Курсова робота "Атмосферні фронти"

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ГЕОГРАФІЇ, ТУРИЗМУ ТА ІСТОРІЇ

КАФЕДРА ГЕОГРАФІЇ ТА МЕТОДИКИ ЇЇ ВИКЛАДАННЯ

«Допущено до захисту»                                               Реєстраційний №________

Завідувач кафедри                                                 «___»_______________2021 р.

__________Холошин І. В.

«___»_____________2021 р.

АТМОСФЕРНІ ФРОНТИ

Курсова робота

студента денної форми навчання,

спеціальності «Географія»

групи ГОЕ-19

освітньо-кваліфікаційного рівня

«бакалавр»

Глазкова Владислава Володимировича

Науковий керівник:

Кандидат географічних наук,

доцент

Лакомова О.Й.

Оцінка:

Національна шкала________________

Шкала ECTS____Кількість балів____

Члени комісії

 ___________  __________________

        (Підпис)  (Прізвище та ініціали)

____________  ___________________

        (Підпис)  (Прізвище та ініціали)

____________  ___________________

        (Підпис)  (Прізвище та ініціали)

Кривий Ріг – 2021

ЗМІСТ

Вступ……………………………………………………………….………….3

РОЗДІЛ 1. Загальні відомості, означення, характеристики

 атмосферних фронтів…………………………………………………5

1.        Історія синоптичної метеорології в світі………………………6
2.        Структура атмосферних фронтів………………………………5

• Висотні фронтальні зони
• Нахил фронтальної поверхні
  3.        Класифікація атмосферних фронтів

та їх вплив на погоду………………………..…………………..9

•     Теплі фронти
•     Холодні фронти
•     Фронти оклюзії
  4.        Процес утворення і трансформації фронтів……………………22
  5.        Методи дослідження атмосферних фронтів……………………23
  6.        Взаємозв'язок атмосферних фронтів

 з циклонами і антициклонами…………………………………………28

7.        Стихійні метеорологічні явища в Україні

 викликані атмосферними фронтами…………………………………..30

РОЗДІЛ 2. Проходження атмосферних фронтів Кривим Рогом.

 Їх вплив на погодні умови міста………………………………………34

1.        Кліматична характеристика м.Кривий Ріг,

спираючись на дані Лозуватської метеорологічної

 станції …….............................................................…….…34

2.        Аналіз метеорологічних  карт з жовтня 2020

по березень 2021 року міста Кривий  Ріг ……………………….34

Висновок………………………………………………………………………...39

Список використаної літератури……………………………………………....41

Додатки

ВСТУП

Навколишнє середовище, у якому розвивається все живе на Землі, є сукупністю множини факторів, до яких належить як погода, так і клімат. Наявність біологічного різноманіття Землі найчастіше пов’язана з коливаннями метеорологічних умов. Істинність знань про нашу планету та країну, її природне середовище досяжна за умови, коли буде змога пізнати фундаментальні закономірності атмосферних процесів та їх вплив на оболонки.

Актуальність даної роботи полягає в тому, що у будь-яку історичну епоху, на будь-якому етапі розвитку людського життя кліматичні умови відіграють важливу роль у житті людей, а так як останнім часом набуває поширення тенденція зміни клімату, що може негативно вплинути на всі процеси життєдіяльності, то є необхідним дослідити територіальну зміну атмосферних фронтів.

Зміна повітряних мас, що характеризується певними метеовеличинами,  (насамперед температурними) спричиняє проходження  атмосферних фронтів, які в свою чергу впливають на погоду. Залежно від того, яке повітря активніше - тепле чи холодне - такий і фронт .

Метою курсової роботи є дослідження типів атмосферних фронтів, закономірностей їх виникнення та безпосередній вплив на погоду в Кривому Розі залежно від пори року.

Згідно даної мети, поставлені наступні завдання:

•      розглянути історію розвитку вчення про атмосферні фронти
•      розглянути класифікацію атмосферних фронтів, утворюючі чинники та їх основні  показники; циркуляційні процеси фронтів  та їх температурні показники; процес переміщення атмосферних фронтів, їх вплив на погоду.
•      оцінити і проаналізувати катастрофічні явища при проходженні атмосферних фронтів;
•      проаналізувати проходження фронтів у Кривому Розі залежно від пори року.
•      Побудувати графіки метеопоказників, спираючись на дані Лозуватської метеостанції.
•      зробити висновки, в яких зазначити типи атмосферних фронтів, що переважають на території Кривого Рогу, зробити загальний аналіз отриманих даних.

Об'єкт дослідження: атмосферні фронти.

Предмет дослідження: умови і фактори утворення атмосферних фронтів, їх класифікація, розвиток.

Метод дослідження: збір і аналіз даних, історичний метод, літературний метод.

РОЗДІЛ 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ, ОЗНАЧЕННЯ, ХАРАКТЕРИСТИКИ АТМОСФЕРНИХ ФРОНТІВ

Наявність атмосферних фронтів як ліній сходження повітряних потоків біля поверхні Землі було знайдено ще в 1850 р., а термін “фронт” був впроваджений в 1915 році Анзелем. Однак фронтальна структура циклонів, поширення метеорологічних величин і погодні умови в зоні фронтів були встановлені лише до 20-х років ХХ століття. Якраз з цього часу прогноз переміщення і еволюція атмосферних фронтів стали обов’язковим елементом прогнозу погоди. Перші успіхи фронтологічного способу аналізу і прогнозу пов’язані з іменами норвезької школи Я. і В. Б’єркнса, Бержерона, Сульберга. В Росії великими ентузіастами впровадження фронтологічного методу аналізу були А.А. Аскназій, С.П. Хромов, А.Ф. Дюбюк та інші. В 1932 році вийшов посібник Н. Булинської і А. Синягіна “Основы синоптической метеорологии” в якому були викладені основні положення фронтологічної синоптики. Потім в 1934 році вийшов навчальний посібник С.П. Хромова “Введение в синоптический анализ”. Хоч до кінця 30-х років цей аналіз фактично залишався двомірним, тобто обмежувався розглядом приземних карт погоди  [8].

При зближенні повітряних мас з різними характеристиками у зоні між ними збільшуються горизонтальні градієнти температури повітря, вологості, тиску, зростає швидкість вітру. Між масами виникає погранична зона, або фронт. Синоніми – фронтальна зона, фронтальний шар, фронтальний розділ, фронтальна система, фронтальна поверхня.

Атмосферні фронти  ( далі АФ) – це особливі вузькі перехідні зони між повітряними масами, що розрізняються за розмірами, особливостями переміщення, вертикальною і горизонтальною будовою, умовами погоди.

Перехідна зона на висотах може досягати 200-500 км. Горизонтальна і вертикальна довжина фронтальних поверхонь має той же порядок, що і довжина повітряних мас, що вони розділяють. У тропосфері довжина зони фронту виміряється тисячами км, ширина - сотнями км. Товщина фронтальної поверхні по вертикалі дуже мала - кілька сотень метрів, це набагато менше, ніж ширина самих повітряних мас.

Приземна синоптична карта є найбільш важливою для аналізу фронтів. Ширина фронтальної зони на приземній карті унаслідок впливу сил тертя приблизно в два рази вужча та її легше знайти. Тільки деякі, особливо різкі фронти вдається виділити на картах. Ширина зони фронту на картах погоди складає кілька десятків кілометрів, але при аналізі синоптичних карт фронт проводять у вигляді однієї лінії. Лише на вертикальних розрізах атмосфери великого масштабу можливо виявити верхню і нижню границі перехідного шару. У полях температури і вітру фронти найбільш чітко виражені біля поверхні землі в системі циклонів, що розвиваються, і баричних улоговинах. В області антициклонів чи гребенів при низхідних рухах атмосферні фронти розмиваються і не визначаються.[7]

1.        ІСТОРІЯ СИНОПТИЧНОЇ МЕТЕОРОЛОГІЇ В СВІТІ

В 1780  році вперше було здійснене тривале міжнародне метеорологічне співробітництво.  З ініціативи Мангеймського метеорологічного товариства були організовані регулярні  спостереження на 39 станціях від США до Уралу, результати яких опубліковані в "Ефемеридах"

Перші синоптичні карти, були опубліковані в Німеччині Брандесом в 1826 р. На них не було контурів материків, ні будь-яких ізоліній. За одночасними спостереженнями декількох  станцій були нанесені лише відхиленя тиску повітря від норми для двох випадків циклонів (24- 25/ХІІ 1821 р. і 2-3/ІІ 1823 р.). Аналогічні карти були створені і в інших країнах. Проте при  всьому їх пізнавальному значенні, вони не могли використовуватись безпосередньо для складання прогнозів, так як на збір результатів спостережень ішло, як правило декілька місяців.

З винайденням електричного телеграфу Шіллінгом в 1832 році появилась можливість швидкого збирання метеорологічної інформації.

Перший період (1860-1920 рр.). Почалось формування синоптичної метеорології, якнаукової дисципліни. Встановлюються зв'язки погодних умов з характером баричного поля (барична синоптика). Основна увага звертається на переміщення зон низького і високого тиску.

Для перших була застосована назва циклони (грецьк. "круг", "кільце змії, що стискується"), а для других – антициклони (грецьк. кільце змії, що розкручується). Дослідженнями циклонів, антициклонів, синоптичних умов грози, заметілей і розробка практичних прийомів прогнозу погоди були виконані П.І.Броуновим (1852-1927), М.А.Рикачевим. В 1889 р. в Росії був виданий перший посібник з синоптичної метеорології, написаний М.І. Поморцевим (1851-1916).

В той же час практичне значення прогнозів погоди на початку ХХ ст., особливо з розвитком авіації до початку першої світової війни різко зросло. До 20-х років барична синоптика звільняє місце новому, фронтологічному методу, з широким поширенням якого пов'язаний другий етап розвитку синоптичної метеорології.

Другий період (20-30-і роки ХХ століття). Наявність атмосферних фронтів як ліній сходження повітряних потоків біля поверхні Землі було знайдено іще в 1850 р., а термін “фронт” був впроваджений в 1915 році Анзелем. Однак фронтальна структура циклонів, поширення метеорологічних величин і погодні умови в зоні фронтів були встановлені лише до 20-х років ХХ столітя. Якраз з цього часу прогноз переміщення і еволюція атмосферних фронтів стали обов’язковим елементом прогнозу погоди. Перші успіхи фронтологічного способу аналізу і прогнозу пов’язані з іменами норвезької школи Я. і В. Б’єркнса, Бержерона, Сульберга. В Росії великими ентузіастами впровадження фронтологічного методу аналізу були А.А. Аскназій, С.П. Хромов, А.Ф. Дюбюк та інші. В 1932 році вийшов посібник Н. Булинської і А. Синягіна Основы синоптической метеорологии” в якому були викладені основні положення фронтологічної синоптики. Потім в 1934 році вийшов навчальний посібник С.П. Хромова “Введение в синоптический анализ”. Хоч до кінця 30-х років цей аналіз фактично залишався двохмірним, тобто обмежувався розглядом приземних карт погоди.

Третій період (40-50-і роки ХХ століття). Суттєвому розвитку синоптичної метеорології в кінці 30-х років сприяло використання висотних (аерологічних) карт. Особливу роль у впровадженні в оперативну роботу висотних карт погоди був Х.П. Погосян. Саме він з Н.Л. Таборовським запропонував методику так званого адвективно-динамічного аналізу атмосферних процесів. Ними було показано, що процеси виникнення циклонів, антициклонів, фронтів є результатом певної взаємодії адвективних і динамічних факторів, що визначають зміни в структурі поля тиску і вітру. Застосування методів трьохмірного аналізу синоптичних процесів призвело до значного зростання правильності короткотривалих прогнозів погоди. Так, за період між 1940 р. і початком 50-х років достовірність таких прогнозів зросла на 18-20%.В 50-і роки об’єм відомостей про стан атмосфери, які почали поступати завдяки новим методам отримання інформації (радіолокаційні спостереження, аеростатів, метеорологічних ракет і метеорологічних супутників), до синоптика зріс у декілька разів. Це дозволило підняти достовірність короткотривалих прогнозів погоди до 90%.

Четвертий етап - 60-і роки до наших днів). Відбувається автоматизація системи збору метеорологічної інформації, поширення і первинного аналізу. В основі сучасних методів прогнозу покладені гідродинамічні методи для вільної атмосфери. В пограничному шарі повітря більше застосовуються синоптичні методи аналізу і прогнозу.

З допомогою штучних метеорологічних супутників отримують не тільки дані про хмарність, але і з достатньою точністю визначається розподіл тиску, вітру, зон опадів, положення і структура деяких синоптичних об’єктів. Методика аналізу полів хмарності і радіаційних змін є предметом дослідження вчених різних країн. [18]

2.        СТРУКТУРА АТМОСВЕРНИХ ФРОНТІВ

Висотні фронтальні зони

На картах баричної топографії у середній та верхній тропосфері, а також у стратосфері, виявляються зони згущення ізогіпс, які визначаються як синоптичні об’єкти планетарного масштабу, так звані, висотні фронтальні зони (далі ВФЗ).

BФЗ - це перехідна область між високими холодними циклонами (улоговинами) та високими теплими антициклонами (гребенями) у вільній атмосфері. Положення ВФЗ визначають за картами ВТ500 1000 , АТ-500, AT-300 або АТ-200. Одночасно зі згущенням ізогіпс в області ВФЗ, як правило, спостерігається згущення ізотерм на картах абсолютної топографії ( далі AT) або згущення ізогіпс на картах відносної топографії ( далі ВТ). Тотожності між ВФЗ та зоною найбільших температурних контрастів немає.  У ВФЗ напрям ізотерм з висотою змінюється мало; вітер прагне прийняти напрям паралельний ізотермам середньої температури шару повітря, що знаходиться нижче, й посилюється при переході до струминної течії (СТ) у верхній частині тропосфери. Таким чином, ВФЗ характеризуються як великими горизонтальними градієнтами температури, так і значною швидкістю вітру. Однозначного зв'язку між ВФЗ та тропосферними фронтами не існує. Нерідко два приблизно паралельних один одному фронти, добре виявлені у нижній тропосфері, у верхніх шарах з'єднуються в одну широку фронтальну зону. У цей же час не завжди при наявності ВФЗ існує фронт біля поверхні землі. На практиці одній і тій же ВФЗ біля поверхні землі можуть відповідати кільки систем фронту. Така ситуація можлива при великих градієнтах на окремих ділянках ВФЗ, що визначається її динамічною значимістю – 16 ºС/1000 км або 16 дам/1000 км, при збільшенні градієнтів до подвійних значень і більше – 32, 36, 40 ºС/1000 км – на приземних картах можна проводити дві паралельні системи фронтів на певній відстані одна від одної з поділом різних за властивостями повітряних мас.[3]

Центральна ізогіпса ВФЗ називається осьовою ізогіпсою. Частина ВФЗ, обернена у бік низького тиску від осьової ізогіпси називається циклонічною периферією ВФЗ, а частина, обернена у бік високого тиску – антициклонічною периферією ВФЗ. Поняття циклонічної і антициклонічної периферії ніяк не пов’язане з кривизною ізогіпси.

Частина ВФЗ, де вздовж потоку спостерігається збіжність ізогіпс, називається входом ВФЗ, а частина ВФЗ, де спостерігається розбіжність ізогіпси - дельтою ВФЗ.

У відповідності до типу головного фронту в північній півкулі виділяють ВФЗ: арктичні і помірних широт. УУ межах деякого широтного поясу північної півкулі може виникати кілька областей збіжності потоків, які можуть зливатися в єдину ВФЗ і в середній та верхній тропосфері опоясувати усю півкулю Землі або переважну її частину. Таку систему ВФЗ називають планетарна ВФЗ (ПВФЗ). Встановлено, що у всі сезони в північній півкулі існує 4 типи ПВФЗ, які із врахуванням переважаючого широтного положення

називаються: арктична, північна помірних широт, південна помірних широт, субтропічна. Відзначається сезонна суттєва зміна положення і інтенсивності ПВФЗ: зміщення від зими до літа у північному напрямі і зменшення інтенсивності.[6]

Нахил фронтальної поверхні

Зближення двох різнорідних повітряних мас веде до того, що на одному і тому ж рівні виявляється повітря з різною щільністю. Така система спрямовується до взаємного розташування своїх компонент так, що її центр ваги займає найбільш низьке положення. Тому потенційно холодне повітря буле підтікати під тепле. В результаті система буде складатися з холодної повітряної маси, розташованої знизу і теплої повітряної маси, розташованої зверху. Межею поділу між ними буде виступати перехідний шар або поверхня розриву температури (щільності).[7]

В реальних умовах такий процес практично не завершується і поверхня поділу зберігає деякий нахил до горизонту. Горизонтальне положення поверхні можливе лише за умов, що сили баричного градієнта, діючі на поділяючі повітряні маси, будуть врівноважені іншими силами, наприклад силою Коріоліса. Таким чином, атмосферний фронт являє собою похилу поверхню, оскільки фронт розділяє повітряні маси, що переміщуються одна відносно іншої.

За інших рівних умов нахил фронтальної поверхні тим більше, чим ближче до полюсу розташований фронт. На екваторі, де параметр  Коріоліса l=0, неможливе існування геострофічного вітру, а отже, і існування похилої поверхні стаціонарного фронту.[7]

3.        КЛАСИФІКАЦІЇ АТМОСФЕРНИХ ФРОНТІВ

Класифікації АФ базуються на урахуванні ряду характерних ознак.

1) за циркуляційною значущістю і просторовою протяжністю

виділяють АФ:

- основні (тропосферні, високі),

- вторинні (приземні, низькі)

- верхні.

До основних належать фронти, які розділяють повітряні маси, що суттєво відрізняються за своїми властивостями, тобто переважно повітряні маси різних географічних типів. Вони, як правило, є тропосферними (високими), мають велику горизонтальну довжину - кілька тисяч км, і вертикальну – кілька км, простежуються і на приземній карті, і на картах баричної топографії, існують протягом декількох діб.

Контраст температури в зоні основного фронту на приземній карті погоди перевищує 5°С/100 км. У зоні ВФЗ, пов'язаній з основним фронтом, градієнти геопотенціалу в середній тропосфері (ВТ500 1000 ) складають ≥8°С/1000 км. Одночасно спостерігається кілька розділів або систем основних фронтів, часто розташованих на різних широтах.

Вторинними (низькими) називаються АФ, що поділяють частини однієї і тієї ж повітряної маси. Вторинні фронти мають невелику горизонтальну довжину - кілька сотень км, вертикальна протяжність становить 1,0–1,5 км - на картах баричної топографії вторинні фронти не простежуються; нерідко спостерігаються в тилу циклону за основним фронтом; існують не більше 1-2 діб, не пов'язані з ВФЗ.

Верхні АФ виникають на деякій висоті в тропосфері, на приземних картах не виявляються. Ці фронти можуть бути визначені за характером хмарності і опадами або одночасно і за полем температури на якомусь рівні в тропосфері. Вони можуть утворитися внаслідок розмивання фронту біля поверхні землі, який ще деякий час зберігається на висотах, або сформуватися на висотах, не досягаючи землі.

2) За особливостями переміщення, вертикальної будови і умовами погоди розрізняють АФ:

прості: теплі, холодні, малорухомі;

складні, або фронти оклюзії - теплі, холодні, нейтральні.

Теплими  називаються фронти, які переміщуються у бік більш холодного повітря. За теплим фронтом переміщається тепла повітряна маса.

Холодними  є фронти, що переміщуються у бік більш теплого повітря. За холодним фронтом рухається холодна повітряна маса.

АФ поділяються на поверхні висхідного і низхідного ковзання теплого повітря. Якщо тепле повітря піднімається відносно фронтальної зони, тобто здійснює висхідне ковзання вздовж клину холодного повітря, такий фронт називається анафронтом; якщо тепле повітря опускається - здійснює низхідне ковзання вздовж клину холодного повітря – це катафронт. Практично той самий фронт може бути на різних рівнях анафронтом і катафронтом. До анафронтів відносять усі теплі фронти і холодні фронти, що повільно зміщаються, до катафронтів – холодні фронти, що швидко зміщаються. Фронти разом з повітряними масами рухаються зі швидкістю до 30-35 км∙год-1. За певних умов атмосферні фронти можуть довгий час залишатися на місці. Фронти, які суттєво не змінюють свого положення протягом тривалого часу, називаються малорухомими або стаціонарними (квазістаціонарними).

При зміні циркуляційних умов може змінитися напрямок переміщення фронту (знак фронту): ділянка теплого фронту може перетворитися в ділянку холодного, і навпаки. Також можуть почати зміщатися і ділянки малорухомого фронту.

Складними фронтами є фронти, що являють собою об’єднану систему двох атмосферних фронтів – зімкнуті фронти. У системі одного і того ж циклону холодний фронт переміщується дещо швидше теплого, внаслідок чого з часом відбувається зближення, а потім і злиття холодного і теплого фронтів - змикання - процес витіснення теплого повітря в циклоні з утворенням складного фронту. Процес змикання називається оклюдуванням, точка злиття – точкою оклюзії, а сам фронт називається фронтом оклюзії (далі ФО).

Фронти оклюзії не відносяться до основних (динамічно значимих) фронтів і простежуються до рівня АТ-850.

Відповідно до співвідношення температури повітря по обидва боки фронту оклюзії і напряму його переміщення розрізняють теплі і холодні фронти оклюзії. На нейтральних фронтах повітряні маси по обидва боки фронтального розділу мають приблизно однакові властивості. У будь-якому випадку, по обидва боки ФО розташовуються повітряні маси, більш близькі за своїми властивостями, чим повітряні маси, поділені холодними або теплими фронтами, тому ФО відносять до вторинних фронтів. Їх горизонтальна довжина не виходить за межі одного циклона.

3) За географічними ознаками відповідно до географічної класифікації повітряних мас виділяють наступні арктичний фронт:

-  (АФ) - фронт між арктичними і полярними повітряними масами північної півкулі. Розташовується на південній межі арктичної повітряної маси.

- полярний фронт або фронт помірних широт - є південною межею помірної повітряної маси, що розділяє повітряні маси помірних широт і тропічне повітря.

- внутрішньотропічна зона конвергенції (далі ВЗК) – досить вузька і виражена зона збіжності між північним і південним пасатами вздовж екватора.

Всі ці типи відносяться до кліматологічних фронтів.

Кліматологічні фронти показують середнє положення фронтів визначеного типу в конкретному районі. Розташування кліматологічних фронтів тісно зв'язано з центрами дії атмосфери.

Фронти будь-якого типу можуть бути різко вираженими (загостреними) або слабко вираженими (розмитими). Фронти, нечітко виражені у полі якої-небудь метеовеличини називають маскованими у полі цієї величини. [2]

Теплі фронти

ТФ має антициклонічну кривизну і рухається у бік холодного повітря. На карті погоди теплий фронт відзначається червоним кольором або зачерненими напівкружками, спрямованими у бік переміщення фронту.

Проходження теплого фронту характеризується падінням тиску, поступовим посиленням вітру, швидким підвищенням температури і різким поворотом вітру вправо. Після проходження фронту швидкість вітру зменшується, падіння тиску припиняється і починається його слабкий ріст, хмари розсіюються, опади зникають.

 П перед теплим фронтом розташовується замкнута область падіння тиску, за фронтом - або ріст тиску, або відносний ріст (падіння, але менше, чим перед фронтом).

Найбільш загальним моментом у структурі поля хмарності теплого фронту є факт, що основна система хмар розташовується безпосередньо перед приземною лінією фронту у зоні найбільших висхідних рухів - основними складовими цієї системи є шарувато-дощові (Ns) та розірвано-дощові (Frnb) хмари, і випадання облогових опадів. На відстані приблизно 200-300 км від фронту ці хмари переходять у щільні високошаруваті непрозорі (As opacus), а ще далі – прозорі високошаруваті (As trans). Під ними спостерігаються розірвано- шаруваті хмари і розірвано-купчасті поганої погоди (St fr і Си fr).

Адіабатичне охолодження теплого повітря, що ковзає уздовж клина холодного, підсилюється розвитком висхідних рухів внаслідок нестаціонарності при динамічному падінні тиску та збіжності вітру в нижньому шарі атмосфери, що веде до утворення характерної системи шаруватоподібних хмар (хмар висхідного ковзання): перисто-шаруваті - високошаруваті - шарувато-дощові (Cs-As-Ns). (Див.дод.1)

Масив хмарності на значній відстані від самої лінії фронту починається з перистоподібної хмарності, де на передньому краї відзначається тонка периста кігтьовидна хмарність у вигляді паралельних смуг (Сі uncinus), що є провісниками теплого фронту.  Спостерігаються вони приблизно за добу (іноді лише за 10-12 годин) до проходження лінії фронту, можуть відмічатися на відстані до 1000 км від фронту, розташовуються найчастіше під тропопаузою або в шарі тропопаузи. Нижня межа хмар перед теплим фронтом знижується до 500- 1000 м, іноді до 50 м і навіть до поверхні землі. У ряді випадків перед теплим фронтом спостерігаються тумани.[4]

На відстані більш ніж 500 км від фронту спостерігаються напівпрозорі, вуалеподібні перисто-шаруваті хмари (Cs). Ці хмари відділені від нижче розташованих шарів хмар безхмарним прошарком. Хмари верхнього ярусу - перисто-шаруваті і перисті Cі і Cs складаються з крижаних кристалів, і опади з них не випадають. Найчастіше хмари Cі-Cs являють собою самостійний шар, верхня границя якого збігається з віссю струминної течії, тобто близька до тропопаузи.  Перисто-шаруваті хмари поступово ущільнюються і перетворюються на високошаруваті As, а потім і на щільні шарувато-дощові Ns, утворюючи однорідний безформний темно-сірий покрив, що закриває все небо. З цих хмар починають випадати облогові опади, що слабшають або зовсім припиняються після проходження лінії фронту.  Вертикальна потужність As досить значна: від 3-5 до 6-7 км. Опади, що випадають з цих хмар, улітку, проходячи крізь теплу частину атмосфери, випаровуються і не досягають поверхні Землі. Узимку з As відмічаються опади у вигляді снігу, що може також стимулювати випадання опадів з St-Sc. У цьому випадку ширина зони облогових опадів може становити ≥ 400 км.

 Найближче до поверхні Землі на висоті декількох сотень метрів утворюються шарувато-дощові хмари Ns, під якими розвиваються низькі, темні розірвано-дощові St fr з нерівними краями, що зливаються із Ns, з яких випадають обложні опади у вигляді дощу і снігу. Шарувато-дощові хмари простираються від 1-3 до 6-7 км, тобто мають досить значну вертикальну потужність.

Далі проходить «лінія фронту», тобто фронтальна зона шириною 10- 15 км, а за нею переміщується і тепла повітряна маса.

У центрі циклону, де система хмар теплого фронту має найбільший розвиток, ширина хмарної зони Ns і зони облогових опадів у середньому 300 км. У цілому хмари As-Ns мають ширину 500-600 км, ширина зони хмар Cі-Cs - близько 200-300 км.

На супутникових знімках хмарність ТФ, що швидко переміщується має смугову структуру, але суцільні довгі смуги як правило не характерні. Фронтальні хмари можуть утворюватися не тільки над похилою поверхнею фронту, а в деяких випадках і по обидві сторони від фронту. Це характерно для початкової стадії циклону, коли висхідні рухи захоплюють зафронтальну область, тоді й опади можуть випадати по обидва боки. Але за лінією фронту фронтальна хмарність звичайно сильно розшарована і зафронтальні опади частіше представлені у виді мряки. (див. Дод. 1,4,5)

Розшарування системи хмарності ТФ пов’язане з неоднорідністю поля вертикальних рухів з висотою – хмарні шари відповідають зонам активних висхідних потоків, а безхмарні проміжки – низхідним рухам, або послабленим висхідним. [1]

Погодні умови на ТФ: облогові опади, іноді мряка, інверсії; посилення вітру; випадіння снігу перед ТФ взимку часто супроводжується хуртовинами. Якщо при від’ємній температурі у приземному шарі над фронтальною поверхнею температури додатні, то краплі дощу, випадаючи у переохолодженому стані, досягають поверхні землі, що веде до формування ожеледі. Перед ТФ і особливо за ним характерні тумани, серпанки.

У теплу пору року висхідні рухи поблизу лінії фронту набувають характеру конвективних, і в денний час на ТФ нерідко розвиваються купчастоподібні хмари і спостерігаються зливові опади. Це відбувається звичайно вночі, коли тепле повітря стає нестійким внаслідок радіаційного випромінювання і охолодження верхньої частини хмар системи Ns-As. Тоді на фоні упорядкованих висхідних рухів виникає вимушена конвекція, спостерігаються зливові опади, нерідко з грозами. При цьому характерна для ТФ структура поля хмарності не встигає повністю розвинутися. Масив хмарності має невелику ширину і часто розташовується за приземною лінією фронту.

Влітку в денні години у приземному шарі за лінією ТФ при значній хмарності температура повітря над сушею може бути нижче, ніж перед фронтом. Це явище називається маскуванням теплого фронту. Іноді ТФ майже або взагалі не супроводжується опадами. Так буває при малому вологовмісті теплого повітря, коли рівень конденсації лежить на значній висоті. При сухості повітря й особливо у випадку його помітної стійкої стратифікації висхідне ковзання теплого повітря не досягає великих висот, і стан насичення не досягається.

Тепле повітря над фронтальною поверхнею неоднорідне – над ТФ спостерігаються від 1 до 3-х верхніх розділів з підвищеними значеннями горизонтальних і зниженими значеннями вертикальних градієнтів температури. Верхні розділи - це зони шириною декілька десятків км в межах 40-140 км, їх нахил до горизонту приблизно такий же як в основних ТФ.

Холодні фронти

ХФ рухається у бік теплого повітря. На приземній карті погоди ХФ відмічається синім кольором або зачерненими трикутниками, спрямованими у бік переміщення фронту. При проходженні холодного фронту вітер з висотою повертає вліво, швидкість вітру завжди посилюється. Зміна баричної тенденції (від падіння до росту, від повільного росту до більш сильного) свідчить про проходження лінії приземного фронту. З проходженням ХФ починається швидкий ріст тиску, який за фронтом може сягати 3-5 гПа/3 год., а іноді ≥ 6-8 гПа/3 год.

Температура повітря після проходження фронту падає (адвекція холоду), причому часом швидко і різко на 5-10 °С и більше за 1-2 години. Точка роси знижується одночасно з температурою повітря. Видимість, як правило, поліпшується, оскільки за холодним фронтом вторгається більш прозоре і менш вологе повітря з північних широт.

В окремих випадках ХФ, що переміщується на материк або перевалює через невисокі гори, зміщується над приземним шаром дуже холодного повітря, такий стан є нестійким, при розмиванні цього шару проходження ХФ буде супроводжуватися біля поверхні землі не похолоданням, а підвищенням температури, таке явище називається «маскуванням» ХФ.

На супутникових знімках хмарність чітко виражених ХФ представляє хмарні смуги шириною 200-300 км і довжиною до 1000 км і більше. Смуги складаються з купчасто-дощової Cb і шарувато-дощової Ns хмарності. Хмарність розмитих ХФ складається з ізольованих або видовжених у вигляді тонких смуг купчасто-дощових хмар. Хмарні смуги ХФ мають добре виражену циклонічну кривизну і звичайно відокремлюються безхмарними або малохмарними зонами від передфронтальної і зафронтальної хмарності.[5](Див дод.2,4,5)

Взимку хмарна система ХФ прихована від спостерігача більш низькою хмарністю St і Sc, сформованою всередині повітряних мас, а також Frnb, що відмічаються в зоні опадів. Але при швидкому русі холодної повітряної маси і інтенсивному рості тиску за лінією фронту, безпосередньо за ХФ настає хоча б нетривале прояснення.

В холодну пору року вертикальна протяжність хмарності, навіть Cb, невелика ~2-3 км, в той же час низьке положення ізотерми -10 ºС сприяє утворенню льодяної фази у відносно пласких хмарах з випадінням з них опадів. У тилу циклонів за ХФ, де зазвичай спостерігаються Cb у вигляді відкритих осередків мезомасштабної структури, формуються затримуючі шари на висотах 3-3,5 км, які обмежують вертикальний розвиток хмарності, але над морями і у береговій зоні Cb можуть бути сильно розвиненими по вертикалі.

Влітку над материками ХФ виражені найбільш чітко, оскільки при переміщенні цих фронтів з північного-заходу морське зафронтальне повітря значно холодніше континентального передфронтального. В зв’язку з розвитком термічної конвекції, Cb, особливо у денні години, можуть мати велику вертикальну протяжність, досягати тропопаузи, а іноді і пробивати її, при цьому формується хмарність з ковадел при розтіканні Cb вздовж межі тропопаузи.

Особливістю холодних фронтів є передфронтальні шквали. Біля поверхні землі в області ХФ виникають лінії нестійкості, або лінії шквалів. Лінії шквалів можуть розташовуватися на відстані декілька десятків або сотень км попереду ХФ, або збігатися з лінією фронту. Швидкість вітру нерідко перевищує 15-20 м∙с-1, тривалість звичайно кілька хвилин.

У більшій мірі характер погоди і хмарні поля холодних фронтів залежать від швидкості переміщення фронту. Виділяють два типи холодних фронтів у залежності від швидкості їхнього руху - малорухомі холодні фронти (1 роду) і холодні фронти, що швидко рухаються (2 роду). (Див.дод 2) [7]

Холодні фронти 1 роду

 До холодних фронтів 1-го роду належать фронти, що повільно рухаються або сповільнюють свій рух в глибоких баричних улоговинах або поблизу центра циклона.

Якщо на фронті взимку і перехідні сезони конвекція слабо розвинена, то хмарна система переважно складається з шарувато-дощової і високошаруватої хмарності, а часто і з масиву перисто-шаруватих хмар.

Вертикальна потужність хмарної ситеми ХФ 1 роду залежить від вологості теплого повітря, на меридіонально орієнтованих фронтах верхня межа хмарності сягає 10-12 км, а на зонально орієнтованих – 5-7 км.  Хмарність холодного фронту 1-го роду, є як би дзеркальним відображенням хмарності теплого фронту , тобто хмарна система аналогічна ТФ, але розташована в зворотному порядку. Хмарність починається з системи Ns-As, а закінчується Cs-Cі. При цьому хмари розташовані головним чином за лінією фронту.

Відмінність від хмарності теплого фронту: унаслідок тертя поверхня холодного фронту в нижніх шарах більш крута, тому перед самою лінією фронту замість повільного висхідного ковзання спостерігається конвективний підйом теплого повітря. Завдяки цьому, в передній частині хмарної системи можуть виникати потужні купчасті ( Cu cong.) і купчасто-  дощові ( Cb ) хмари, розтягнуті на сотні км уздовж фронту. [1]

Зливові опади перед фронтом після його проходження змінюються більш рівномірними облоговими опадами. Біля центра циклону, що розвивається, облогові опади випадають як перед холодним фронтом, так і за ним. Потім з'являються перисто-шаруваті і перисті хмари.

 Вертикальна потужність системи As-Ns і ширина хмарної системи й області опадів при цьому буде значно менше (приблизно в півтора-два рази), чим у випадку ТФ. Верхня межа системи As-Ns знаходиться на висоті близько 4-4,5 км. Під основною хмарною системою можуть виникати шаруваті розірвані хмари (St fr), іноді утворюються фронтальні тумани. Тривалість проходження холодного фронту 1-го роду через пункт спостереження складає ≥10 год. Холодні фронти, що повільно рухаються та розташовані у малоградієнтних баричних полях або у вузьких та слабко виражених улоговинах біля поверхні землі, динамічно-нестійкі. На таких ХФ виникають хвильові збурення, які переміщуються вздовж фронту.

Удень при проходженні ділянки холодного фронту в хвильовому збуренні розвиваються потужні купчасті і купчасто-дощові хмари, виникають грози, зливи, град, а іноді шквали.

На відміну від відособлених купчастих і зливових хмар, що утворюються вдень усередині однорідної холодної повітряної маси, перед лінією ХФ Cb рухаються суцільним валом. За лінією фронту тепле повітря піднімається уздовж фронтальної поверхні повільно, і після проходження лінії фронту Cb змінюються на Ns, з яких випадають облогові опади. Потім з'являються As і Сs, опади припиняються і настає прояснення.

Для ХФ 1 роду, розташованого у глибокій улоговині, є характерним існування верхніх розділів над ХФ, що також є холодними, зміщуються разом з основним фронтом, їх кількість варіюється від одного до трьох. Ширина розділів коливається в межах 40-140 км і в середньому дещо менша, ніж основного фронтального шару.

Існують сезонні особливості структури холодних фронтів 1-го роду. У холодну половину року ширина хмарної системи 400-500 км, а зони облогових опадів - до 200 км. В зоні опадів утворюються розірвано- дощові хмари з нижньою межею 100-150 м. В хмарах і переохолодженому дощі відзначається зледеніння. Видимість в опадах знижується до значень 1000 м і менше. [5]

У теплу половину року крім основної хмарної системи, нерідко розвиваються купчасто-дощові хмари, грози, що супроводжуються зливовими опадами і шквалистими вітрами. Ширина хмарної системи складає близько 300 км, зона зливових опадів - близько 50 км, далі вони переходять в облогові; загальна ширина зони опадів у середньому близько 150 км. У хмарах відзначається зледеніння, а в купчасто-дощових сильна бовтанка. [4]

До холодних фронтів 2-го роду відноситься значна частина холодних фронтів, що швидко рухаються в системах циклонів, особливо на їх окраїнах. Холодні фронти 2 роду характеризуються значно меншою шириною хмарних систем, вона утворюється перед фронтом. Основна форма хмарності потужні Cb, при розтіканні яких можуть виникати в незначній кількості Ci, Cc, Ac, Sc, а під ними в зоні зливових опадів зазвичай спостерігаються St fr або Cu fr.

 На ХФ 2 роду передня частина клина холодного повітря крутіша, ніж у холодному фронті 1 роду, і звичайно має опуклість, звернену у бік теплого повітря. Тепле повітря витісняється з нижніх шарів холодним валом, що просувається вперед більш інтенсивно, в результаті виникає низхідний рух повітря уздовж верхньої частини клину холодної повітряної маси. Унаслідок цього хмари за лінією фронту не утворюються, відсутні і облогові опади.

Перед лінією фронту, приблизно за 200 км від нього і за 3-4 години до його проходження, з'являються незмінні провісники холодного фронту 2 роду - висококупчасті сочевицеподібні хмари.  Cb хмари з опадами спостерігаються перед фронтом у вузькій смузі шириною 50-100 км. і являють собою не окремі конвективні хмари, а безперервний ланцюг, або хмарний вал, що може бути не суцільним (особливо при невисокій вологості повітря).

 За фронтом опади припиняються і фронтальна хмарність спочатку зникає, а потім іноді відновлюється, але відносно слабка.[3]

Проходження фронту супроводжується активною різко мінливою погодою з інтенсивними опадами, короткочасними проясненнями, швидким похолоданням і різким поворотом вітру вліво. Тиск після проходження фронту швидко підвищується.

У теплу половину року верхня межа (ковадла) Cb поширюється до висоти тропопаузи. На холодних фронтах 2-го роду спостерігається інтенсивна грозова діяльність, зливи, іноді з градом, шквалисті вітри. У хмарах сильна бовтанка і зледеніння. Ширина зони небезпечних явищ погоди складає кілька десятків кілометрів.

У холодну половину року вершини купчасто-дощових хмар досягають 3-4 км. З цією хмарністю пов'язані короткі сильні зливові снігопади (ширина зони снігопаду складає 50 км), хуртовини при видимості менше 1000 м, різке посилення швидкості вітру, бовтанка. У холодну пору року і для фронтів 2 роду характерні системи хмар As – Ns, за винятком південних районів помірних широт, при цьому зона опадів стає більш симетричною по відношенню до лінії фронту.[6]

Хмарність холодного фронту 2-го роду має чітко виражений добовий хід: вночі хмари Cb можуть розмиватися, вдень підсилюються конвективні рухи повітря в зв'язку з прогріванням підстильної поверхні, і розвитком турбулентних рухів, тому найбільшого розвитку хмарність й опади досягають у післяобідні години, що характерно і для внутрішньомасових хмар Cu і Cb. (див.дод 4,5)

Вторинні холодні фронти

 Вторинні холодні фронти виявляються біля поверхні Землі в тилу циклона за основним фронтом і в слабо виражених баричних улоговинах, де має місце конвергенція вітру. Виникають вторинні ХФ у зв’язку з додатковим надходженням відносно невеликої порції холодного повітря, яка не викликає при цьому значних контрастів температури.

Вторинні ХФ чітко визначаються у полі температури на поверхні 850, іноді і 700 гПа.

 Може існувати від 1 до 3 вторинних фронтів.

Вторинні фронти мають систему хмар, подібну з хмарністю холодного фронту 2-го роду, але вертикальна довжина хмар менше, ніж в основних. Унаслідок цього, після короткочасного прояснення, що настає слідом за проходженням основного фронту, з'являються конвективні хмари, пов'язані з вторинними фронтами, влітку зі зливовими опадами, грозами, шквалами, взимку - з хуртовинами, при чому зливові снігопади як біля фронту так і в нестійкій масі за ним можуть бути хоча і короткочасними, але дуже інтенсивними і повторюватися багаторазово, так звані, снігові заряди.

Хмарні системи вторинних фронтів на супутникових знімках являють собою вигнуті у вигляді спіралі хмарні смуги шириною 50- 200 км, розташовані в тиловій частині основного хмарного вихору, пов’язаного з циклоном. Найчастіше складаються з купчастих і купчасто- дощових хмар. Лінія фронту біля поверхні землі звичайно проходить по тиловій частині хмарної спіралі. [3]

Фронти оклюзії

На стадії заповнення циклона виникають комплексні, або складні фронти - фронти оклюзії, що утворюються при змиканні холодних і теплого атмосферних фронтів. ФО поєднують у собі риси теплого і холодного фронтів, але часто проявлені менш різко. Баричне поле ФО представлене добре вираженою улоговиною з V-подібним профілем. Перед фронтом на синоптичній карті утворюється область падіння тиску, зумовлена впливом теплого фронту, за фронтом оклюзії - область росту тиску, пов'язана з поверхнею холодного фронту.

Точка оклюзії знаходиться за центром осередку падіння тиску. По мірі оклюдування циклону, точка оклюзії зміщається на його периферію. Положення точки оклюзії зазвичай визначають за невеликим розширенням хмарної смуги поблизу місця розбіжності хмарних масивів холодного і теплого фронтів. [2](Див.дод.3)

Повітряні маси, що змикаються при оклюдуванні звичайно мають різну температуру - одна може бути холоднішою від іншої. Відповідно до цього, розрізняють два типи фронтів оклюзії – фронти оклюзії типу теплого фронту і фронти оклюзії типу холодного фронту. Якщо тилове повітря тепліше, ніж у передній частині циклону - утворюється теплий фронт оклюзії, якщо холодніше - холодний фронт оклюзії. У момент змикання холодного і теплого фронтів зближаються їхні хмарні системи, тобто до хмар і опадів теплого фронту впритул примикають хмари й опади холодного фронту. Тому при проходженні фронту оклюзії через пункт спостереження опади випадають як перед наближенням фронту, так і після його проходження.  Тип ФО – теплий чи холодний (далі ТФО чи ХФО) необхідно встановлювати за температурою біля поверхні землі або за видом опадів в області фронту.,[7]

В окремий тип виділяють нейтральний ФО. Нейтральні фронти оклюзії, найчастіше, мають хмарну систему, аналогічну системі теплих фронтів оклюзії. Вони є нейтральними лише у контексті близьких значень температури на приземній карті погоди по обидві сторони від фронту.

Гребінь тепла з висотою розширюється, але вісь не змінює свого положення, тобто на різних рівнях знаходиться на одній вертикальній площині. З часом температури по обидві сторони нижнього фронту оклюзії і від поверхні оклюзії поступово вирівнюються, і фронт оклюзії дегенерує.  У зв’язку з тим, що барична улоговина, в якій розміщений ФО, часто сильно видовжена і симетрична відносно лінії фронту, з проходженням ФО напрям вітру особливо різко змінюється, іноді практично на протилежний.

На карті термобаричного поля вісь гребеня тепла у випадку ТФО дещо зміщена вперед, а у випадку хмарність ТФО – назад відносно приземного ФО. Хмарність ФО на супутникових знімках являє собою щільну хмарну смугу, що має форму спіралі з фокусом поблизу центра циклону на рівні верхньої межі хмар. Середня ширина такої смуги 300 км. (Див.дод.3,4,5)[7]

Холодні фронти оклюзії

У випадку ХФО проекція верхнього фронту (верхня частина фронтальної поверхні оклюзії) на приземній карті розташовується за лінією приземного фронту. При утворенні ХФО тиловий клин холодного повітря має нижчу температуру, тому він вторгається під передній клин, як би піднімаючи його. Лінія ТФ відокремлюється від поверхні землі і переміщається нагору по поверхні ХФ. Таким чином, верхнім фронтом оклюзії буде ТФ, а нижнім - ХФ.

Термічний гребінь на висоті буде розташовуватися за термічним гребенем більш низьких шарів. Проходження нижнього фронту оклюзії зумовлює біля поверхні землі похолодання. [5]

У передній частині фронту оклюзії спостерігають Cі, Cs, As, а у випадку активних фронтів оклюзії - Ns. Якщо в оклюдуванні бере участь ХФ 1 роду, то вище верхнього ТФ може залишитися частина хмарної системи ХФ. Якщо в процесі формування ФО взаємодіє ХФ 2 роду, то за верхнім теплим фронтом настає прояснення, але в шарі нижнього ХФ може розвитися вал Cb вже в передньому холодному повітрі, що витісняється більш холодним тиловим клином. В результаті, випадіння опадів з As-Ns, якщо воно відбувається, може починатися до випадіння зливових опадів, або одночасно з проходженням нижнього холодного фронту, або після його проходження.[2]

Опади можуть спостерігатися по обидві сторони від нижнього фронту, а перехід від облогових до зливових опадів відбувається не перед нижнім фронтом, а в безпосередній близькості до нього. Холодні фронти оклюзії типові для літа, для них характерні грози, зливи, часті тумани.[7]

Теплі фронти оклюзії

У випадку ТФО маса теплого повітря витісняється більш теплим повітрям, що натікає на клин більш холодного повітря. Тиловий клин менш холодного повітря здоганяє передній клин більш холодного повітря, і ХФ, відокремившись від поверхні землі, піднімається по поверхні ТФ. Таким чином, верхнім фронтом оклюзії (верхньою частиною фронтальної поверхні оклюзії) буде ХФ, а нижнім - ТФ.

Проекція верхнього фронту (верхньої частини фронтальної поверхні оклюзії) на приземну карту розташовується перед лінією приземного фронту. Термічний гребінь на висоті буде розміщуватися перед термічним гребенем більш низьких шарів. Проходження нижнього фронту спричиняє біля землі потепління. [4]

Системи хмар ТФ і ХФ, що зближаються, в основному складаються з As-Ns. У результаті виникає потужна хмарна система Cs-As-Ns з найбільшою товщиною у верхньому холодному фронті. У випадку молодого фронту оклюзії хмарна система починається з Cі і Cs, які переходять у As, потім у Ns. Іноді за Ns можуть спостерігатися Cb, за якими знову йдуть Ns. Слабке висхідне ковзання тилового повітря уздовж поверхні оклюзії може призвести до утворення уздовж неї хмар типу St-Sc, які не досягають рівня крижаних ядер. З їх системи перед нижнім теплим фронтом будуть формуватися мрячні опади. [1]

У випадку старого теплого фронту оклюзії хмарна система складається з Cs і Ac, іноді до них приєднуються As; опади можуть не спостерігатися. Теплі фронти оклюзії частіше спостерігаються у холодну пору року, вони супроводжуються, в основному, облоговими опадами, мрякою, хуртовинами і ожеледдю.[6] (див.дод.4,5)

Кліматичні (географічні) фронти – фронти глобального масштабу, які є межами  між головними (зональними) типами повітряних мас. Таких фронтів 5: арктичний, антарктичний, два помірних (полярних) і тропічний.

    Арктичний і антарктичний фронти відділяють відповідно арктичне і антарктичне повітря від повітря помірних широт,  два помірних (полярних)фронти розділяють помірне й тропічне повітря. Тропічний фронт завжди знаходиться в тій півкулі, де зараз літо. Він відділяє тропічне й екваторіальне повітря, яке відрізняється за вологістю. Усі фронти разом з межами поясів зміщуються літом до полюсів, а зимою до екватора. Часто вони утворюють окремі гілки, які простягаються на значну відстань від кліматичних зон. (Див.дод.6)

Усі ці фронти мають свої характерні властивості. Так, екваторіальне повітря дуже тепле з великим вмістом водяної пари, тропічне повітря так само дуже тепле, але дуже сухе, особливо на суходолі, помірне повітря дуже змінюється упродовж основних сезонів, а арктичне (антарктичне) холодне і має дуже мало водяної пари.

Усі ці типи повітряних мас у свою чергу поділяються на морські та континентальні. Особливо дуже відрізняються підвиди морського та континентального повітря тропічної повітряної маси та помірної.

За своїми термічними властивостями повітряні маси можуть бути теплими та холодними. Повітряні маси, які рухаються на холодніші ділянки (у вищі широти), називаються теплими. Вони зумовлюють підвищення температури, але самі охолоджуються у нижніх шарах. Тому тут бувають малі вертикальні градієнти температури, а часто навіть інверсії температури. Отже, це стійка стратифікація атмосфери, конвекція не розвивається, переважають шаруваті хмари та тумани .

Повітряні маси, які переносяться з холодної земної поверхні на теплу (з високих широт у нижчі), називаються холодними. У нових широтах вони знижують температуру повітря, часто дуже різко. Але на шляху перенесення холодна повітряна маса у нижніх шарах нагріваються від земної поверхні і в ній виникають великі вертикальні градієнти температури. Це призводить до розвитку конвекції, формування конвективних хмар і, як наслідок, випадіння опадів зливового характеру.

Інколи виділяють ще так звані місцеві повітряні маси, які довго перебувають у даному районі. Їхні властивості визначаються нагріванням чи охолодженням у нижніх шарах залежно від сезону.[17]

4.                   ПРОЦЕС УТВОРЕННЯ І РОЗМИВАННЯ ФРОНТІВ

Процес утворення фронтів називається фронтогенезом, процес розмивання - фронтолізом.

Процеси фронтогенезу і фронтолізу пов'язані з деформацією ВФЗ.

Фронтогенез визначається збільшенням горизонтальних градієнтів температури між масами повітря, що мають різні властивості, фронтоліз - зменшенням горизонтальних градієнтів температури між цими масами. Процеси фронтогенезу і фронтолізу виявляються в деформаційних полях тропосфери. Деформаційні поля атмосфери – це термобаричні поля тропосфери, утворені двома парами хрестоподібно розташованих циклонів і антициклонів з відповідними їм осередками тепла і холоду. Розрізняють симетричні й асиметричні деформаційні поля. Якщо компоненти деформаційного поля тропосфери мають приблизно однакову інтенсивність, таке поле називається симетричним. Деформаційне поле має осі розтягнення і стискання: вісь розтягнення, уздовж якої повітряні маси розтікаються, сходяться у вхід ВФЗ, є фронтогенетичною, а вісь стискання, уздовж якої потоки, що зближаються, розходяться в дельті ВФЗ, є фронтолітичною віссю. У реальних умовах симетричні деформаційні поля зустрічаються рідко через неоднорідності підстильної поверхні і нерівномірний приплив тепла, що призводить до утворення баричних центрів різної інтенсивності.[3]

Розрізняють два види процесів - тропосферний і приземний фронтогенез (фронтоліз).

Тропосферний фронтогенез (фронтоліз) звичайно охоплює всю товщу тропосфери або значну її частину. Існування тропосферних фронтів з тропосферним фронтогенезом. Приземний фронтогенез (фронтоліз) характеризується збільшенням (зменшенням) горизонтальних градієнтів температури, обумовлених збіжністю або розбіжністю потоків у приземному шарі. Існування приземних фронтів пов'язано з приземним фронтогенезом. Умови фронтогенезу і фронтолізу як в області входу, так і в дельті фронтальної зони тропосфери будуть визначатися величиною кута між ізотермами і віссю розтягнення або стискання:

•                 Тропосферний фронтогенез має місце в системі ізогіпс, що сходяться при кутах адвекції < 45° і в системі розбіжних ізогіпс при кутах адвекції > 45°;
•                 Тропосферний фронтоліз має місце в системі ізогіпс, що сходяться при кутах адвекції > 45° і в системі розбіжних ізогіпс при кутах адвекції < 45°. [7]

5.        МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЕЯ АТМОСФЕРНИХ ФРОНТІВ

Метод дослідження атмосферних фронтів полягає у визначенні положення і типу фронту на приземних картах погоди та картах баричної топографії і називається фронтологічний аналіз. Ця операція є складною, труднощі вирішення якої пов’язані з:

- відсутністю єдиних об’єктивних кількісних критеріїв розпізнавання положення фронту біля поверхні землі і на різних висотах;

- впливом на фронти процесів різних масштабів, які розвиваються не тільки в зоні фронту, але і на деякій відстані від нього;

- впливом орографії, характером підстильної поверхні, властивостями повітряних мас, особливостями баричного поля та ін.

Графічний вигляд зображувального засобу сформовано динамічними лініями та ізолініями по карті. Наприклад, динаміка атмосферного тиску, температури, перенесення повітряних мас, переміщення ліній атмосферних фронтів на синоптичних картах (див.дод.7)

Атмосферні фронти на приземних картах погоди

При виявленні фронтальних розділів велике значення має збереження історичної послідовності аналізу, оскільки одні лише різкі зміни у полях метеовеличин можуть бути пов’язані не з фронтальною поверхнею, а з місцевим впливом чи орографією.

Аналіз фронтів біля поверхні землі проводиться в 2 етапи: визначається загальна картина положення фронтів у великому масштабі, а потім уточнюється їх положення у приземному шарі.

Основна увага при аналізі приділяється полю температури на висотах, оскільки температура найпростіше дозволяє відрізнити повітряні маси, значні контрасти безпосередньо вказують на існування фронту. У більшості випадків при наявності фронтальної зони на висотах існує і фронт біля поверхні землі. Для аналізу в першу чергу використовують карту ВТ500 1000 . Фронтальні зони, що визначаються на цій карті за положенням ВФЗ і її ділянками з найбільшими градієнтами, надають схематичну уяву про положення основних фронтів біля землі. Зона найбільших значень відносного геопотенціалу на карті ВТ500 1000 , як правило, зміщена у бік холодного повітря відносно положення фронту у приземному шарі.

Додатково аналізують поле температури на карті АТ-850. Іноді, контрасти на карті ВТ500 1000 відсутні, а на поверхні 850 гПа проявляються досить чітко. Поле температури дозволяє приблизно визначати і ФО біля поверхні землі, для якого характерні гребінь тепла і його зсув з висотою.

Розподіл температури на висотах надає лише перший загальний висновок про положення фронту: значні контрасти температури на висотах не є обов’язковою ознакою існування фронту біля поверхні землі.

Точка роси біля поверхні землі у більшій мірі реагує на поле опадів, ніж на саме положення фронту. Значення точки роси максимальне там, де випадають опади – вздовж їх зони витягнутий «язик» вологого повітря. Положення зони максимальних контрастів точки роси відносно фронту залежить від розподілу зони опадів. Якщо опади випадають з холодного боку фронту, а в теплому повітрі відсутні, і коли опади присутні по обидва боки від фронту, максимальний контраст точки роси спостерігається у холодному повітрі біля зовнішньої по відношенню до фронту межі зони опадів. Зона максимальних контрастів точки роси характеризує саме положення фронту, коли опади випадають з його теплої сторони, при чому внутрішня по відношенню до фронту межа зони опадів примикає до нього. Зона максимальних контрастів точки роси вказує положення основних фронтів на тих ділянках, де опади і дуже низька хмарність відсутні.

При проведенні фронту біля поверхні землі враховують характер баричного поля і попередній розвиток процесів. Положення фронту біля землі у більшості випадках добре фіксують поля вітру і тиску. При тривалому існуванні улоговини конвергенція потоків вітру в пограничному шарі атмосфери призведе до утворення на осі улоговини приземного фронту.

В баричному полі, що створює дивергенцію потоків повітря, фронт не може сформуватися. Тому на осях гребенів і в центральних частинах антициклонів фронти не проходять. Але фронт може існувати у смузі зниженого тиску між центрами двох близько розташованих антициклонів, при цьому положення фронту уточнюють проведенням проміжкових ізобар – через 2,5 гПа.

Більшість фронтів чітко виявляються у полі вітру. Там, де фронт знаходиться на осі улоговини чи смуги зниженого тиску, вітер за фронтом відхилений вправо у порівнянні з його напрямом перед фронтом. Вітер перед фронтом часто паралельний лінії фронту, а за ним відхиляється від фронту на кут ~ 90º. В замаскованій улоговині швидкість вітру більше з того боку фронту, де тиск вищий, а напрям вітру по обидві сторони фронту практично однаковий.

При розпізнаванні фронтів велике значення має поле ізотенденцій. Ізолінії баричних тенденцій у більшості випадків мають вигляд витягнених вздовж фронтів областей падіння і росту тиску. Найчастіше фронт проходить там, де ізалобарична пара максимальна. Область падіння звичайно знаходиться перед теплим фронтом, а область росту тиску – за холодним.

Форма хмарності може одночасно вказувати на існування фронту і ступінь його активності. Процес розмивання фронтів також проявляється у полі хмарності – спочатку зникає хмарність нижнього ярусу, у хмарних системах фронтів з’являються безхмарні проміжки, а хмарність верхнього ярусу може існувати ще тривалий час. ФормиФорми хмарності мають визначну роль для визначення фронтів у теплу пору року. Восени і взимку в помірних широтах підінверсійна хмарність часто закриває розташовану вище фронтальну хмарність, що значно ускладнює фронтологічний аналіз.

Окремою задачею при визначенні положення фронту є аналіз появи нової хвилі на фронті. У ряді випадків складно визначити – з чим пов'язаний новоутворений невеликий вигин фронту – це або початкова стадія утворення хвилі на фронті або орографічні причини, не пов’язані з хвилеформуванням. При цьому, якщо вигин на фронті звернений опуклістю у бік холодного повітря і вітер у теплому повітрі біля поверхні землі паралельний лінії фронту, або має спрямовану до неї складову, то цей вигин на фронті можна вважати хвилею.

При зближенні двох однойменних за характером ділянок фронтів вони зливаються одна з одною, найбільш чітко це виражено у полі хмарності – коли масив фронтальної хмарності є суцільним. Відокремлене проведення двох близько розташованих паралельних фронтів не відображує дійсності і переобтяжує карту, в таких випадках проводять один фронт. АналізАналіз карт погоди повинен показувати об’єктивну картину, тому фронт визначають лише при комплексі показників, а при їх відсутності навіть за умови існування фронтальної зони на висотах біля поверхні фронт не проводять – це може бути випадок верхнього фронту або сильно розмитого фронту, що ще деякий час зберігається на висотах. (Див дод.7) [6]

Атмосферні фронти на картах баричної топографії

Проведення фронтів на картах баричної топографії полегшує їх аналіз на приземних картах і дозволяє робити висновки про особливості просторової структури фронту: кут нахилу, положення верхніх компонент фронту оклюзії, розподіл температури, вологості і вітру в зоні фронту, зміна контрасту температури з висотою, вертикальна потужність повітряних мас тощо.

Основне значення при виявленні фронтів на висотах має поле температури, а поле геопотенціалу, вітру і вологості виступають додатковими ознаками. На висотах фронти характеризуються більш чи менш широкою перехідною зоною, тобто не можуть бути представлені однією лінією. Лінію фронту прийнято проводити всередині перехідної зони, там, де горизонтальний градієнт температури найбільший: вздовж серединної ізотерми зони згущення.

Звичайно, на великій протяжності фронт не може бути паралельний ізотермам, оскільки температура в холодній і теплій повітряній масах на різних ділянках фронту відрізняється. Висхідні рухи в циклонах і низхідні в антициклонах впливають на поле температури таким чином, що на теплому фронті в області циклону проявляється тенденція ізотерм до правого повороту від лінії фронту, а на холодному фронті – в зоні упорядкованих низхідних потоків – ізотерми повертають вліво від фронту, якщо напрямок при цьому орієнтований вздовж ізотерм так, що низькі температури залишаються зліва.

Для ФО на поверхні АТ-850 характерний гребінь тепла. Але при його визначенні необхідно встановити, що існування цього гребеня спричинене процесом оклюдування циклону.  З двох характеристик вологості – точка роси і дефіцит – кращу уяву про положення фронту надає точка роси.

Фронт, незалежно від наявності опадів, характеризується довгою вузькою смугою підвищених значень точки роси, коли поблизу його у теплому повітрі розташований потужний антициклон. При цьому фронт приблизно паралельний ізогіпсам, які окреслюють прилеглу до нього частину антициклону. З іншого боку фронту виділяються низькі значення точки роси, характерні для холодного повітря.

На фронтах горизонтальні градієнти температури і точки роси спрямовані у бік холодного повітря.

Для аналізу фронтів може бути використане поле дефіциту точки роси, який у зоні фронту звичайно мінімальний. Але дефіцит вологості у значній мірі залежить від процесу конденсації. Він наближений до нуля всюди, у тому числу і поза фронтальною зоною, де на даному рівні присутні опади або хмарність зі значною водністю. Розриви в значеннях дефіциту можуть бути і поза фронтами – біля меж хмарності.

Вітер і його горизонтальний зсув звичайно не надають достатньо вказівок для проведення фронтів на картах баричної топографії. Відмінність у нахилі поверхні фронту і ізобаричних поверхонь веде до зміщення осі улоговини у бік холодного повітря, з висотою вона все більше віддаляється від фронтальної зони. Тому на висоті 850 гПа тільки пологі фронти можуть характеризуватися поворотом вітру. Також відсутній чіткий зв'язок між положенням фронту і розподілом швидкостей вітру у фронтальній системі.

Важливу інформацію для фронтологічного аналізу надає карта ВТ 500 1000 . Вона дозволяє визначити розташування і інтенсивність тропосферних осередків холоду і тепла, між якими зазвичай і розміщуються фронтальні зони. При розпізнаванні ФО карта ВТ500 1000 вказує на положення висотних вузьких термічних гребенів. Вісь гребеня звичайно зрушена відносно фронту біля землі вперед при оклюзії за типом теплого фронту і збігається з ним або незначно здвигнута назад при оклюзії за типом холодного фронту.

Фронтальні розділи на поверхнях 700 і 500 гПа простежуються незадовільно. Тільки порівняно різкі фронти можна визначити на цих висотах.[4]

6.        ВЗАЄМОЗВ'ЯЗОК АТМОСІЕРНИХ ФРОНТІВ З ЦИКЛОНАМИ І АНТИЦИКЛОНАМИ

Боротьба теплих і холодних течій, які прагнуть вирівняти різницю температур між північчю і півднем, відбувається зі змінним успіхом.  Те теплі маси беруть перевагу і проникають у вигляді теплого мови далеко на північ, іноді до Гренландії, Нової Землі і навіть до Землі Франца Йосипа;  то маси арктичного повітря в вигляді гігантської «краплі» прориваються на південь і, змітаючи на своєму шляху тепле повітря, обрушуються на Крим і республіки Середньої Азії.  Особливо різко виражена ця боротьба взимку, коли різниця температур між північчю і півднем зростає.  На синоптичних картах північної півкулі завжди можна бачити кілька мов теплого і холодного повітря, що проникають на різну глибину на північ і на південь.

 Арена, на якій розгортається боротьба повітряних течій, припадає саме на самі населені частини земної кулі - помірні широти.  Ці широти і відчувають на собі примхи погоди.

 Самі неспокійні області в нашій атмосфері - це кордону повітряних мас.  На них часто виникають величезні вихори, які приносять нам безперервні зміни погоди.  Познайомимося з ними докладніше.

 Уявімо собі фронт, що розділяє холодну і теплу маси.  Коли повітряні маси рухаються з різною швидкістю або коли одна повітряна маса переміщається уздовж фронту в одному напрямку, а інша - в зворотному, то лінія фронту може прогинатися, і на ній утворюються повітряні хвилі).  При цьому холодне повітря сильніше і сильніше повертає на південь, підтікає під «мову» теплого повітря і витісняє частину його вгору.  - Теплий фронт проникає все далі на північ і «вимиває» лежить перед ним холодну масу.  Повітряні шари поступово завихрюватися.  Від центральної частини вихору повітря з силою викидається до його околиць.  Тому у вершини теплого мови тиск сильно падає, і в атмосфері утворюється як би улоговина.  Такий вихор зі зниженим тиском у центрі і називають циклоном ( «циклон» означає - кругової).

 Так як повітря тече до місць з більш низьким тиском, то в циклоні він мав би прагнути від країв вихору прямо до центру.  Але тут ми повинні нагадати , що внаслідок обертання Землі навколо своєї осі шляху всіх рухомих в північній півкулі тел відхиляються вправо.  Тому, наприклад, праві береги річок сильніше розмиваються, праві рейки на двоколійних залізницях швидше зношуються.  І вітер в циклоні теж відхиляється вправо;  в результаті виходить вихор з напрямком вітрів проти годинникової стрілки. (Див.дод. 10 )

 Якщо в області циклону провести лінії рівних тисків, тобто ізобари, то виявиться, що вони оточать центр циклону.  Так виглядає циклон в першу добу свого життя.  Що ж відбувається з ним далі?

 Мова циклону простягається все далі на північ, загострюється і стає вже великим теплим сектором.  Зазвичай він розташовується в південній частині циклону, тому що теплі течії найчастіше йдуть з півдня і південного заходу.  З двох сторін сектор оточений холодним повітрям.  Подивіться, як йдуть теплі і холодні потоки в циклоні, і ви переконаєтеся в тому, що тут два вже знайомих вам фронту.  Права межа теплого сектора це - теплий фронт циклону з широкою смугою опадів, а ліва - холодний;  смуга опадів вузька.  Циклон завжди рухається в напрямку, показаному стрілкою (паралельно ізобарах теплого сектора).

 Спробуємо тепер «передбачити» подальшу долю циклону.  Це не важко.  Адже ми вже говорили, що холодний фронт рухається швидше теплого.  Значить, з часом хвиля теплого повітря стане ще більш крутий, сектор циклону буде поступово звужуватися, і, нарешті, обидва фронти зімкнуться, відбудеться оклюзія.  Це - смерть для циклону.  До оклюзії циклон міг «харчуватися» теплою повітряною масою.  Різниця температур між холодними потоками і теплим сектором зберігалася.  Циклон жив і розвивався.  Але після того, як обидва фронти зімкнулися, «харчування» циклону відрізано.  Тепле повітря йде вгору, і циклон починає згасати.  Опади слабшають, хмари потроху розсіюються, вітер стихає, тиск вирівнюється, і від грізного циклону залишається маленька завихрення зона.  Такий вмираючий циклон є і на нашій карті, за Волгою.(див.дод.11)

 Розміри циклонів різні.  Іноді це вихор з діаметром всього в декілька сотень кілометрів.  Але буває і так, що вихор захоплює область до 4-5 тисяч кілометрів в діаметрі - цілий материк!  До центрам величезних циклонічних вихорів можуть стікатися найрізноманітніші повітряні маси: теплі і вологі, холодні і сухі.  Тому небо над циклоном найчастіше хмарне, а вітер сильний, іноді штормовий.

 На кордоні між повітряними масами може утворитися кілька хвиль.  Тому зазвичай циклони розвиваються не поодинці, а серіями, по чотири і більше.  У той час як перший уже згасає, в останньому тільки починає витягуватися теплий мову.  Живе циклон 5-6 днів, і за цей час він може пройти величезний простір.  За добу циклон пробігає в середньому близько 800 кілометрів, а іноді до 2000 кілометрів.

 Циклони приходять до нас найчастіше із заходу.  Це пов'язано із загальним переміщенням повітряних мас із заходу на схід.  Сильні циклони на нашій території бувають дуже рідко.  Затяжний дощ або сніг, різкий поривчастий вітер - ось звичайна картина нашого циклону.  Але в тропіках іноді бувають циклони надзвичайної сили, з жорстокими зливами і штормовими вітрами.  Це - урагани і тайфуни.

 Ми вже знаємо, що коли лінія фронту між двома повітряними течіями прогинається, в холодну масу видавлюється теплий мову, і таким чином зароджується циклон.  Але лінія фронту може прогинатися і в сторону теплого повітря.  В цьому випадку виникає вихор із зовсім іншими властивостями, ніж циклон.  Називається він антициклоном.  Це вже не улоговина, а повітряна гора.(див.дод.10 )

 Тиск в центрі такого вихору вище, ніж по краях, і повітря розтікається від центру до околиць вихору.  На його місце опускається повітря з більш високих шарів.  Опускаючись, він стискається, нагрівається, і з проясненнями в ньому поступово розсіюється.  Тому і погода в антициклоні зазвичай буває малохмарна і суха;  на рівнинах вона спекотна влітку і холодна взимку.  Тільки на околицях антициклону можуть виникати тумани і низькі шаруваті хмари.  Так як в антициклоні немає такої великої різниці в тисках, як в циклоні, то і вітри тут набагато слабкіше.  Рухаються вони за годинниковою стрілкою.

 У міру розвитку вихору верхні шари його прогріваються.  Особливо це помітно, коли холодний мову відрізається і вихор перестає «харчуватися» холодом або коли антициклон застоюється на одному місці.  Тоді погода в ньому стає більш стійкою.

 Взагалі антициклони - більш спокійні вихори, ніж циклони.  Рухаються вони повільніше, близько 500 кілометрів на добу;  часто зупиняються і тижнями стоять в одному районі, а потім знову продовжують свій шлях.  Розміри їх величезні.  Антициклон нерідко, особливо взимку, охоплює всю Європу і частину Азії.  Але в окремих серіях циклонів можуть виникати і маленькі, рухливі і недовговічні антициклони.

7.        СТИХІЙНІ МАТЕОРОЛОГІЧНІ ЯВИЩА В УКРАЇНІ ВИКЛИКАНІ АТМОСФЕРНИМИ ФРОНТАМИ

Протягом року в Україні змінюється напрям і швидкість вітру, тобто його режим. Це залежить від по­ложення території щодо центрів атмосферного тисків. Через Україну проходить смуга високого атмосферного тиску, так звана вісь Воєйкова. Вона простежується на Україні з північного сходу на південний захід по лінії Луганськ − Дніпропетровськ − Балта і є своєрідним кліматорозділом. На північ від неї переважають вітри за­хідного напряму, а на південь − східного, що позначається як на кількості опадів, так і на температурному режимі.

На території України найбільш поширеними є наступні атмосферні явища: гроза, хуртовина, град, приморозки, ожеледиця, суховії, туман.

Грози переважно виникають у теплі місяці (квітень – вересень), проте на узбережжях морів вони відбуваються пізніше - у жовтні, листопаді. Вони виникають під час зіткнення холодного та теплого повітря, тому їх майже взимку не буває. Середня кількість гроз на території країни зафіксовано на рік до 30, у південних районах їх кількість зменшується (10-20). Найбільш грозонебезпечними є гірські райони території. Під час проходження атмосферних фронтів спостерігається велика кількість сильних та довготривалих гроз [9].

Умови для формування грозових хмар сприятливі влітку, коли підстильна поверхня максимально прогрівається. Середня тривалість грози коливається в межах 2-3 години.

Явища, які можуть супроводжувати грозу, є злива та град. Він у середньому на рік спостерігається приблизно до 2 днів, в горах – до 4-6 днів.

У степових районах град є рідкісним явищем. Зазвичай він випадає з травня по червень.

Тумани формуються переважно наприкінці літа до весни. На їх формування значний вплив має рельєф території, що сприяє вихолодженню підстильної поверхні та прилеглого шару повітря. Утворенню туману взимку сприяє адвекція теплого вологого повітря, що надходить з Атлантичного океану та Чорного моря [10].

Значна повторюваність туманів в горах (до 120 днів/рік). Туман може зменшувати горизонтальну дальність видимості до 50 м, тому для більшості видів транспорту має небезпечне значення.

Приморозки на території країни зафіксовані навесні та восени, під час вторгнення холодних мас повітря та охолодження земної поверхні. Восени вони вперше з’являються в долинах Карпат та на півночі.

Ожеледиця утворюється у холодний період року при температурі нижче 0°С. Середня товщина намерзлого льоду становить близько 9 мм, а максимальною досягає 300 мм.

Хуртовин утворюються на території країни з січня по лютий. Кількість днів з хуртовинами коливається від 3 до 20 днів.

На території країни суховії формуються на півдні (Миколаївська, Дніпропетровська, Запорізька й Херсонська області та степові райони Криму) та на сході (Луганська, Донецька області). Важливими умовами для її утворення є зростання температури повітря вище 25°С на фоні зниження відносної вологості до 30% та швидкості вітру понад 5 м/с.

У середньому кількість днів з суховіями становить приблизно 20 – 30 діб, в окремі роки цей показник може досягати 60 діб. Суховії мають негативний вплив на господарську діяльність людини, адже вони дуже шкідливі для рослинного покриву, через недостатню кількість вологи.

Аналіз умов формування різних атмосферних явищ вказує на важливе значення температурних показників, показників вологості повітря та швидкості вітру. Встановлено, що тумани, грози, град переважно спостерігаються у гірських районах та низовинних формах рельєфу.

Суховії мають найбільшу повторюваність на півдні території.

Хуртовини та ожеледиця чіткої структури розподілу не мають, спостерігаються на всій території, але також характеризуються температурними показниками [11, 12].

Протягом останніх років в Україні спостерігалась значима зміна  інтенсивності небезпечних і стихійних явищ погоди. Ці зміни значною мірою зумовлені зміною їх умов формування, і насамперед зміною атмосферної циркуляції та термічного режиму. Підвищення температури повітря, особливо мінімальної у холодний період, зумовило зміну структури опадів.

Небезпечні та стихійні метеорологічні явища (НЯ та СГЯ) – це атмосферні явища, які зумовлюють порушення нормальної життєдіяльності населення, наносять значні збитки економіки. В Україні такими можуть бути сильні вітри, шквали, смерчі, зливи, град, гроза, сильні та тривалі дощі, снігопади, сильні хуртовини, пилові бурі, налипання мокрого снігу, складні відкладення, ожеледь, туман, сильна спека, сильний мороз.

Дані явища впливають на роботу галузей економіки: енергетики, усіх видів транспорту (авіа-, морський), будівництво, житлово-комунальне господарство, сільське та лісове господарства. Збитки від них визначаються їх інтенсивністю, тривалістю.

За останнє десятиліття було зареєстровано рекордно велику кількість стихійних явищ, від яких потерпіло біля 2,7 млрд. чоловік, тобто більше третини населення планети.

На більшій частині суші спостерігається і очікується в майбутньому ріст максимальних температур повітря і кількість спекотних днів (коли температура перевищує задані порогові значення); ріст мінімальних температур і зменшення числа холодних ночей; зменшення частоти заморозків; зменшення добової амплітуди температури. [13,14]

Найбільші збитки від стихійних метеорологічних явищ спостерігаються при наявності декількох явищ одночасно. Так, 70% випадків зі збитками спостерігались при наявності сукупності конвективних явищ (зливи, граду, шквалу). У 53% випадків зі збитками спостерігався шквал із швидкістю 25 м/с і більше. Великий град зумовлює збитки при 20% випадків, а дуже сильні зливи з грозами і без – в 17% випадків [15, 16].

 Прикладом такого стихійного  метеорологічного явища може слугувати  буревій у Кривому Розі 2 липня 2019 року. Сильний вітер зривав дахи з будівель і виривав з корінням дерева. Градом, розміром з великий тенісний м’яч, побило тисячі вікон і дахів. Через зливу вулиці різних районів міста перетворилися на річки. В результаті негоди на десятки днів були знеструмлені житлові будинки. На станціях деякий час була відсутня напруга в контактних мережах. Десять потягів збилися з графіку. В деяких районах міста був пошкоджений газопровід. Знищено вщент близько сотні автомобілів, на які падали дерева. 28.09.2020 року в Херсонській обл. В селищі Велика Александрівка пронісся буревій зі смерчем, чим вщент зруйнував дахи будинків, пошкодив інфраструктуру селища. 30.09.2020 в Турції випав град з курине яйце. [Див.дод 8]

Виявлені тенденції зміни  інтенсивності небезпечних і стихійних явищ погоди мають регіональні особливості, зумовлені зміною їх умов формування на цій території. Тому проаналізуємо метеорологічні карти з жовтня 2020 по березень 2021 року міста Кривий  Ріг, спираючись на дані Лозуватської метеорологічної станції.

РОЗДІЛ 2. ПРОХОДЖЕННЯ АТМОСФЕННИХ ФРОНТІВ КРИВИМ РОГОМ. ЇХ ВПЛИВ НА ПОГОДНІ УМОВИ МІСТА.

2.1. Кліматична характеристика м.Кривий Ріг, спираючись на дані лозуватської метеостанції

Місто Кривий Ріг розташоване у степовій зоні України, на злитті річок Інгулець і Саксагань, які входять до басейну Дніпра. Територія околиць розчленована численними балками (Зелена, Березнеговата, Червона, Макортова, Галахова, Лозуватка, Грушевата, Петрикова, Красна, Роковата, Суха, Гливата, Дубова, Вовча, Суслова, Кобальска, Калетіна, Крутий Яр, Приворотна та інші).

Місто розташоване у помірних широтах. Від екватора – у північній півкулі, від Гринвіцького (нульового) меридіану – у східній півкулі. Точні координати відсутні, оскільки місто витягнуте у майже субмеридіональному напрямі на кілька десятків кілометрів.

Клімат — атлантико-континентальний недостатньо вологої, теплої області помірної кліматичної зони, характеризується спекотним посушливим літом і помірно м'якою з частими відлигами зимою.

Грунти міста – чорноземи звичайні, лучно-чорноземні, чорноземи солонцюваті, лучносолонцюваті і лучно-болотні.

Більша частина опадів випадає під час теплої половини року (квітень—жовтень) — 268 мм. Добовий максимум опадів (90 мм) спостерігався у липні 2019 року. Упродовж року сумарна тривалість випадіння опадів 730 годин. За останні 60 років посушливими є кожні 3-4 роки на одне десятиліття. Сильні посухи на Криворіжжі бувають раз на 5-10 років. Зливові дощі супроводжуються грозами та градом. Найчастіше грози трапляються в період з травня по серпень. (див.дод. 9)

Над територією міста сформувався своєрідний мікроклімат «острова тепла». В місті тепліше на 1,8°С. Особливо це помітно в холодний період року. Тому більшість опадів, туманів, низькі хмари утворюються за рахунок пилогазових викидів підприємств і автомобілів.[19]

2.        Аналіз метеорологічних  карт з жовтня 2020 по березень 2021 року міста Кривий  Ріг

Розглядаючи метеорологічну ситуацію в жовтні над територією м. Кривий Ріг, спостерігалося 4 атмосферних фронти. Половина з них були холодними, про що свідчить поступове зниження температури повітря під час його проходження. Лише 11 та 16 жовтня характерними для даної території були фронти окклюзії, адже змін у температурному режимі не спостерігалося. Сумарна кількість опадів становила біля 50 мм, що свідчить про посушливість клімату міста в другому місяці осені (див. дод. 12, 12А).

Згідно з синоптичною таблицею за листопад (див. дод. 13), над Криворіжжям впродовж місяця панувало 4 атмосферних вихорі. На початку місяця спостерігався відносно теплий циклон із переважанням теплих атмосферних фронтів на початку та по завершенню самого циклону. З 16 листопада, територією міста проходив холодний фронт, що супроводжувався тижневим холодним антициклоном. Наприкінці осені можна було спостерігати теплий атмосферний фронт, котрий виник внаслідок просування територією Криворіжжя циклону TANGI .

Кількість опадів впродовж останнього місяця осені варіювалася в межах 4,5 – 5 мм , що свідчить про недостатню зволоженість атмосферного повітря (див. дод. 13, 13А).

На  початку зими, у грудні Україна та Кривий Ріг зокрема опинились серед двох циклонів і холодного антициклона, що супроводжувалися холодними атмосферними фронтами. Опісля проходження антициклону спостерігався холодний фронт із невеликою кількістю опадів, що зумовлено мінімальною амплітудою температур. У другій половині третьої декади місяця панував теплий фронт із значною кількістю опадів, про що свідчить амплітуда температур у 9 градусів. Аналогічна ситуація спостерігалася й 28 грудня. Сумарна кількість опадів за місяць склала 5,6-6мм, що говорить про відносно достатню зволоженість повітря (див. дод. 14, 14А).

Розглядаючи таблицю погодних умов за січень 2021 року (див. дод. 15), можна побачити, що загалом над територією Криворіжжя панувало 7 атмосферних фронтів, причиною яких ставали як циклони, так і антициклони. Так, на початку січня  спостерігався відносно холодний антициклон із холодним фронтом. Опісля проходження антициклону над даною територією панував теплий циклон із аномальним для цього кліматичного сезону явищем- грозою. Це пов’язано із різким підвищенням температури: від морозних -2 до додатніх +7…+9 градусів. З 9 по 12 січня панував відносно теплий антициклон, котрий 13 січня змінився більш холодним арктичним антициклоном Бартош та Дмітріос, що супроводилось холодним фронтом. А  із початком третьої декади місяця можна побачити вплив теплої атлантичної повітряної маси, котра принесла теплий фронт. Наприкінці січня над територією Кривого Рогу панував теплий циклон Ларс із значною кількістю опадів.

Сумарна ж кількість опадів впродовж січня становила 20 мм. Клімат січня був достатньо вологим та із високим температурним режимом. (див. дод. 15, 15 А).

Останній місяць зими характеризувався значною кількістю циклонів та антициклонів. Так, на початку лютого можна побачити панування теплого циклону з Балкан, котрий приніс додатні температури. 4 Лютого спостерігався холодний фронт. Також 8-13 лютого можна побачити вплив теплих Південних циклонів та вплив холодного антициклону(14-18 лютого), котрі супроводжувалися відповідними фронтами. В середині другої декади місяця теплі фронти замінювалися холодними через вплив різних за температурою повітряних мас із заходу. Впродовж усієї третьої декади лютого спостерігався вплив теплого антициклону Ілонка із аномально високими температурами(+12…+14). Наприкінці ж із приходом холодної повітряної маси спостерігався холодний атмосферний фронт. Сумарна кількість опадів за місяць склала 6,6 мм, що є показником недостатнього зволоження (див. дод. 16, 16А)

Опрацьовуючи дані погодної таблиці за березень можна побачити, що  над територією Кривого Рогу проходила велика кількість циклонів і антициклонів із відповідними атмосферними фронтами. Так, з 1 по 5 березня спостерігаємо вплив теплого антициклону. Шостого березня спостерігався прихід холодного антициклону, котрий супроводжувався холодним атмосферним фронтом із значною кількістю опадів, що пов’язано із великою амплітудою температур. З 12-16 березня бачимо панування теплої повітряної маси, прихід якої ознаменувався теплим фронтом. Протягом 17-24 березня можна було спостерігати проходження малорухливих холодних фронтів, що зумовили зниження температури та незначну кількість опадів. 25 березня, із приходом теплої повітряної маси та відповідним атмосферним фронтом, температура помітно підвищувалася, та залишалася стабільною до кінця місяця. Сумарна кількість опадів сягала 10,5 мм, що є відносно нормальним показником зволоження атмосферного повітря (див. дод. 17, 17А)

Необхідно зазначити, що спостереження та їх результати, занесені до таблиць погодних умов за жовтень-березень 2020-2021р. , проводилися на основі даних про погоду Лозуватської метеостанції поблизу Міста Кривого Рогу. Як наслідок, необхідно враховувати особливості мезоклімату всередині Криворіжжя, котрі пояснюються підвищеними показниками температур та вологості.

Якщо говорити про загальну метеорологічну ситуація восени 2020 року, можна зробити висновок про те, що клімат Кривого Рогу значним чином зазнає впливу глобального потепління - підвищені середньомісячні температури, невелика кількість опадів свідчать про посушливість та невідповідність метеопоказників кліматичним нормам даної території (див. дод. 21) . Порівнюючи температурний режим осені 2019, 2020 рр. необхідно зазначити, що середня температура повітря восени 2019 р.  була на декілька градусів вища, ніж у 2020 році.  Стосовно опадів, у 2019 р. їх розповсюдження було відносно рівномірним. Але у 2020 р. найбільша кількість опадів спостерігалася у жовтні(50 мм), найменша- у вересні(близько 0.5 мм), що свідчить про нерівномірне зволоження території міста (див. дод. 18, 19).

Розглядаючи зимову метеокартину за останні три роки, можна побачити тенденцію підвищення  середньомісячних температур на фоні глобального потепління.  Так, за 2019-2021 рік, середня зимова температура на 1-2 градуси вища за кліматичну норму Дніпропетровської області (див. дод. 20, 21).  Але середні зимові температури 2020 і 2021 рр на 0.2-0.5 градусів нижчі за показник 2019. І все ж не дивлячись на це, загалом температури вищі за кліматичну норму. Опрацьовуючи дані щодо опадів зимою 2019, 2020, 2021 рр, можна побачити, що з 2019 року впродовж наступних 2-ох зим кількість опадів зростала, а у 2021 році дещо знизилась. Так, у 2019 році загальна кількість опадів становила 75-80 мм, що на 15-20 мм менше за кліматичну норму (див. дод. 21). Але вже у 2020 році кількість опадів взимку зрівнялася із нормальними показниками. А взимку 2021 р. опади значно знизились до 30-50 мм. Хоч взимку територією України просувалося близько 18 атмосферних вихорів, панувало близько 20 атмосферних фронтів, опади були незначними. Це пов’язано із тим, що територія Криворіжжя проходила по перефирії більшості циклонів і антициклонів, тим самим зазнаючи їх меншого впливу.(див. дод. 18,19,20)

Порівнюючи метеопоказники березня 2019-2021 років стає помітним вплив глобального потепління. Отож, температурний режим загалом на 1-2 градуси вищий за кліматичну норму(див. дод. 21). У 2019 році середня темература становила 8 градусів тепла, у 2020р  - 8,5 градусів тепла. Але у 2021 році температурний режим склав близько 7 градусів цельсія, що пов’язано із впливом холодних циклонів. Щодо опадів, необхідно зазначити, що сумарна їх кількість є недостаючою до кліматичної норми. Так, у 2019 році в березні було 19 мм опадів, у 2020- близько 43 мм на місяць, а у 2021році- близько 30 мм. Хоч на початку весни територією України просувалося близько 8 атмосферних вихорів, опади були незначними. Це пов’язано із тим, що територія Криворіжжя проходила по перефирії більшості циклонів і антициклонів, тим самим зазнаючи їх меншого впливу.

Також варто зазначити, що Різкі зміни погоди в Україні 2021 року в січні, лютому і березні місяці викликали так звану битву циклонів - через те, що Атлантика сильно прогрілася, контраст між полярними і тропічними широтами став більш потужним - це стало причиною того, що циклони, які рухалися над Україною взимку, посилилися.

Минулого року Атлантика дуже сильно прогрілася, особливо в тропічних широтах. І цей контраст між полярними і тропічними широтами став надзвичайно потужним, що значно збільшило циклони.

Над Середземним морем, Балканами, Чорноморським регіоном утворилася зона низького тиску, де весь час утворювалися циклони, які рухалися над територією України. Вони приносять нам основну частину вологи. При русі циклонів Україна весь час потрапляла в тепле, а потім в холодний сектор. Погода ніби чергувалась - холод, аномальна спека, дощ, крижаний дощ. Потім все йшло в сніг, а потім знову в дощ, який збивав сніг.

Висновок

В ході курсової роботи згідно поставлених завдань було:

1. Розглянуто історію розвитку вчення про атмосферні фронти та визначено, що наявність атмосферних фронтів як ліній сходження повітряних потоків біля поверхні Землі було знайдено іще в 1850 р., а термін “фронт” був впроваджений в 1915 році Анзелем.
2. Розглянуто класифікацію атмосферних фронтів, утворюючі чинники та їх основні  показники; циркуляційні процеси фронтів  та їх температурні показники; процес переміщення атмосферних фронтів, їх вплив на погоду, а саме з’ясовано, що атмосферний фронт— перехідна зона, яка знаходиться між двома повітряними масами з різними фізичними властивостями (головним чином температурою та вологістю.
   Основна причина виникнення атмосферного фронту — фронтогенез
    У процесі загальної циркуляції атмосфери між повітряними масами різних широтних зон з досить великими контрастами температури виникають довгі (тис. км), витягнуті переважно по широті головні фронти — арктичні, антарктичні, полярні, на яких відбувається утворення циклонів і антициклонів. Також визначено класифікацію фронтів за особливостями переміщення:

- Теплий фронт

- Холодний фронт

- Фронт Окклюзії 

3. Проаналізовано стихійні явища при проходженні атмосферних фронтів і визначено, що на території України найбільш поширеними є наступні атмосферні явища: гроза, хуртовина, град, приморозки, ожеледиця, суховії, туман.

4. Побудувано графіки метеопоказників, спираючись на дані Лозуватської метеостанції.

5. Проаналізовано проходження фронтів у Кривому Розі залежно від пори року та на основі вищезазначеного аналізу зроблені наступні висновки:

•                  За осінній період 2020 року через місто Кривий Ріг  пройшло близько 15 фронтів. У першу половину осені ще спостерігались активні  атмосферниі процеси, але далі поступово антициклонічний режим погоди сприяв інтенсивній трансформації повітряних мас та приходу циклонів. Більшість фронтів, які спостерігались у період дослідження, були розмиті або слабко виражені, через ослаблення міжширотного обміну.
•                  Лише невелика кількість теплих та холодних фронтів, а також окклюзії, не супроводжувались опадами. Також аномальним явищем є виникнення гроз на початку січня 2021 року, що пов’язано із різким підвищенням температури та значними її амплітудами.
•                  Зимовий період та початок весни охарактеризувалися великою кількістю циклонів, різкими перепадами температур, що зумовлено так званою битвою циклонів - через те, що Атлантика сильно прогрілася, контраст між полярними і тропічними широтами став більш потужним - це стало причиною того, що циклони, які рухалися над Україною взимку, посилилися. Минулого року Атлантика дуже сильно прогрілася, особливо в тропічних широтах. І цей контраст між полярними і тропічними широтами став надзвичайно потужним, що значно збільшило циклони. Над Середземним морем, Балканами, Чорноморським регіоном утворилася зона низького тиску, де весь час утворювалися циклони, які рухалися над територією України. Вони приносять нам основну частину вологи. При русі циклонів Україна весь час потрапляла в тепле, а потім в холодний сектор. Погода ніби чергувалась - холод, аномальна спека, дощ, крижаний дощ.
•                  Не дивлячись на те, що територією України за Жовтень- Березень 2020-2021 року проходило близько 40 фронтів, кількість опадів на Криворіжжі суттєво не зросла. Це пов’язано із впливом глобального потепління, континентальність клімату нашого міста, адже якщо порівнювати вплив фронтів і циклонів на території західної частини України, спостерігатимемо значний їх вплив, через меншу віддаленість від океану. 

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1.              Воробьев В.И. Синоптическая метеорология – Л: Гидрометеоиздат, 1991. – 616 с.
2.              Дашко Н.А. Курс лекций по синоптической метеорологии, Ч.І. - Владивосток: ДВГУ, 2005, - 523 с.
3.              Зверев А.С. Синоптическая метеорология – Л: Гидрометеоиздат, 1977. – 711 с.
4.              Практикум з синоптичної метеорології: Навчальний посібник / Під ред. Г.П. Івус, С.М. Іванової. – Одеса: Вид-во «ТЭС», 2004. – 419 с.
5.              Руководство по краткосрочным прогнозам погоды, Ч.І. – Л: Гидрометеоиздат, 1986. – 702 с.
6.              Хандожко Л.А. Региональные синоптические процессы. - Л.: изд-во ЛГМИ, 1988. - 104 с.
7.              Хохлов В.М. Аналіз та прогноз розвитку повітряних мас, атмосферних фронтів та баричних утворень (конспект лекцій). – Одеса: ТЭС, 2004. – 125 с.
8.              Блютген И. География климатов. Т.2. – М.: Прогрес, 1973.- с.7-103.
9.              Данова Т.Е. Влияние современных климатических изменений на динамику мезомасштабных процессов // «Известия вузов. Северо-Кавказский регион».
10.         Естественные науки. Метеорология. Экология. 2013. №3. – С. 79-83.
11.         Алексеева А. А., Глушкова Н. И. Диагноз и прогноз интенсивной конвекции и связанных с нею опасных конвективных явлений//Труды Гидрометцентра России, 1993, вып.326,с.68-72.
12.         Колчинский М.Г. Что можно увидеть на небе: Справ. // М.Г. Колчинский, М.Я. Орлов, П.З. Прох. – К.: Наук. думка, 1982. – С. 136–143.
13.         Волощук В.М. та ін. Глобальне потепління і клімат України: регіональні екологічні та соціально-економічні аспекти. – К.: Видавничо-поліграфічний центр „Київський університет”, 2002. – 17 с.
14.         Глебова М.Я. Режим метелей в степных и лесостепных районах СССР// Тр.ГГО.- 1960.- вып.91
15.         Муллаяров В. А. Солнечная активность и интенсивность гроз по наблюдениям ОНЧ – радиошумов в Якутии/ В. А. Муллаяров, В. И. Козлов, Р. Р. Каримов.// Исследования по геомагнитизму, аэрономии и физике Солнца. – 2000. – вып.111. – С.95-101.
16.         Стихийные метеорологические явления на Украине и в Молдавии./Под ред.Бабиченко В.Н./Л.:Гидротетеоиздат,1991, с.224
17.         Studfile.net>preview>page:67. Харківський національний університет ім. В.Н. Каразина - Кліматологія та метеорологія. Doc.
18.         Блютген И. География климатов. Т.2. – М.: Прогрес,196.
19.         Mycovenant.eumayours.eu План сталого енергетичного розвитку кривого рогу до 2020 року. Затверджено міської  ради

ДОДАТКИ

Додаток 1

Теплий фронт

Додаток 2

Холодний фронт

Додаток 3

Фронт оклюзії

Додаток 4

Додаток 5

Додаток 6

Кліматичні (географічні) фронти

Додаток 7

Приклад синоптичної карти

Додаток 8

Додаток 9

Додаток 10 а

Додаток 11

Додаток 12

ТАБЛИЦЯ ПОГОДИ ЗА ЖОВТЕНЬ 2020

Додаток 13

ТАБЛИЦЯ ПОГОДИ ЗА ЛИСТОПАД 2020

Додаток 14

 ТАБЛИЦЯ ПОГОДИ ЗА ГРУДЕНЬ 2020

Додаток 15

ТАБЛИЦЯ ПОГОДИ ЗА СІЧЕНЬ 2021

Додаток 16

ТАБЛИЦЯ ПОГОДИ ЗА ЛЮТИЙ 2021