В умеренных широтах, как правило, основным изменениям погоды предшествует ряд понижений давления с вклинивающимися между ними областями высокого давления. Понижение давления имеет для яхтсменов большое значение: при резком падении давления ветер обычно усиливается до штормового и даже при небольшом перепаде давлений меняет свое направление.
Области высокого давления, или антициклоны, - это области, где холодный плотный воздух опускается и становится теплее. Обычно они гораздо стабильнее, чем области низкого давления (см. с. 265), и летом несут с собой долгие периоды теплой сухой погоды. В таких областях образуются небольшие облака, обычно достаточно высоко, но облака могут быть и низкими, особенно над морем. Ветры, дующие в областях высокого давления, довольно слабы. На ход метеоэлементов высокого давления может влиять рельеф берега, если ветер дует на холмистый берег, или морские бризы, сила и направление которых меняются в течение суток (см. с. 273).
Низкое давление (циклоны)
На предыдущем рисунке было показано, как вначале возникает область низкого давления, а затем из небольшого клина в полярном фронте развивается настоящий циклон. Ясно, что погода, которую видит и ощущает наблюдатель, зависит от его положения относительно центра низкого давления. Чем ближе к центру, тем более суровой, вероятнее всего, будет погода.
Рассмотрим типичный циклон, проходящий несколько к северу от наблюдателя. Первые признаки - падение давления (которое зафиксирует барометр яхты) и появление тонкого высокого перистого облака. Чем больше скорость перистого облака и его плотность, тем ниже давление и тем более вероятно, что подует штормовой ветер. Подобные тонкие высокие облака предупреждают яхтсмена о надвигающемся шторме за 12-24 ч в зависимости от того, насколько быстро перемещается циклон.
Перистое облако постепенно становится толще и превращается в перисто-слоистое, которое закрывает небо на большой высоте. У Солнца или Луны появляется гало (светлые круги), давление падает и направление ветра меняется против часовой стрелки: так, западный ветер переменится на юго-западный или юго-юго-западный. При сильном падении давления перисто-слоистые облака становятся толще и быстро переходят в высокослоистые, но при умеренном изменении давления облака выглядят скорее, как на фотографии 3 (см.с.263).
Постепенно облако становится толще и образуются слоисто-дождевые облака.
Видимость ухудшается, основание облака опускается ниже и начинается сильный дождь. Давление продолжает падать, и ветер может отойти дальше к югу или даже перейти в юго-восточную четверть. По мере прохождения теплого фронта дождь превращается в изморось или прекращается совсем. Давление обычно стабилизируется, и ветер опять меняет свое направление ближе к западу. Яхтсмен, находящийся достаточно далеко от центра циклона, может увидеть, как облако распадается.
Холодные фронты
С приближением холодного фронта (который следует за теплыми воздушными массами) давление может начать снова падать (так как область пониженного давления -„впадина" - часто предшествует фронту) и ветер опять повернет немного к югу. Однако видимых признаков приближающегося холодного фронта будет очень мало, так как яхта все еще будет находиться в секторе теплого воздуха.
Когда холодный фронт действительно придет, он может распространяться очень быстро.
Дополнительная энергия холодного фронта изменяет направление ветра, так как холодный воздух устремляется вниз под теплый, заставляя его быстро подниматься. Это вызывает сильные ливни и сопровождается порывами ветра и шквалами. Конвекция теплого воздуха служит причиной формирования больших кучевых облаков - ливневых облаков (см. рисунок 4 на с. 262). Характерная особенность облаков холодного фронта заключается в том, что они идут в направлении, обратном по отношению к облакам теплого фронта, но распознать их достаточно сложно, так как сам фронт обычно проходит в два раза быстрее.
По мере прохождения холодного фронта направление ветра обычно меняется по часовой стрелке, часто в сторону северо-запада, и давление начинает подниматься. Облака рассеиваются, видимость быстро улучшается. Прохождение холодного фронта ближе к ночи дает картину, аналогичную показанной на рисунке 5 (см. с. 263), что подтверждает старую пословицу „Если солнце красно к вечеру - моряку бояться нечего". Высокое облако, исчезающее с наступлением ночи, почти всегда предвещает прекрасную погоду, в то время как высокие облака, появляющиеся на заре с востока, из-за чего небо становится „красно поутру", являются обычно предшественниками теплого фронта и связанного с ним понижения давления - „Если красно поутру - моряку не по нутру".
В зависимости от местонахождения яхты относительно области низкого давления возможны различные варианты изменения погоды и силы ветра. Если циклон очень активен, ветер смещается и перепад давления увеличивается. Скорость распространения области низкого давления может достигать 30 м/с. Облака будут опережать теплый фронт на 960 км, а выпадение дождей -на 160 км.
Мощный циклон может вызвать в море шторм с сильными ветрами и большими волнами. Признаки, предвещающие такую ситуацию, - это быстрое падение давления (по барометру) и приближение тонкого высокого облака. Кроме того, штормовые предупреждения передают по радио, и большинство яхт, находящихся в прибрежных водах, могут укрыться в гавани до начала шторма. Более подробно о различных видах шторма рассказано на с. 274, а о прогнозировании погоды - на с. 277. Если прогноз капитана окажется неправильным и яхту захватит шторм, вы будете вынуждены штормовать в открытом море.
 |
 |
 |
|
Схема (см. вверху) преобладающих направлений ветров и основных океанских течений |
Слева приведена более детальная схема направлений ветров и течений в Северной Атлантике |
Стрелки указывают направления ветров - голубые для января, оранжевые для июля. Преобладающие направления ветров обозначены более толстыми стрелками. Темно-красные стрелки - направления основных течений |
Ветры - это движение потоков воздуха под действием разности температур и давлений. Холодные тяжелые воздушные массы опускаются к поверхности земли, образуют области высокого давления, а поднимающиеся теплые легкие воздушные массы -области низкого давления. Воздушные потоки, перемещающиеся из области высокого давления в область низкого, называют ветром.
В низких широтах (между экватором и 30° с. ш. и ю. ш.) Земля получает значительно больше солнечного тепла, чем в высоких широтах (60-90° с. ш. и ю. ш.). Перепады температур усложняют движение воздушных масс, появляются области высокого и низкого давлений, которые вызывают характерные ветры по всему земному шару. Приблизительно на широтах 30° к северу и югу от экватора и над полюсами постоянно образуются огромные антициклоны, а на 60° с. ш. и ю. ш. и на экваторе - области низкого давления. Поэтому от 30° с. ш. и ю. ш. воздушные массы перемещаются к экватору, создавая пассаты. Ветры, дующие в направлении областей низкого давления, т. е. 60° с. ш. и ю. ш., называют умеренными западными. Воздушные массы, движущиеся из областей высокого давления над полюсами, - холодные и известны как полярные восточные.
Вращение Земли также влияет на направления ветров. Ветры меридиональных направлений в Северном полушарии отклоняются вправо, в Южном - влево, т. е. северные ветры дуют от северо-западной четверти, а южные - от юго-восточной четверти. В местах встречи ветров образуются подвижные границы раздела, называемые фронтами (см. с. 268).
При встрече северо-восточного и юго-восточного пассатов возникает так называемый межтропический фронт. Поскольку плавание на яхтах наиболее широко распространено в умеренных широтах, яхтсмены должны овладеть знаниями метеорологии этих широт.
Тропическая метеорология (относящаяся к межтропическому фронту) имеет свою специфику. Метеорология умеренных широт здесь не применима. Хотя формирование циклонов в районе экватора происходит аналогично, направление ветров не всегда соответствует правилам вращения, рассмотренным ранее. Решающее значение принадлежит местным ветрам - причинам частых гроз.
На рисунках показаны преобладающие направления ветров над океанами в январе и июле. В Атлантическом и Тихом океанах хорошо известны определенные районы, где зарождаются антициклоны, ярко выраженные в северных водах и менее определенные - в южных. В Атлантике эти ветры вызывают такие течения, как Гольфстрим, Канарское и Северное Пассатное. Подобную картину можно наблюдать и в северной части Тихого океана, где аналогичные ветры создают течения Куросио и Северо-Тихоокеанское. Эти течения под влиянием обтекаемых ими участков суши и вращения Земли изменяют свое направление по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой в Южном.
На рисунках приведена схема основных направлений ветров. Однако ее необходимо уточнять в зависимости от местных систем давлений, рельефа побережья и бризов, меняющих свое направление в течение суток.
Погодные системы
Выше упоминалось, что циклоны влияют на погоду. Теперь попробуем выяснить, как области высокого и низкого давлений изменяют преобладающие направления ветров. Нанесенные на карту линии равного давления (изобары) образуют концентрические фигуры вокруг центров областей высокого и низкого давлений. Воздушные массы стремятся перемещаться прямо от областей высокого к областям низкого давления. Однако из-за вращения Земли воздушные потоки движутся по касательной к изобарам. В Северном полушарии ветры отклоняются против часовой стрелки относительно области низкого давления и по часовой стрелке относительно области высокого давления. В Южном полушарии движение происходит в обратном порядке.
Существует простое правило определения положения областей высокого и низкого давлений. Если встать спиной к ветру в Северном полушарии, область низкого давления будет слева, а область высокого справа, и наоборот - в Южном полушарии.
Однако это правило справедливо на высоте 7 км над поверхностью земли для ветра, который называют градиентным. Вблизи поверхности направление и скорость ветра, интересующего яхтсмена, искажаются. Здесь направление ветра отклоняется внутрь - к центру циклона, а при антициклоне - наружу - от его центра. Угол отклонения зависит от рельефа поверхности. Над морем он равен приблизительно 15°, а над землей - 30°. Кроме того, возможны порывы ветра со скоростью и- направлением, которые характерны для высоты 7 км.
Местные ветры
Яхтсмен должен знать не только преобладающие направления ветров, но и, что особенно важно для тех, кто ходит на швертботах, - направления местных ветров. Местные ветры также возникают в результате разницы температур. Воздушные массы нагреваются непосредственно от поверхности, над которой они движутся, а не от солнца, как нередко считают яхтсмены. В зависимости от скорости и времени нагрева различных поверхностей температуры воздушных масс над ними также будут различными, а это, в свою очередь, определяет направление ветра.
Самые распространенные местные ветры - это морские бризы. Утреннее солнце нагревает землю, а земля отдает тепло воздуху. Над морем воздушные массы холоднее, так как вода, поглощая солнечные лучи, нагревается не так быстро, как суша. Когда теплые воздушные массы поднимаются над сушей, на их место устремляются потоки более холодного воздуха с моря. Этот ветер называют морским бризом. В жаркий летний день морской бриз может дуть на много миль вглубь территории (до середины дня). Ранним утром можно стать свидетелем штиля, а позже начинает дуть бриз - ветер в сторону берега.
Ночью происходит обратное. С какой скоростью суша нагревается в течение дня, с такой же она отдает тепло ночью. Обычно температура поверхности Земли опускается ниже, чем температура моря, и это приводит к легкому ночному (береговому) бризу - ветру с суши, вызванному тем, что воздушные массы над сушей, охлаждаясь, опускаются и перемещаются в сторону моря. Если на побережье есть холмы или горы, холодный воздух устремляется вниз под действием гравитации, вызывая сильный ветер, дующий вниз по склону, который называют нисходящим. Иногда скорость этого ветра такова, что его энергии хватает на несколько миль от берега. Чаще всего нисходящий ветер задувает ночью одновременно с легким береговым бризом.
На внутренних водных путях - озерах или реках - действуют те же принципы возникновения и движения ветров. Воздух над сушей нагревается, поднимается вверх, давая возможность более холодному воздуху над водой двигаться от реки. При плавании на швертботе можно добиться неплохих результатов, учитывая направления этих легких ветров.
Начинающий яхтсмен сразу заметит, что препятствия на берегу влияют на скорость ветра. Очевидно, ошвартованное большое судно создает мертвую зону с подветренной стороны. Причалы, эллинги для хранения лодок и склады также ограничивают движение воздуха. Деревья вдоль линии берега могут уменьшить скорость ветра почти наполовину. Следовательно, надо идти или близко к деревьям, где ветер дует сквозь них, или как можно дальше от деревьев, чтобы они не влияли на скорость ветра.
Необходимо всегда помнить, что скорость ветра на суше и на море различна. Она существенно уменьшается при контакте с поверхностью земли, и в яхт-клубе или на якорной стоянке сильный ветер часто может показаться легким бризом. Однако при помощи шкалы Бофорта можно правильно определить скорость ветра даже на суше. И, конечно, приблизительно оценить реальную силу ветра в море поможет накопленный опыт.
 |
 |
 |
|
Массы теплого воздуха поднимаются над землей и на их место устремляется более холодный воздух с моря. Этот ветер в сторону берега известен как дневной (морской) бриз |
Холодный воздух с гор опускается вдоль склона и вытесняет теплый воздух, поднимающийся над морем. Его называют ночным (береговым) бризом (в некоторых районах - бора) |
На реке или озере поднимающийся над берегом теплый воздух вытесняется холодным воздухом с поверхности воды. Эти местные ветры могут использовать те, кто плавает на швертботах |
Атмосферные явления на протяжении столетий были объектом исследования из-за своей значимости и влияния на все сферы жизни. Циклон и антициклон не являются исключениями. Понятие об этих погодных феноменах дает еще в школе география. Циклоны и антициклоны после такого краткого изучения для многих остаются загадкой. и фронты являются ключевыми понятиями, которые помогут отобразить суть этих погодных явлений.
Воздушные массы
Часто бывает так, что на протяжении многих тысяч километров в горизонтальном направлении воздух имеет очень похожие свойства. Эта масса и называется воздушной.
Воздушные массы делят на холодные, теплые и местные:
Холодной масса называется, если ее температура ниже, чем температура поверхности, над которой она находится;
Теплая - это такая воздушная масса, температура которой выше, чем температура той поверхности, что находится под ней;
Местная воздушная масса по температуре ничем не отличается от находящейся под ней поверхности.
Воздушные массы формируются над различными участками Земли, что приводит к особенностям в их свойствах. Если масса образовывается над Арктикой, то, соответственно, она будет называться арктической. Конечно же, такой воздух очень холодный, он может принести густые туманы или легкую дымку. Полярный воздух своим месторождением считает умеренные широты. Его свойства могут меняться в зависимости от того, какое время года наступило. Зимой полярные массы мало чем отличаются от арктических, а вот летом такой воздух может принести очень плохую видимость.
Тропические массы, пришедшие из тропиков и субтропиков, имеют высокую температуру и повышенную запыленность. Они являются виновниками дымки, которой охвачены предметы, если смотреть на них на расстоянии. Тропические массы, сформированные на континентальной части тропического пояса, приводят к пылевым вихрям, бурям и смерчам. Экваториальный воздух очень похож на тропический, но все эти свойства более выражены.
Фронты
Если две воздушные массы, обладающие различной температурой, встречаются, образуется новое погодное явление - фронт, или поверхность раздела.
По характеру движения фронты делят на стационарные и подвижные.
Каждый существующий фронт разделяет между собой воздушные массы. Например, главный полярный фронт является воображаемым посредником между полярным и тропическим воздухом, главный арктический - между арктическим и полярным, и так далее.
Если теплая воздушная масса наползает на холодную, возникает теплый фронт. Для путешественников вход в такой фронт может предвещать либо проливной дождь, либо снег, который значительно снизит видимость. Когда же холодный воздух вклинивается под теплый, наблюдается образование холодного фронта. Корабли, попадающие в область холодного фронта, страдают от шквалов, ливней и гроз.
Бывает так, что воздушные массы не сталкиваются, а догоняют одна другую. В таких случаях образуется фронт окклюзии. Если роль догоняющей выполняет холодная масса, то называют такое явление фронтом холодной окклюзии, если же наоборот, то фронтом теплой окклюзии. Эти фронты несут ливневую погоду с сильными порывами ветра.
Циклоны
Чтобы понять, что такое антициклон, нужно понимать, Это область в атмосфере с минимальным показателем в центре. Его порождают два имеющие разную температуру. Очень благоприятные условия для их образования создаются в фронтах. В циклоне воздух движется от его краев, где давление более высокое, к центру с В центре воздух будто бы выбрасывается вверх, что дает возможность образованию восходящих потоков.
По тому, как движется воздух в циклоне, легко можно определить, в каком именно полушарии он образовался. Если его направление совпадает с движением часовой стрелки, то это определенно Южное полушарие, если же против - это
Циклоны провоцируют такие погодные явления, как скопление облачных масс, сильные осадки, ветер и перепады температуры.
Тропический циклон
От циклонов, образованных в умеренных широтах, отделяют циклоны, которые своим происхождением обязаны тропикам. Они имеют множество названий. Это и ураганы (Вест-Индия), и тайфуны (восток Азии), и просто циклоны (Индийский океан), и арканы (юг Индийского океана). Размеры таких вихрей колеблются от 100 до 300 миль, а диаметр центра - от 20 до 30 миль.
Ветер тут разгоняется до 100 км/час, и это характерно для всей области вихря, что кардинально отличает их от циклонов, образованных в умеренных широтах.
Верным признаком приближения такого циклона является рябь на воде. Причем она идет в противоположную сторону дующему ветру или ветру, который дул незадолго до этого.
Антициклон
Область повышенного давления в атмосфере с максимумом в центре - это и есть антициклон. Давление на его краях более низкое, что позволяет воздуху устремляться от центра к периферии. Воздух, находящийся в центре, постоянно спускается и расходится к краям антициклона. Так образуются нисходящие потоки.
Антициклон является противоположностью циклону еще и потому, что в Северном полушарии он следует за часовой стрелкой, в Южном идет против нее.
Перечитав всю вышеизложенную информацию, с уверенностью можно сказать, что такое антициклон.
Интересным свойством антициклонов умеренных широт является то, что они как бы преследуют циклоны. В таком случае малоподвижное состояние вполне характеризует антициклон. Погода, образуемая этим вихрем, малооблачная и сухая. Ветра практически не наблюдается.
Второе название этого явления - Сибирский максимум. Продолжительность его жизни - около 5 месяцев, а именно конец осени (ноябрь) - начало весны (март). Это не один антициклон, а несколько, которые очень редко уступают место циклонам. Высота ветров достигает 3 км.
Из-за географической среды (горы Азии) холодный воздух не может разойтись, что приводит к еще большему его охлаждению, температура около поверхности опускается до 60 градусов ниже нуля.
Говоря о том, что такое антициклон, можно с уверенностью сказать, что это атмосферный вихрь огромных размеров, приносящий ясную погоду без осадков.
Циклоны и антициклоны. Сходства и отличия
Для того чтобы разобраться лучше, что такое антициклон и циклон, нужно сравнить их. Определения и главные аспекты этих явлений мы выяснили. Остается открытым вопрос о том, чем отличаются циклоны и антициклоны. Таблица покажет эту разницу более четко.
| № | Характеристика | Циклон | Антициклон |
| 1. | Размеры | 300-5000 км в диаметре | Может достигать 4000 км в диаметре |
| 2. | Скорость перемещения | От 30 до 60 км/ч | От 20 до 40 км/ч (кроме малоподвижных) |
| 3. | Места возникновения | Везде, кроме экватора | Над ледовым покровом и в тропиках |
| 4. | Причины возникновения | Из-за естественного вращения Земли (сила Колиолиса), при дефиците массы воздуха. | Из-за возникновения циклона, при избытке массы воздуха. |
| 5. | Давление | В центре пониженное, на краях высокое. | В центре повышенное, на краях низкое. |
| 6. | Направление вращения | В Южном полушарии - по часовой стрелке, в Северном - против нее. | В Южном - против часовой стрелки, в Северном - по часовой стрелке. |
| 7. | Погода | Пасмурная, сильный ветер, множество осадков. | Ясная или малооблачная, ветра и осадков нет. |
Таким образом, мы видим, чем отличаются циклоны и антициклоны. Таблица показывает, что это не просто противоположности, природа их возникновения совершенно разная.
Основную площадь внетропических широт занимают умеренные пояса. Именно в них протекают атмосферные процессы, играющие ведущую роль в циркуляции атмосферы, формировании погоды и климата этих и сопредельных широт. Умеренные широты характеризуются западным переносом воздуха во всей толще атмосферы, обусловленным термическими и динамическими причинами. Исключение составляют восточные окраины материков, где развит муссонный перенос воздушных масс.
В нижней тропосфере основу западного переноса составляют западные ветры внешних полярных периферий субтропических океанических барических максимумов. Последние являются как бы «ветроразделами» Земли, от которых ветры оттекают и к экватору (пассаты), и к умеренным широтам. Западные ветры лучше выражены и наиболее устойчивы в южном полушарии. Там, южнее субтропического пояса высокого давления, ярко выраженного зимой, но сохраняющегося в виде почти непрерывной полосы даже летом, находится постоянный пояс пониженного давления вокруг Антарктиды. В северном полушарии существенная неоднородность подстилающей поверхности (материки и океаны), значительные сезонные контрасты всех метеорологических характеристик и быстрая их изменчивость в
меридиональном направлении приводят к большой неустойчивости атмосферных процессов. Поэтому западные ветры здесь в чистом виде присущи океанам и западным половинам материков и выявляются лишь из статистического анализа многолетних данных.
Циклоны и антициклоны. Характерной особенностью умеренных широт является разнообразие воздушных масс: арктических (антарктических), полярных (они господствующие), тропических, как морских, так и континентальных, смещающихся с запада на восток и трансформирующихся при этом. Между различными воздушными массами постоянно возникают и также меняют свое положение атмосферные фронты, на которых образуются неустойчивые волны, дающие начало циклонам и антициклонам умеренных широт – крупномасштабным атмосферным вихрям с разными системами ветров, осложняющими западный перенос воздуха. Их постоянное возникновение, развитие, перемещение в восточном направлении и разрушение – основная особенность атмосферной циркуляции умеренных и сопредельных широт, которую называют циклонической деятельностью.
Рис. 65. Схема развития фронтального циклона (по С. П. Хромову)
Циклоны умеренных широт – огромные плоские восходящие воздушные вихри с системой ветров, дующих в северном полушарии против часовой стрелки, а в южном – по часовой стрелке и сходящихся к их центру. У земной поверхности они характеризуются пониженным давлением.
Циклоны – плоские вихри: их горизонтальные размеры достигают 1000 – 3000 км (в диаметре), тогда как вертикальные – от 2 до 10 км. Давление в циклонах колеблется от 1000 до 950 мб, ветры могут достигать скорости 25 м/с и более.
В своем развитии циклоны проходят несколько стадий – от зарождения до заполнения. Своим образованием циклоны обязаны волновым возмущениям атмосферы на фронтах в условиях вращающейся Земли, вследствие чего заметную роль в этом процессе играет сила Кориолиса. На поверхности раздела разных по температуре воздушных масс теплый воздух начинает внедряться в область холодного воздуха и отклоняться от субширотного направления в высокие широты. Нарушение равновесия вынуждает холодных воздух в тыловой части волны внедряться в низкие широты. Развивается циклоническое движение воздуха, и возникает циклонический изгиб фронта – огромная волна, которая начинает двигаться с запада на восток (рис. 65).
Различные значения барической ступени в холодном и теплом воздухе обусловливают уже на начальной стадии развития циклона низкое давление в его теплой части, из-за чего теплый воздух начинает подниматься и скользить по фронтальной поверхности в передней части волны. Такова первая стадия развития циклона – стадия волны.
Если длина вновь возникшей волны 1000 км и больше, то она оказывается неустойчивой в пространстве и продолжает свое развитие; при этом циклон смещается на восток со скоростью до 100 км в сутки. Давление продолжает понижаться, ветры – усиливаться, а амплитуда волны – увеличиваться, причем понижение давления распространяется вверх до высоты 5–6 км. Наступает вторая стадия – молодого циклона, при которой он обычно оконтуривается на приземных картах давления несколькими изобарами.
При продвижении теплого воздуха в высокие широты формируется теплый фронт, при перемещении холодного воздуха в сторону тропиков – холодный фронт. Оба эти фронта сопрягаются в центре циклона и являются частями единого целого, подчеркивая волновое возмущение атмосферы. На космических снимках фронты в циклонах выражены в виде сплошной широкой полосы облачности в зоне теплого фронта в передней части циклона и в центре и более узкой полосы в зоне холодного фронта в тыловой части циклона.
В молодом циклоне выделяются различные части: передний край перед теплым фронтом, теплый сектор между двумя фронтами, тыловая часть – за холодным фронтом (рис. 66). На главных полярных фронтах теплый сектор образуется из тропического воздуха, а остальная часть циклона – из полярного воздуха. На арктическом (антарктическом) фронте теплый сектор циклона образуется из полярного воздуха, а остальная часть циклона – из арктического (антарктического) воздуха.
Холодный фронт всегда движется быстрее теплого, поэтому теплый сектор циклона постепенно сокращается. Когда холодный фронт догоняет теплый и смыкается с ним, образуется фронт окклюзии. При этом теплый воздух вытесняется вверх и закручивается в виде спирали против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой – в южном. Циклон достигает третьей стадии своего развития – окклюдирования. При этом давление в циклоне падает до 980 – 960 гПа, замкнутая циркуляция распространяется до высот более 5 км, диаметр достигает 1,5 – 2 тыс. км.
Затем наступает четвертая (заключительная) стадия развития циклона – его заполнение. Фронт окклюзии постепенно размывается, теплый воздух окончательно оттесняется вверх и при этом адиабатически охлаждается. Облачные системы заполняющихся циклонов приобретают вид закрученных спиралей. Температурные контрасты в циклоне исчезают, он становится холодным по всей своей площади и объему, замедляет движение и окончательно заполняется. Вся жизнь циклона от зарождения до заполнения длится 5–7 дней.
Рис. 66. Циклон умеренных широт в плане и его профили. Названия облаков указаны в таблице 2
С циклонами связаны пасмурная погода, прохладная летом и теплая зимой, и осадки.
С развитием циклонической деятельности связано также возникновение и развитие фронтальных антициклонов. Антициклоны – это нисходящие атмосферные вихри, соизмеримые по размерам с циклонами, с приземной областью высокого давления, с антициклонической системой ветров от центра к периферии по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой – в южном. Возникновение и развитие антициклонов тесно связано с развитием циклонов – это единый процесс эволюции фронтальной зоны. Иными словами, циклоны и антициклоны – парагенетические (т. е. тесно связанные между собой) образования.
Антициклоны образуются в тылу холодного фронта молодого циклона в холодном воздухе и тоже проходят ряд стадий. Сначала возникает молодой низкий холодный антициклон, очень подвижный, смещающийся вслед за циклоном. Потом наступает стадия максимального развития: при этом антициклон становится высоким и малоподвижным. В нем образуется слой инверсии, выше которого воздух довольно теплый за счет адиабатического нагревания при опускании, а внизу холоднее из-за эффективного излучения, особенно зимой над сушей. В этой стадии антициклон называют блокирующим, поскольку он препятствует западному переносу воздушных масс вплоть до больших высот. Наконец, наступает заключительная стадия разрушения, когда опускание воздуха прекращается. Хотя антициклоны образуются во фронтальных зонах, фронт через них не проходит, а окаймляет их с трех сторон. С антициклонами связаны безоблачная сухая погода, жаркая летом, морозная зимой.
Рис. 67. Серия циклонов на климатическом фронте, находящихся на разных стадиях развития. 1–4 – стадии развития циклонов
Циклоны и антициклоны возникают над зонами контрастов температур и давлений. Поэтому на земном шаре внетропическая циклоническая деятельность осуществляется преимущественно на главных арктическом (антарктическом) и полярных фронтах, а наиболее активными местами циклогенеза являются зоны встреч воздуха над холодными и теплыми океаническими течениями. В северном полушарии это зоны конвергенции течений Лабрадорского и Гольфстрима, Курильского и Куросио. В южном полушарии основным местом циклогенеза являются «ревущие» (40 – 50°) широты, где встречаются теплые и холодные воздушные массы, особенно там, где в течение Западных ветров вливаются теплые течения вдоль западных окраин океанов.
Вместе с тем зимой, когда контрасты температур и других свойств различных воздушных масс максимальны, циклоническая деятельность проявляется и в других местах. В частности, активный циклогенез происходит в это время над Северным, Средиземным и Черным морями, на внутримассовом полярном фронте между теплым морским и холодным континентальным полярным воздухом.
Циклоны и антициклоны возникают на климатических фронтах один за другим, т. е. последовательно во времени. Наиболее типичной является картина, когда на арктическом или полярном фронте последовательно расположены серии разновозрастных циклонических вихрей, находящихся на разных стадиях своего развития – от самых молодых на западных краях фронтов до заполняющихся на восточных (рис. 67). Так же последовательно возникают антициклоны.
И циклоны, и антициклоны (точнее, их центры) перемещаются в умеренных широтах в направлении общего переноса воздуха с запада на восток, т. е. под перемещением циклонов и антициклонов подразумевается движение их как единой системы (при этом ветры в разных частях этих вихрей могут иметь различное направление). Однако при движении на восток циклоны уклоняются к высоким широтам, а антициклоны – в сторону тропиков.
Поступательное движение циклонов в северном полушарии на северо-восток (см. рис. 67) обусловлено отчасти тем, что ветры в них, дующие против часовой стрелки, на южных перифериях усиливаются западным переносом и как бы оттесняют циклоны к северу (рис. 68, а). В южном полушарии циклоны смещаются к юго-востоку. Существует также мнение, что отклонению циклонов к высоким широтам способствует вторжение теплого воздуха в теплые сектора соответственно с юга в северном полушарии и с севера в южном.
Развиваясь и перемещаясь, циклоны в конце концов достигают заключительных стадий, нагоняют друг друга и становятся малоподвижными. Циклоны при этом образуют одну общую глубокую обширную область низкого давления в субарктических широтах, которую называют центральным циклоном. В северном полушарии они образуются на севере Атлантического и Тихого океанов, где на климатических картах отмечаются такие центры действия атмосферы, как Исландский и Алеутский минимумы. Активная циклоническая деятельность зимой в умеренных широтах и на арктическом фронте в районе Баренцева и Карского морей формирует там глубокую барическую ложбину, протягивающуюся от Исландского минимума. Вторая аналогичная ложбина простирается от него до моря Баффина. Оси ложбин совпадают с теплыми течениями.
Циклоны, возникающие на внутримассовом полярном фронте между атлантическим морским и континентальным полярным воздухом, смещаются через Центральную Европу на Восточно-Европейскую равнину и далее – на север Западной Сибири. Путь зимних циклонов Средиземноморской ветви полярного фронта лежит через Балканский полуостров, Украину, центральные районы европейской России и далее на северо-восток. С этими циклонами зимой связаны оттепели и выпадение большого количества осадков. На степень проявления циклогенеза отчасти влияют и орографические особенности материков: так, в Северной Америке некоторой преградой на пути северотихоокеанских циклонов к востоку служат Кордильеры.
В южном полушарии циклоны образуют пояс низкого давления вокруг Антарктиды с цепочкой обособленных внутри него барических минимумов.
Таким образом, барические минимумы субполярных широт, особенно хорошо выраженные зимой над океанами и совпадающие с районами положительных температурных аномалий, формируются и поддерживаются приходящими сюда циклонами.
Отклонение антициклонов из умеренных широт к тропикам можно объяснить тем, что ветры в них, дующие по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой стрелки в южном, усиливаются западным переносом на их полярных окраинах, что придает движению антициклонов меридиальную составляющую (см. рис. 68, б). В северном полушарии антициклоны смещаются к юго-востоку, в южном – к северо-востоку. Замыкающие антициклоны, вторгаясь из умеренных широт в субтропические, постоянно регенерируют и поддерживают там области повышенного давления – океанические субтропические барические максимумы: Северо-Атлантический, Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский. Таким образом, все центры действия атмосферы – постоянные и сезонные барические минимумы и максимумы имеют комплексное – и термическое, и динамическое происхождение.
Благодаря меридиональной составляющей фронтальные циклоны и антициклоны участвуют в междуширотном обмене воздуха от субтропиков до субполярных широт. В этом обмене немаловажную роль играют и ветры внутри циклонов и антициклонов. По тыловой западной периферии антициклонов и передней восточной периферии циклонов они переносят теплые массы воздуха от низких широт в сторону полюсов. По тыловой западной периферии циклонов и передней восточной периферии антициклонов холодные массы воздуха вторгаются вплоть до тропиков.
Так сами циклоны и антициклоны, наряду с ветрами по их периферии, осуществляют обмен воздушными массами в меридиональном направлении. Но зональная составляющая все же преобладает, что выражается в перемещении циклонов и антициклонов в умеренных и сопредельных широтах с запада на восток.
Иная – муссонная – циркуляция возникает во внетропических (прежде всего в умеренных и субтропических) широтах на восточных побережьях материков. Здесь четко выражено резкое изменение преобладающего направления ветров зимой и летом на противоположное, что связано с различным сезонным нагреванием суши и океана и перестройкой вслед за температурой давления и изменения положения центров действия атмосферы в этих широтах. Подобные ветры называются муссонами внетропических широт (см. рис. 64). Рассмотрим их на примере северного полушария. Летом циркуляция здесь определяется субтропическими океаническими максимумами, смещающимися к северу, и барическими минимумами над континентами. По западным перифериям Северо-Атлантического и Северо-Тихоокеанского максимумов относительно теплые морские тропические и полярные воздушные массы перемещаются с юга и юго-востока на нагретые континенты – Азию и Северную Америку. Это перемещение осуществляется в виде серий циклонов, зарождающихся на контакте морского и континентального воздуха и следующих по направлению воздушных потоков к северу и северо-западу. С циклонами на континенты приходят массы морского тропического или полярного (в зависимости от широты места) воздуха, насыщенного влагой, которая изливается в виде обильных муссонных дождей, особенно на восточных склонах гор и их предгорьях.
Зимой в этих районах циркуляция воздушных масс определяется сезонными континентальными Канадским и Азиатским максимумами и ярко выраженными Исландским и Алеутским минимумами над океанами. Устойчивые северо-западные ветры приносят с материков на их восточные побережья сухой и холодный континентальный полярный воздух, снижая температуру зимой нередко до отрицательных
значений даже на Великой Китайской равнине. Китайские метеорологи установили, что между зонами экваториально-тропических муссонов (с повторяемостью более 60%) и вне-тропических муссонов (с повторяемостью менее 40%) существует узкая полоса без муссонов. Это свидетельствует о различной природе этих муссонных полей.
В Северной Америке на восточных побережьях внетропических широт муссонная циркуляция ослаблена и муссонность климата почти не выражена.
Своеобразна атмосферная циркуляция в высоких широтах. Здесь проявляется ее термическая составляющая, которая выражается в преобладании ветров восточных направлений. Особенно хорошо выражены юго-восточные ветры по окраинам Антарктиды; там они усиливаются стоковым эффектом (стеканием холодного воздуха вниз с высокого ледникового щита) и устойчиво дуют со скоростью до 20 м/с. В северном полушарии устойчивые северо-восточные ветры отмечаются лишь по южной окраине Гренландии, где они дуют из Гренландского максимума в Исландский минимум. В высоких широтах Азии и Северной Америки в циркуляции атмосферы отмечена муссонная тенденция (повторяемость ветров – менее 40%). Зимой там дуют холодные и сухие южные ветры из Азиатского и Канадского максимумов. Летом направление ветров меняется на обратное – они дуют с холодного Северного Ледовитого океана на прогретую сушу в направлении термических депрессий над Сибирью и Северной Канадой. Однако эти ветры не дают муссонного климатического эффекта, в частности обилия и сезонности в количестве осадков.
Внетропические муссоны занимают важное место в системе обшей циркуляции атмосферы и в районах их устойчивого развития оказывают большое влияние на климат.
Основные особенности климата России определяются рядом географических факторов. К числу важнейших из них относится солнечная радиация, зависящая от географической широты. В целом Россия находится преимущественно в высоких и средних широтах. Поэтому климат у нас на большей части территории страны суровый, с четкой сменой времен года и с большой продолжительностью зимы .
Значительная протяженность страны с севера на юг приводит к изменению климата в зависимости от широты места поступления солнечного тепла - суммарной солнечной радиации. В Арктике годовое количество суммарной солнечной радиации составляет 251,2 кДж/см 2 в год, в субарктике - около 293 кДж/см 2 в год. В умеренном поясе в связи с большой его протяженностью с севера на юг суммарная солнечная радиация изменяется от 293 кДж/см 2 в год в северной части до 544 кДж/см 2 в год в южной части. В субтропиках величина суммарной солнечной радиации увеличивается от 544 до 670 кДж/см 2 в год.
По всей территории России очень велика разница в сезонном поступлении солнечного тепла. Это зависит как от изменения угла падения солнечных лучей по сезонам, так и от продолжительности времени солнечного сияния. С различиями в поступлении солнечного тепла связана сезонность всех явлений природы.
Огромное влияние на климат России оказывают океаны. Наиболее велика роль Атлантического океана, несмотря на то, что его воды нигде непосредственно не омывают территорию страны. В умеренных широтах, в которых располагается большая часть нашей страны, как известно, господствует западный перенос воздушных масс. К тому же на западе России нет высоких гор, препятствующих переносу воздуха. Вследствие этого влияние Атлантики распространяется очень далеко, вплоть до Верхоянского и Забайкальского хребтов. С западным переносом распространяются морские воздушные массы умеренных широт. Зимой они вызывают смягчение морозов вплоть до оттепелей в западных районах, приносят снегопады. Летом приход атлантических масс сопровождается похолоданием и выпадением осадков.
Очень велико климатообразующее влияние Северного Ледовитого океана. Над арктическим холодным бассейном в течение всего года существует область повышенного атмосферного давления. Отсюда арктический воздух, постепенно трансформируясь, летом распространяется на всю территорию России. Наклон крупнейших равнин страны на север способствует проникновению арктического воздуха далеко на юг. Воздействие арктического воздуха особенно ярко проявляется на территории Восточно-Европейской равнины. Зимой арктический воздух вызывает здесь резкое похолодание. Двигаясь на юг, он относительно нагревается и иссушается. Устанавливаются морозные солнечные дни без снегопадов. Летом арктический воздух первоначально вызывает похолодание, а затем он нагревается и формирует безоблачную или малооблачную погоду. Приход арктического воздуха на территорию европейской части России ранней весной сопровождается возвратом холодов и опасен для многих культурных растений, так как вызывает заморозки. Чаще всего они бывают в мае. С вторжением арктического воздуха связаны засухи в Поволжье и на юге Западной Сибири.
Некоторое влияние на климат России оказывает Тихий океан. Несмотря на огромные размеры, воздействие его ограничивается сравнительно узкой полосой суши вдоль дальневосточных морей. Это обусловлено тем, что океан находится к востоку от нашей страны, над которой в умеренных широтах господствует западный перенос воздушных масс. Высокие горы вдоль побережий также препятствуют проникновению в глубь страны тихоокеанских воздушных масс - сайт. Зимой над холодной поверхностью континента образуется область повышенного атмосферного давления (Азиатский максимум), откуда воздух устремляется в сторону относительно нагретого океана (зимний муссон). Влияние воздушных масс Тихого океана отчетливо сказывается лишь летом. В это время над океаном область высокого давления, а над сушей давление пониженное. В результате возникает перемещение морских воздушных масс на сушу в виде летнего муссона.
К числу климатообразующих факторов относится характер подстилающей поверхности . В условиях нашей страны это прежде всего особенности рельефа. Зимой другие различия в характере подстилающей поверхности нивелируются снежным покровом. Рельеф же влияет на климат в течение всего года.
К важнейшим климатообразующим свойствам рельефа относится равнинность территории . По равнинам европейской части и Западной Сибири воздух Атлантики проникает далеко на восток. Удаляясь от океана, воздух постепенно трансформируется и превращается в континентальный. Таким образом, континентальность климата постепенно нарастает с запада на восток. Невысокие Уральские горы не являются препятствием для распространения атлантического воздуха с запада.
Примыкающие друг к другу равнины Западной Сибири способствуют проникновению далеко на юг арктических воздушных масс. Высокие горы юга нашей страны - Кавказ, Копетдаг, Тянь-Шань и Памир препятствуют дальнейшему движению на юг воздушных масс с севера. Благодаря их защите вдоль южных границ Каспия находятся территории с субтропическим климатом.
В умеренном поясе, в пределах которого располагается большая часть территории России, отчетливо выражены времена года. Наиболее суровым сезоном на большей части нашей страны является зима. В умеренных и высоких широтах радиационный баланс в это время года отрицательный. Только на самом крайнем юге он имеет положительное значение.
Земная поверхность зимой сильно выхолаживается и охлаждает нижние слои воздуха. Особенно интенсивно этот процесс протекает над районами Восточной Сибири, удаленными от океанов. На северо-востоке Сибири в межгорных котловинах среднеянварские температуры опускаются ниже -40° С, в районе Оймякона до -48 -50°С. Здесь формируется область повышенного давления, которая распространяется на всю Сибирь и дает два отрога. Один отрог разрастается на северо-восток до Чукотки, а второй - на юго-запад через юг Западной Сибири и Приволжской возвышенности к низовьям Днестра.
Во внутренних районах Сибири в пределах области повышенного давления зимой господствуют нисходящие токи воздуха. Поэтому устанавливается безветренная малооблачная морозная погода. Безветрие и большая сухость воздуха позволяют легче переносить морозы и приспосабливаться к ним.
Зимой давление воздуха над Россией повышенное, а над окружающими морями и океанами пониженное. Поэтому господствует растекание воздуха с территории страны в сторону океанов, за исключением европейской части страны. На побережьях тихоокеанских морей зимой господствуют северо-западные ветры (зимний муссон), которые несут холодный сухой воздух из континентальной Сибири. В связи с этим почти во всех районах Дальнего Востока зима малоснежная и холодная. Во Владивостоке, который находится на широте Сочи, средняя температура января -12°С, а в Сочи +6°С. Над побережьями Камчатки и острова Сахалин, где сталкиваются континентальные и морские воздушные массы, возникают фронтальные процессы, которые нередко сопровождаются шквальными ветрами и обильными снегопадами.
На побережьях морей Северного Ледовитого океана зимой господствуют юго-западные и южные ветры, которые несут на север континентальный воздух умеренных широт, оттекающий от Азиатского максимума. По окраинам северных морей он встречается с арктическим воздухом, вследствие чего возникает арктический фронт. Наиболее хорошо этот фронт выражен над Охотским и Баренцевым морями, где он вызывает частые и сильные штормы и туманы.
Над равнинами Средней Азии и юга европейской части страны господствуют северо-восточные ветры. Они вызваны оттеканием воздушных масс на юг от отрога области повышенного давления. Поскольку воздух движется с северо-востока, он приносит в южные районы страны похолодание и относительную сухость, поэтому здесь выпадает мало снега, а в суровые зимы замерзает Азовское море и северные части Каспийского и Черного морей.
В центральных и северных частях Восточно-Европейской равнины к северу от отрога повышенного давления господствуют западные потоки воздуха со стороны Атлантического океана. Эти воздушные массы всегда приносят влагу в виде снега или дождя. Но их температуры бывают разными. Если юго-западные ветры приносят зимой оттепели, то северо-западные - относительно холодный воздух из районов Северной Атлантики и Скандинавии.
Над большей частью Европейской равнины в течение зимы перемещается большое количество циклонов. Они возникают вдоль полярного фронта, проходящего к западу от нашей страны над Северным морем. Отсюда циклоны движутся на восток, проходя над Западной и Восточной Европой. Космический и наземный контроль за их движением позволяет прогнозировать погоду на территории европейской части страны.
При взаимодействии континентальных и морских воздушных масс умеренных широт в центральной части Восточно-Европейской равнины часто формируется полярный фронт. В тылу циклонов, пересекающих равнину с запада на восток, оттекают к югу холодные арктические воздушные массы. Таким образом, над территорией Восточно-Европейской равнины происходит интенсивное взаимодействие атлантических и арктических воздушных масс, морского и континентального воздуха умеренных широт. Поэтому погода здесь чаще всего бывает неустойчивой и очень контрастной, с частой сменой холодов и оттепелей. В течение нескольких часов температура воздуха зимой может измениться от нескольких градусов тепла до 21-24 градусов мороза, а дождь смениться снегом. Такая смена сопровождается оттепелями и гололедом, крайне неблагоприятно сказывающимися на хозяйственной деятельности людей - сайт. От гололеда страдает транспорт; оттепели могут привести к гибели озимых культур. Чередование морозов и оттепелей ведет к разрушению дорог и различных сооружений. Интенсивная циклоническая деятельность приводит также к несхожести зимних погод разных лет.
Теплые атлантические воздушные массы, перемещаясь на восток, постепенно остывают. Поэтому изотермы над европейской территорией России имеют меридиональное направление. Над Восточной Сибирью изотермы имеют замкнутый кольцеобразный характер, отражающий континентальность климата этой территории. Тихий океан оказывает меньшее отепляющее влияние на континент по сравнению с Атлантикой. Поэтому на побережье Тихого океана изотермы располагаются меридионально лишь в пределах неширокой полосы. Над южными районами страны изотермы протягиваются широтно в соответствии с направлением изменения величины суммарной солнечной радиации и радиационного баланса.
На большей части России осадки выпадают зимой в виде снега. На Северном Кавказе мощность снегового покрова обычно не превышает 10 см; в Калининградской области, в Поволжье - до 10-30 см. На севере Европейской равнины, северо-востоке Западной Сибири, на Сахалине - 80-90 см, а на восточном побережье Камчатки мощность снегового покрова достигает 120-160 см. Продолжительность снегового покрова также очень различна - от нескольких дней в ряде районов Прикаспия до 260 дней на Таймыре.
Снег имеет большое значение для природных процессов и хозяйственной деятельности на территории нашей страны . Он создает запасы влаги, которые используются растениями весной и в начале лета. Благодаря снегу в европейской части страны возможно выращивание озимых культур. Весной на большинстве рек бывают половодья, обусловленные таянием снега.
Летом на всей территории России радиационный баланс положительный. Континент нагревается больше, чем океаны, и над ним устанавливается область пониженного давления. Одновременно над океанами разрастаются области повышенного давления: Северо-Атлантический (Азорский) и Северо-Тихоокеанский (Гавайский) максимумы. Повышенное давление продолжает существовать и над Северным Ледовитым океаном (Арктический максимум). Со стороны этих максимумов воздушные потоки устремляются на континент. Наиболее четко поток морского воздуха выражен на Дальнем Востоке, где летом устанавливается юго-восточный перенос воздуха - летний муссон. Здесь более холодный и, следовательно, более тяжелый морской воздух взаимодействует с континентальным воздухом. В результате возникают фронтальные процессы, с прохождением которых связаны сильные ливни (муссоные дожди) на Сахалине, Камчатке, в Хабаровском и Приморском краях. Довольно часто сюда приходят и мощные циклоны в виде тайфунов, возникающих на тропических фронтах за пределами нашей страны. Муссоные дожди сопровождаются наводнением на реках. Часто наводнения носят катастрофический характер, особенно в бассейнах рек Амура и Уссури, на острове Сахалин.
На севере России арктические воздушные массы устремляются на юг в сторону нагретой суши. Над северными морями они встречаются с воздухом умеренных широт. В результате образуется арктический фронт. Особенно хорошо он выражен над Баренцевым морем, так как над этим относительно теплым бассейном взаимодействуют наиболее контрастные воздушные массы. Прохождение арктического фронта над северными морями сопровождается штормами и туманами.
Воздух с севера продвигается далеко на юг над равнинами Западной Сибири. Южнее Средней Азии над территорией Пакистана и Афганистана находится центр пониженного давления (Южно-Азиатский минимум), к которому и устремляются северные воздушные потоки. Двигаясь к югу, арктический воздух прогревается, иссушается и постепенно трансформируется в континентальный воздух умеренных широт. Над равнинами Средней Азии он очень сух и формирует климат пустынь.
К западу от России над Атлантическим океаном летом разрастается Азорский максимум, отрог которого проходит над Восточно-Европейской равниной через Южную Украину и южное Поволжье до реки Урал. К югу от него оттекающие воздушные массы прогреваются и иссушаются. Поэтому в Приазовье, и особенно в Прикаспии, летом очень жарко и сухо. Для того, чтобы получать здесь устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур необходимо орошение.
Поток морского воздуха из Атлантики в центральных районах Европейской равнины взаимодействует с континентальным воздухом. В результате на пространстве от среднего течения Днестра до среднего течения Волги формируется полярный фронт. Все это сопровождается интенсивным прохождением циклонов. Поэтому на большей части европейской территории России погода летом, так же как и зимой, отличается от других территорий страны большой неустойчивостью. Летом часто бывают обложные дожди и похолодания. Так, среднемесячная июльская температура в Москве около +18°С, однако в некоторые годы она опускалась до +5...+10°С или поднималась до +30...+34°С. К востоку от Волги, и особенно за Уралом, влияние морских воздушных масс резко снижается, и здесь летом погода обычно бывает сухой и жаркой.
В отличие от зимнего времени года, летние изотермы почти по всей территории России протягиваются с запада на восток. Это обусловлено тем, что летом солнечная радиация очень велика и ей принадлежит главная роль в определении температурного режима.
На летний сезон приходится максимальное количество осадков. Это обусловлено высокими температурами и потому максимальной влажностью местного воздуха, из которого выпадают осадки при взаимодействии его с приходящими со стороны океанов относительно холодными воздушными массами. К ним прибавляются осадки конвективного происхождения. Наибольшее количество осадков выпадает в крайних западных и восточных районах России. С удалением от океанов во внутренние районы страны количество осадков уменьшается, достигая своего минимума (меньше 50 мм). На наветренных склонах гор количество осадков значительно возрастает. Особенно много их выпадает на западных склонах Кавказских гор (свыше 2000 мм).
Циклон - система, характеризующаяся вихревым движением двух или трех разнородных масс воздуха и, следовательно, наличием атмосферных фронтов. Поперечник хорошо развитого циклона составляет около 1000 км, замкнутые изобары наблюдаются до высоты 5 км и выше.
Глубина циклона характеризуется давлением в его центре, которое может быть 980-1005 мбар (барический минимум).
В жизни циклона от возникновения до исчезновения можно отметить:
начальную стадию развития, или стадию возникновения циклона – от первых признаков зарождения до появления первой замкнутой изобары;
стадию молодого циклона или углубления;
стадию максимального развития;
стадию заполнения циклона.
Циклон не обязательно проходит все стадии развития, Молодой циклон может начать заполняться, не получив максимального развития. Это деление носит условный характер, между стадиями нет резких границ.
В каждой стадии отмечаются различия в характеристиках погоды. Продолжительность каждой стадии колеблется от нескольких часов до нескольких суток.
Направление перемещения циклона может существенно измениться с течением времени. Как правило, циклоны движутся с запада на восток с составляющей, направленной к высоким широтам (рис. 4.15.).
Скорости перемещения циклонов колеблются в широких пределах: 0 50 км/ч.
Циклоны часто проходят сериями: вслед за первым циклоном идет второй, за ним третий и т.д. В серии может быть до пяти циклонов. В среднем период прохождения каждой серии равен 5,5 сут.
Образование и развитие циклонов. Внетропические циклоны возникают на главных фронтах – умеренном (полярном) и арктическом, разделяющих воздушные массы разной температуры, и в циклоническую циркуляцию втягиваются две различные по своим свойствам массы воздуха (рис. 4.16.).
Начальная стадия развития циклона обусловливается деформацией фронтальной поверхности и может быть отождествлена с волной малой амплитуды и длиной 600-1000 км и более, возникающей на прямолинейном участке малоподвижного (стационарного) фронта. На основном фронте протяженностью в несколько тысяч километров возникает обычно несколько таких волн, перемещающихся чаще всего с запада на восток.
В передней части возникающего циклона возмущение принимает характер теплого фронта, в тылу же возмущение получает характер холодного фронта.
Стадия молодого циклона характеризуется наличием теплого сектора, т.е. сектора с теплым воздухом и ограниченного спереди теплым фронтом, сзади - холодным. Изобары в теплом секторе почти прямолинейны, угол между фронтами 90.
Холодный фронт в развивающемся циклоне движется быстрее теплого.
В молодом циклоне можно выделить три зоны, резко отличающиеся по условиям погоды.
Зона I– передняя и центральная части холодного сектора циклона перед теплым фронтом. Чем ближе к центру циклона и линии теплого фронта, тем мощнее система облаков и тем вероятнее выпадение обложных осадков. Наблюдается падение давления.
Зона II– тыловая часть холодного сектора циклона за холодным фронтом. Здесь погода определяется свойствами холодного фронта и холодной неустойчивой воздушной массы. При достаточной влажности и значительной неустойчивости воздушной массы выпадают ливневые осадки. Атмосферное давление за линией холодного фронта растет.
Зона III– теплый сектор.
Холодный фронт постепенно нагоняет теплый, и наступает момент, когда теплый и холодный фронты циклона смыкаются. Центральная область циклона у земной поверхности вся заполняется холодным воздухом, а теплый воздух оттесняется в более высокие слои.
Этот процесс называется окклюзией (окклюдированием) циклона, а сложный фронт, образовавшийся от соединения теплого и холодного, - фронтом окклюзии.
Скорость ветра в циклоне достигает максимума непосредственно после начала окклюзии, которая является поворотным пунктом в развитии циклона: циклон находится в стадии максимального развития. Барическая депрессия достигает наибольшей глубины у земной поверхности. В последующей наступает стадия заполнения циклона. Атмосферное давление начинает расти, скорость ветра уменьшается, и возмущение постепенно затухает.
Перемещение фронтов. Линии фронтов на картах погоды проходят вдоль осей барических ложбин, поэтому при прохождении фронта ветер довольно резко изменяет свое направление.
Вектор ветра в каждой точке перед и за линией фронта можно разложить на две составляющие: касательную и нормальную к линии фронта. Для перемещения фронта имеет значение лишь нормальная составляющая скорости ветра, величина которой зависит от угла между изобарами и линией фронта.
Погода на теплом фронте. Теплый воздух натекает на холодный, поднимается вверх над клином холодного воздуха и охлаждается. Содержащийся в нем водяной пар достигает насыщения и конденсируется, образуя мощную облачную систему, состоящую из слоисто-дождевых Ns, высокослоистых Аsи перисто-слоистых Сsоблаков, постепенно переходящих одни в другие и образующих вместе как бы гигантский клинообразный массив, сужающийся вперед. Нижняя граница этого облачного массива приблизительно совпадает с верхней границей фронтального слоя. Впереди и несколько выше фронтальной поверхности возникают перистые облака –Cirrus(Ci).
Под поверхностью теплого фронта в массах холодного воздуха обычно образуются разорванно-слоистые облака – Stratusfractus(Stfr).
На рис. 4.17 приведена схема вертикального строения облачной системы теплого фронта.
Перед линией теплого фронта образуется зона обложных осадков, наибольшая ширина которой при дожде достигает 300 км, а при снеге – 400 км. Это связано с тем, что снег из высокослоистых облаков чаще достигает земной поверхности, в то время как дождь в летнее время обычно при падении испаряется и до земной поверхности не доходит.
Внутри области осадков часто наблюдается туман, обусловленный притоков водяного пара в холодный воздух за свет испарения осадков, а также адиабатическим охлаждением воздуха в связи с падением давления. Ширина зоны тумана может достигать 100-200 км.
Предфронтальный туман теплого фронта чаще всего образуется в холодное время года. Плохая видимость и сильный ветер являются основными трудностями, которые могут встретиться при пересечении теплого фронта. Кроме того, зимой здесь возможно обледенение судна. После прохождения теплого фронта наступает потепление, но с моросящими осадками, туманом, сильным ветром.
Вся система облачности находится перед теплым фронтом, поэтому по характеру изменения облачности можно судить о приближении теплого фронта.
При появлении перистых облаков начинается сначала медленное, а затем постепенное ускоряющееся падение давления, которое прекращается незадолго до прохождения линии фронта; после ее прохождения давление остается неизменным или медленно понижается, а иногда растет.
Изменение скорости и направления ветра также является хорошим признаком приближения теплого фронта. По мере падения давления скорость ветра постепенно увеличивается, достигая наибольшей величины перед прохождением фронта. Направление ветра медленно отклоняется влево, а в момент прохождения линии фронта резко поворачивает вправо (в северном полушарии).
Холодный фронт. Структура холодных фронтов различается в зависимости от того, быстро или медленно они движутся. По этой причине различают:
холодные фронты 1-го рода – медленно движущиеся фронты, у которых облачность и осадки располагаются в основном за линией фронта (острый угол с изобарами);
холодные фронты 2-го рода – быстро движущиеся фронты, у которых облачность и осадки расположены в основном перед линией фронта (угол с изобарами близок к прямому).
При холодном фронте 1-го рода происходит вытеснение масс теплого воздуха вторгающегося под него клином холодного воздуха. Здесь характер облачности представляет собой зеркальное изображение облачности теплого фронта (рис.4.18,а.). Непосредственно перед линией фронта возникают кучево-дождевые облака Cb, из которых выпадают ливневые осадки, сопровождаемые грозами. Ширина зоны ливневой облачности - несколько десятков километров. Облачная системаNs-Asс обложными осадками располагается за линией фронта. Ширина зоны облачности, ее мощность и, соответственно, ширина зоны осадков примерно вдвое меньше, чем у теплого фронта. Под основной системой облачности образуются облакаStfr.
Таким образом, в отличие от теплого фронта система облачности холодного воздуха 1-го рода не позволяет заранее обнаружить его приближение.
Холодный фронт 2-го рода отличается тем, что быстрое перемещение вала холодного воздуха вызывает перед линией фронта бурный подъем оттесняемого теплого воздуха, а нисходящие движения воздушных потоков препятствуют распространению облачной системы непосредственно за линией фронта.
Возникающая облачная система представляет собой в основном вал мощных облаков Сb(рис. 4.18,б.). При их растекании в небольшом количестве могут образоваться Ci, Cc, Ac и Sc, а под ними, в зоне выпадающих ливневых осадков, обычно наблюдаются St fr или Сu fr.
Рис. 4.18. Схема строения облачности
а - холодного фронта 1-го рода; б – холодного фронта 2-го рода
Позади линии фронта в холодной массе воздуха наблюдаются нисходящие движения воздуха, особенно значительные в передней части клина холодного воздуха. Поэтому внутримассовые облака здесь не возникают. Вскоре после прохождения линии фронта наступает быстрое прояснение, вплоть до полного; лишь через несколько часов, когда нисходящие движения затухнут и фронтальная поверхность достаточно приподнимется, могут появиться свойственные холодной неустойчивой массе конвективные облака и ливневые осадки.
Ливневые осадки при прохождении холодного фронта 2-го рода непродолжительны (от нескольких минут до 1 ч), поскольку ширина зоны осадков небольшая, а скорость перемещения фронта значительная.
В вале кучево-дождевых облаков холодного фронта 2-го рода иногда встречаются разрывы или менее развитая облачность нижнего и среднего ярусов. На отдельных участках фронта развивается грозовая деятельность, которая, затухнув на одних участках, может появиться на соседних.
Направление ветра при прохождении холодных фронтов обоих родов изменяется так же, как и в случае теплого фронта, но поворот вправо (в северном полушарии) в момент прохождения линии холодного фронта – более значительный и резкий. Одновременно резко усиливается скорость ветра.
При приближении холодного фронта наблюдается непродолжительное, обычно слабое, но постепенно ускоряющееся падение давления. Тотчас по прохождении линии фронта начинается рост давления, обусловленный заменой теплого воздуха холодным.
Температура воздуха после прохождения линии фронта понижается. Скачок температуры зависит от характера сменяющихся масс.
Холодным фронтом обоих родов свойственны предфронтовые шквалы. Для воздуха за холодным фронтом характерно нисходящее движение, которое становится особенно интенсивным в передней части холодного клина, где благодаря трению создается крутой наклон фронтальной поверхности. Холодный воздух, обрушиваясь вниз, как бы перекатывается вперед, подобно гусеницам танка, причем скорость его продвижения нормально к линии фронта во всех случаях оказывается больше, чем соответствующая составляющая скорость теплого воздуха в нижних слоях. Обрушивание холодного воздуха приводит к вытеснению вверх теплого воздуха и к возникновению вдоль фронта вихря с горизонтальной осью; с этим вихрем и связаны явления фронтальных шквалов.
Особенно интенсивное нисходящее движение имеет место в голове холодного воздуха. Опускающийся с высоты нескольких километров, этот воздух адиабатически нагревается, и благодаря этому скачок температуры вдоль фронта сглаживается. В некоторых случаях внутри холодного клина возникает вторичный холодный фронт, отделяющий нагревшийся воздух "головы" от воздуха, лежащего дальше от линии фронта и не захваченного в такой степени нисходящим движением.
Этот второй холодный фронт идет на расстоянии нескольких километров за размывшимся основным фронтом. При его прохождении наблюдается скачок температуры, ветры и шквалы, но облачной системы он не имеет. Это явление называют раздвоением холодного фронта.
В барических ложбинах в тылу циклона иногда формируются вторичные холодные фронты. Они имеют систему облаков, сходную с системой облаков холодного фронта 2-го рода, однако вертикальная протяженность облаков меньше протяженности облаков основных холодных фронтов.
Фронты окклюзии соединяют в себе черты теплого и холодного фронтов, но часто выражены менее резко.
В системе фронтов окклюзии взаимодействуют три воздушные массы, из которых наиболее теплая уже не соприкасается с земной поверхностью. Поэтому, помимо приземной линии, имеется линия верхнего фронта. При образовании этого фронта могут быть три случая: нейтральная, теплая и холодная окклюзии.
Нейтральная имеет место, когда массы холодного воздуха, движущиеся за холодным фронтом, имеют одинаковую температуру с холодным воздухом, перемещающимся впереди теплого фронта (рис. 4.19, а, б, в.). В момент смыкания холодных масс фронт отрывается от земной поверхности и возникает верхний фронт. Характер облачности при этом будет определяться системами облачности как теплого, так и холодного фронтов. В последующем будет происходить размывание облачности и дальнейшее вытеснение теплого воздуха вверх.
Рис. 4.19 Схемы:
а, б, в – образование фронтов окклюзии; г – строения облачности теплого
фронта окклюзии; д – то же, холодного фронта окклюзии
Выбор пути в условиях циклона умеренных широт
В средних и полярных широтах часто возникают глубокие циклона, которые сильно развиты, обладают большой активностью, весьма осложняют мореплавание и представляют серьезную опасность для большинства судов. Обычно они бывают осенью, зимой и в первой половине весны. Давление в центре этих циклонов часто падает до 950-960 мбар. Барометрическая тенденция, т.е. изменение давления за последние 3 ч в передней части циклона составляет 8-10, а нередко – 15-19 мбар.
Прохождение глубоких циклонов сопровождается штормами ураганной силы – скорость ветра часто достигает 40 м/сек и более, а осадки и туманы резко понижают видимость, поэтому их прогнозирование имеет большое значение для безопасности мореплавания. Условия погоды в различных частях циклона неодинаковы. Это объясняется в основном тем, что в циклоне фронты почти всегда имеют одно и то же расположение: теплый – в правой (передней) половине циклона, а холодный – в тыловой.
Смена и характер погоды в циклоне зависят от того, какая часть его проходит через район плавания судна. Например, если глубокий циклон движется с запада на восток (как обычно наблюдается) и судно совершает плавание в южной его части с востока на запад, то погода будет изменяться следующим образом (рис. 4.20.).
Перед теплым фронтом падает давление, появляются перистые облака плохой погоды, а затем – перисто-слоистые. Последние постепенно сменяются более плотными – высокослоистыми, а несколько позднее – слоисто-дождевыми облаками, из которых выпадают продолжительные обложные осадки. Далее судно пересечет линию теплого фронта. При этом юго-восточный ветер перейдет в юго-западный. Наступит заметное потепление. Судно окажется в теплом секторе циклоне, где осадки прекратятся и появится туман, часто с моросью, давление без существенных изменений, ветер сильный, волнение – самое сильное в циклоне, так как зачастую в теплом секторе, который является подветренным, изобары сгущены и спрямлены, т.е. ветер сильный при большом разгоне (на большом расстоянии ветер примерно одного направления).
С приближением холодного фронта туман постепенно рассеивается и может наступить временное прояснение, после чего давление снова резко упадет. Перед прохождением холодного фронта появятся высококучевые облака, а затем – мощные кучевые и кучево-дождевые, из которых могут выпадать интенсивные ливневые осадки с грозами, сопровождаемые сильными шквалистыми ветрами.
После пересечения судном линии холодного фронта наступает похолодание. При этом ветер юго-западный быстро сменится на западный, а затем - на северо-западный; давление возрастет, видимость становится хорошей. Если ливневые осадки при прохождении фронта перейдут в обложные, то с началом увеличения давления они вскоре прекратятся и наступит прояснение и общее улучшение погоды.
Если судно находится в северной части циклона, где нет фронтов, но проходит через центральную его область, то смена погоды вначале будет происходить так же, как и в первом случае. При этом по мере приближения центральной области циклона ветер постепенно поворачивает влево и усиливается. В центральной области штормовые ветры ураганной силы, очень сильное и беспорядочное волнение, осадки, значительно ухудшающие видимость, делают плавание судов особенно тяжелым и опасным.
Таким образом, если судно обойдет южную и центральную штормовые части хорошо развитого глубокого циклона с севера, то оно будет совершать плавание в сравнительно спокойной и безопасной обстановке и потому скорее сможет достигнуть намеченного пункта, несмотря на то, что ему придется пройти большой путь.
Выбрать наиболее благоприятный, безопасный и экономически выгодный путь для плавания данного судна в зависимости от условий погоды можно на основании получаемых по радио прогнозов погоды, синоптических консультаций и уточнения их при плавании по местным признакам и с помощью судовых радиотехнических средств.
При выборе наиболее благоприятного курса через область сильного волнения и большой зыби обязательно нужно принимать во внимание глубину моря и избегать мест, на которых глубина резко уменьшается, т.к. крутизна волн резко увеличивается.