Основными признаками регенерации циклонов являются. Стадии развития фронтальных циклонов

Атмосферные возмущения внетропических широт – циклоны и антициклоны – возникают преимущественно на главных атмосферных фронтах, т. е. на фронтах между полярным (умеренным) и тропическим воздухом или между арктическим и полярным воздухом.

Лишь незначительная часть слаборазвитых и малоподвижных вихрей возникает под непосредственным тепловым воздействием ПП.

Возникновение на поверхности главных фронтов огромных волн с длинами порядка 1000 км и более может привести к разрыву температуры и ветра на фронте, а отклоняющая сила вращения Земли, действующая на воздушные потоки, способствует зарождению мезомасштабных вихрей – циклонов и антициклонов. При этом фронтальная поверхность и линия фронта на поверхности Земли испытывают волнообразные деформации. На одних участках (в гребнях волн) фронт отклоняется к низким широтам, а на других (в долинах фронтальных волн) – к высоким широтам. Воздушные течения при этом теряют зональный характер и возникают языки холодного и теплого воздуха – участки холодного и теплого фронтов. В долинах фронтальных волн развиваются циклонические движения и давление падает – образуются циклоны. Центральные части циклонов располагаются непосредственно на фронте, и фронт, таким образом, проходит через внутренние области циклонов. В передней части циклона фронт смещается к высоким широтам и имеет характер теплого фронта. В тыловой части циклона фронт перемещается к низким широтам и имеет характер холодного фронта. В то же время оба они являются участками одного и того же главного фронта. Свойственные фронтам системы облаков и осадков возникают и развиваются на соответствующих участках бывшего малоподвижного стационарного фронта (рис. 28).

Рисунок 9. Стадії циклону: а – молодого;
б – оклюдованого.

Рис. 28. Стадии развития внетропического циклона:

а – малоподвижный фронт на приземной карте погоды; 6 – волновые возмущения на малоподвижном фронте; в – образование циклона на стационарной малоподвижном фронте; г – молодой циклон

Холодный фронт в углубляющемся циклоне движется быстрее теплого. Скорость перемещения холодного фронта составляет около 0,8 скорости геострофического ветра, а теплого – не более 0,65 ее величины. Вследствие этого несоответствия, во-первых, профиль волнообразного изгиба фронтальных поверхностей не будет симметричным: теплый и холодный фронты имеют выпуклость в одну сторону и, во-вторых, с ростом амплитуды возмущения теплый сектор циклона постоянно суживается, так как холодный фронт постепенно нагоняет теплый. В момент смыкания фронтов центральная часть циклона у земной поверхности заполняется холодным воздухом, а теплый воздух оттесняется в более высокие слои.

Это третья стадия развития циклона – стадия окклюзии. Стадия молодого циклона, длящаяся в среднем 12–24 ч, продолжается до тех пор, пока в центре циклона у земной поверхности остается теплый воздух.

Стадия окклюдировання циклона является стадией максимального развития: именно после начала се скорость ветра в циклоне достигает максимального значения. В это время у подстилающей поверхности в циклоне наблюдается наиболее низкое давление и циклон становится высоким холодным барическим образованием. В дальнейшем наступает последняя (четвертая) стадия развития циклона – стадия заполнения: атмосферное давление растет, скорость ветра уменьшается и возмущение постепенно затухает.

Рассмотренная схема развития внетропических циклонов является типичной, но не обязательной во всех случаях. Зарождение циклонов возможно не только на стационарных, но и на медленно перемещающихся холодных, а иногда и теплых фронтах. Кроме того, после начала окклюдирования не обязательно следует стадия заполнения циклона. Если после окклюзии в циклоне остается некоторая вторичная термическая асимметрия вследствие разности температур холодного воздуха перед и за фронтом окклюзии, то возможно продолжение углубления циклона и после окклюдирования. Особенно часто это наблюдается тогда, когда холодный воздух в тылу циклона теплее, чем в передней части циклона.

Наиболее глубокие внетропические (фронтальные) циклоны со штормовыми ветрами возникают в тех случаях, когда в процессе циклогенеза участвуют воздушные массы трех основных типов: тропического, полярного и арктического. Например, если центр молодого циклона, зародившегося на полярном фронте, оказывается вблизи арктического фронта, то арктический воздух входит в область циклона и усиливает его термический контраст. В этом случае циклоны характеризуются особенной глубиной, большими барическими градиентами и соответствующими скоростями ветра. Такие циклоны чаще всего зарождаются в осенне-зимний период над Северной Атлантикой.

С процессом циклогенеза тесно связан и механизм развития антициклонов. По существу это единый процесс, связанный с длинными волнами на стационарном фронте.

В жизни циклона и антициклона выделяют несколько стадий развития:
1) начальная стадия (стадия возникновения),
2) стадия молодого циклона (антициклона),
3) стадия максимального развития,
4) стадия заполнения циклона или разрушения антициклона

Для начальной стадии, длящейся примерно сутки, характерен процесс от первых признаков возникновения барического образования до появления первой замкнутой изобары на приземной карте погоды. Разность давления между центром и периферией составляет не более 5-10 мб. На высотах вихри в начальной стадии не прослеживаются.

Во второй стадии развития, продолжительность которой также обычно не более суток, барические образования имеют уже не менее 2-х замкнутых изобар. Термобарическое поле деформируется, циклон углубляется, антициклон усиливается, превращаясь в мощный атмосферный вихрь со значительными скоростями ветра. Циклоническая циркуляция распространяется в верхние слои атмосферы.

Третья стадия характеризуется наименьшим (наибольшим) давлением в центре циклона. Продолжительность стадии не более 12-24 ч.

В последней стадии циклон (антициклон) заполняется (разрушается). У поверхности Земли в центра циклона давление повышается, в центре антициклона – понижается. Горизонтальные градиенты давления и скорости ветра постепенно уменьшаются. Данная стадия наиболее продолжительна – 4 суток и более.

В каждой стадии развития циклон имеет своеобразную трехмерную структуру и каждая стадия отличается особенностями погоды.

Обычно с прохождением циклона связывают ненастную погоду с дождями и сильными ветрами. Но циклон состоит из нескольких разнородных воздушных масс, различающихся по характеристикам погоды. В циклоне может быть и ненастная и солнечная погода – в зависимости от свойств воздушных масс в передней и тыловой его частях.

Дожди, связанные с циклоническими системами, в теплый период орошают землю, а зимой снежный покров защищает посевы от вымерзания. С другой стороны, циклоны являются причиной возникновения опасных явлений погоды, которые принося большие бедствия. Например, штормовые волны, возникающие в результате сильных ветров, опасны для морских судов, разрушают портовые сооружения.

Сильные ветры с бортовой и килевой качкой и рысканием судна, приводят к потере скорости, ограничению комфортности условий обитания моряков и рыбаков, создают определенную угрозу безопасности судна и затрудняют проведение производственных операций.

Специфическую опасность для проведения морских операций представляет обледенение, вероятность и интенсивность которого увеличивают сильные и штормовые ветры, высокие волны. В подавляющем большинстве наиболее велика вероятность обледенения в тыловой части хорошо развитого циклона при адвекции холодного воздуха, которая сопровождается сильными ветрами преимущественно северо-западного и северного направлений. Зона обледенения располагается в тылу циклона на некотором удалении от холодного атмосферного фронта, где имеют место низкие температуры воздуха и хорошее развитие получает волнение.

Обильные осадки, выпадающие в период созревания зерновых или во время уборки урожая, наносят вред сельскому хозяйству, снежные заносы нарушают нормальную работу всех видов транспорта.

В процессе классического развития циклон обычно превращается в высокое малоподвижное барическое образование с квазивертикальной осью. Продолжительность каждой стадии колеблется от нескольких часов до нескольких суток. Наименее продолжительны начальные стадии развития циклона.

Возникновение волны на квазистационарном фронте (либо на фронте не имеющем строгой стационарности) сопровождается деформацией термобарического поля тропосферы. Теплый воздух получает тенденцию движения в сторону холодного, давление у вершины волны начинает понижаться, что способствует развитию здесь циклонической циркуляции.

В тылу волны появляется составляющая ветра, направленная от холодного воздуха к теплому – этот участок волны становится холодным. Впереди волны формируется термический гребень, в тылу – термическая ложбина. У поверхности Земли появляются замкнутые изобары.

Перестройка термобарического поля сопровождается изменением вертикальных составляющих движений воздуха и, соответственно, преобразованием фронтальной облачной волны. Впереди волны в результате восходящего скольжения теплого воздуха формируются мощные слоистые облака Ns-As-Cs.

Если первоначально вдоль главного фронта наблюдалась полоса осадков, связанная с конвергенцией трения или с тем, что фронт не имел строгой стационарности, а был, например, холодным на всем протяжении, то при развитии волны облачная полоса становится шире, осадки активизируются, принимая обложной характер.

В тылу волны в результате динамической и термической конвекции формируется кучевообразная облачность.

По мере развития циклона деформация фронтальной облачной полосы увеличивается и циклон переходит в следующую стадию – молодого циклона.

На ранних стадиях циклона можно условно выделить три зоны, различающиеся по своим погодным характеристикам:
1) передняя часть циклона,
2) теплый сектор циклона,
3) тыловая часть циклона.

Погода в передней части циклона формируется под воздействием теплого фронта, который является условной тыловой границей данной зоны.

При надвижении типичной облачной системы теплого фронта (облака восходящего скольжения), которая имеет горизонтальное распространение на тысячи километров, на расстоянии 900-1000 км от линии приземного теплого фронта наблюдатель фиксирует облачную полосу тонких прозрачных перистых облаков (Ci) вместе с перисто-слоистыми.

Перистые облака характерны для переднего края облачной системы теплого фронта. Эти облака находятся на высотах 6-8 км. Перистые облака хорошо просвечивают Солнце, Луну, звезды. Имеют вид параллельных нитей, крючкообразно загнутых вверх (Ci uncinus) Состоят из ледяных кристаллов.

Перисто-слоистые облака представляют прозрачную белую однородную пелену, закрывающую все небо и часто дают явления гало около Солнца или Луны.

С приближением теплого фронта на расстоянии около 600 км от него перистые и перисто-слоистые облака сменяются высоко-слоистыми просвечивающими (As trans.) и высоко-слоистыми плотными (As op.).

Высоко-слоистые просвечивающие облака имеют вид сероватой или синеватой однородной облачной пелены, иногда несколько волокнистого вида, постепенно обволакивающей все небо. Солнце и Луна просвечивают сквозь облачный слой как сквозь матовое стекло. Высоко-слоистые плотные – однородный серый покров, часто неоднородной плотности. Солнце и Луна не просвечивают.

Эти облака в умеренных широтах наблюдаются на высотах 2-7 км. Их вертикальная мощность достигает нескольких километров. Облачная полоса имеет ширину около 300 км. Состоят из смеси переохлажденных капель и кристаллов и дают осадки в виде полос падения, которые зимой могут достигать земной поверхности. Летом осадки из As не достигают поверхности Земли, испаряясь при движении через теплые слои воздуха под облаками (псевдоморосящие осадки).

Под высоко-слоистыми облаками располагаются плотные слоисто-дождевые облака (Ns), вплотную прилегающие к теплому фронту. Ns напоминают по внешнему виду As, но более темного цвета.

Вблизи центра циклона, где наблюдается наибольшая толщина облаков, система облаков As-Ns имеет ширину около 500-600 км.

Обычно облака Ns закрывают все небо без просветов. Зона Ns распространяется в ширину на 300 км. Из Ns выпадают обложные осадки.

Основная часть Ns в умеренных широтах лежит между 2 и 7 км, однако, основание их часто находится ниже 2 км, а верхняя граница может достигать 8 км.

Одни Ns наблюдаются редко – обычно под ними образуются разорванные дождевые облака (Fr nb. – термин Fr nb. относится к разорванно-кучевым или разорванно-слоистым облакам, если они наблюдаются под слоем слоисто-дождевых облаков, из которых выпадают осадки).

Если в пограничном слое профиль теплого фронта пологий, то основная система облаков и зона обложных осадков может быть смещена вперед от линии фронта.

Летом в дневные часы восходящие движения вблизи линии теплого фронта иногда приобретают характер конвективных и в предфронтальной облачности могут наблюдаться конвективные облака, осадки переходят в ливневые, нередко сопровождающиеся грозами.

При скорости теплого фронта около 30 км/ч продолжительность прохождения системы облаков теплого фронта через пункт составляет в среднем около суток, в том числе, зоны обложных осадков – около 10ч.

В передней части циклона отмечается падение давления, все усиливающееся по мере приближения теплого фронта.

Ветер в передней части циклона, движущегося в целом с запада на восток, имеет преимущественно юго-восточное направление.

Погода в теплом секторе циклона отличается прекращением обложных осадков из Ns, повышением температуры воздуха, поворотом ветра от юго-восточного к юго-западному направлению. После прохождения фронта наблюдается значительное ослабление падения давления, которое заканчивается его ростом за холодным фронтом, являющимся тыловой границей теплого сектора.

Летом при значительной облачности в теплом секторе температура воздуха может существенно не отличаться от температуры воздуха перед теплым фронтом. Иногда в теплом секторе могут наблюдаться более низкие температуры воздуха, чем в воздушной массе перед теплым фронтом (маскировка теплого фронта).

Воздушная масса теплого сектора является преимущественно влажной и устойчивой. Здесь могут возникать облака динамической конвекции – слоистые и слоисто-кучевые (St, Sc). Слоистые туманообразные (St neb.) облака могут располагаться так низко, что закрывают верхние части высоких наземных предметов и сходны с туманом. Нередко в теплом секторе наблюдаются адвективные туманы, сопровождающиеся сильным ветром.

Если же динамическая конвекция развита незначительно, например, при слабых ветрах, или же уровень конденсации лежит выше верхней границы динамической конвекции, то наблюдается ясная погода.

Значительных осадков в теплом секторе обычно не наблюдается, из слоистых облаков, являющихся капельно-жидкими, могут выпадать моросящие осадки, а из слоисто-кучевых зимой – слабый снег.

В отдельных случаях вертикальная мощность слоистых облаков возрастает настолько, что они достигают своей верхней границей уровня кристаллизации, превращаются в слоисто-дождевые и начинают давать обложные осадки.

Когда теплый фронт располагается в резко выраженной ложбине и перемещается медленно, восходящие движения могут захватывать и зафронтальную область. В этом случае система облаков восходящего скольжения As-Ns располагается по обе стороны теплого фронта, причем, за фронтом облачная система значительно расслоена и либо не дает осадков, либо осадки слабые, часто имеющие характер мороси.

Летом в теплом секторе циклона над сушей воздушная масса может быть неустойчивой либо с малооблачной погодой, либо с кучевой, иногда кучево-дождевой облачностью, с ливневыми осадками, часто с грозами, в том числе, ночными, радиационными туманами (преимущественно после выпадения дождя и ночного прояснения).

В тыловой части теплого сектора на расстоянии около 200 км от холодного фронта 2-го рода появляются перисто-кучевые облака (Cc), иногда чечевицеобразные (Cc lent.), ниже которых располагаются высоко-слоистые чечевицеобразные (Ас lent.), переходящие постепенно в слоисто-кучевые (Sc). Перед холодным фронтом, параллельно ему, располагается массив кучево-дождевых облаков – плотных и мощных облаков со значительным вертикальным развитием в форме гор и башен. Верхняя часть Cb может быть довольно гладкой (Cb calvus – лысые), но часто имеет форму наковальни (Cb incus), шапки (Cb pileus) или вуали (Cb capillatus, Cb velum).

Кучево-дождевые облака состоят из капелек воды (при низких температурах воздуха – переохлажденных), а в верхних частях – из ледяных кристаллов. Основания облаков лежат обычно ниже 2 км, вершины могут простираться до высот верхней тропосферы. Таким образом их мощность может изменяться от 3 до 10 км.

Основные осадки будут выпадать из полосы Cb перед холодным фронтом, имеющей ширину около 70 км. Осадки из Cb имеют ливневый характер с грозовыми явлениями, градом. При большой сухости теплого воздуха холодный фронт может проходить, не давая осадков.

Для фронтальных гроз особенно характерны шквалы (резкое усиление ветра до 20-30 м/с и более).

В некоторых случаях видимым проявлением шквала является хобот (tuba), представляющий облачный столб, исходящий из основания кучево-дождевого облака с вихревым движением воздуха.

При большом влагосодержании и значительной неустойчивости атмосферы из мощного грозового облака, нижнее основание которого принимает форму опрокинутой воронки, по направлению к поверхности Земли или моря вытягивается гигантский темный хобот.

Если вихрь образуется над морем его называют смерчем, над сушей – тромбом. Навстречу ему приподнимается широкая воронка из пыли (на суше) или воды (на море).

В открытую чашу воронки хобот как бы погружает свой конец (с подъемом воздуха по спирали). Образуется сплошной столб, перемещающийся с большой скоростью (до 100 и более км/ч). Скорости ветра в смерче достигают 50-100 м/с при сильной восходящей составляющей.

Из грозового облака может опуститься несколько смерчевых воронок. При этом происходит втягивание в систему вихря всего, что встречается на его пути, затем эти предметы выпадают из облака, иногда на значительном расстоянии от места всасывания. Время его существования – от нескольких минут до нескольких часов.

Разность давления между центром вихря и его периферией иногда достигает 150-200 гПа. При такой разности давления происходят катастрофические разрушения, ветер может поднять вверх людей, скот, автомобили, крыши домов, мосты.

Погода в циклоне за холодным фронтом типична для неустойчивой холодной воздушной массы. Здесь отмечаются кучевая, кучево-дождевая облачность, ливневые осадки, часто многократно повторяющиеся, иногда днем грозы, шквалы, ночью над материками наблюдаются радиационные туманы. Суточный ход метеорологических элементов особенно велик.

После прохождения холодного фронта отмечаются резкий поворот ветра от южного, юго-западного к северо-западному, увеличение скорости ветра, рост давления, понижение температуры воздуха (холодный воздух при ясной погоде летом быстро прогревается).

Обычно с прохождением холодного фронта осадки прекращаются. Но в случае холодного фронта 1-го рода система облаков, расположенная за фронтом (As-Ns) продолжает давать осадки обложного характера.

Если холодный воздух сухой и в нем интенсивно развиты нисходящие движения, то наблюдается безоблачная погода.

Вторая половина жизни циклона характеризуется уменьшением его поступательной скорости, значительным преобразованием термобарического поля тропосферы – циклон становится высоким, термически симметричным (холодным) барическим образованием. Процесс окклюдирования приводит к вытеснению теплого воздуха, сокращению площади теплого сектора с постепенным его исчезновением. Облачные полосы основных теплого и холодного фронтов смыкаются с образованием единой облачной спирали фронта окклюзии.

На стадии окклюдирования циклона по условиям погоды выделяют 2 зоны:
1) центральная и передняя часть циклона перед фронтом окклюзии,
2) тыловая часть циклона за фронтом окклюзии.

В случае окклюдированного циклона погода различается в зависимости от характеристик воздушных масс по обе стороны от фронта окклюзии.

В случае теплого фронта окклюзии перед ним воздушная масса будет холоднее, чем после прохождения фронта. С теплыми фронтами окклюзии связаны метели, гололеды.

В случае холодного фронта окклюзии, наоборот, тыловая масса будет холоднее. На холодных фронтах окклюзии нередко наблюдаются грозы, часты туманы, особенно при кратковременных ночных прояснениях в зоне фронта.

На фронте окклюзии имеет место сочетание облачных систем холодного и теплого фронтов – образуется общая полоса осадков из слоистых облаков восходящего скольжения (As-Ns) и конвективных кучево-дождевых облаков (Cb), которые будут выпадать как перед линией фронта, так и позади него.

В стадии окклюдирования циклона у поверхности Земли в барических ложбинах за холодным основным фронтом, где имеет место сходимость ветра, иногда образуются вторичные холодные фронты (обычно не более 2-х) – фронты внутри горизонтально неоднородной холодной воздушной массы, за которым вторгается более холодная порция этой же массы. Вторичные фронты имеют систему облаков, сходную с облачностью системы облаков холодного фронта 2-го рода, но вертикальная протяженность облаков меньше, чем у основных.

При этом в циклоне различают 3 зоны с различными характеристиками погоды, аналогично молодому циклону:
1) передняя часть циклона,
2) вторичный теплый сектор циклона, границами которого служат фронт окклюзии и вторичный холодный фронт,
3) тыловая часть циклона – за вторичным холодным фронтом.

По сравнению с теплым сектором молодого циклона во вторичном теплом секторе после кратковременного прояснения, наступающего вслед за прохождением фронта окклюзии, в тылу циклона появляются конвективные облака, связанные со вторичными фронтами, с ливневыми осадками, грозами, шквалами и метелями (рис. 12.30).

Причем, ливневые осадки наблюдаются даже в холодное полугодие, поскольку относительно теплая воздушная масса, расположенная за фронтом окклюзии, обладает значительной неустойчивостью и в верхней тропосфере уже является холодной.

Иногда при наличии на периферии циклона остатков основного теплого сектора, еще выделяют – настоящий теплый сектор.

При дальнейшем заполнении циклона вместо единой облачной полосы фронта окклюзии появляются разрозненные облачные элементы, состоящие преимущественно из кучевых облаков.

Постепенно поля давления и ветра выравниваются, циклон полностью заполняется, но вихревая структура облаков на месте бывшего циклона еще может сохраняться в течение 1-1.5 суток – т.е. значения влажности и температуры еще продолжают отличаться от окружающих значений.

В Дальневосточном регионе циклоны умеренных широт, в зависимости от траектории смещения, разделяются на три основные группы. Первая - так называемые "ныряющие" циклоны, смещаются с районов Сибири на юго-восток (1, 1а). Перемещение их происходит над холодной подстилающей поверхностью, по этой причине циклоны этой группы плохо выражены в облачности и осадках. Так как "ныряющие" циклоны смещаются с северных широт, то их прохождение сопровождается вторжением холода и усилением северо-западных ветров. Вторая , самая обширная группа, - западные циклоны, смещаются с центральных районов Сибири на восток (2). Западные циклоны в поле метеоэлементов выражены лучше, чем "ныряющие" и их прохождение сопровождается резким колебанием температуры, появлением плотной облачности, выпадением осадков и усилением ветра как южного, так и северного направлений. Третья , самая коварная, - южные циклоны, смещаются с районов Китая, Кореи, акватории Желтого моря (3, 3а). Так как они приходят из более южных широт и их путь пролегает над обширной водной поверхностью, то в этих циклонах скапливаются большие запасы влаги, поэтому прохождение циклонов этой группы в любое время года сопровождается выпадением обильных осадков.

Циклоны, как и все в этом мире, проходят определенные ступени развития. Первая - детство, волновой циклон; прослеживается только у поверхности земли, быстро смещается и ухудшает погоду на небольшой территории. Вторая - отрочество, молодой циклон. Это уже самостоятельное образование, отчетливо прослеживается вихревая структура не только у поверхности земли, но и в нижней тропосфере. Скорость смещения по-прежнему большая, ухудшения погоды - более значительные как по интенсивности, так и по охвату территории. Третья - стадия зрелости, когда циклон достигает максимального развития. Вихревая структура распространяется до больших высот (4-5 км). Прохождение таких циклонов сопровождается резким ухудшением погоды: обильными осадками, штормовыми ветрами и резким изменением атмосферного давления. Четвертая - старый, заполняющийся циклон (так называемая депрессия). Циклонический вихрь распространяется выше 5 км. Это малоподвижное, холодное барическое образование, которому сопутствует неустойчивая, временами с осадками, погода. Облачность несплошная и в летнее время создаются благоприятные условия для развития конвекции. Зона сильных ветров и максимальных барических тенденций отходит на периферию циклона, где становится возможным образование новых циклонических возмущений …. И все сначала.

Таким образом, у циклонов, в зависимости от условий развития, складываются различные судьбы: кто-то оставит после себя долгую память, а кто-то промчится и останется незамеченным. Некоторые проживут бурную жизнь, а другие так и не выйдут из "детского возраста" и закончат жизнь в начале пути.

Атмосферные возмущения внетропических широт - циклоны и антициклоны - возникают преимущественно на главных атмосферных фронтах, т. е. на фронтах между полярным (умеренным) и тропическим воздухом или между арктическим и полярным воздухом.

Лишь незначительная часть слаборазвитых и малоподвижных вихрей возникает под непосредственным тепловым воздействи­ем ПП.

Возникновение на поверхности главных фронтов огромных волн с длинами порядка 1000 км и более может привести к разрыву температуры и ветра на фронте, а отклоняющая сила вращения Земли, действующая на воздушные потоки, способствует зарождению мезомасштабных вихрей - циклонов и антицик­лонов. При этом фронтальная поверхность и линия фронта на поверхности Земли испытывают волнообразные деформации. На одних участках (в гребнях волн) фронт отклоняется к низким широтам, а на других (в долинах фрон­тальных волн) - к высоким широтам. Воздушные течения при этом теряют зональный характер и возникают языки холодного и теплого воздуха - участки холодного и теплого фронтов. В долинах фронтальных волн развиваются циклонические движения и давление падает - образуются циклоны. Централь­ные части циклонов располагаются непосредственно на фронте, и фронт, таким образом, проходит через внутренние области циклонов. В передней части цик­лона фронт смещается к высоким широтам и имеет характер теплого фронта. В тыловой части циклона фронт перемещается к низким широтам и имеет характер холодного фронта. В то же время оба они являются участками одного и того же главного фронта. Свойственные фронтам системы облаков и осадков возникают и развиваются на соответствующих участках бывшего малоподвижного стационарного фронта (рис. 28).

Холодный фронт в углубляющемся циклоне движется быстрее теплого. Ско­рость перемещения холодного фронта составляет около 0,8 скорости геострофи- ческого ветра, а теплого - не более 0,65 ее величины. Вследствие этого несоответствия, во-первых, профиль волнообразного изгиба фронтальных поверх­ностей не будет симметричным: теплый и холодный фронты имеют выпуклость в одну сторону и, во-вторых, с ростом амплитуды возмущения теплый сектор цик­лона постоянно суживается, так как холодный фронт постепенно нагоняет теп­

Рис. 28. Стадии развития внетропического циклона;

а - малоподвижный фронт на приземной карте погоды; б - волновые возмущения на малоподвижном фронте; в - образование циклона на стационарном малоподвижном фронте; г - молодой циклон

лый. В момент смыкания фронтов центральная часть циклона у земной поверх­ности заполняется холодным воздухом, а теплый воздух оттесняется в более высокие слои.

Это третья стадия развития циклона - стадия окклюзии. Стадия молодого циклона, длящаяся в среднем 12-24 ч, продолжается до тех пор, пока в центре циклона у земной поверхности остается теплый воздух.

Стадия окклюдирования циклона является стадией максимального развития: именно после начала ее скорость ветра в циклоне достигает максимального зна­чения. В это время у подстилающей поверхности в циклоне наблюдается наиболее низкое давление и циклон становится высоким холодным барическим образова­нием. В дальнейшем наступает последняя (четвертая) стадия развития циклона - стадия заполнения: атмосферное давление растет, скорость ветра уменьшается и возмущение постепенно затухает.

Рассмотренная схема развития внетропических циклонов явля­ется типичной, но не обязательной во всех случаях. Зарождение циклонов возможно не только на стационарных, но и на медленно перемещающихся холодных, а иногда и теплых фронтах. Кроме того, после начала окклюдирования не обязательно следует стадия заполнения циклона. Если после окклюзии в циклоне остается некоторая вторичная термическая асимметрия вследствие разнос­ти температур холодного воздуха перед и за фронтом окклюзии, то возможно продолжение углубления циклона и после окклюди­рования. Особенно часто это наблюдается тогда, когда холодный воздух в тылу циклона теплее, чем в передней части циклона.

Наиболее глубокие внетропические (фронтальные) циклоны со штормовыми ветрами возникают в тех случаях, когда в процессе циклогенеза участвуют воздушные массы трех основных типов: тропического, полярного и арктического.

Например, если центр молодого циклона, зародившегося на полярном фронте, оказывает­ся вблизи арктического фронта, то арктический воздух входит в область циклона и усиливает его термический контраст. В этом случае циклоны характеризуются особенной глубиной, большими барическими градиентами и соответствующими скоростями ветра. Такие циклоны чаще всего зарождаются в осенне-зимний период над Северной Атлантикой.

С процессом циклогенеза тесно связан и механизм развития антициклонов. По существу это единый процесс, связанный с длинными волнами на стационарном фронте.

Антициклоны зарождаются в гребнях сверхдлинных атмосфер­ных волн на малоподвижном фронте. Анализ синоптических ситуа­ций показывает, что промежуточные антициклоны зарождаются в холодной воздушной массе за холодным фронтом последнего в се­рии циклона. В центральных частях антициклонов атмосферные фронты проходить не могут, хотя некоторая температурная асим­метрия в них сохраняется. На перифериях антициклонов могут проходить линии атмосферных фронтов.

Антициклоны в процессе своего развития проходят три ста­дии: зарождения, максимального развития и разрушения. На пер- 66

Рис. 29. Стадии развития антициклона:

а - стадия зарождения; б - стадия максимального развития

вой стадии своего развития антициклоны являются низкими бари­ческими образованиями в виде гребней без замкнутых изобар. Адвективный рост давления обусловливается поступлением холод­ного воздуха впереди оси гребня (рис. 29, а). В стадии мак­симального развития антициклоны имеют несколько замкнутых изобар (рис. 29, б).

Заключительная стадия антициклонов (стадия разрушения) характеризуется термической симметрией: антициклон становит­ся высоким барическим образованием.

Антициклоны занимают огромные площади материков или оке­анов (3000-4000 км в диаметре). Особенно мощные антициклоны формируются зимой над материками, а летом - в субтропичес­ких районах Тихого и Атлантического океанов. В большинстве случаев давление в центре антициклона над поверхностью сос­тавляет 1020-1030 гПа. Центральные области антициклонов ха­рактеризуются небольшими градиентами давления. К периферии градиенты возрастают и, следовательно, растут скорости ветра. Наибольшие скорости ветра чаще всего наблюдаются в северо- восточной и восточной перифериях антициклонов, наименьшие - в западной.

Антициклоны перемещаются в основном с запада на восток с меньшими, чем у циклонов, скоростями. Средние скорости дви­жения антициклонов составляют 25-30 км/ч, но могут достигать и больших значений (50-80 км/ч). С развитием антициклонов скорости перемещения их падают, и они становятся малопод­вижными барическими образованиями. Повторяемость антицикло­нов в теплую половину года над океанами больше, чем в холодную.

Рассмотренные схемы зарождения и развития циклонов и антициклонов отражают лишь главные их черты. В реальных условиях могут быть значи­тельные отклонения от этих схем. Необязательно циклон проходит все четыре стадии развития. Начальная стадия его - стадия фронтальной волны - может иметь место на медленно перемещающихся холодных, а иногда и теплых фрон­тах. Вследствие вторичной термической асимметрии отличия могут быть и в последней стадии развития циклона, когда циклон может углубляться и после окклюзии вследствие разницы температур холодного воздуха перед и за фронтом окклюзии. Особенно часто это происходит в тех случаях, когда холодный воздух в тылу циклона теплее, чем в передней части его.

Углубление циклонов (нередко до 950-960 гПа) за счет вторичной терми­ческой асимметрии приводит к увеличению длительности жизни циклона.

Особенно глубокие циклоны со штормовыми ветрами зарож­даются в тех случаях, когда в процессе циклонообразования участвуют воздушные массы трех основных типов: ТВ, ПВ (УВ) и АВ. Такие циклоны чаще всего зарождаются в холодное время над Северной Атлантикой и северо-восточной частью Тихого океана.

Скачать готовые ответы к экзамену, шпаргалки и другие учебные материалы в формате Word Вы можете в

Воспользуйтесь формой поиска

Стадии развития циклонов и антициклонов.

релевантные научные источники:

• Анатомия, физиология, патология человека. Ответы на вопросы к экзамену

  | Ответы к зачету/экзамену | 2017 | docx | 1.49 Мб

  1. Предмет изучения анатомии, физиологии и патологии человека. Связь их с педагогикой, психологией, невропатологией и другими дисциплинами. Роль знаний с анатомии, физиологии и патологии человека для

• Ответы по патологической анатомии

  | Ответы к зачету/экзамену | 2016 | docx | 1.44 Мб

  ОТВЕТЫ Предмет анатомии, физиологии и патологии человека Анатомия человека Связь с другими дисциплинами и значение для преподавателей-дефектологов. 2.Онтогенез.Основные закономерности роста и

• Патологическая анатомия

  | Ответы к зачету/экзамену | 2016 | docx | 0.36 Мб

  1. Патологическая анатомия Задачи патологической анатомии: Задачи практической патологической анатомии: Методы исследования патологической анатомии: Методики исследования патологоанатомического

• Ответы к экзамену по патологической физиологии

  | Ответы к зачету/экзамену | 2016 | docx | 0.85 Мб

  ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ 1. Предмет и задачи патологической физиологии. Ее место в системе высшего медицинского образования. Патофизиология как теоретическая основа клинической медицины. 2.

Как было уже показано ранее, граница раздела между холодным воздухом, зародившемся в умеренных широтах, и относительно теплым воздухом более низких широт называется фронтом умеренных широт или полярным фронтом. Этот полярный фронт достаточно большой. С небольшими разрывами он опоясывает всю планету. Именно на этом полярном фронте зарождаются депрессии умеренных широт (рис.2).

Рисунок 2.- Возникновение циклона.

Формированию (зарождению) депрессий способствует большая разность температур между теплыми и холодными воздушными массами. В этих широтах, как известно, преобладает западный перенос. Для формирования циклона на полярном фронте, необходимо, чтобы теплый воздух двигался на восток с большей скоростью, чем холодный воздух. Как правило, такие депрессии начинаются как маленькие волновые возмущения на фронтальной поверхности. Как только появляется волна, теплый воздух устремляется к северу, а холодный к югу. Возникает вихревое движение. Теплый воздух медленно поднимается по клину холодного воздуха на теплом фронте; холодный воздух вклинивается (подтекает) под теплый воздух на холодном фронте. Это начинается у поверхности Земли и постепенно распространяется вверх. Одновременно происходит падение давления в центре; другими словами, депрессия углубляется.

Холодный фронт движется быстрее теплого. Фронты закручиваются, сливаются. Это называется окклюзией (рис.3).

Рисунок 3.- Развитие окклюзии.

Перед фронтом окклюзии находится холодный воздух, который был перед теплым фронтом, за фронтом окклюзии холодный воздух, который до того был за холодным фронтом. Теплый воздух оказывается вытесненным вверх. У Земли разность температур между воздушными массами уменьшается и, поскольку воздух холодный, давление растет.

Хорошо различимы закрученный фронт окклюзии, длинная полоса холодного с плотными кучевыми облаками, короткий участок теплого фронта с широкой зоной слоистой облачности; безоблачные пространства за холодным фронтом.

В общем случае для всех циклонов условно выделяют:

1) стадию возникновения – от начала появления признаков возникновения замкнутой циклонической циркуляции, до первой замкнутой изобары. Продолжается эта стадия обачно менее 12 часов;

2) стадию молодого циклона (стадию углубления ) – от момента появления первой замкнутой изобары на приземной синоптической карте до момента прекращения интенсивного углубления. Это приблизительно длится двое суток;

3) стадию максимального развития – давление в центре циклона изменяется незначительно, начинается окклюдирование;

4) стадию заполнения – от момента интенсивного роста давления в центре циклона до исчезновения замкнутой циклонической циркуляции у земной поверхности. Последние две стадии длятся обачно 3-4 суток.

Для фронтальних циклонов выделяют такие стадии:

1) стадия волны – то же, что и стадия возникновения;

2) стадия молодого циклона – до начала процесса окклюдирования;

3) стадия окклюдирования – от начала окклюдирования до исчезновения циклона. Эта стадия для нефронтальных циклонов включает стадию максимального развития и стадию заполнения.

Серии циклонов.

Число депрессий в семействе меняется, но наиболее часто оно равно четырем. Все циклоны находятся в разных стадиях развития. Первый окклюдирует, в то время как последний может только зарождаться. Циклоны обычно разделены гребнями высокого давления, которые обеспечивают краткие периоды ясной погоды между продолжительными осадками. Завершает это семейство антициклон в субтропиках.

Первый циклон следующей цепочки формируется намного севернее, на восстановившемся полярном фронте.

Регенерация циклонов.

Иногда начавшееся заполнение циклона сменяется новым его углублением. Более широко под регенерацией понимается любое резкое усиление циклона (аналогично антициклона).

Регенерация циклона происходит:

1) при вхождении в систему существующего циклона нового основного фронта;

2) при развитии вблизи центра существующего циклона нового центра с последующим их слиянием или при быстром заполнении старого.

И в первом и во втором случаях обязательным является вторжение в тыл циклона новой порции холодного воздуха. В некоторых случаях процессы регенерации происходят неоднократно, что поддерживает длительное существование обширных малоподвижных циклонов, которые надолго нарушают западный перенос. Их называют блокирующими или центральными.

После регенерации циклон проходит такой же путь развития, как и вновь возникшее барическое образование, но на фоне более низкого давления. Регенерировавший окклюдированный циклон имеет внешние признаки молодого циклона, т.к. в нем есть теплый сектор с характерными для него условиями погоды.

Таким образом, 1) фронтальные циклоны образуются на полярном фронте (фронт умеренных широт) в результате возникновения на нем волны, а затем теплого сектора с теплой и холодной ветвями фронта. Через несколько дней теплый и холодный фронты сливаются, а цент циклона оказывается вытесненным к северу. Теперь он находится в относительно однородной холодной массе. Не имея энергии для поддержки своего существования, циклон исчезает. На это уходит около недели.

2) циклоны следуют обычно серией, как правило, по четыре. Каждый следующий циклон находится южнее предыдущего. Первым в серии идет наиболее старый, находящийся в стадии окклюдирования. Завершает серию циклон в стадии зарождения. Они передвигаются к востоку или северо-востоку (юго-востоку в южном полушарии) и постепенно заполняются.