Презентація "Атмосферні фронти"

Презентаційна робота. АТМОСФЕРНІ ФРОНТИ 2020

Атмосферний фронт— перехідна зона, яка знаходиться між двома повітряними масами з відмінними фізичними властивостями (головним чином температурою та вологістю. Також, умовно, поверхня поділу між двома повітряними масами в атмосфері. Практично, фронти відомі лише в тропосфері, тому, вони також називаються тропосферними фронтами. Фронтом також називають лінію перетину фронтальної поверхні з поверхнею землі або з поверхнею рівня. Біля поверхні землі ширина перехідної зони — лінії фронту становить кілька десятків км; у вертикальній площині вона утворює нахилену під кутом менше 10° поверхню товщиною в сотні метрів. Довжина лінії фронту дорівнює сотням і тисячам км. Практично атмосферні фронти спостерігаються лише в тропосфері, де вони виникають, переміщуються і розмиваються.

Зона атмосферного фронту дуже вузька в порівнянні з повітряними масами, які він розділяє, тому для теоретичних цілей дослідження її приблизно розглядають як поверхня розділу двох повітряних мас різної температури — фронтальною поверхнею. З тієї ж причини на синоптичних картах атмосферний фронт зображують у виді лінії (лінія фронту). Якби повітряні маси були нерухомі, поверхня фронту була б горизонтальною, з холодним повітрям внизу і теплим над ним, але оскільки обидві маси рухаються, вона розташовується похило до земної поверхні, причому холодне повітря лежить у вигляді дуже пологого клина під теплим. Тангенс кута нахилу фронтальної поверхні (нахил фронту) — приблизно дорівнює 0,01. Атмосферні фронти можуть тягнутися іноді до самої тропопаузи, але можуть і обмежуватися нижніми кілометрами тропосфери. У перетині з земною поверхнею зона фронту має ширину порядку десятків км, горизонтальні ж розміри самих повітряних мас можуть мати до декількох тисяч кілометрів. На початку утворення атмосферних фронтів і при їх розсіюванні ширина фронтальної зони буде більше. По вертикалі атмосферний фронт являє собою перехідний шар товщиною в сотні метрів, в якому температура з висотою зменшується менше звичайного (вертикальний градієнт температури зменшений) або зростає, тобто спостерігається інверсія температури.

Основна причина виникнення атмосферного фронту — фронтогенез — наявність таких систем руху в тропосфері, що приводять до зближення мас повітря, що мають різну температуру. Широка перехідна зона між повітряними масами стає при цьому різким фронтом. В особливих випадках можливе утворення атмосферного фронту при русі повітря уздовж різкого температурного кордону на підстилаючий поверхні, наприклад над кромкою льоду в океані — так званий топографічний 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 . При цьому динамічна стійкість головного атмосферного фронту порушується, він деформується і просувається на одних ділянках до високих широт, на інших — до низьких широт. По обидві сторони поверхні атмосферного фронту при цьому виникають вертикальні складові вітру. Особливо важливим є висхідний рухповітря над поверхнею атмосферного фронту, який призводить до утворення хмарних систем і опадів. Утворення фронту оклюзії із теплого та холодного фронту. Зеленим позначено зону випадіння опадів.

Атмосферні фронти класифікують за географічним положенням, протяжністю та особливостями переміщення. Класифікація за географічним положенням Арктичний фронт — фронт між арктичними і помірними повітряними масами північної півкулі. Розташовується на південному кордоні арктичної повітряної маси. Зазвичай розрізняють кілька одночасно існуючих гілок арктичного фронту, іноді арктичний фронт огинає безперервно всю північну півкулю. Помірний фронт — поділяє північну і південну помірну повітряні маси. Полярний фронт — є північним (для Півн. Півкулі) кордоном помірної повітряної маси, що розділяє південну помірну і тропічну повітряну масу. Пасатний фронт — фронт в тропіках, що розділяє дві маси тропічного повітря з різними властивостями — старе і більш свіже тропічне повітря, яке нещодавно утворилося шляхом трансформації помірної повітряної маси. Внутрішньотропічна зона конвергенції — досить вузька і виражена зона збіжності між північним і південним пасатами (або між пасатом і мусоном, або між пасатом і екваторіальними західними вітрами). Деякі повітряні маси над Північною Америкою, між якими можуть утворюватися атмосферні фронт

Класифікація за особливостями переміщення 1 Теплий фронт — атмосферний фронт, що рухається в бік холодного повітря. Частіше пов'язаний з системою шарувато-дощових опадів, суцільними дощами і подальшим потеплінням. Теплим фронтом називається поверхня розділу двох повітряних мас у випадку переміщення маси теплого повітря у сторону холодного. Зимою із проходженням теплого фронту часто пов’язані снігопади затяжного характеру і відлиги. У інші сезони року він приносить довготривалі затяжні дощі і похмуру погоду. Над поверхнею фронту тепле повітря, зазвичай, знаходиться у висхідному русі над клином холодного повітря. Якщо тепле повітря є достатньо вологим, то при його висхідному русі і адіабатичному охолодженні утворюється характерна система хмар теплого фронту. Схема утворення теплого фронту. Позначення теплого фронту на погодній мапі

На відстані 600-800 км перед лінією фронту, там де клин холодного повітря має товщину 5-6 км і більше, утворюються найбільш високі хмари – перисті (Сі) й перисто-шаруваті (Cs). Перисті хмари. Сіrrus утворюються вище поверхні фронту, перисто-шаруваті – поблизу поверхні фронту.Із наближенням до лінії фронту основа хмар поступово знижується, самі вони стають все ближче густими і переходять на висотах нижче 6 км у високо-шаруваті (As), а потім вже нижче 2-3 км – у шарувато-дощові (Ns), основи яких знаходять на висоті 100-1000 м. Опади починають випадати із шару As. Як правило, особливо у літній час, вони не досягають поверхні Землі внаслідок випаровування, а потім при переході As у Ns досягають її і поступово із наближенням фронту підсилюються. Ширина зони опадів теплого фронту зазвичай становить 200-400 км. Рух повітря відбувається у площині, перпендикулярній до лінії фронту. Хмари As-Ns мають велику вертикальну висоту. У їх верхній частині, досягають значних висот, де є низькі температури, вони складаються із льодяних кристаликів. Під As і Ns розміщені клубчасті хмари Fr nb. Детальніше англомовне пояснення структури теплого атмосферного фронту. Перисті хмари (Сі) складають окремий шар, розміщений вище за фронтальну поверхню. Причиною цього є те, що висхідний рух повітря на деякій висоті змінюється низхідним, щоб потім на великій висоті знову перейти у висхідний. Детальніше англомовне пояснення структури теплого атмосферного фронту

Таким чином, хоча представлене вище схематичне зображення системи хмар теплого фронту і є типовим і часто спостерігається, проте може бути відхилення від приведеної схеми. Ці відхилення залежать від інтенсивності і характеру висхідних рухів повітря і від його відносної вологості. Якщо відносна вологість теплого повітря дуже велика а стратифікація нестійка, як це буває улітку у помірних широтах і зимою у південних, а висхідний рух охоплює шар товщиною у декілька кілометрів, то у цьому випадку шарувато-дощові хмари (Ns) можуть перейти в купчасто-дощові (Cb), а опадибудуть мати зливовий характер і супроводжуватися грозами. Якщо тепле повітря достатньо сухе і висхідний рух повітря розвинутий слабо, то хмарна система теплого фронту може бути недорозвинута, і ті чи інші шари можуть бути повністю відсутні. Для таких фронтів характерне розшарування хмарної системи, мала вертикальна потужність окремих шарів, або їх повна відсутність. Інколи у системі хмар теплого фронту можуть бути відсутні перисті і перисто-шаруваті хмари, а також шарувато-дощові і вся система складається лише із невеликого шару хмар Altostratus (As). У випадку, коли теплий фронт переміщується із заходу на схід, із наближенням теплого фронту до пункту спостереження першими з’являться перисті хмари (Ci), потім перисто-шаруваті(Cs), високо-шаруваті (As) та шарувато-дощові (Ns).

Якщо повітряна маса є стабільною, кількість опадів буде збільшуватися, поки не досягне розташування, коли хмари можуть продовжити рухатися по земній поверхні, як туман. Після того, як з фронтом з фронтом відчуває деяке потепління та очищення. Якщо повітряна маса нестійка, грози можуть передувати і слідувати з фронтом і зміни температури будуть більшими. У північній півкулі теплий фронт викликає зрушення вітру, що дме з південного сходу на південний захід, в південній півкулі зрушення від вітрів дме з північного сходу на північний захід. Загальні характеристики, пов'язані з теплими фронтами включають в себе: зміну температур, атмосферного тиску, опади, вітри, хмари, видимість і точку роси. До проходження фронту температура прохолодна, атм.тиск стабільно зменшується, вітер з півдня на південний схід (північна півкуля) і з півночі на північний схід (Південна півкуля), видимість слабка, точка роси неухильно підіймається, опади Зазвичай відсутні, але влітку чи при теплих температурах купчасті потужні хмари можуть перетворюватися на купчасто-дощові й давати короткочасні зливи та грози, хмари перисті, перисто-шаруваті хмари, шаруваті, шарувато-дощові хмари. Інші хмари можна також часто побачити, в тому числі перисто-купчасті, високо-купчасті, купчастіта іноді навіть купчасто-дощові(разом з купчастими хмарами влітку). Під час проходження фронту температура вирівнюється, тиск теж починає вирівнюватись, вітри мінливі, стійкий помірний дощ з деяким послабленням та деяким сплеск сили, хмари шарувато- дощові інколи купчасто-дощові, видимість слабка але покращується точка роси стійка. Після проходження фронту температура типлишає зовсім вирівнюється, тиск потроху підвищується з подальшим зменшенням, вітер півдня на південний захід ( Північна півкуля) і з півночі на Північний захід ( Південна півкуля), невеликий дощ, який поступово стихає, чисте небо з розкиданими шаруватими і шарувато-купчастими хмарами, ясна видимість, точка роси підіймається і згодом стає стійкою.

Холодним фронтом називається фронт, який рухається у сторону теплого повітря. У цьому випадку клин холодного повітря наступає і відтісняє розміщене перед ним тепле повітря. Завдяки приземному тертю передня частина клину холодного повітря притупляється, тому поблизу лінії фронту його поверхня, на відміну від теплого фронту піднімається вгору майже перпендикулярно. Характер погоди на холодному фронті помітно різниться в залежності від швидкості зсуву фронту, властивостей теплого повітря перед фронтом, характеру висхідних рухів теплого повітря над клином холодного. Зазвичай розрізняють два типи холодних фронтів: холодний фронт першого роду- коли холодне повітря наступає повільно; холодний фронт другого роду- що супроводжується швидким наступання холодного повітря. Холодний фронт першого рроду. Холодний фронт 1-го роду – це різновид холодного фронту, який переміщується повільно. Клин холодного повітря немов підповзає під тепле повітря, у результаті чого останній не тільки витісняється вгору, але частково натікає на клин холодного повітря. При адіабатичному охолодженні повітря, що піднімається вгору, утворюється хмарова система, подібна до системи хмар теплого фронту, у якій форми хмар розміщені у зворотному порядку і ширина якої порівняно невелика. Схема утворення холодного фронту. Позначення теплого фронту на погодній мапі

Холодний фронт 2-го роду – це різновид холодного фронту. який переміщується швидко. Він спостерігається у центральній частині циклону. Тепле повітря над холодним фронтом 2-го роду має значну горизонтальну швидкість і опускається, ковзаючи вниз по клину холодного повітря. Тому хмарна система, що виникає на цьому фронті відхиляється вперед. Смуга найбільш потужних хмар і опадів розміщена безпосередньо перед лінією фронту. Оскільки фронт рухається швидко, то висхідний рух теплого повітря уздовж поверхні фронту, зазвичай, проходить бурхливо. Тому, основою хмарової системи холодного фронту 2-го роду є вал купчасто-дощових хмар (Cb). Незадовго до приходу цього вала можуть з’явитися високо-купчасті хмари (Ас), інколи на зміну яким приходять високо-шаруваті (Аs), а інколи спостерігається перисто-купчасті хмари (Сс) у поєднанні з купчастими (Сі). Взагалі, напливаючий вал купчасто-дощових хмар може супроводжуватись багатьма формами хмар усіх ярусів: розірвано-дощовими (Fr nb), купчастими(Сu) і шарувато-купчастими (Sc) у нижньому ярусі; високо-купчастими (Ас) і високо-шаруватими (Аs) у середньому ярусі, перистими (Сі), перисто-купчастими(Сс) а інколи перисто-шаруватими (Сs) у верхньому ярусі. При цьому спостерігається у виді декількох шарів, розміщених на різних широтах. Перед холодним фронтом 2-го роду інколи з'являються високо-купчасті лентикулярні хмари (Ас lent.), а також перисто-купчасті лентикулярні (Сс lent.) Таким чином, у порівняно вузькій зоні поблизу лінії фронту (100-200 км) спостерігається маса різних видів родів хмар, у зв’язку із тим, що висхідний вертикальний рухпростягається угору на відстань інколи до 10 км. Це часто спостерігається і у тому випадку коли утворюються не фронтальні купчасто-дощові хмари, а хмари Cumulonimbus всередині нестійкої маси. Сама купчасто-дощова хмара по краях також часто має багатоярусний характер. Структура холодного атмосферного фронту 2-го роду

При переході через лінію холодного фронту, вітер, як і у випадку теплого фронту, повертає у Північній півкулі праворуч (ліворуч у Південній), але поворот значніший і різкіший — від південно-західного або південного перед фронтом до західного або північно-західному за фронтом. При цьому посилюється швидкість вітру. Атмосферний тиск перед фронтом змінюється повільно. Він може як падати, так і зростати. З проходженням холодного фронту, однак, починається швидке зростання тиску. Це зростання тиску може досягати 1-2 г. Па/год., іноді 2-3 г. Па/год. або навіть більше. Зміна баричної тенденції (від падіння до зростання, від повільного зростання до сильнішого) свідчить про проходження лінії приповерхневого фронту. Перед фронтом часто спостерігаються опади, а нерідко грози і шквали (особливо протягом теплого півріччя). Температура повітря після проходження фронту падає в результаті адвекції холоду, причому часом швидко і різко — на 5 … 10 ° С і більше за 1-2 години. Точка роси знижується одночасно з температурою повітря. Видимість, як правило, поліпшується, оскільки за холодним фронтом вторгається чистіше і сухіше повітря з північних широт.

При низькій температурі в холодному фронті 1-го роду льодяні кристали утворюються на невеликій висоті, що сприяє випаданню опадів. У холодну пору року основа хмар поблизу лінії фронту часто розміщується на висоті до 100 м, причому, зазвичай, під ними утворюється суцільний покрив розірвано-дощових хмар, який закриває хмари, розміщені вище. Влітку, коли відносна вологістьтеплого повітря порівняно мала і точка роси розміщується достатньо високо, інколи у фронті утворюються лише високі форми хмар (високо-шаруваті, перисті, перисто-шаруваті) які не дають опадів. Розірвано-дощові хмари влітку виникають значно рідше ніж взимку і ще рідше утворюють суцільний хмаровий покрив. За типовим холодним фронтом 2-го роду наступає, зазвичай, прояснення, викликане інтенсивними низхідними потоками холодного повітря, яке розмиває також і типову частину фронтової хмарної системи. При цьому у холодній повітряній масі безпосередньо за лінією фронту спостерігаються шарувато-купчасті, високо-купчасті і розірвано-дощові хмари, кількість яких швидко зменшується.

3. Фронт оклюзії — атмосферний фронт, що формується в процесі циклоногенезупозатропічного циклону, коли холодний фронт наганяє теплий; процес його формування відомий як оклюзія циклону. Коли це трапляється, тепле повітря відділяється від центру циклону біля поверхні Землі. Точка у просторі, у якій зходяться теплий та холодний фронти, має назву потрійної точки. Фронти оклюзії (складні фронти) утворюються при поєднанні холодного і теплого фронтів циклону. Таке поєднання відбувається тому, що холодний фронтпереміщується трохи швидше від теплого і доганяє останній спочатку у вершині теплого сектора. При цьому зливаються і хмарові системи обох фронтів. Наступний розвиток хмарової системи залежить від співвідношення температур повітряних мас по обидві сторони утвореного зімкнутого фронту. Позначення окклюзивнго фронту на погодній мапіФронт теплой окклюзии на вертикальном разрезе и на карте погоды.

Відмінність хмарових систем фронтів оклюзії від відповідних систем теплого чи холодного фронтів є їх багатошаруватість, яка спричинена наявністю верхніх і нижніх фронтів і розпадом хмарових мас на окремі шари. Розглянуті вище системи хмар пов’язані з фронтами. Характерною їх особливістю є розміщення хмарових форм у певній послідовності у русі фронтальних схем як єдиного цілого разом із фронтами. Разом із еволюцією фронтів змінюються і їх хмарові системи, від стадії виникнення до стадії їх розпаду і повного зникнення. Фронт холодной окклюзии на вертикальном разрезе и на карте погоды.

Під час свого руху холодний фронтпочинає наздоганяти теплий, який переміщається повільніше, ніж холодний. Починається їхнє змикання — процес витіснення теплого повітря в циклоні з утворенням складного фронту оклюзії, який поєднує в собі ознаки як теплого, так і холодного фронтів. Якщо повітряна маса, що прийшла за фронтом тепліша (так званий теплий фронт оклюзії), то хмарова система перед верхнім холодним фронтом поступово розмивається, проте уздовж поверхні нижнього теплого фронту часто утворюється нова хмарова система, подібна до системи теплого фронту. Якщо повітряна маса, що прийшла за фронтом холодніша (так званий холодний фронт оклюзії), то поступово розпадається хмарова система вздовж верхнього теплого фронту і перед нижнім холодним фронтом утворюється нова хмарова система, подібна до системи холодного фронту. Існують нейтральні фронти оклюзії, коли температури повітря по обидві боки від фронту практично однакові. По обидва боки фронту оклюзії розташовуються повітряні маси, які є більш близькими за своїми властивостями, ніж повітряні маси, які розділяються холодними або теплими фронтами. Їх горизонтальна протяжність не виходить за межі одного циклону. Нерідко на фронтах оклюзії розвиваються нові циклони. Циклон на ранній стадії оклюзії

Фронтальний перехід У земної поверхні атмосферний фронт характеризується збільшеними горизонтальними градієнтами температури повітря — у вузькій зоні фронту температура різко переходить від значень, властивих одній повітряній масі, до значень, властивим іншій, причому зміна іноді перевищує 10 °С. Змінюються у фронтальній зоні також вологість повітря і його прозорість. У баричному полі атмосферний фронт зв'язаний із зонами зниженого тиску; тому при проходженні атмосферного фронту відбуваються відповідні зміни атмосферного тиску і вітру. Над фронтальними поверхнями утворюються великі хмарні системи, що включають шарувато-дощові і купчасто-дощові хмари, що дають опади. Атмосферний фронт переміщується зі швидкістю, рівною нормальній складовій до фронту швидкості вітру, тому проходження атмосферного фронту через місце спостереження приводить до швидкої (протягом годин) і часом різкої зміни важливих метеорологічних елементів і до зміни всього режиму погоди.

ДЯКУЮ ЗА УВАГУ