арктических, умеренных, тропических (см. рис. 4).

Рис. 4. Образование атмосферных фронтов на территории России

Зоны, отражающие их многолетние положения, называют климатическими фронтами . На границе между арктическим и умеренным воздухом, над северными районами России, формируется арктический фронт. Воздушные массы умеренных широт и тропическиеразделяет полярный умеренный фронт, который расположен преимущественно южнее границ России. Главные климатические фронты не образуют сплошных полос линий, а разбиты на отрезки. Многолетние наблюдения показали, что арктический и полярный фронты смещаются зимой к югу, а летом к северу. На востоке страны арктический фронт зимой достигает побережья Охотского моря. К северо-востоку от него господствует очень холодный и сухой арктический воздух. В европейской России арктический фронт перемещается не столь далеко. Здесь сказывается отепляющее воздействие Северо-Атлантического течения. Ветви полярного климатического фронта протягиваются над южными территориями нашей страны только летом, зимой они пролегают над Средиземным морем и Ираном и изредка захватывают Черное море.

Во взаимодействии воздушных масс принимают участие циклоны и антициклоны - крупные движущиеся атмосферные вихри, переносящие атмосферные массы.

Область низкого атмосферного давления с определенной системой ветров, дующих от краев к центру и отклоняющихся против часовой стрелки.

Область высокого атмосферного давления с определенной системой ветров, дующих от центра к краям и отклоняющихся по часовой стрелке.

Циклоны имеют внушительные размеры, простираются в тропосферу на высоту до 10 км, а в ширину до 3000 км. В циклонах давление увеличивается, а в антициклонах - понижается. В северном полушарии дующие к центру циклонов ветры отклоняются под воздействием силы осевого вращения земли вправо (воздух закручивается против часовой стрелки), а в центральной части воздух поднимается вверх. В антициклонах направленные к окраинам ветры отклоняются тоже вправо (воздух закручивается по часовой стрелке), а в центральной части воздух опускается из верхних слоев атмосферы вниз (см. рис. 5, рис. 6).

Рис. 5. Циклон

Рис. 6. Антициклон

Фронты, на которых зарождаются циклоны и антициклоны, почти никогда не бывают прямолинейными, для них характерны волнообразные изгибы (см. рис. 7).

Рис. 7. Атмосферные фронты (синоптическая карта)

В образовавшихся заливах теплого и холодного воздуха образуются вращающиеся волчки атмосферных вихрей (см. рис. 8).

Рис. 8. Образование атмосферного вихря

Постепенно они обособляются от фронта и начинают перемещаться и переносить воздух самостоятельно со скоростью 30-40 км/ч.

Атмосферные вихри живут до разрушения 5-10 дней. А интенсивность их образования зависит от свойств подстилающей поверхности (температуры, влажности). Ежедневно в тропосфере формируется несколько циклонов и антициклонов. В течение года их образуются сотни. Ежедневно наша страна находится под воздействием какого-либо атмосферного вихря. Поскольку в циклонах воздух поднимается вверх, с их приходом всегда связана пасмурная погода с осадками и ветрами, прохладная летом и теплая зимой. В течение всего времени пребывания антициклона господствует безоблачная сухая погода, жаркая летом и морозная зимой. Этому способствует медленное опускание воздуха вниз из более высоких слоев тропосферы. Опускающийся воздух нагревается и становится менее насыщенным влагой. В антициклонах ветры слабые, а во внутренних их частях наблюдается полное безветрие - штиль (см. рис. 9).

Рис. 9. Движение воздуха в антициклоне

В России циклоны и антициклоны приурочены к основным климатическим фронтам: полярному и арктическому. А также формируются на границе между морскими и континентальными воздушными массами умеренных широт. На западе России циклоны и антициклоны возникают и перемещаются в направлении общего переноса воздуха с запада на восток. На Дальнем Востоке в соответствии с направлением муссонов. При движении с западным переносом на востоке циклоны отклоняются к северу, а антициклоны - к югу (см. рис. 10). Поэтому пути прохождения циклонов в России чаще всего проходят по северным районам России, а антициклонов - по южным. В связи с этим атмосферное давление на севере России ниже, много дней подряд может быть ненастная погода, на юге больше солнечных дней, сухое лето и малоснежная зима.

Рис. 10. Отклонение циклонов и антициклонов при движении с запада

Районы прохождения интенсивных зимних циклонов: Баренцево, Карское, Охотское моря и северо-запад Русской равнины. Летом циклоны наиболее часты на дальнем Востоке и на западе Русской равнины. Антициклональные погоды преобладают весь год на юге Русской равнины, на юге Западной Сибири, а зимой над всей Восточной Сибирью, где устанавливается азиатский максимум давления.

Движение и взаимодействие воздушных масс, атмосферные фронты, циклоны и антициклоны изменяют погоду, влияют на нее. Данные об изменениях погоды наносятся на специальные синоптические карты для дальнейшего анализа погодных условий на территории нашей страны.

Движение атмосферных вихрей приводит к изменению погоды. Её состояние на каждый день фиксируется на специальных картах - синоптических (см. рис. 11).

Рис. 11. Синоптическая карта

Наблюдения за погодой осуществляются обширной сетью метеорологических станций. Затем результаты наблюдений передаются в центры гидрометеорологических данных. Здесь они обрабатываются, и информация о погоде наносится на синоптические карты. На картах показывают атмосферное давление, фронты, температуру воздуха, направление и скорость ветра, облачность и осадки. Распределение атмосферного давления свидетельствует о положении циклонов и антициклонов. Изучив закономерности протекания атмосферных процессов можно прогнозировать погоду. Точный прогноз погоды - исключительно сложное дело, поскольку трудно учесть весь комплекс взаимодействующих факторов в их постоянном развитии. Поэтому даже краткосрочные прогнозы гидрометцентра не всегда оправдываются.

Источник).).

Пылевая буря над аравийским морем ().

Циклоны и антициклоны ().

Домашнее задание

Почему в зоне атмосферного фронта выпадают осадки?
В чем главное отличие циклона от антициклона?

Журнал "Химия и жизнь" №11-12 2000 год.

Материалы предоставила кандидат географических наук А.А.АЛЕКСЕЕВА, Гидрометцентр России

Помощь в подготовке статьи оказал доктор географических наук, профессор А.А.ВАСИЛЬЕВ, Гидрометцентр России

Причина циклона – возмущение на атмосферном фронте. Оно возникает из-за большой разницы температур воздушных масс по разные стороны фронта. Смысл существования циклона – убрать эту разницу.
Воздух над Землей разделен резкими границами на три зоны. Из-за вращения Земли вокруг своей оси эти зоны тянутся вдоль параллели... (см. рисунок "А")

А из-за разницы температур, воздух стремится перемещаться вдоль меридиана. В результате на фронтальных зонах возникают изгибы (см. рисунок "В")

Для нас, живущих на поверхности планеты Земля, погода – это постоянное чередование дождливого или снежного ненастья и ясного голубого неба. В промежутках между этими состояниями небо либо покрывается облаками, либо очищается от их толстой пелены. Главные персонажи постоянно разыгрывающегося над нашими головами действа – атмосферные вихри, циклоны и антициклоны. Для того чтобы понимать смену погоды, нужно понимать именно их. Начнем с циклона.

Как идет циклон

При приближении циклона появляются перистые, а затем слоистые облака. Давление падает медленно, но неуклонно, облака становятся ниже и толще. На расстоянии 300 км от приближающегося теплого фронта должен начаться дождь, сначала слабый и прерывистый. Затем дождь усилится и станет непрерывным. Осенью и весной бывает туман: часть дождя испаряется с теплой поверхности Земли и конденсируется в небольшом слое холодного воздуха под фронтом. Когда над местностью пройдет теплый фронт, ветер переменится на юго-западный, температура поднимется, а туман, облака и осадки исчезнут. Все это продолжается примерно сутки.

За теплым фронтом следует холодный. При этом атмосферное давление падает более стремительно. Появившиеся перистые облака могут быть пред вестниками линии кучевых или кучево-дождевых (ливневых) облаков. Холодный фронт принесет резкую смену ветра на северо-западный, быстрое понижение температуры, рост давления, грозы и обильные дожди, интенсивные, но менее продолжительные, чем при приближении теплого фронта.

Теплый фронт движется медленнее, чем наступает холодный. В конце концов фронты у поверхности Земли сомкнутся и весь теплый воздух поднимется вверх. После этого дальнейшее усиление циклона невозможно: контраст температур, поддерживавший его жизнь, начинает уменьшаться. Движение циклона замедляется, и он может остановиться. Запасов теплого воздуха хватает на 4 – 8 суток. Потом холодный центр низкого давления распадется окончательно.
В целом циклоны двигаются на восток. Но траектория их сложна, потому что глобальная фронтальная зона, отделяющая полярный воздух от воздуха умеренных широт, извилиста. Следуя ее изгибам, циклоны перемещаются и на север, и на юг, а изредка – даже на запад. Средняя скорость около 35 км/ч.

Согласно теории, холодная и теплая воздушные массы не плавно переходят друг в друга. Между ними пролегает резкая граница, фронтальная зона. Она направлена под некоторым углом к поверхности Земли; пересекаясь с ней, эта граница дает линию фронта на карте погоды. В действительности фронт - узкая зона шириной в несколько сотен километров. Фронт называется холодным , если при его движении вблизи поверхности Земли на место теплого воздуха приходит холодный. В противном случае фронт - теплый .

Зимой или летом температура поверхности суши и моря различается сильнее всего. В результате контраст температур на побережьях усиливается, и именно там зарождаются циклоны, А например, ранней осенью суша и море нагреваются более равномерно - наступает бабье лето.

Циклоны, которые делают погоду в Западной Европе, облюбовали Средиземное море к западу от Италии.

Зимой в северном полушарии циклоны возникают преимущественно у восточных берегов Северной Америки и Азии, в зоне с наибольшим контрастом температур. Оттуда они следуют в сторону Исландии и Алеутских островов. Дойдя до них, циклоны направляются дальше на восток или северо-восток. В Восточной Европе и особенно в Западной Сибири в это же время чаще возникают антициклоны.

Летом над Сибирью преобладают циклоны. Они возникают там, где большая разница температур, в бассейне Оби и Енисея, и перемещаются на востоко-северо-восток, достигая наибольшего развития над Восточной Сибирью и Дальним Востоком.

За двадцать лет к северу от 20° с.ш. каждый год возникало 620 подвижных и 1222 местных, то есть распадающихся там, где и образовались, циклонов. На них приходилось 331 подвижных и 744 местных антициклонов. Местных циклонов было в 1,97 раза больше подвижных, а антициклонов – в 2,25 раза. Значит, циклоны в среднем подвижнее антициклонов, а возникают они в 1,71 раза чаще. При этом над водой чаще образуются подвижные циклоны, а над сушей – местные циклоны и антициклоны.

Чаще всего подвижные циклоны появляются в полосе между 30 – 60° с.ш. Это справедливо как для воды, так и для суши. Местные циклоны выбрали высокие широты: 60 – 80° с.ш. Для антициклонов тоже есть две зоны: одна из них расположена между 70 – 80° с.ш., а вторая между 40 – 50° с.ш. При этом в высоких широтах антициклонов больше, чем в низких.

Судьба антициклона

Подвижные антициклоны, как и подвижные циклоны, в средних широтах двигаются с запада на восток. Часто антициклоны проявляют себя как вялые системы, которые заполняют пространство между гораздо более активными циклонами. Скорость перемещения подвижных антициклонов 30 – 40 км/ч.

Со временем подвижный антициклон с холодной передней (восточной) частью и теплой тыловой (западной) частью, прогреваясь и усиливаясь, превращается в теплый, высокий и малоподвижный. Высокие стабилизировавшиеся антициклоны называют блокирующими: они нарушают общий западный перенос воздуха в средних широтах.

В областях высокого давления погода совсем иная, чем в циклоне: чистое небо и легкий ветерок. Ночью или в холодное время года воздух у поверхности Земли охлаждается, и в нем возникают низкие слоистые облака и туманы. Летним днем над сушей из-за испарения влаги образуются кучевые облака и погода стоит приятная, теплая или, наоборот, жаркая и засушливая. В среднем антициклоны над территорией Европы на 7°С теплее, чем циклоны.

А вот зимой дела обстоят по-другому. В это время года антициклоны приходят к нам из Арктики, и заполнены они очень холодным воздухом. За короткий зимний день воздух не успевает нагреться, зато в ясную безоблачную ночь поверхность Земли еще больше остывает. Тогда-то и случается ясный зимний день с трескучим рождественским или крещенским морозцем.

Циклон - это атмосферный вихрь огромного (от сотен до нескольких тысяч километров) диаметра с пониженным давлением воздуха в центре.

Циклон - не просто противоположность антициклону, у них различается механизм возникновения. Циклоны постоянно и естественным образом появляются из-за вращения Земли, благодаря силе Кориолиса. Следствием теоремы Брауэра о неподвижной точке является наличие в атмосфере как минимум одного циклона или антициклона.

Воздух в циклоне циркулирует против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном. Кроме того, в воздушных слоях на высоте от земной поверхности до нескольких сот метров, ветер имеет слагаемое, направленное к центру циклона, по барическому градиенту (в сторону убывания давления). Величина слагаемого уменьшается с высотой.

Различают два основных вида циклонов - внетропические и тропические (обладают особыми свойствами и возникают гораздо реже).

Внетропические циклоны образуются в умеренных или полярных широтах и имеют диаметр от тысячи километров в начале развития, и до нескольких тысяч в случае так называемого центрального циклона. Среди внетропических циклонов выделяют южные циклоны, образующиеся на южной границе умеренных широт (средиземноморские, балканские, черноморские, южнокаспийские и т.д.) и смещающиеся на север и северо-восток. Южные циклоны обладают колоссальными запасами энергии; именно с южными циклонами в средней полосе России и СНГ связаны наиболее сильные осадки, ветры, грозы, шквалы и другие явления погоды.

Тропические циклоны образуются в тропических широтах и имеют меньшие размеры (сотни, редко - более тысячи километров), но большие барические градиенты и скорости ветра, доходящие до штормовых. Для таких циклонов характерен также так называемый «глаз бури» - центральная область диаметром 20-30 км с относительно ясной и безветренной погодой. Тропические циклоны могут в процессе своего развития превращаться во внетропические. Ниже 8-10° северной и южной широты циклоны возникают очень редко, а в непосредственной близости от экватора - не возникают вовсе.

А также к циклонам без атмосферных фронтов относятся термически симметричные циклоны (термические депрессии). Летом над сушей, а зимой над обширными теплыми водоемами могут возникать не связанные с атмосферными фронтами и фронтальными зонами области пониженного давления, называемые термическими депрессиями. Образование над сильно прогретой подстилающей поверхностью устойчивых восходящих движений воздуха является причиной формирования таких депрессий, типичных летом, например, для Средней Азии, а зимой - для акватории Черного моря. В термических депрессиях горизонтальные градиенты удавления невелики, поэтому и ветры слабые, облака наблюдаются не фронтального типа, а часто и вообще отсутствуют. Весь характер погоды отличен от погоды в обычных циклонах

2.1 Внетропические циклоны

Циклоны могут быть низкими и высокими барическими образованиями, развитыми только в нижней тропосфере (до высоты 3км – низкие циклоны) или в нижней и средней тропосфере (до высоты 5 км- средние циклоны), или же во всей тропосфере (выше 5 км – высокие циклоны).

Не следует путать высокие циклоны с высотными циклонами. Последние представляют собой атмосферные циклонические вихри на высоте в верхней тропосфере и стратосфере, не прослеживаю- щиеся у поверхности земли и в нижней тропосфере. Это сравни- тельно редкие случаи формирования циклонов не у земли, а на высоте.

В своем развитии на атмосферных фронтах внетропические циклоны могут проходить четыре стадии: волны (зарождение циклонов), молодого циклона (только что сформировавшегося циклона), максимального развития и заполнения (окклюдирования)

Стадия волны. На этой стадии фронт, лежащий в параллельных изобарах испытывает искривление - прогиб в сторону холодной массы и в сторону теплой, возникает на фронте волна. У вершины ее перед теплым участком фронта давление быстро падает, а в тыловой части, за холодным участком фронта, растет. Изобары у вершины волны искривляются, образуя сперва ложбину, а затем и одну замкнутую линию вблизи центра развивающегося только что создавшегося циклона, который в этом случае носит название волнового циклона или волны.

Облачная система волнового циклона вначале остается такой же, какой она была на этом участке фронта к моменту возникновенияволны. Но по мере усиления циклонической циркуляции у вершины волны - все большего искривления линии фронта - формирование его теплого и холодного участков строение облачности меняется; в передней части волны происходят уплотнение и расширение по площади слоистообразной облачности, возникают слоисто-дождевая облачность и выпадающие из нее осадки; в тыловой части волны зона облаков, наоборот, несколько сужается, становится типичной для холодного участка фронта.

Циклон в стадии волны, как правило - образование невысокое. Он прослеживается на высотных картах только самых нижних уровней. Обычно даже на изобарической поверхности 700 мбар (на высоте около 3 км) еще нет замкнутой циклонической циркуляции. Здесь бывает заметна лишь слабовыраженная высотная ложбина.

Волновой циклон перемещается в общем генеральном направлении вдоль линии фронта. Скорость перемещения циклона в стадии волны составляет примерно 3/4 скорости градиентного ветра на карте АТ 700 над циклоном.

Продолжительность существования циклона в стадии волны - до одних суток.

Молодой циклон.Дальнейшее развитие неустойчивой фронтальной волны приводит ко все большему искривлению линии фронта - проникновению языка теплой воздушной массы в сторону холодной массы, а клина холодного воздуха - в сторону теплой воздушной массы. Формируется теплый сектор циклона - широкий участок между теплым и холодным фронтами, занятый теплой воздушной массой. Давление в центральной и передней части циклона продолжает падать, при этом падение давления перед теплым фронтом оказывается более значительным, чем рост его в тылу циклона за холодным фронтом (отрицательные барические тенденции в передней части циклона по абсолютному значению превышают положительные барические тенденции в его тыловой части). Циклон углубляется. На карте приземной погоды появляются все новые и новые изобары. Одновременно идет развитие циклона вверх, он становится хорошо заметным на карте АТ 700 (проникает в среднюю тропосферу). Ширина зоны облачности и осадков на фронтах в молодом циклоне быстро расширяется, особенно в передней части циклона. Циклон продолжает смещаться в общем направлений вдоль линии фронта у поверхности земли. Это направление соответствует направлению изобар в его теплом секторе и направлению ветра на высотах над циклоном (примерно на уровне АТ 500 и АТ 400). Скорость перемещения молодого циклона приблизительно равна 2/3 скорости воздушногопотока над циклоном на высоте 5 -6 км.

Стадия максимального развития. Давление в центре циклона на этой стадии развития достигает минимума: падение давления в передней части циклона становится равным его росту в тылу циклона, размеры пространства, занимаемого циклоном, сильно выросли и достигли максимума, как и ширина зоны облачности и осадков. Одновременно произошло сужение ширины теплого сектора в силу быстрого перемещения холодного фронта по сравнению с теплым. В центре циклона холодный участок фронта настиг его теплый участок, произошло смыкание фронтов, начался процесс формирования фронта окклюзии. На карте погоды место, где произошло смыкание фронтов у поверхности земли, называют точкой окклюзии. В дальнейшем по мере окклюдирования циклона точка окклюзии начнет смещаться от центра циклона к его периферии. От точки окклюзии в разные стороны расходятся фронты окклюзии, теплый и холодный.

Циклон в стадии максимального развития обычно прослеживается на картах АТ 500 и АТ 400 . Скорость его смещения несколько замедляется по сравнению с молодым циклоном. Направление смещения определяется воздушным потоком в верхней тропосфере. Продолжительность существования – 1-2 сут.

Заполняющийся (окклюдированный) циклон. Вытеснение теплого воздуха вверх при смыканий фронтов приводит к тому, что в окклюдированном циклоне все пространство у поверхности земли заполнено холодными воздушными массами. Наблюдается быстрый рост давления втылу циклона, при этом положительные барические тенденции втылу намного превосходят отрицательные в передней части циклона, где падение давления постепенно ослабевает. Циклон заполняется. Его облачные системы размываются, редеют, осадки прекращаются. Начинается общее медленное, постепенное улучшение погоды в заполняющемся циклоне.

Такой циклон малоподвижен. В начале заполнения окклюдированный циклон начинает замедлять скорость перемещения и уклоняться влево от первоначального направления движения, затем скорость его может упасть до нуля и дальнейшее заполнение может происходить практически на месте. Длительность заполнения окклюдированного циклона различна. Обычно этот процесс занимает несколько суток, если только вэто время к заполняющемуся циклону не приблизится новый атмосферный фронт со свежими воздушными массами и циклон не начнет возрождаться снова, продлив этим самым свое существование на какой-то срок. Такие явления называются регенерацией циклонов.

Циклонические серии. Рассмотренные четыре стадии развития внетропических циклонов иногда можно выделить на картах погоды одновременно. Это бывает, когда на каком-либо фронте циклоны развиваются последовательно один за другим, образуя целую серию.

Первый член этой серии уже может заканчивать свое существование и, будучи окклюдированным, заполняться, а последний член только что возник как неустойчивая волна на фронте, ему предстоит еще развиваться и пройти остальные три стадии. Обычно каждый новый циклон такой серии оказывается несколько южнее своего предшественника, так как атмосферный фронт, на котором развивается серия циклонов, постепенно опускается к югу, оттесняемый массами холодного воздуха, вторгающимися в тыловые части каждого циклона. За последним членом такой циклонической серии происходит наиболее значительное вторжение холодных воздушных масс и часто в них формируется мощный заключительный антициклон, прерывающий на некоторое время циклоническую деятельность в этом географическом районе. Описанная последовательность в развитии циклонов сериями в природе наблюдается далеко не всегда. Чаще она случается над однородной подстилающей поверхностью, когда условия существования для каждого циклона одинаковые. Серии циклонов сравнительно часто можно наблюдать в северном полушарии над Атлантическим океаном, когда умеренный фронт вытягивается неровной линией с юго-запада на Северо-восток почти от побережья Америки до островов Британии. Хорошо видны циклонические вихри такой серии на фотографиях, полученных из космоса, где каждый циклон и отдельные участки фронтов на нем выделяются характерными скоплениями облаков.

Однако над сушей, особенно над участками ее, имеющими горные хребты, развитие циклонов редко происходит в такой строгой последовательности. Здесь серии циклонов могут быть из двух или трех циклонов, а иногда циклоны развиваются, возникая на фронте изолированно, по одному. Некоторые циклоны не проходят всех четырех стадий развития, например, волновой циклон, возникнув, через сутки может заполниться.

Минимальное атмосферное давление в циклоне приходится на центр циклона; к периферии оно растет, т.е. горизонтальные барические градиенты направлены снаружи циклона внутрь. В хорошо развитом циклоне давление в центре на уровне моря может понижаться до 950-960 мбар (1 бар = 105 н/м2), а в отдельных случаях до 930-920 мбар (при среднем давлении на уровне моря около 1012 мбар).

Замкнутые изобары (линии равного давления) неправильной, но в общем овальной формы ограничивают область пониженного давления (барическую депрессию) поперечником от нескольких сотен километров до 2-3 тысяч км. В этой области воздух находится в вихревом движении. В свободной атмосфере, выше пограничного слоя атмосферы (около 1000 м) он движется приблизительно по изобарам, отклоняясь от барического градиента на угол, близкий к прямому, вправо в Северном полушарии и влево в Южном (вследствие влияния отклоняющей силы Кориолиса и центробежной силы, возникающей при движении по криволинейным траекториям).

В пограничном слое ветер вследствие силы трения более или менее значительно (в зависимости от высоты) отклоняется от изобар в сторону барического градиента. У земной поверхности ветер образует с барическим градиентом угол порядка 60°, т.е. к вращательному движению воздуха присоединяется течение воздуха вовнутрь циклона. Линии тока принимают форму спиралей, сходящихся к центру циклона. Скорости ветра в циклоне сильнее, чем в смежных областях атмосферы; иногда они достигают более 20 м/с (шторм) и даже более 30 м/с (ураган).

В связи с восходящими составляющими движения воздуха, особенно вблизи фронтов атмосферных, в циклоне преобладает облачная погода. Основная часть атмосферных осадков во внетропических широтах выпадает именно в циклоне. Вследствие вихревого движения воздуха в область циклона втягиваются различные по температуре воздушные массы из разных широт Земли. С этим связана температурная асимметрия циклона: в разных его секторах температуры воздуха различны. Это относится в особенности к подвижным циклонам, возникающим на главных фронтах тропосферы (арктических, антарктических, полярных). Наблюдаются, однако, слабые («размытые») циклоны над теплыми участками земной поверхности (пустыни, внутренние моря) - так называемые термические депрессии - малоподвижные, с достаточно равномерным распределением температуры.

С высотой изобары циклона постепенно теряют замкнутую форму. Это происходит по-разному, в зависимости от стадии развития циклона и от распределения температуры в нем. В начальной стадии развития подвижный (фронтальный) циклон охватывает лишь нижнюю часть тропосферы. В стадии наибольшего развития циклон может распространяться на всю высоту тропосферы и даже простираться в нижнюю стратосферу. Термические депрессии всегда ограничиваются нижней тропосферой.

Подвижные циклоны перемещаются в атмосфере в общем с запада на восток. В каждом отдельном случае направление перемещения определяется направлением общего переноса воздуха в верхней тропосфере. Противоположные перемещения редки. Средние скорости перемещения циклона порядка 30-45 км/ч, но встречаются циклоны, которые движутся быстрее (до 100 км/ч), особенно в начальных стадиях развития; в заключительной стадии циклоны могут подолгу не менять положения.

Перемещение циклона через какой-либо район вызывает резкие и значительные местные (локальные) изменения не только атмосферного давления и ветра, но также температуры и влажности воздуха, облачности, осадков.

Подвижные циклоны развиваются обычно на ранее возникших главных фронтах тропосферы, как волновые возмущения при переносе воздуха по обе стороны фронта. Неустойчивые фронтальные волны растут и превращаются в циклонические вихри. Перемещаясь вдоль фронта (обычно вытянутого по широте), циклон, в свою очередь, деформирует его, создавая меридиональные составляющие ветра и тем способствуя переносу теплого воздуха в передней (восточной) части циклона к высоким широтам и холодного воздуха в тыловой (западной) части циклона - к низким широтам. В южной части циклона в нижних слоях создается так называемый теплый сектор, ограниченный теплым и холодным фронтами (стадия молодого циклона). В последующем, при смыкании холодного и теплого фронтов (окклюзия циклона), теплый воздух оттесняется холодным воздухом от земной поверхности в высокие слои, теплый сектор ликвидируется, и в циклоне устанавливается более равномерное распределение температуры (стадия окклюдированного циклона). Запас энергии, способной превратиться в кинетическую, в циклоне иссякает; циклон затухает или объединяется с другим циклон.

На главном фронте обычно развивается серия (семейство) циклонов, состоящая из нескольких циклонов, перемещающихся один за другим. В конце развития серии отдельные еще не затухшие циклоны, объединяясь, образуют обширный, малоподвижный, глубокий и высокий центральный циклон, состоящий из холодного воздуха во всей своей толще. Постепенно и он затухает. Одновременно с образованием циклона возникают между ними промежуточные антициклоны с высоким давлением в центре. Весь процесс эволюции отдельного циклона занимает несколько дней; серия циклонов и центральный циклон могут существовать одну-две недели. В каждом полушарии в каждый момент можно обнаружить несколько главных фронтов и связанных с ними серий циклонов; общее число циклонов за год составляет много сотен над каждым полушарием.

Есть определенные широты и области, в которых образование главных фронтов и фронтальных возмущении происходит относительно регулярно. В результате существуют определенные географические закономерности в повторяемости возникновения и перемещения циклонов и антициклонов и их серий, т.е. в так называемой циклонической деятельности. Однако влияния суши и моря, топографии, орографии и др. географических факторов на образование и перемещение циклонов и антициклонов и их взаимодействие делают общую картину циклонической деятельности очень сложной и быстро меняющейся. Циклоническая деятельность приводит к междуширотному обмену воздухом, количеством движения, тепла, влаги, что делает ее важнейшим фактором в общей циркуляции атмосферы.

Циклоны возникают не только в атмосфере Земли, но и в атмосферах других планет. Например, в атмосфере Юпитера уже многие годы наблюдается так называемое Большое красное пятно, которое является, по всей видимости, долгоживущим антициклоном.

Размеры циклонов и антициклонов сопоставимы: диаметр их может достигать 3-4 тыс. км, а высота – максимум 18-20 км, т.е. они представляют собой плоские вихри с сильно наклонной осью вращения. Перемещаются они обычно с запада на восток со скоростью 20-40 км/ч (кроме стационарных).

Рис. 1. Атмосферные фронты

Линия пересечения фронтальной поверхности с поверхностью Земли образует линию фронта , которую кратко также называют фронтом .

Атмосферный фронт - переходная зона между двумя разнородными воздушными массами.

Рис. 2. Теплый атмосферный фронт ()

Рис. 3. Холодный фронт ()

Рис. 4. Образование атмосферных фронтов на территории России

Область низкого атмосферного давления с определенной системой ветров, дующих от краев к центру и отклоняющихся против часовой стрелки.

Область высокого атмосферного давления с определенной системой ветров, дующих от центра к краям и отклоняющихся по часовой стрелке.

Рис. 5. Циклон

Рис. 6. Антициклон

Рис. 7. Атмосферные фронты (синоптическая карта)

Рис. 8. Образование атмосферного вихря

Рис. 9. Движение воздуха в антициклоне

Рис. 10. Отклонение циклонов и антициклонов при движении с запада

Рис. 11. Синоптическая карта

Источник).).

Пылевая буря над аравийским морем ().

Циклоны и антициклоны ().

Домашнее задание

Почему в зоне атмосферного фронта выпадают осадки?
В чем главное отличие циклона от антициклона?

Циклоны всегда перемещаются. Под перемещением мы подразумеваем перемещение циклона как целого, независимо от дующих в нем ветров, которые в разных частях циклона имеют разные скорости и направления. Перемещение циклона как единой системы характеризуется перемещением его центра.

Циклоны перемещаются в направлении общего переноса воздуха в средней и верхней тропосфере (говорят еще: в направлении ведущего потока). Такой общий перенос воздуха чаще всего происходит с запада на восток. Поэтому и циклоны чаще всего перемещаются от западной половины горизонта к восточной.

Но бывает и так, что высокие малоподвижные циклоны и антициклоны, простирающиеся на всю толщу тропосферы, располагаются таким образом, что изобары и течения на высотах отклоняются от зонального направления. Тогда и подвижные циклоны, следуя этому незональному верхнему переносу, перемещаются с большой составляющей к югу или к северу. В редких случаях направление ведущего потока бывает даже восточным; тогда и циклон перемещается аномально, с востока на запад.

В отдельных случаях пути циклонов оказываются очень разнообразными и даже типовые пути над той или иной областью представляют собой довольно сложную картину. Но в среднем циклоны движутся с запада на восток с составляющей, направленной к высоким широтам. Поэтому наиболее глубокие циклоны наблюдаются, как сказано выше, в субполярных широтах: в северном полушарии - на севере Атлантического и Тихого океанов, в южном полушарии - вблизи материка Антарктиды.

Скорость перемещения циклона на 25-35% меньше скорости ведущего потока. В среднем она имеет порядок величины 30-40 км/час. В отдельных случаях она может быть до 80 км/час и более. В поздней стадии жизни циклона, когда он уже заполняется, скорость перемещения уменьшается, иногда очень резко.

Хотя скорости циклонов и невелики, но за несколько суток своего существования циклон может переместиться на значительное расстояние, порядка нескольких тысяч километров, меняя по пути режим погоды.

При прохождении циклона усиливается ветер и меняется его направление. Если циклон проходит через данное место своей южной частью, ветер меняется с южного на юго-западный и северо-западный. Если циклон проходит своей северной частью, ветер меняется с юго-восточного на восточный, северо-восточный и северный. Таким образом, в передней (восточной) части циклона наблюдаются ветры с южной составляющей, в тыловой (западной) части - с северной составляющей. С этим связаны и колебания температуры при прохождении циклона.

Наконец, циклонические области характеризуются увеличенной облачностью и осадками. В передней части циклона осадки обложные, восходящего скольжения, выпадающие из облаков теплого фронта или фронта окклюзии. В тыловой части осадки ливневые, из кучево-дождевых облаков, свойственные холодному фронту, но главным образом холодным воздушным массам, текущим в тылу циклона к низким широтам. В южной части циклона иногда наблюдаются моросящие осадки теплой воздушной массы.

Приближение циклона часто можно заметить по падению давления и по первым облакам, появляющимся на западном горизонте. Это фронтальные перистые облака, движущиеся параллельными полосами. На взгляд, вследствие перспективы эти полосы кажутся расходящимися от горизонта. За ними идут перисто-слоистые облака, затем более плотные высоко-слоистые и, наконец, слоисто-дождевые с сопровождающими их разорванно-дождевыми. Потом, в тылу циклона, давление растет, а облачность принимает быстро меняющийся характер: кучевые и кучево-дождевые облака часто сменяются прояснениями.

2.1 Внетропические циклоны

Похожие статьи