Погодный фронт — это граница, разделяющая воздушные массы , для которых несколько характеристик различаются, такие как плотность воздуха , ветер , температура и влажность . Вдоль границы часто возникает нестабильная и неустойчивая погода из-за этих различий. Например, холодные фронты могут приносить полосы гроз и кучево-дождевых осадков или им предшествуют линии шквалов , в то время как теплым фронтам обычно предшествуют стратифицированные осадки и туман . Летом более тонкие градиенты влажности, известные как сухие линии, могут вызывать суровую погоду . Некоторые фронты не производят осадков и не производят большой облачности, хотя неизменно происходит смена ветра . [1]
Холодные фронты обычно движутся с запада на восток, тогда как теплые фронты движутся к полюсу , хотя возможно любое направление. Окклюдированные фронты представляют собой гибридное слияние двух, а стационарные фронты останавливаются в своем движении. Холодные фронты и холодные окклюзии движутся быстрее, чем теплые фронты и теплые окклюзии, потому что плотный воздух позади них 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 уменьшается, например, после вытекания над равномерно теплым океаном, фронт может выродиться в простую линию, которая разделяет области с разной скоростью ветра, известную как линия сдвига . Это чаще всего встречается над открытым океаном.
Классификация Бержерона является наиболее широко принятой формой классификации воздушных масс. Классификации воздушных масс обозначаются тремя буквами: [3] [4] Фронты разделяют воздушные массы разных типов или происхождения и располагаются вдоль ложбин более низкого давления . [5]
Анализ погоды на поверхности — это особый тип карты погоды , который обеспечивает вид сверху на элементы погоды в географической области в указанное время на основе информации с наземных метеостанций. [6] Карты погоды создаются путем обнаружения, нанесения и отслеживания значений соответствующих величин, таких как давление на уровне моря , температура и облачный покров, на географическую карту, чтобы помочь найти синоптические масштабные особенности, такие как погодные фронты. [7] Анализ погоды на поверхности имеет специальные символы, которые показывают фронтальные системы, облачный покров, осадки или другую важную информацию. Например, H может представлять область высокого давления, подразумевая ясную или ясную погоду. L, с другой стороны, может представлять низкое давление, которое часто сопровождает осадки и штормы . Низкое давление также создает поверхностные ветры, происходящие из зон высокого давления и наоборот. Различные символы используются не только для фронтальных зон и других границ поверхности на картах погоды, но и для изображения текущей погоды в различных местах на карте погоды. Кроме того, области осадков помогают определить тип и местоположение 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 и над границей, вызывая значительные изменения погоды и сильные осадки . «Катафронт» слабее, принося 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 картах анализа поверхности этот температурный градиент виден на изотермах и иногда может быть также идентифицирован с помощью изобар, поскольку холодные фронты часто совпадают с поверхностной ложбиной . На погодных картах поверхностное положение холодного фронта отмечено синей линией с треугольниками, указывающими направление, в котором движется холодный воздух, и он расположен на переднем крае более холодной воздушной массы. [2] Холодные фронты часто приносят дождь, а иногда и сильные грозы . Холодные фронты могут вызывать более резкие и интенсивные изменения погоды и двигаться со скоростью, которая в два раза быстрее, чем теплые фронты, поскольку холодный воздух плотнее теплого, поднимая и толкая 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, «заклинивающего» под менее плотным, теплым воздухом, слишком упрощена, [9], поскольку восходящее движение на самом деле является частью процесса поддержания геострофического равновесия на вращающейся Земле в ответ на фронтогенез .
Теплые фронты находятся на переднем крае однородной наступающей теплой воздушной массы, которая расположена на экваториальном краю градиента в изотермах, и лежат в более широких ложбинах низкого давления, чем холодные фронты. Теплый фронт движется медленнее, чем холодный фронт, который обычно следует за ним, потому что холодный воздух плотнее и его сложнее поднять с поверхности Земли. [2]
Это также заставляет температурные различия на теплых фронтах быть более масштабными. Облака, появляющиеся впереди теплого фронта, в основном слоистые , и осадки более постепенно увеличиваются по мере приближения фронта. Туман также может возникать перед прохождением теплого фронта. Прояснение и потепление обычно происходят быстро после прохождения фронта. Если теплая воздушная масса нестабильна, грозы могут быть вкраплены среди слоистых облаков перед фронтом, и после прохождения фронта грозовые ливни могут продолжаться. На погодных картах поверхностное расположение теплого фронта отмечено красной линией полукругов, указывающих направление движения воздушной массы. [2]
Окклюдированный фронт образуется, когда холодный фронт настигает теплый фронт, [10] и обычно формируется вокруг зрелых областей низкого давления, включая циклоны. [2] Холодный и теплый фронты естественным образом изгибаются к полюсу в точку окклюзии, которая также известна как тройная точка. [11] Она лежит внутри резкого желоба, но воздушная масса за границей может быть как теплой, так и холодной. При холодной окклюзии воздушная масса, настигающая теплый фронт, холоднее, чем холодная воздушная масса, отступающая от теплого фронта, и пропахивает обе воздушные массы. При теплой окклюзии холодная воздушная масса, настигающая теплый фронт, теплее, чем холодная воздушная масса, отступающая от теплого фронта, и едет по более холодному воздуху, одновременно поднимая теплый воздух. [2]
Вдоль окклюдированного фронта можно встретить самые разные погодные условия, возможны грозы, но обычно их прохождение также связано с высыханием воздушной массы. В пределах окклюзии фронта циркуляция воздуха поднимает теплый воздух вверх и направляет потоки холодного воздуха вниз, или наоборот, в зависимости от типа окклюзии, которую испытывает фронт. Осадки и облака связаны с trowal , проекцией на поверхность Земли языка теплого воздуха наверху, образованного в процессе окклюзии депрессии или шторма. [12]
Окклюдированные фронты обозначены на карте погоды фиолетовой линией с чередующимися полукругами и треугольниками, указывающими направление движения. [2] Окклюдированный фронт обозначен серией синих и красных соединительных линий.
Теплый сектор — это приповерхностная воздушная масса между теплым фронтом 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.
Стационарный фронт — это неподвижная (или застывшая) граница между двумя воздушными массами, ни одна из которых не достаточно сильна, чтобы заменить другую. Они, как правило, остаются в одной и той же области в течение длительных периодов времени, особенно при параллельных направлениях ветра; [13] Обычно они движутся волнами, но не постоянно. [14] Обычно за границей наблюдается широкий температурный градиент с более широко разнесенной упаковкой изотерм .
Вдоль стационарного фронта можно встретить самые разные погодные условия, но обычно там наблюдаются облака и продолжительные осадки. Стационарные фронты либо рассеиваются через несколько дней, либо превращаются в линии сдвига, но они могут трансформироваться в холодный или теплый фронт, если условия наверху изменятся. Стационарные фронты отмечены на погодных картах чередующимися красными полукругами и синими пиками, направленными друг против друга, что указывает на отсутствие значительного движения.
Когда стационарные фронты уменьшаются в масштабе и стабилизируются по температуре, превращаясь в узкую зону, где направление ветра значительно меняется на относительно коротком расстоянии, они становятся известны как линии сдвига. [15] Линия сдвига изображается как линия красных точек и тире. [2] Стационарные фронты могут приносить небольшой снег или дождь в течение длительного периода времени.
Аналогичным явлением для погодного фронта является сухая линия , которая является границей между воздушными массами со значительными различиями влажности вместо температуры. Когда западные ветры усиливаются на северной стороне поверхностных максимумов, области пониженного давления будут формировать по ветру ориентированные с севера на юг горные цепи, что приведет к образованию подветренной ложбины. Вблизи поверхности в дневные часы теплый влажный воздух плотнее сухого воздуха с большей температурой, и, таким образом, теплый влажный воздух вклинивается под более сухой воздух, как холодный фронт. На больших высотах теплый влажный воздух менее плотен, чем более холодный сухой воздух, и наклон границы меняется на противоположный. Вблизи инверсии наверху возможна суровая погода , особенно когда с холодным фронтом образуется окклюзия или тройная точка. [16] Более слабая форма сухой линии, наблюдаемая чаще, — это подветренная ложбина, которая демонстрирует более слабые различия во влажности . Когда влага скапливается вдоль границы в теплое время года, она может быть центром дневных гроз . [17]
Сухая линия может возникнуть в любом месте на Земле в регионах, промежуточных между пустынными районами и теплыми морями. Южные равнины к западу от реки Миссисипи в Соединенных Штатах являются особенно благоприятным местом. Сухая линия обычно движется на восток в течение дня и на запад ночью. Сухая линия изображается на анализах поверхности Национальной метеорологической службы (NWS) как оранжевая линия с гребешками, обращенными во влажный сектор. Сухие линии являются одними из немногих поверхностных фронтов, где указанные точки не обязательно отражают направление движения. [18]
Организованные области грозовой активности не только усиливают уже существующие фронтальные зоны, но и могут опережать активно существующие холодные фронты в модели, где струя верхнего уровня разделяется на два потока, в результате чего образуется Мезомасштабная конвективная система (MCS), образующаяся в точке разделения верхнего уровня в ветровой модели, идущей на юго-восток в теплый сектор параллельно линиям толщины низкого уровня. Когда конвекция сильная и линейная или изогнутая, MCS называется линией шквала, с особенностью, помещенной на переднем крае значительного сдвига ветра и повышения давления. [19] Даже более слабые и менее организованные области гроз приводят к локально более прохладному воздуху и более высокому давлению, и границы оттока существуют впереди этого типа активности, которые могут действовать как фокусы для дополнительной грозовой активности позже в течение дня. [20]
Эти особенности часто отображаются в теплое время года по всей территории Соединенных Штатов на анализах поверхности и лежат внутри поверхностных ложбин. Если границы оттока или линии шквала формируются над засушливыми регионами, может возникнуть хабуб . [21] Линии шквала отображаются на анализах поверхности NWS как чередующийся рисунок из двух красных точек и штриха, обозначенных SQLN или линией шквала , в то время как границы оттока отображаются как ложбины с обозначением границы оттока .
Фронты являются основной причиной значительных погодных явлений. Конвективные осадки (ливни, грозы, сильный дождь и связанная с ними нестабильная погода) вызываются подъемом воздуха и конденсацией его в облака из-за движения холодного фронта или холодной окклюзии под массой более теплого влажного воздуха. Если разница температур двух вовлеченных воздушных масс велика, а турбулентность экстремальна из-за сдвига ветра и наличия сильного струйного течения , могут возникнуть « рулонные облака » и торнадо . [22]
В теплое время года подветренные ложбины, бризы, границы оттока и окклюзии могут привести к конвекции, если доступно достаточно влаги. Орографические осадки — это осадки, созданные подъемным действием воздуха из-за воздушных масс, движущихся по такой местности, как горы и холмы, что наиболее распространено за холодными фронтами, которые движутся в горные районы. Иногда они могут происходить до того, как теплые фронты движутся на север к востоку от горной местности. Однако осадки вдоль теплых фронтов относительно устойчивы, как в виде легкого дождя или мороси. Туман, иногда обширный и густой, часто возникает в предтеплых фронтальных областях. [23] Хотя не все фронты вызывают осадки или даже облака, потому что влага должна присутствовать в воздушной массе, которая поднимается. [1]
Фронты обычно направляются ветрами наверху , но не движутся так быстро. Холодные фронты и окклюдированные фронты в Северном полушарии обычно перемещаются с северо-запада на юго-восток, в то время как теплые фронты со временем перемещаются больше к полюсу. В Северном полушарии теплый фронт перемещается с юго-запада на северо-восток. В Южном полушарии верно обратное; холодный или окклюдированный фронт обычно перемещается с юго-запада на северо-восток, а теплый фронт перемещается с северо-запада на юго-восток. Движение в значительной степени вызвано силой градиента давления (горизонтальными различиями в атмосферном давлении) и эффектом Кориолиса , который вызван вращением Земли вокруг своей оси. Фронтальные зоны могут замедляться географическими особенностями, такими как горы и большие водоемы с теплой водой. [2]
