Погодный фронт — это граница, разделяющая воздушные массы , для которых различаются некоторые характеристики, такие как плотность воздуха , ветер , температура и влажность . Вдоль границы часто возникает неспокойная и неустойчивая погода из-за этих различий. Например, холодным фронтам могут приносить полосы гроз и кучево-дождевые осадки или им предшествуют линии шквалов , тогда как теплым фронтам обычно предшествуют слоистые осадки и туман . Летом более тонкие градиенты влажности, известные как сухие линии, могут вызвать суровую погоду . Некоторые фронты не дают осадков и небольшую облачность, хотя неизменно наблюдается смена ветров . [1]
Холодные фронты обычно движутся с запада на восток, тогда как теплые фронты движутся к полюсам , хотя возможно любое направление. Окклюдированные фронты представляют собой гибридное слияние этих двух фронтов, а неподвижные фронты останавливаются в своем движении. Холодные фронты и холодные окклюзии движутся быстрее, чем теплые фронты и теплые окклюзии, потому что плотный воздух за ними может как поднимать, так и толкать более теплый воздух. Горы и водоемы могут влиять на движение и свойства фронтов помимо атмосферных условий. [2] Когда контраст плотности между воздушными массами уменьшился, например, после истечения над равномерно теплым океаном, фронт может превратиться в простую линию, разделяющую области с различной скоростью ветра, известную как линия сдвига . Чаще всего это происходит в открытом океане.
Классификация Бержерона является наиболее широко распространенной формой классификации воздушных масс. Классификации воздушных масс обозначаются тремя буквами: [3] [4] Фронты разделяют воздушные массы различного типа или происхождения и расположены вдоль впадин более низкого давления . [5]
Анализ приземной погоды — это особый тип карты погоды , которая обеспечивает вид сверху погодных элементов в географическом районе в определенное время на основе информации с наземных метеостанций. [6] Карты погоды создаются путем обнаружения, нанесения на карту и отслеживания значений соответствующих величин, таких как давление на уровне моря , температура и облачный покров, на географической карте , чтобы помочь найти особенности синоптического масштаба , такие как погодные фронты. [7] Анализы приземной погоды имеют специальные символы, которые показывают фронтальные системы, облачный покров, осадки или другую важную информацию. Например, буква H может обозначать область высокого давления, подразумевая ясную или ясную погоду. С другой стороны, буква L может обозначать низкое давление, которое часто сопровождает осадки и штормы . Низкое давление также создает приземные ветры, исходящие из зон высокого давления, и наоборот. Различные символы используются не только для обозначения фронтальных зон и других границ поверхности на картах погоды, но также для изображения текущей погоды в различных местах на карте погоды. Кроме того, по областям выпадения осадков можно определить тип и расположение фронта. [6]
В метеорологии для описания погоды вокруг фронтальной зоны используются два разных значения. Термин «анафронт» описывает границы, которые демонстрируют нестабильность, то есть воздух быстро поднимается вдоль границы и над ней, вызывая значительные изменения погоды и обильные осадки . «Катафронт» более слабый, вызывает меньшие изменения температуры и влажности, а также ограниченное количество осадков. [8]
Холодный фронт расположен вдоль и на границах теплой стороны плотно упакованного температурного градиента. На диаграммах анализа поверхности этот градиент температуры виден на изотермах , а иногда его также можно определить с помощью изобар, поскольку холодные фронты часто совпадают с впадиной на поверхности . На погодных картах положение холодного фронта на поверхности отмечено синей линией с треугольниками, указывающими в направлении движения холодного воздуха, и расположено на переднем крае более прохладной воздушной массы. [2] Холодные фронты часто приносят дожди, а иногда и сильные грозы . Холодные фронты могут вызывать более резкие и интенсивные изменения погоды и двигаться со скоростью, в два раза превышающей скорость теплых фронтов, поскольку холодный воздух более плотный, чем теплый, поднимая, а также выталкивая теплый воздух, предшествующий границе. Подъемное движение часто создает узкую линию ливней и гроз, если присутствует достаточная влажность , поскольку поднятый влажный теплый воздух конденсируется. Концепция более холодного, плотного воздуха, «вклинивающегося» под менее плотный, более теплый воздух, слишком упрощена, [9] поскольку движение вверх на самом деле является частью процесса поддержания геострофического баланса на вращающейся Земле в ответ на фронтогенез .
Теплые фронты находятся на переднем крае однородной наступающей теплой воздушной массы, которая на изотермах расположена на экваториальном крае градиента, и лежат в пределах более широких впадин низкого давления, чем холодные фронты. Теплый фронт движется медленнее, чем холодный фронт, который обычно следует за ним, потому что холодный воздух плотнее и его труднее поднять с поверхности Земли. [2]
Это также приводит к тому, что разница температур между теплыми фронтами становится более масштабной. Облака, появляющиеся перед теплым фронтом, в основном имеют слоистую форму , а количество осадков постепенно увеличивается по мере приближения фронта. Туман также может возникать перед теплым фронтальным проходом. Очищение и потепление обычно происходят быстро после лобного прохода. Если теплая воздушная масса нестабильна, грозы могут проникать среди слоистых облаков перед фронтом, а после прохождения фронта грозовые ливни могут продолжаться. На погодных картах место расположения теплого фронта на поверхности отмечено красной линией из полукругов, указывающих направление движения воздушных масс. [2]
Фронт окклюзии образуется, когда холодный фронт догоняет теплый фронт [10] и обычно формируется вокруг зрелых областей низкого давления, включая циклоны. [2] Холодный и теплый фронты естественным образом изгибаются к полюсу, образуя точку окклюзии, которая также известна как тройная точка. [11] Он расположен внутри резкой впадины, но воздушная масса за границей может быть как теплой, так и холодной. При холодной окклюзии воздушная масса, догоняющая теплый фронт, холоднее холодной, отступающей от теплого фронта, и подпахивается под обе воздушные массы. При теплой окклюзии холодная воздушная масса, обгоняющая теплый фронт, теплее, чем холодная воздушная масса, отступающая от теплого фронта, и движется над более холодным воздухом, поднимая теплый воздух. [2]
Вдоль закрытого фронта можно встретить большое разнообразие погоды, возможны грозы, но обычно их прохождение связано и с высыханием воздушной массы. В пределах окклюзии передней части циркуляция воздуха поднимает теплый воздух вверх и направляет потоки холодного воздуха вниз, или наоборот, в зависимости от типа окклюзии передней части. Осадки и облака связаны с травалом — проекцией на поверхность Земли языка теплого воздуха наверху, образовавшегося в процессе окклюзии депрессии или шторма. [12]
Фронты окклюзии обозначаются на карте погоды фиолетовой линией с чередующимися полукругами и треугольниками, указывающими направление движения. [2] Тровал обозначен серией синих и красных соединительных линий.
Теплый сектор — это приземная воздушная масса между теплым и холодным фронтом , обычно находящаяся на экваториальной стороне внетропического циклона . Благодаря своим теплым и влажным характеристикам этот воздух подвержен конвективной нестабильности и может выдерживать грозы , особенно если его поднимает наступающий холодный фронт.
Неподвижный фронт — это неподвижная (или застопорившаяся) граница между двумя воздушными массами, ни одна из которых не достаточно сильна, чтобы заменить другую. Они имеют тенденцию оставаться в одном и том же районе в течение продолжительных периодов времени, особенно при параллельных направлениях ветра; [13] Обычно они движутся волнами, но не настойчиво. [14] Обычно за границей имеется широкий температурный градиент с более широко расположенной упаковкой изотерм .
Вдоль стационарного фронта можно встретить самые разнообразные погодные условия, но обычно там наблюдаются облака и продолжительные осадки. Стационарные фронты либо рассеиваются через несколько дней, либо превращаются в линии сдвига, но при изменении условий наверху они могут трансформироваться в холодный или теплый фронт. Стационарные фронты обозначаются на картах погоды чередующимися красными полукругами и синими шипами, направленными друг против друга, что указывает на отсутствие значительного движения.
Когда стационарные фронты становятся меньше по размеру и стабилизируются по температуре, превращаясь в узкую зону, где направление ветра значительно меняется на относительно небольшом расстоянии, они становятся известными как линии сдвига. [15] Линия сдвига изображается в виде линии из красных точек и штрихов. [2] Стационарные фронты могут приносить небольшой снег или дождь в течение длительного периода времени.
Явлением, аналогичным погодному фронту, является сухая линия , которая является границей между воздушными массами со значительными перепадами влажности , а не температуры. Когда западные ветры усиливаются на северной стороне приземных возвышенностей, области пониженного давления формируются с подветренной стороны от горных цепей, ориентированных с севера на юг, что приводит к образованию подветренной впадины. У поверхности в дневное время теплый влажный воздух плотнее, чем сухой воздух с более высокой температурой, и поэтому теплый влажный воздух вклинивается под более сухой воздух, как холодный фронт. На больших высотах теплый влажный воздух менее плотный, чем более холодный сухой воздух, и наклон границы меняется на противоположный. В районе разворота вверху возможна суровая погода , особенно когда образуется окклюзия или тройная точка с холодным фронтом. [16] Более слабая форма сухой линии, наблюдаемая чаще, - это подветренный желоб, который демонстрирует более слабые различия во влажности . Когда в теплое время года вдоль границы скапливается влага, она может стать очагом дневных гроз . [17]
Сухая линия может возникнуть где угодно на Земле, в регионах, промежуточных между пустынными районами и теплыми морями. Южные равнины к западу от реки Миссисипи в Соединенных Штатах являются особенно излюбленным местом. Сухая линия обычно движется на восток днем и на запад ночью. Сухая линия изображается в анализах поверхности Национальной метеорологической службы (NWS) как оранжевая линия с гребешками, обращенными во влажный сектор. Сухие линии — один из немногих фронтов поверхности, где указанные точки не обязательно отражают направление движения. [18]
Организованные области грозовой активности не только усиливают ранее существовавшие фронтальные зоны, но и могут опережать активно существующие холодные фронты, образуя схему, при которой струя верхнего уровня разделяется на два потока, в результате чего в точке мезомасштабной конвективной системы (MCS) формируется мезомасштабная конвективная система (MCS). Раскол верхнего уровня в схеме ветра, идущий на юго-восток в теплый сектор, параллельно линиям толщины нижнего уровня. Когда конвекция сильная, линейная или изогнутая, MCS называется линией шквала, при этом эта особенность располагается на переднем крае значительного сдвига ветра и повышения давления. [19] Даже более слабые и менее организованные области гроз приводят к локальному более прохладному воздуху и более высокому давлению, а перед этим типом активности существуют границы оттока, которые могут выступать в качестве очагов дополнительной грозовой активности позже в тот же день. [20]
Эти особенности часто отражаются в теплое время года на территории Соединенных Штатов при анализе поверхности и лежат в пределах приземных впадин. Если границы оттока или линии шквалов образуются над засушливыми регионами, может возникнуть хабуб . [21] Линии шквала изображаются при анализе поверхности NWS в виде чередующегося узора из двух красных точек и тире с надписью SQLN или линией шквала , а границы оттока изображаются в виде впадин с меткой границы оттока .
Фронты являются основной причиной погодных явлений. Конвективные осадки (ливни, грозы, проливные дожди и связанная с ними нестабильная погода) вызываются подъемом и конденсацией воздуха в облака в результате движения холодного фронта или холодной окклюзии под массой более теплого влажного воздуха. Если разница температур двух задействованных воздушных масс велика, а турбулентность чрезмерна из-за сдвига ветра и присутствия сильного реактивного течения , могут возникнуть « катящиеся облака » и торнадо . [22]
В теплое время года подветренные желоба, бризы, границы оттока и окклюзии могут привести к конвекции, если имеется достаточно влаги. Орографические осадки — это осадки, образующиеся в результате подъемного действия воздуха из-за движения воздушных масс над местностью, такой как горы и холмы, что чаще всего встречается за холодными фронтами, которые перемещаются в горные районы. Иногда это может происходить перед приближением теплых фронтов, движущихся с севера на восток от гористой местности. Однако осадки вдоль теплых фронтов относительно устойчивы, например, в виде небольшого дождя или мороси. Туман, иногда обширный и густой, часто возникает в предтеплых прифронтовых областях. [23] Однако не все фронты вызывают осадки или даже облака, поскольку в поднимаемой воздушной массе должна присутствовать влага. [1]
Фронты обычно направляются ветрами наверху , но движутся не так быстро. Холодные фронты и фронты окклюзии в Северном полушарии обычно движутся с северо-запада на юго-восток, тогда как теплые фронты со временем движутся к полюсам. В Северном полушарии теплый фронт движется с юго-запада на северо-восток. В Южном полушарии все наоборот; холодный или окклюдированный фронт обычно движется с юго-запада на северо-восток, а теплый фронт - с северо-запада на юго-восток. Движение во многом вызвано силой градиента давления (горизонтальные различия атмосферного давления) и эффектом Кориолиса , который вызван вращением Земли вокруг своей оси. Фронтальные зоны могут замедляться из-за географических особенностей, таких как горы и большие водоемы с теплой водой. [2]
