Количество и характер облачности в теплой воздуш ной массе сильно зависят от ее происхождения. При до статочной влажности воздуха в результате понижения температуры происходит конденсация водяного пара, т. е. образование адвективного тумана или дымки. При наличии слоя инверсии охлаждение воздушной массы определяется в основном турбулентностью. При подъеме воздуха к границе инверсии в результате адиабатиче ского охлаждения и конденсации образуются слоистые и слоисто-кучевые облака. В широтах умеренного пояса в теплое время года днем может происходить нагрева ние слоистых облаков или адвективных туманов Солн цем. Это приводит к постепенному уменьшению их плот ности, а иногда и исчезновению. К вечеру они могут появляться снова из-за понижения температуры в ре зультате радиации. Для теплых воздушных масс ха рактерны также слоисто-кучевые облака, которые со стоят из мелких капелек воды и имеют вид неплотного слоя гряд, валов или глыб с просветами.
Из слоистых облаков выпадают моросящие осадки, а при наличии кучево-дождевых облаков могут выпадать осадки ливневого характера. Если теплая воздушная масса, состоящая из переохлажденных капелек воды, перемещается над районами, где раньше стояли силь ные морозы, то на поверхности Земли образуется голо лед. Видимость в теплой воздушной массе пониженная.
П о г о д н ы е у с л о в и я в х о л о д н о й в о з д у ш ной м а с с е зависят от характера подстилающей по верхности и времени года. Над морями и океанами боль шую часть года воздух холоднее поверхности воды. В хо лодной воздушной массе над морем происходит повы шение температуры нижнего слоя воздуха, а следова тельно, увеличение вертикального градиента температу ры днем и ночью; конвекция возникает днем и усили вается вечером и ночью. Холодная воздушная масса, как правило, является неустойчивой. Усиленному раз витию конвекции над морем способствует радиационное излучение верхних слоев влажного воздуха в ночное время, поэтому в дневное время наблюдаются безоблач ная погода или облака кучевых форм (Cum hum, Cu cong). Вечером и ночью облака кучевых форм усилива ются и переходят в кучево-дождевые, достигая макси мального развития. Из кучево-дождевых облаков выпа
дают осадки ливневого характера, часто сопровождаемые в летний период грозовыми явлениями и шквалами. Ви
димость в холодных воздушных массах хорошая, в зо нах ливневых осадков — плохая.
Условия плавания в холодной воздушной массе, в об щем, благоприятные, однако при подходе к зоне ливне вых осадков часто наблюдаются шквалистые ветры. Над Баренцевым, Гренландским и Норвежским морями в зимнее время^ при ветрах северных румбов наблюда ются необычайно интенсивные снегопады — снежные за ряды, для которых характерны внезапность и исключи тельно плохая видимость.
Атмосферные фронты. Воздушные массы имеют раз личные свойства. В местах соприкосновения воздушных масс происходит переход от одних свойств к другим. Горизонтальные градиенты температуры, влажности, давления и других метеорологических элементов в ме стах соприкосновения значительно больше, чем в цен тральных частях однородных воздушных масс. Пере ходная зона между воздушными массами с различными физическими свойствами, характеризующаяся резкими изменениями метеорологических элементов в горизон тальном направлении, называется фронтальной поверх ностью или атмосферным фронтом.
Фронтальная зона представляет собой слой воздуха, толщина которого может колебаться от 1 до 2 0 0 км, но для упрощения рассуждений часто фронтальную зону представляют как поверхность раздела. Пересечение фронтальной поверхности с поверхностью Земли назы вается линией фронта или просто фронтом.
Атмосферные фронты всегда наклонены к поверхно сти Земли в сторону холодного воздуха, который имеет большую плотность и является более тяжелым, чем теп лый воздух, с которым он взаимодействует. Угол на клона фронтальной поверхности можно получить, беря за основу следующие соображения. Будем рассматри вать участок малоподвижного фронта, разделяющего теплую и холодную воздушные массы (рис. 75). Оче видно, что в точке А давление должно быть одинако вым независимо от того, со стороны холодной или теп лой воздушной массы мы подходим в эту точку. При невыполнении этого условия в точке А должен наблю даться разрыв в поле давления, обусловливающий бес
конечно большое значение барического градиента, а сле довательно, и бесконечно большую скорость ветра, ко торая пропорциональна величине барического градиен та. Однако на практике этого не наблюдается, скорость ветра всегда имеет конечное значение. На основании этого можно положить, что
Р, = Р2 = р, а dPx== dP2. |
(9.19) |
Рис. 75. Схема вычисления угла наклона фронтальной поверхности
Полный дифференциал от давления dP заменим через частные производные по осям х и у. Тогда
d P ^ ^ - d x + ^ - d z ; dPa= ^ - d x + ^ d z . (9.20)
Из (9.20) получим
( дРі V дх
или
|
|
|
dz |
|
|
|
dz |
|
т |
дР., |
|
|
дх |
дх |
(9.21) |
|
дР2 |
dPt |
|
|
|
dz |
dz |
|
Из рис. 75 видно, 4 T o t g a = — . Подставляя, получим
|
dPt |
дР, |
|
|
дх |
дх |
(9.22) |
|
дР, |
дР! |
|
|
|
дг |
дг |
|
Если принять, что ветер в соприкасающихся воздушных массах является геострофическим, то
|
|
|
|
1 |
дР |
|
(9.23) |
|
|
|
|
2ü>sin |
9 р дх |
' |
|
|
|
|
|
Отсюда |
|
дРдх |
|
|
|
|
|
|
|
|
— 2 ш sin <ppvg. |
|
(9.24) |
Используя уравнение статики |
атмосферы, найдем |
— |
= — gp, |
а из |
уравнения |
Клапейрона — Менделеева |
Р |
|
|
|
|
|
|
|
р ~~ R T |
■ |
|
|
|
|
|
|
Тогда, |
подставляя в |
(9.22), |
получим |
|
|
|
2« sin |
Л |
RT, ѵ2 |
|
|
tga = |
R T і |
(9.25) |
|
|
|
|
|
R T , |
RT, |
|
Так как по принятому условию Р, = Р2 = Р, то |
|
|
tg “ = |
2ь> sin у |
Щ Т ; |
V j T , |
(9.26) |
Хотя полученная формула угла наклона фронталь ной поверхности не учитывает влияние трения и вычис лять действительный угол по ней нельзя, но из этой формулы следует ряд важных качественных выводов.
1.Так как по условию знаменатель всегда, положи
телен (Т2> Т і), то фронты могут существовать только при положительном числителе, в противном случае угол должен находиться или во второй, или в четвертой чет верти, где тангенс отрицательный. Но практически это невозможно, ибо в первом случае фронт должен быть
наклонен |
в сторону теплого воздуха, а во втором уйдет |
в толщу |
океана. Это позволяет утверждать, что все |
фронтальные разделы могут существовать только в та ких барических образованиях, в которых наблюдается положительная векторная разность ветров перед линией фронта и за ней. Такими барическими образованиями являются циклоны и барические ложбины. В антицикло нах и барических гребнях, фронты существовать не могут.
3 8 0
2. Угол наклона увеличивается с увеличением ши роты места.
3. В реальных условиях угол наклона меньше 1°, но, учитывая соотношения между вертикальными и гори зонтальными размерами воздушных масс, становится по нятной большая роль, которую играют фронтальные разделы в формировании режима погоды.
Классификации фронтальных разделов. По горизон тальной и вертикальной протяженности различают ос
новные (высокие), вторичные |
(приземные) и верхние |
фронты. |
|
О с н о в н ы м и называются |
фронты, имеющие боль |
шую горизонтальную и вертикальную протяженность. Эти фронтальные разделы образуются главными воз душными массами, существенно отличающимися по своим свойствам. Скачок температуры по обе стороны основного фронта на приземной карте обычно более 5°. На основных фронтах развиваются внетропические цик лоны.
В т о р и ч н ы м и называются фронты небольшой го ризонтальной (несколько сот километров) и вертикаль ной протяженности. Они разделяют различные порции
одной и той |
же |
воздушной массы; наблюдаются пре |
имущественно |
в |
тыловых частях циклонов. Вторичные |
фронты обычно существуют не более 1 — 2 суток. |
В е р х н и м и |
называются фронты, которые могут |
быть прослежены |
только на высотах и не проявляются |
в приземном |
слое. |
Основной фронт ввиду большой горизонтальной про тяженности по своим физическим свойствам неодноро ден на всех участках. Одни участки смещаются в сто рону теплой воздушной массы, другие — в сторону хо лодной, третьи остаются малоподвижными. Поэтому основные фронты классифицируются по ряду дополни тельных признаков и делятся на теплые, холодные и
неподвижные, |
или стационарные. |
Т е п л ы м и |
называются участки основного фронта, |
в которых теплая воздушная масса перемещается в сто рону холодной воздушной массы.
та, |
Х о л о д н ы м и |
называются участки основного фрон |
в которых холодная воздушная масса перемещается |
в |
сторону теплой |
воздушной массы. |
