Файл: Неклюкова.pdf

Рис. 62. Теплый фронт 

Теплый фронт

 перемещается в сторону холодного воздуха, 

так как более активной в этом случае оказывается теплая воздуш­
ная масса. Теплый воздух натекает на отступающий холодный, 
спокойно поднимаясь вверх по плоскости раздела (восходящее 
скольжение), и адиабатически охлаждается, что сопровождается 
конденсацией находящейся в нем влаги. При отступлении холод­
ного воздуха нижние его слои в результате трения о поверхность 
несколько отстают, и фронт поднимается очень полого. Теплый 

фронт приносит потепление. При медленном поднятии теплого 

воздуха формируются типичные облачные системы. 

Холодный фронт

 перемещается в сторону теплого воздуха и 

приносит похолодание. Холодный воздух движется быстрее теп­
лого, подтекая под него и выталкивая вверх. При этом нижние 
слои холодного воздуха отстают в своем движении от верхних 

(которые могут даже обрушиваться вниз) и фронтальная поверх­

ность сравнительно круто поднимается над подстилающей поверх­
ностью. 

В зависимости от степени устойчивости теплого воздуха и 

от скорости движения фронтов различают холодный фронт пер­
вого и второго рода. Холодный фронт первого рода движется 
медленно, теплый воздух поднимается спокойно. Облачность 
сходна с облачностью теплого фронта, но зона осадков уже (след­
ствие сравнительно большого наклона фронтальной поверхности). 
Холодный фронт второго рода быстродвижущийся. Восходящее 
движение теплого воздуха, наблюдающееся в нижней части, на 

некоторой высоте встречается с нисходящим движением, возни­
кает инверсия (рис. 63). Перед фронтом — кучево-дождевые 
облака, шквалистые ветры, ливни, но за фронтом очень быстро 

наступает прояснение. 

При смыкании теплого и холодного фронтов образуется слож­

ный фронт —

 фронт окклюзии.

 Смыкание фронтов происходит 

потому, что холодный фронт, перемещаясь быстрее теплого, мо-

Ш 

шзгяяш&я&яяь 

Рис. 63.

 Холодный

 фронт 

жет догнать его. Теплый воздух, оказавшийся в пространстве 
между двумя фронтами, вытесняется вверх, холодные воздушные 
массы двух фронтов соединяются. В зависимости от того, кото­
рая из двух соединяющихся масс теплее, окклюзия происходит 
по типу холодного (теплее воздух теплого фронта) или по типу 

теплого (теплее воздух холодного фронта) (рис. 64). 

Сплошных постоянных атмосферных фронтов между различ­

ными типами воздушных масс нет, но существуют фронтальные 

зоны, в которых постоянно возникает, обостряется и разрушается 
множество фронтов различной интенсивности. Эти зоны называют 

Холодный X .^Холодный Холодный Холодный 

воздух

 \^уг

 воздух воздух • воздух 

Рис 64 Фронт

 окклкмии: а — начало окклюзии;

 б

 — нейтральная

 окклю­

зия; в

 —

 окклюзия

 но теплому типу;

 г

 —

 окклюзия по холодному типу 

Ш 

климатическими

 (главными)

 фронтами.

 Они отражают среднее 

многолетнее положение фронтов, разделяющих области преобла­

дания различных типов воздушных масс (рис. 65^. Между 

арктической (антарктической) воздушной массой и массами воз­

духа умеренных широт располагается

 арктический (антарктиче­

ский) фронт. 

Массы умеренного воздуха от тропических отделяет полярный 

фронт северного и южного полушарий. Продолжение полярного 

фронта в тропических широтах -

 пассатный фронт

 - разделяет 

две разные массы тропического воздуха, одна из которых — тран­

сформировавшийся умеренный воздух. Тропические массы воз­

духа от масс воздуха экваториального отделены

 тропическим 

фронтом.

 г 

Все фронты непрерывно перемещаются и изменяются; поэтому 

действительное положение того или иного участка фронта может 

значительно отклоняться от многолетнего среднего его положения 

Но расположению климатических фронтов можно судить о 

расположении воздушных масс и их перемещения в зависимости 

от сезона (рис. 65 и 66). 

Во фронтальных зонах, где температурные градиенты очень 

велики, возникают сильные ветры, скорость которых, возрастая 
с высотой, достигает максимума (более 30 м/сек) вблизи тропо­

паузы. Ураганные ветры во фронтальных зонах верхней тропо­
сферы, реже - нижней стратосферы получили название струйных 
течении . Это сравнительно узкие (их ширина - несколько сотен 
километров), сплюснутые (толщина - несколько километров) 

струи воздуха, перемещающиеся в середине воздушного потока 
имеющего значительно меньшие скорости. При протяженности в' 

несколько тысяч километров струйные течения имеют разную 

интенсивность на разных участках. В зависимости от расположе­
ния струйные течения делят на тропосферные и стратосферные 
Первые имеют преимущественно западное направление, вторые — 

зимой преимущественно западное, летом — восточное направле­
ние. 1ропосферные струйные течения подразделяются на течения 

умеренных и субтропических широт. Струйные течения умерен­
ных широт более подвижны и изменчивы по интенсивности Они 
располагаются чаще всего на высоте  7 - 1 0 км зимой и 8—11 км 
летом. Средние максимальные скорости ветра 40—50 м/сек 

иногда скорость ветра превосходит  8 0 - 1 0 0 м/сек. Субтропические 
струйные течения в северном полушарии находятся на высоте 

1^—14 км и имеют средние максимальные скорости 50—60 м'сек 

зимой и

 30—

40 м/сек летом. 

Струйные течения играют очень большую роль в режиме пии-

куляции атмосферы. ^ 

1

 Изучение струйных течений имеет очень большое значение для авиа­

ции. Они могут увеличивать или уменьшать скорость полета настолько что 

самолет летящий со скоростью 350-400 км/ч, остается почти неподвижным 

по отношению к земной поверхности.  ™ « » и ™ ы м 

154 

1 

160 120 80 40 0 40 80 120 160

 160 120 

Рис. 65. Климатические фронты в январе 

160

 120

 80 40 0 40 80

 120 160 160

 120 

Климатические 

фронты: 

*»»•—• арктический 
•—•^— полярный 

i * w w i

 пассатный 

, 0 3000км 

тропический ' > 40 

120 160 160 120 

Рис. 66. Климатические фронты в июле 

ЦИРКУЛЯЦИЯ АТМОСФЕРЫ 

Атмосфера находится в непрерывном движении, характер 

которого не везде одинаков. Три нижних слоя атмосферы — тро­
посфера, стратосфера и мезосфера — объединены совокупностью 
воздушных течений, общей циркуляцией воздуха. Вышележащие 

слои — термосфера и экзосфера,— хотя и имеют связь с нижними 
слоями, обладают большими особенностями движения сильно раз­
реженного воздуха. Общая циркуляция всей атмосферы пока еще 
очень мало изучена. Лучше всего известна циркуляция тропо­
сферы, представляющая собой сложную систему воздушных тече­
ний, охватывающую весь этот наиболее важный по влиянию на 
природу земной поверхности слой атмосферы. Общая циркуляция 

тропосферы — основная часть общей циркуляции всей атмосферы. 

Ее мы главным образом и будем рассматривать. 

Допустим, что шарообразная Земля, имеющая однородную 

поверхность, не вращается вокруг оси, которая не имеет наклона, 

но вся освещена Солнцем. При таких условиях общая циркуля­
ция воздуха тропосферы должна быть очень простой. Над эква­
тором вследствие сильного нагревания воздух будет подниматься, 
и это приведет к возникновению наверху области высокого дав­
ления. Над полюсами (наверху) появляется область пониженного 

давления (результат охлаждения воздуха от поверхности). Изо­
барические поверхности в тропосфере получат наклон в сторону 
полюсов. В этом направлении возникнет движение воздуха. Отток 
воздуха наверху от экватора приведет к образованию у поверхно­
сти экваториальной депрессии. Приток добавочного количества 
воздуха наверху к полюсам вызовет возникновение приземной 
области повышенного давления. В соответствии с распределением 
давления в нижнем слое тропосферы воздух начнет двигаться 
от полюсов к экватору, т. е. возникнет его меридиональный пе­
ренос. 

Действительно, в слое атмосферы выше 10 км над эквато­

ром и выше 2—4 км между полюсами и тропиками давление от 
экватора к полюсам в общем постепенно падает. Изобары распо­

лагаются близко к параллелям, барический градиент направлен 
по меридиану к полюсам, в этом направлении должен двигаться 

воздух. Но если, сохранив пока предположение об однородности 
подстилающей поверхности, учесть вращение Земли, окажется, 

что воздух, постепенно отклоняясь от направления градиента 

(в северном полушарии — вправо, в южном — влево), двигается 

вдоль изобар с запада на восток (геострофический ветер). 

В каждом полушарии наверху возникает движение воздуха вокруг 

полюсов, т. е. две циклонические системы с центрами низкого дав­
ления над полюсами. Внизу, наоборот, должны быть две антици­
клонические системы с центром высокого давления у полюсов, 

166 

Рис. 67. Схема циркуляции воздуха 

в средней тропосфере 

Если учесть, что подстилаю­

щая поверхность неоднородна 
и нагревается и охлаждается 

неодинаково, особенно в уме­
ренных широтах, в полученную 
схему циркуляции придется 
внести усложняющие ее изме­
нения. 

Над нагретой поверхностью 

воздух поднимается, и поэтому 

вверху давление возрастает, над 
холодной поверхностью проис­
ходит обратный процесс. В ре­
зультате изобары отклоняются 

от направления запад — восток. 
В области повышенного давле­
ния они изгибаются в сторону 
полюса (гребень),в области по­
ниженного давления — в сторо­
ну экватора (ложбина). Так 

как гребни обращены в сторону низкого давления, изобары здесь 

отстоят друг от друга на большее расстояние, чем в ложбинах, 
обращенных, наоборот, в сторону высокого давления. Изгибаясь, 
изобары образуют огромные (на всем пространстве вокруг Земли 
их не более шести) «лежачие» волны, перемещающиеся в общем 

движении тропосферы с запада на восток. Воздух, перемещаю­
щийся вне слоя трения по изобарам, образует воздушные потоки, 

повторяющие в своем движении изгибы изобар. Наиболее благо­

приятны для образования таких потоков условия во фронтальных 
зонах, где изменения температуры (и давления) на коротком 

расстоянии очень значительны. Здесь концентрируются большие 
запасы энергии, способствующей образованию огромных атмо­
сферных вихрей — циклонов и антициклонов. Их возникновение 
непосредственно связано с процессами, происходящими в потоке 
воздуха наверху. При незначительной скорости движения поток 
или обтекает гребни и ложбины, или движется вместе с ними. 

Быстро движущийся поток воздуха, сохраняя скорость, по инер­

ции растекается в той части волны, где изобары расходятся, и 

сжимается в той части, где изобары сближаются (рис. 67). 

ЦИКЛОНЫ И АНТИЦИКЛОНЫ 

Изменения, происходящие в потоке воздуха на высоте, вызы­

вают изменения давления у поверхности: под областью растека­

ния воздуха давление резко ослабевает, под областью сходимости, 
наоборот, резко повышается. В результате у поверхности возни­
кают области повышенного и пониженного давления, в которых 
могут формироваться циклоны и антициклоны. 

167

 , 

Циклоны

 — восходящие атмосферные вихри с наклонной осью 

вращения, проявляющиеся у поверхности Земли замкнутой обла­
стью пониженного давления (барический минимум) с циклониче­
ской системой ветров от периферии к центру области (против 

часовой стрелки в северном полушарии). 

Антициклоны

 — нисходящие атмосферные вихри с наклонной 

осью, проявляющиеся у поверхности Земли замкнутой областью 

повышенного давления (барический максимум) с антициклониче­
ской системой ветров от центра к периферии области (по часовой 
стрелке в северном полушарии). 

Вихри эти довольно плоские, так как их горизонтальные раз­

меры в 100—150 раз больше вертикальных (диаметр до 1500— 

3000 км, высота 2—4 км, максимум 15—20 км). 

Внетропические циклоны. В циклоне у подстилающей поверх­

ности воздух начинает стекать к центру области низкого давле­
ния. Поскольку циклон образуется во фронтальной зоне, в месте 
его возникновения соприкасается теплый и холодный воздух. Оте­

кание воздуха к центру приводит к сближению теплого и холод­
ного воздуха и создает условия для сохранения и развития фронта 

внутри циклона. Фронтальная структура отличает такой циклон 

от циклона, вызванного местным перегревом поверхности (терми­
ческий циклон) '. Ясно, что циклоны, за редким исключением, 
должны иметь фронтальную структуру. 

На рисунке 68 показана схема развития фронтального цик­

лона. На верхней из трех горизонтальных частей рисунка

 (а) 

видны распределение- давления и часть волны воздушного по­
тока на высоте 4—6 км над земной поверхностью. В средней 
части рисунка

 (б)

 можно видеть соответствующее распределение 

давления ветров, воздушных масс и разделяющих их фронтов 
вблизи земной поверхности. Нижняя часть рисунка

 (в)

 — верти­

кальный разрез по линии

 А

—

А

 через область развития циклона. 

На первой (1) из пяти вертикальных частей рисунка мы ви­

дим положение, предшествующее появлению приземного циклона. 

Наверху — часть волны с расходящимся потоком. У земной по­
верхности — стационарный фронт, разделяющий холодный и теп­
лый воздух. Фронтальная плоскость наклонена в сторону холод­
ного воздуха; на рисунке (1,

 в)

 показано, что холодный воздух 

течет под теплым. 

Возникновение приземного циклона (2) под областью расхо­

димости воздушного потока наверху вызывает изменение в при­
земном движении воздуха, направляющегося теперь к центру 

1

 Термические циклоны возникают вследствие нагревания некоторого 

участка поверхности, поднятия и растекания воздуха над ним. В образовав­

шуюся область пониженного давления устремляется воздух. В результате 

образуется восходящий вихрь. Как правило, такие циклоны, так же как и 

термические антициклоны, имеют небольшие размеры и существуют не­

долго. 

158 

Рис. 68. Развитие фронтального циклона 

циклона (2,

 б).

 В результате фронт изгибается, причем изгиб 

начинает перемещаться вдоль линии фронта в направлении дви­
жения верхнего воздушного потока. Участок фронта в передней 
части изгиба (волны) становится теплым фронтом (он переме­

щается в сторону холодного воздуха), в тыловой части — холод­
ным фронтом (перемещается в сторону теплого воздуха). Переход 
холодного фронта в теплый совпадает с центром циклона. Это 
положение отображено на рисунке

 в. 

В начальной (волновой) стадии развития циклон «обрисовы­

вается» у поверхности одной изобарой. В дальнейшем идет рас­
ширение циклона, увеличение занятой им площади и вовлечение 
в циклоническое вращательное движение более высоких слоев 

до 2—3 км во второй стадии развития циклона. Это стадия типич­
ного молодого циклона (68

 а, б, в),

 характеризуется хорошо 

выраженным теплым сектором, ограниченным сходящимися под 

острым углом в центре циклона теплым и холодным участками 
фронта. Происходит постепенное сближение теплого и холодного 
фронтов в результате более быстрого продвижения последнего 

(холодный фронт догоняет теплый). 

В следующей стадии (4,

 а, б, в)

 — стадии окклюзии — циклон 

достигает максимального развития перед тем, как начинает посте­
пенно заполняться. Наверху оформляется центр низкого давле­
ния, смещенный по отношению к приземному центру несколько 
в сторону холодного воздуха. Холодный фронт приближается к 
теплому и, наконец, смыкается с ним (4, в), образуя сложный 

169 • 

фронт окклюзии. Процесс этот начинается от центра, и теплый 
сектор постепенно сокращается. Теплый воздух, «выжимаемый» 
наверх холодным, уже не соприкасается с поверхностью. Циклон 
оказывается полностью холодным (становится термически сим­
метричным). Некоторое время после окклюдирования он еще 
может углубляться, а затем начинает заполняться. В последней 
стадии — стадии заполняющегося старого циклона — циклон ста­
новится холодным образованием, захватывающим значительную 
толщу атмосферы (до 2—6 км и более). Часто циклоническая 

циркуляция распространяется на высоту всей тропосферы. Отток 
воздуха наверху прекращается, падение давления внизу приоста­
навливается, и циклон ликвидируется (5). 

Циклоны обычно существуют несколько суток, двигаясь чаще 

всего с запада на восток, с некоторым отклонением к северу. 
Скорость циклонов разнообразна, обычно 20—40 км/ч (около 
700 км в сутки), в отдельных случаях более 2000 км в сутки. 
В начале развития циклон движется быстрее, затем движение 
замедляется, и он становится малоподвижным. 

Иногда циклон, прошедший все стадии развития, не заполня­

ется окончательно, а начинает снова углубляться (регенерирует). 

Это происходит в том случае, если в область старого циклона 

вторгаются новые порции холодного или теплого воздуха, созда­
вая резкие температурные контрасты. Особенно благоприятно 
встречное движение теплого и холодного воздуха. На периферии 
старых, уже заполняющихся циклонов на участке холодного 
фронта нередко возникают новые циклоны (называемые част­
ными), перемещающиеся в том же направлении, в каком пере­
мещается первоначальный циклон, но только несколько южнее. 
Новый циклон проходит те же стадии развития, что и первона­
чальный, но, конечно, отстает от него, т. к. является более моло­

дым. На холодном фронте этого циклона может появиться еще 
один частный циклон, расположенный южнее. Так, на одном 
общем фронте последовательно возникает до трех-четырех цикло­
нов. Такая взаимосвязанная и последовательно развивающаяся 
группа циклонов называется

 серией

 или

 семейством

 циклонов. 

Прохождение циклонической серии в среднем занимает 5—6 су­

ток, но в отдельных случаях может продолжаться и значительно 
дольше (до 12 суток). 

Сотни фронтальных циклонов существуют одновременно в 

каждом из полушарий, оказывая огромное влияние на погоду 
внетропических широт. В поднимающемся воздухе образуются 
облака, происходит выпадение осадков. Причем эти процессы 
протекают неодинаково в условиях различных атмосферных 

фронтов, а значит,

 и

 в различных частях циклона. 

Тропические циклоны.

 Поскольку в формировании атмосфер­

ных вихрей большая роль принадлежит силе Кориолиса, по­
стольку в экваториальных широтах (между 5° с. и 5° ю. ш.) 

160 

они почти не образуются. В тропических широтах возникают и 
циклонические и антициклонические вихри, но последние — явле­
ние редкое и малозаметное. Тропические циклоны приобрели 
широкую известность вследствие ураганной силы некоторых из 
них. От циклонов умеренных широт тропические циклоны отли­
чаются меньшими размерами (их поперечник редко больше 
1000 км), большими градиентами давления и, соответственно, 
большими скоростями ветра (до 100 м/сек), обильными ливнями, 
сильными грозами. 

Образуются тропические циклоны над теплой (не ниже 

+ 27° С) поверхностью Океана, чаще всего между 5 и 20° ш. 

в каждом полушарии. Наблюдения, проводимые с помощью спут­
ников, показывают, что эти вихри могут развиваться из слабых 
депрессий, возникающих в большом количестве на тропическом и 
пассатном фронтах и вне фронтов. В тропические циклоны пре­
вращаются лишь немногие из таких депрессий (примерно одна 
из десяти) в том случае, когда скорость ветра в них превышает 

17 м/сек. Тропические циклоны со скоростью ветра от 17 до 

32 м/сек называют

 тропическими штормами,

 со скоростью ветра 

более 32 м/сек —

 тропическими ураганами.

 Наибольшая зареги­

стрированная скорость ветра в тропическом урагане «Ида» — 

113 м/сек. В отличие от скорости ветра скорость перемещения 

тропических циклонов невелика — всего 10—12 км/ч. 

Развитие тропического циклона объясняют интенсивным под­

нятием теплого и влажного воздуха (следствие неустойчивой 

стратификации атмосферы), сопровождаемого конденсацией влаги 

и

 выделением огромного количества тепла. Особенность тро­

пического циклона — глаз бури — область затишья в центре 

вихря, имеющая диаметр в нижней части около 30 км и расши­
ряющаяся кверху до нескольких сотен километров (на высоте 

10—12 км). Образование глаза бури связывают с тем, что силы 

барического градиента, центробежная и Кориолиса в этой части 
циклона уравновешиваются и воздух остается почти неподвиж­
ным. Там, где сила барического градиента становится больше сил 
центробежной и Кориолиса, возникает граница, «стенка», по кото­
рой воздух, не имея возможности двигаться к центру, начинает 
быстро подниматься; именно здесь скорость ветра наибольшая. 
В центре глаза бури наблюдается нисходящее движение воздуха, 
поэтому небо ясное, безоблачное, в то время как кругом мощные 
кучевые облака с ливневыми осадками и грозами. 

По данным с 1956 по 1965 г., на Земле ежегодно возникает 

в среднем около 70 тропических циклонов, причем в северном 
полушарии больше, чем в южном. Есть несколько центров наибо­
лее частого зарождения тропических циклонов. В Тихом океане, 
занимающем первое место по количеству тропических циклонов, 
это Желтое море, Филиппинские острова и прилегающий к ним 
с востока район (здесь их называют тайфунами и бегвазами), а 
также акватория к западу от Мексики и акватория к востоку от 

6 Н, П. Неклюкова 

161 -