Файл: Любушкина.pdf

Ветер  –  сложное  воздушное  течение,  скорость  его  постоянно  колеблется,  направление  частиц 

воздуха непрерывно меняется, поэтому он дует порывисто. Турбулентность ветрового потока можно 

наблюдать  во  время  падения  снежинок  при  ветре,  когда  они  совершают  беспорядочные  движения. 

Турбулентность ветра обусловлена неравномерным нагревом и неровностями земной поверхности, т. 

е.  она  термического  и  динамического  происхождения.  Турбулентность  ветра  зависит  также  от 

соотношения  температуры  приходящего  воздуха  и  подстилающей  поверхности.  Когда  холодная 

воздушная  масса  приходит  на  теплую  поверхность  (например,  на  Восточно-Европейскую  равнину 

летом с Арктики или Атлантики), она снизу подогревается, развивается конвекция и турбулентность 

усиливается.  Когда  относительно  теплый  воздух  приходит  на  холодную  поверхность  (зимой  с 

Атлантики),  то  он  от  снега  охлаждается,  стратификация  воздуха  становится  устойчивой,  а 

турбулентность – незначительной. 

Чтобы охарактеризовать ветровой режим местности, т. е. скорость или направление ветров, надо 

взять  их  осредненные  значения  за  длительное  время  и  построить  диаграмму  –  розу  ветров.  С 

помощью розы ветров обычно определяют преобладающее направление ветров за год. Для этого от 

начала  координат  откладывают  8  или  16  отрезков  по  сторонам  горизонта,  длины  которых 

пропорциональны  повторяемости  ветров  соответствующего  направления  (%).  Концы  отрезков 

соединяют ломаной линией. Повторяемость штилей указывают числом в центре диаграммы (рис. 55). 

На Земле одновременно дуют ветры разной протяженности, разной силы и разных направлений. 

Значительная  их  часть  обусловливается  динамикой  воздушных  масс  в  постоянных  и  сезонных 

центрах  действия  атмосферы,  а  также  в  циклонах  и  антициклонах  умеренных  широт  на  границах 

воздушных  масс  с  различными  свойствами.  В  то  же  время  существуют  и  локальные  ветры, 

возникающие  только  в  определенных  районах  и  вызванные  спецификой  местных 

орогидрографических  условий.  Таким  образом,  все  ветры  Земли  можно  в  первом  приближении 

разделить  на  ветры  планетарного  масштаба  –  общую  циркуляцию  атмосферы,  ветры  атмосферных 

вихрей во фронтальных зонах и местные ветры. 

Рис. 55. Диаграмма «роза ветров» 

Глава 10 Воздушные массы и атмосферные фронты 

10.1. Воздушные массы 

Вследствие  различий  солнечного  тепла  на  Земле  и  самой  подстилающей  поверхности  (суша, 

океан),  которые  по-разному  преобразуют  солнечное  тепло,  основные  свойства  воздушных  масс  – 

температура,  влажность,  прозрачность  –  неодинаковы.  В  результате  воздух  тропосферы  в 

горизонтальном  направлении  расчленяется  на  отдельные  воздушные  массы.  Это  крупные  объемы 

воздуха, обладающие относительно однородными физическими свойствами и движущиеся как одно 

целое  в  одном  из  течений  планетарной  циркуляции  атмосферы.  Размеры  воздушных  масс 

определяются  тысячами  километров  –  по  горизонтали,  т.  е.  соизмеримы  с  большими  частями 

материков  и  океанов,  и  вплоть  до  тропопаузы  –  по  вертикали.  Друг  от  друга  они  отделяются 

атмосферными фронтами. 

Свойства воздушных масс несут отпечаток очага формирования – той территории или акватории, 

над  которой  они  возникли.  Для  приобретения  определенных  свойств  воздушные  массы,  помимо 

формирования в однородных радиационных условиях над однотипной подстилающей поверхностью, 

должны  иметь  возможность  более  или  менее  продолжительное  время  застаиваться  в  районе 

образования. Такие условия весьма характерны для областей высокого давления, которые являются 

типичными очагами формирования воздушных масс. 

Воздушные массы не абсолютно однородны во всех своих частях, но более или менее длительно 

сохраняют  свою  индивидуальность  при  перемещении  из  одних  районов  Земли  в  другие.  Однако 

поскольку  они  все-таки  движутся,  то  свойства  их  изменяются.  Процесс  изменения  свойств 

воздушных масс называется трансформацией. Перерождение их тем значительнее, чем контрастнее 

разница радиационных условий и подстилающей поверхности очага формирования и той территории, 

на  которую  пришла  воздушная  масса.  Но  при  этом  важна  скорость  ее  движения.  Если  воздушная 

масса  движется  медленно,  то  изменения  ее  свойств  весьма  ощутимы,  если  быстро,  то  она  дольше 

сохраняет первоначальные свойства, так как на трансформацию нужно время. 

Воздушные  массы  по  скорости  перемещения  делятся  на  местные  (малоподвижные)  и 

движущиеся. 

Местные  воздушные  массы  длительно  находятся  в  одном  районе.  Свойства  их  определяются 

охлаждением  или  нагреванием  снизу  в  зависимости  от  времени  года.  Поэтому  они  могут  быть 

устойчиво  и  неустойчиво  стратифицированными.  Над  нагретой  поверхностью  (летом  над  сушей, 

зимой  над  океаном)  воздушные  массы  обладают  неустойчивой  стратификацией,  над  охлажденной 

поверхностью  (зимой  над  сушей,  летом  над  океаном)  –  устойчивой  стратификацией.  Мощная 

конвекция  в  связи  с  влажно-неустойчивым  состоянием  воздуха  происходит  весь  год  в 

экваториальных широтах. 

Движущиеся  воздушные массы по отношению к подстилающей поверхности делятся на теплые 

(ТВ)  и  холодные  (ХВ).  Теплая  воздушная  масса  та,  которая приходит  на холодную  подстилающую 

поверхность,  а  холодная,  наоборот,  –  на  теплую  подстилающую  поверхность.  Температуры  здесь 

относительные,  а  не  абсолютные.  Например,  воздух  с  Атлантики,  приходящий  на  Восточно-

Европейскую  равнину  зимой  с  температурой  около  О  °С,  теплый,  а  летом  с  температурой  около 

+15°С – холодный. 

Теплая  воздушная  масса,  приходящая  на  холодную  поверхность,  способствует  потеплению,  но 

сама охлаждается и приобретает устойчивую стратификацию. В ней возможны адвективные туманы, 

слоистые облака с моросящими осадками, температурная инверсия, так как снизу, особенно от снега, 

происходит сильное охлаждение. 

Холодная воздушная масса, приходя на теплую поверхность, приносит похолодание (в умеренных 

широтах  весной  и  осенью  вплоть  до  заморозков),  но  и  сама  трансформируется.  Вследствие 

прогревания снизу она становится неустойчиво стратифицированной, в ней развивается конвекция, 

образуются кучевые и кучево-дождевые облака, которые, как правило, дают ливневые осадки. 

По влажности воздушные массы делятся на относительно сухие и относительно влажные. 

Приход тех или иных воздушных масс в регион сопровождается не только их трансформацией, но 

и изменением режима погоды: резким или постепенным в зависимости от скорости их перемещения 

и степени контрастности прежних и новых условий. 

Географическая  (зональная)  классификация  воздушных  масс:  по  физическим  свойствам 

различают  четыре  зональных  типа  воздушных  масс:  арктический  (антарктический)  воздух  –  АВ, 

полярный  (по  международной  классификации)  или  воздух  умеренных  широт  –  ПВ  (ВУШ), 

тропический – ТВ и экваториальный – ЭВ. Первые три типа делятся на континентальный и морской 

подтипы. В экваториальном воздухе больших различий в свойствах нет, где бы он ни сформировался. 

Эту классификацию с полным правом можно назвать и географической и генетической, поскольку 

в  ней  учитываются  зональные  радиационные  условия  и  характер  подстилающей  поверхности. 

Каждому  типу  и  подтипу  воздушных  масс  присущи  более  или  менее  определенные  интервалы 

температур, влажности, прозрачности. Однако решить вопрос о принадлежности воздушной массы к 

тому  или  иному  типу  и  подтипу  не  всегда  просто,  так  как  в  атмосфере  нет  четких  границ,  а 

воздушные массы постоянно движутся и трансформируются. 

Континентальный  арктический  и  антарктический  воздух  (кАВ)  формируется  надо  льдами 

Арктики  и  Антарктиды.  Он  обладает  крайне  низкой  температурой,  малым  влагосодержанием. 

большой  прозрачностью.  Его  вертикальная  мощность  около  2  км.  Вторжения  континентального 

арктического воздуха в умеренные широты Евразии и Северной Америки называют волнами холода. 

Но, как правило, арктический воздух не переваливает Кавказ, горы Средней Азии и юга Сибири, так 

как, продвигаясь к югу, он уменьшается в мощности из-за эффекта широты до 0,5 км. В Северной 

Америке  по  Центральным  равнинам  между  меридионально  расположенными  хребтами  он  может 

распространяться  вплоть  до  Мексиканского  залива,  по  пути  трансформируясь  в  воздух  умеренных 

широт. Весной и осенью с вторжениями кАВ связаны заморозки. 

Морской  арктический  и  антарктический  воздух  (мАВ)  образуется  над  периодически 

замерзающими морями Арктики и вокруг Антарктиды. Его температура несколько выше, чем кАВ, 

влагосодержание больше, прозрачность хуже. 

Континентальный  полярный  (умеренных  широт)  воздух  (кПВ)  формируется  над  материками  в 

северном  полушарии.  Его  свойства  по  сезонам  года  неодинаковые:  летом  характерны  довольно 

высокая температура, значительная абсолютная влажность, наблюдается подъем воздуха при нагреве 

от  подстилающей  поверхности  и  выпадение  осадков,  прозрачность  воздуха  средняя;  зимой 

характерны  низкие  и  крайне  низкие  (в  Восточной  Сибири)  температуры,  невысокая  абсолютная 

влажность, большая прозрачность. 

Морской полярный (умеренных широт) воздух (мПВ) образуется над незамерзающими океанами с 

теплыми  течениями  в  северном  полушарии  и  безраздельно  господствует  над  океаническими 

просторами  южного  полушария  с  нейтральным  по  температуре  течением  Западных  ветров.  Летом 

мПВ  прохладнее,  чем  кПВ;  зимой  теплее,  температура  его  выше  0°С,  влажность  большая, 

прозрачность  низкая.  Вторгаясь  зимой  в  циклонах  на  западные  окраины  и  в  глубь  материков,  он 

приносит потепление, осадки и пасмурную погоду. 

Вторжения  мПВ  летом  на  западные  и  восточные  окраины  материков  вызывают  похолодания, 

способствуют выпадению фронтальных осадков из кПВ. Нагреваясь, он сам становится неустойчиво 

стратифицированным, образуются конвективные облака и осадки. 

Континентальный тропический воздух (кТВ) формируется над тропическими и субтропическими 

пустынями и полупустынями Северной и Южной Африки, Передней и Центральной Азии, Северной 

Америки и Австралии. У него высокая температура, особенно летом, средняя абсолютная влажность, 

небольшая  прозрачность  из-за  пыли.  Вторжения  тропического  воздуха  в  умеренные  широты, 

особенно летом, называют волнами тепла. При этом устанавливается жаркая сухая погода, осенью – 

теплое сухое бабье лето. 

Морской  тропический  воздух  (мТВ)  образуется  в  барических  субтропических  максимумах  над 

океанами.  Температура  его  по  сравнению  с  кТВ  ниже,  влажность  больше,  прозрачность  хуже.  Его 

вторжения на сушу зимой вызывают оттепели. 

Экваториальный  воздух  (ЭВ)  образуется  в  полосе  пониженного  давления  вдоль  экватора  над 

влажными  вечнозелеными  лесами  и  океанами  с  теплыми  течениями.  Он  обладает  большой 

мощностью – вплоть до тропопаузы, высокими, ровными температурами. При- 

чем  ЭВ  прогрет  до  больших  высот  –  до  верхней  границы  кучевых  и  кучево-дождевых  облаков 

благодаря выделению скрытой теплоты парообразования выше уровня конденсации. У него большая 

абсолютная и относительная влажность, малая прозрачность. Летом соответствующего полушария в 

виде экваториальных муссонов он проникает в сторону тропиков, особенно далеко в Индии (до 30° 

с.ш.). Типичные воздушные массы со всеми присущими им характерными свойствами наблюдаются 

лишь в очагах формирования. Ввиду большого объема, протяженности и подвижности они не могут 

иметь абсолютных стандартных характеристик. 

10.2. Атмосферные фронты 

Различные  воздушные  массы  находятся  обычно  в  постоянном  движении.  При  этом  они  могут 

сближаться  и  встречаться,  образуя  так  называемые  фронтальные  зоны  –  переходные  зоны  между 

воздушными массами с разными физическими свойствами. Ширина их – первые сотни километров, 

длина  –  тысячи  километров.  В  них  наблюдаются  быстрые  изменения  всех  метеорологических 

величин по горизонтали – температуры, давления, влажности, так как фактически они представляют 

собой  «поле  битвы»  между  теплым  и  холодным  воздухом.  Во  фронтальных  зонах  возникают 

поверхности  раздела  между  теплыми  и  холодными  воздушными  массами,  которые  называются 

фронтальными поверхностями (лат. frons (род. п. frontis) – лоб, передняя сторона). Эта поверхность – 

неширокая полоса в несколько десятков километров, но по сравнению с размерами воздушных масс, 

которые  ею  разграничиваются,  она  представляется  плоскостью.  Угол  между  фронтальной 

плоскостью  и  земной  поверхностью  очень  мал,  менее  1°,  но  на  рисунках  для  наглядности  он 

преувеличен.  Фронтальная  поверхность  всегда  наклонена  в  сторону  холодного  воздуха,  так  что 

холодный плотный воздух располагается внизу, под нею, а теплый, менее плотный и легкий воздух – 

вверху, над нею. Линия пересечения фронтальной плоскости с поверхностью Земли образует линию 

фронта,  которую  кратко  также  называют  фронтом.  Все  эти  перечисленные  понятия  часто 

объединяются выражением атмосферный фронт. 

Так  как  барическая  ступень  в  теплом  воздухе  больше,  чем  в  холодном,  то  расстояние  между 

изобарическими  поверхностями  по  обе  стороны  фронтальной  поверхности  будет  различным. 

Изменение свойств воздуха в условиях его неразрывности в атмосфере достигается образованием в 

зоне фронта ложбины всех изобарических поверхностей. Она проявляется  у земной поверхности в 

виде  ложбины,  очерченной изобарами  (рис.  56).  Таким  образом,  все  атмосферные  фронты  лежат  в 

барических ложбинах. 

Атмосферные фронты бывают стационарные и движущиеся. 

Если  воздушные  течения  направляются  с  обеих  сторон  вдоль  линии  фронта  и  она  не 

перемещается заметно ни в сторону теплого, ни в сторону холодного воздуха, то фронт называется 

стационарным. 

Движущийся фронт образуется в том случае, если одна из воздушных масс имеет составляющую 

скорости,  перпендикулярную  линии  фронта.  В  зависимости  от  направления  перемещения 

движущиеся фронты подразделяют на теплые и холодные. Теплый фронт образуется при натекании 

теплого воздуха на холодный. Линия фронта при этом перемещается в сторону холодного воздуха. 

После прохождения теплого фронта наступает потепление (рис. 57). Холодный фронт образуется при 

подтекании холодного воздуха под теплый. 

Рис. 57. Теплый фронт. Названия облаков указаны в таблице 2 (по И. И. Гуральнику)  

Рис. 58. Холодный фронт первого рода (по И. И. Гуральнику) 

При  этом  линия  фронта  перемещается  в  сторону  теплого  воздуха,  который  вытесняется  наверх. 

После прохождения холодного фронта наступает похолодание. Различают холодные фронты первого 

и второго рода. Холодный фронт первого рода образуется в случае медленного наступания холодного 

воздуха.  При  этом  теплый  воздух  спокойно  поднимается  по  фронтальной  поверхности  и  линия 

фронта  движется  медленно  (рис.  58).  Холодный  фронт  второго  рода  возникает  при  быстром 

движении холодного воздуха и резком подтекании его под теплый воздух, который подбрасывается 

вверх. Фронтальная поверхность при этом круто поднимается над земной поверхностью из-за того, 

что приземные слои воздуха тормозятся трением. Линия фронта движется быстро (рис. 59). 

В  атмосфере  нередко  возникают  и  более  сложные  комплексные  фронты  при  смыкании 

(объединении) двух основных фронтов – теплого и холодного. Это фронты окклюзии (лат. occlusio – 

запирание).  При  их  образовании  соединяются  две  холодные  воздушные  массы,  а  теплый  воздух 

вытесняется в верхние слои тропосферы и теряет связь с земной поверхностью. Если наступающий 

холодный  воздух  менее  холодный,  чем  предыдущий,  образуется  фронт  окклюзии  по  типу  теплого 

фронта. Если наступающий воздух более холодный, чем предыдущий, возникает фронт окклюзии по 

типу холодного фронта (рис. 60). 

Фронтальная  деятельность  наиболее  интенсивна  в  умеренных  и  близлежащих  широтах.  Здесь 

систематически  возникают,  движутся  (преимущественно  с  запада  на  восток)  и  разрушаются  на 

протяжении  нескольких  дней  атмосферные  фронты.  С  ними  связано  образование  атмосферных 

возмущений  вихревого  характера  –  циклонов  (восходящих  вихрей)  и  антициклонов  (нисходящих 

вихрей), которые определяют различные типы погоды. 

Рис. 59. Холодный фронт второго рода (по И. И. Гуральнику) 

На  климатических  картах  выделяются  зоны,  где,  по  средним  многолетним  данным,  чаще 

встречаются  воздушные  массы  различных  типов  и  подтипов  и  где  наиболее  активно  образуются 

атмосферные  фронты.  Такие  статистически  устойчивые  фронтальные  зоны  называются 

климатическими  фронтами. 

В  этих  зонах  больших  горизонтальных  контрастов  температуры, 

давления  и  сильных  ветров  концентрируются  большие  запасы  энергии,  которые  расходуются  на 

образование  циклонов  и  антициклонов.  Таким  образом,  эти  зоны  отражают  среднее  многолетнее 

наиболее типичное положение серий подвижных атмосферных фронтов. 

Среди климатических фронтов выделяют главные и вторичные фронты. 

Главные  фронты 

являются  зонами  раздела  и  взаимодействия  основных типов  воздушных масс, 

контрастных  прежде  всего  по  температуре.  Между  арктическим  (антарктическим)  и  полярным 

(умеренных  широт)  воздухом  они  называются  соответственно 

арктическим  и  антарктическим 

фронтами, 

между полярным и тропическим воздухом – 

полярным фронтом. 

Раздел между теплыми 

воздушными массами – относительно сухой тропической и влажной экваториальной, – считавшийся 

ранее  тропическим  фронтом,  представляет  собой  зону  сходимости  пассатов  северного  и  южного 

полушарий и называется в настоящее время 

внутритропической зоной конвергенции 

(ВЗК) (рис. 61, 

62).