Атмосфе́рный фронт (от. др.-греч. ατμός — пар, σφαῖρα — шар и лат. frontis — лоб, передняя сторона), фронты тропосферные — переходная зона в тропосфере между смежными воздушными массами с разными физическими свойствами. Атмосферный фронт возникает при сближении и встрече масс холодного и тёплого воздуха в нижних слоях атмосферы или во всей тропосфере, охватывая слой мощностью до нескольких километров, с образованием между ними наклонной поверхности раздела. Главные фронты разделяют основные воздушные массы различного географического происхождения. Они проходят в основном в широтном направлении и простираются в соответствии с горизонтальными размерами ВМ на несколько тысяч километров. Главные фронты характеризуются значительной разностью температур в теплом и холодном воздухе. С ними связано образование барических систем: циклонов и антициклонов. Главные фронты в свою очередь делятся на три вида: арктический фронт, отделяющий арктический воздух от воздуха умеренных широт; полярный фронт, отделяющий воздух умеренных широт от тропического и тропический фронт, отделяющий тропический воздух от экваториального. Вторичные фронты, имеющие небольшую вертикальную и горизонтальную протяженность, разделяют массы воздуха внутри воздушной массы одного географического типа по тепловому признаку. Они возникают главным образом в холодной воздушной массе и отделяют первую «порцию» уже несколько прогревшегося воздуха от следующей более холодной «порции». Эти фронты обнаруживаются преимущественно в нижних слоях атмосферы и быстро размываются. Различают также тропосферные, приземные и верхние фронты. Тропосферные, они же главные, фронты прослеживаются от поверхности земли до тропопаузы. Приземные, фронты имеют небольшую вертикальную протяженность от нескольких сотен метров до 1-2 км. Выше они не прослеживаются. Верхние фронты не обнаруживаются у поверхности земли, но хорошо выражены в средних и верхних слоях тропосферы. Они отличаются большими градиентами температуры и давления, и с ними связаны струйные воздушные течения. Теплым называется фронт, перемещающийся в сторону относительно холодной воздушной массы. Относительно теплый воздух натекает при этом на клин относительно холодного воздуха и вытесняет его, захватывая новые пространства (рис. 26).Холодным называется фронт, перемещающийся в сторону относительно теплой воздушной массы. За холодным фронтом поступает относительно холодная воздушная масса. Холодный воздух в данном случае клином подтекает под теплый воздух, вытесняя его в сторону и кверху, и захватывает пространство, занятое до того теплым воздухом.
Цикло́н (от др.-греч. κυκλῶν — «вращающийся») — воздушная масса в виде атмосферного вихря огромного (от сотен до нескольких тысяч километров) диаметра с пониженным давлением воздуха.
Воздух в циклонах циркулирует против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном. Кроме того, в воздушных слоях на высоте от земной поверхности до нескольких сот метров ветер имеет слагаемое, направленное к центру циклона, по барическому градиенту (в сторону убывания давления). Величина слагаемого уменьшается с высотой.
Схематическое изображение процесса образования циклонов (чёрные стрелки) из-за вращения Земли (синие стрелки)
Циклон — не просто противоположность антициклону, у них различается механизм возникновения. Циклоны постоянно и естественным образом появляются из-за вращения Земли, благодаря силе Кориолиса [источник не указан 293 дня]. Следствием теоремы Брауэра о неподвижной точке является наличие в атмосфере как минимум одного циклона или антициклона.
Различают два основных вида циклонов — внетропические и тропические. Первые образуются в умеренных или полярных широтах и имеют диаметр от тысячи километров в начале развития, и до нескольких тысяч в случае так называемого центрального циклона. Среди внетропических циклонов выделяют южные циклоны, образующиеся на южной границе умеренных широт (средиземноморские, балканские, черноморские, южно каспийские и т. д.) и смещающиеся на север и северо-восток. Южные циклоны обладают колоссальными запасами энергии; именно с южными циклонами в средней полосе России и СНГ связаны наиболее сильные осадки, ветры, грозы, шквалы и другие явления погоды.
Тропические циклоны образуются в тропических широтах и имеют меньшие размеры (сотни, редко — более тысячи километров), но бо́льшие барические градиенты и скорости ветра, доходящие до буревых. Для таких циклонов свойственен также т. н. «глаз бури» — центральная область диаметром 20—30 км с относительно ясной и безветренной погодой. Тропические циклоны могут в ходе своего развития превращаться во внетропические. Ниже 8—10° северной и южной широты циклоны возникают очень редко, а в непосредственной близости от экватора — не возникают вовсе.
Стадии развития циклонов и антициклонов. Жизнь каждого циклона или антициклона характеризуется обычно тремя стадиями: возникновение, развитие и старение. Продолжительность каждой стадии колеблется от нескольких часов до 1—2 суток. В тех случаях, когда условия циркуляции не способствуют развитию циклона или антициклона, они не проходят всех стадий и быстро исчезают.
В первой, начальной стадии циклоны являются небольшими барическими возмущениями, очерченными одной-двумя изобарами, с разностью давления между центром и периферией до 5— 10 мб и с определившейся системой ветра у поверхности земли. На высотах 2—3 км замкнутые изобары не обнаруживаются.
Вторая стадия — это стадия наибольшего развития барического образования с минимумом давления в центре циклона и с максимумом в центре антициклона. Разность давления между центром и периферией часто превосходит 20—30 мб. В этой стадии соответствующая система циркуляции обнаруживается в верхней тропосфере и нижней стратосфере.
В третьей стадии — стадии разрушения концентрическая система изобар прослеживается не только у поверхности земли, но и на высотах. В этих случаях циклоническая циркуляция обычно охватывает не только всю тропосферу, но и нижние слои стратосферы. Однако постепенно циклоны заполняются.
Схема антициклона в начальной стадии развития, с системой ветра и изобар, представлена на рисунке 52, а. Как обычно, фронты расположены на его периферии. Холодный воздух в системе антициклона находится в правой части, а теплый — в левой. В противоположность циклону, нисходящие движения воздуха и адиабатическое повышение температуры, характерные для усиливающегося антициклона, и адвекция тепла в левой половине его почти непрерывно вызывают общее повышение температуры в системе антициклона. В результате адиабатического повышения температуры водяной пар удаляется от состояния насыщения, облака рассеиваются и прекращаются осадки.
Над приземным антициклоном в средней тропосфере наблюдается густая система сходящихся изогипс. Скорости ветра над центром антициклона и вправо от него превышают 60—80 км/ч. При таких скоростях в области сходимости течений происходит отклонение ветра от градиентного, т. е. движение становится нестационарным, развитие нисходящих движений воздуха и рост давления — антициклон усиливается. Холодный воздух, как всегда, находится в системе низкого давления на высотах.
Во второй стадии развития антициклон уже является мощным барическим образованием (рис. 52, б), с высоким давлением в приземном центре и расходящейся системой сравнительно слабых приземных ветров, а фронт у поверхности земли выдвигается на периферию антициклона. На высотах еще существует густая система сходящихся изогипс, с сильными ветрами и большими контрастами температуры. В этой стадии на высотах уже появляется небольшой замкнутый центр, или гребень, высокого давления от основного теплого антициклона. В результате продолжающейся адвекции тепла и адиабатического нагревания антициклон заполняется теплым воздухом во всей тропосфере и превращается в очаг тепла с хорошо выраженной антициклонической циркуляцией (рис. 52, в). В этой последней стадии развития
Схема трёх стадий развития антициклона у поверхности земли и в средней тропосфере
горизонтальные контрасты температуры,, являющиеся его энергетической базой, перемещаются на периферию и антициклон начинает разрушаться.
Перемещение циклонов и антициклонов происходит до тех пор, пока над ними имеется воздушный поток. Когда же они становятся самостоятельными образованиями (в третьей стадии), движение их обычно прекращается.
В результате расходимости воздушных течений в приземном слое давление в системе антициклона понижается, постепенно он разрушается или благодаря преобразованию соседнего барического поля сливается с другим более молодым антициклоном. То же происходит с циклонами, с тем лишь различием, что вследствие сходимости ветра в приземном слое давление в центре циклона растет и он постепенно исчезает, заполняясь, или сливается с другими, более молодыми и мощными циклонами.
Движение циклонов и антициклонов происходит в направлении воздушных течений на высотах (в средней тропосфере), т. е. по так называемому ведущему потоку. Однако ведущий поток не является постоянным. Он изменяется в связи с происходящими активными атмосферными процессами. В случаях изменения ведущего потока, т. е. при перестройке поля течений в тропосфере, наиболее трудно точно рассчитать скорость и направление их движения.
В большинстве случаев падение атмосферного давления в каком-либо пункте указывает на приближение циклона и ухудшение погоды, а рост давления, наоборот,— на удаление циклона, приближение антициклона и улучшение погоды. Но не всегда эти правила оправдываются. В отдельных случаях погода может ухудшиться и при росте давления, как и улучшиться при его падении. Это зависит от влагосодержания воздуха и скорости вертикальных движений.
