Изобары образуют на синоптической карте разнообразные фигуры — «барические системы». При этом отчетливо выделяются два основных типа этих фигур. В одном случае изобары, замыкаясь, образуют зоны, в которых давление воздуха понижается от краев к центру. Это так называемые циклоны. В другом случае образуются зоны, в которых давление воздуха от краев к центру повышается — так называемые антициклоны.
Рис. 4. Образец синоптической карты. Карта составлена по данным наблюдений в 21 час 28 января 1953 г.
Кроме того, на картах можно видеть «гребни» (отроги) — выступающие части областей высокого давления — и «ложбины» — части областей низкого давления, а также «седловины» — области, лежащие между расположенными крест-накрест двумя циклонами и двумя антициклонами (см. рис. 5).
Рис. 5. Барические системы.
Центральные части циклонов на синоптической карте обозначаются буквой Н (низкое давление), а у антициклонов — буквой В (высокое давление).
Необходимо отметить то очень важное обстоятельство, что с распределением давления воздуха непосредственно связаны как само возникновение, так и направление и скорость ветра. При этом на картах легко обнаружить, что воздух всегда движется вдоль изобар, под небольшим углом к ним, оставляя более низкое давление слева. В результате циклоны и антициклоны представляют собой не застывшие области низкого и высокого давления воздуха, а мощные атмосферные вихри.
Кроме изобар, на синоптических картах проводятся линии, обозначающие разделы между массами воздуха с различными температурами и влажностью воздуха — это так называемые линии фронтов. Линия с круглыми зубцами обозначает теплый фронт, а линия с острыми зубцами — холодный.
В результате такой обработки синоптические карты и приобретают вид, изображенный на рисунке 4.
О чем рассказывает синоптическая карта
Какие же атмосферные процессы отображаются синоптическими картами?
Существенное место среди этих процессов занимает образование облаков и осадков.
В атмосфере всегда содержится водяной пар. В каждом кубическом метре воздуха при температуре в 30 градусов тепла может содержаться до 30 граммов водяного пара. При этом количестве воздух полностью насыщен водяными парами, но они невидимы и не образуют ни капелек воды, ни ледяных кристаллов.
Если теперь температура понизится, то часть водяного пара сконденсируется и превратится в капельки воды или ледяные кристаллы, которые и образуют все наблюдаемые нами виды облачности и осадков.
В облаках капельки воды и ледяные кристаллы находятся во взвешенном состоянии и не падают на землю до тех пор, пока, увеличиваясь, не достигнут таких размеров, что уже не могут удерживаться восходящим потоком воздуха.
Чем ниже температура воздуха, тем меньше может содержаться в нем водяных паров для полного насыщения. Так, например, при 30 градусах мороза в каждом кубометре воздуха может находиться уже не более 0,5 грамма водяного пара.
Охлаждение воздуха в атмосфере достигается преимущественно восходящими токами. При подъеме воздуха вверх он попадает в слои с меньшим атмосферным давлением и расширяется. При этом, как всякий газ он охлаждается.
Высота, на которой поднимающийся воздух охлаждается до такой степени, что становится полностью насыщенным, называется уровнем конденсации. Этот уровень зависит от количества водяного пара, содержащегося в воздухе, и начальной температуры поднимающегося воздуха. Чем больше влаги в поднимающемся воздухе и чем ниже его температура, тем меньше высота, на которой начнется конденсация. В сухом и теплом воздухе уровень конденсации лежит довольно высоко.
Каковы же причины, вызывающие подъем воздуха? Их несколько. Одна из них — неравномерное нагревание земной поверхности. Находящаяся над более нагретым участком земной поверхности масса воздуха нагревается сильнее, чем окружающий воздух, и начинает всплывать вверх. Другая причина — это завихрения, возникающие в нижних слоях атмосферы при ветре. Наконец, воздух может подниматься вверх при натекании его на большие препятствия, например, на горные хребты, а также при встрече двух различно нагретых воздушных масс: теплый воздух поднимается вверх по очень пологому клину холодного воздуха или же, наоборот, вытесняется вверх вторгающимся под него клином холодного воздуха.
Облака делятся на три основных класса: кучевообразные, слоистообразные и волнистые[4].
Осадки в свою очередь делятся на ливневые, обложные и моросящие.
Ливневые осадки, выпадающие из кучеводождевых облаков в виде дождя, снега, крупы или града, занимают небольшие площади и сопровождаются резким усилением ветра.
Обложные осадки выпадают из сплошных слоистообразных облаков в виде дождя или снега. Они обычно продолжительны и охватывают большие территории.
Моросящие осадки выпадают из низких слоистых или слоистокучевых облаков в виде мельчайших капель, снежинок или ледяных игл. По характеру они также являются обложными, так как распространяются на больших площадях.
Облака и осадки, наряду с температурой и влажностью воздуха, характеризуют основные свойства воздушных масс.
На синоптических картах часто обнаруживаются зоны, в которых условия погоды на больших пространствах почти не меняются. Это объясняется тем, что над соответствующим районом располагается и перемещается одна и та же воздушная масса.
Основные свойства воздушных масс — температура, влажность, запыленность и т. д., определяются тем районом, где они формируются, находясь продолжительное время в более или менее однородных географических условиях, например, над океаном, над льдами Арктики, над пустынями и т. д. Так, воздушная масса, сформировавшаяся в районе Азорских островов, отличается высокой температурой, большим количеством влаги и большой запыленностью (из-за близости пустыни Сахары). Воздушная масса, текущая из Арктики, во всех своих частях относительно холодна, воздух ее сух и прозрачен.
Каковы причины, которые обусловливают однородность воздушной массы? Вот основные из них. Во-первых, степень нагрева воздушной массы зависит от географической широты места, времени года и времени суток. Очевидно, что, например, воздушная масса в районе Средней Азии получает тепла значительно больше, чем воздушная масса, находящаяся над Арктикой. Во-вторых, на температуре и влажности воздушной массы сказывается влияние подстилающей поверхности, над которой воздушная масса формируется. Как известно, воздух нагревается не непосредственно солнечными лучами, а путем получения тепла от нагреваемой Солнцем земной поверхности, различные же участки земной поверхности нагреваются по-разному. Так, суша нагревается сильнее, чем вода, участки, покрытые растительностью, нагреваются меньше, чем песчаные пустыни и т. д. Соответственно по-разному нагревается и воздух. Подстилающая поверхность, кроме тою, является источником увлажнения воздушных масс. Естественно, что воздушная масса, формирующаяся над океаном, будет содержать больше влаги, чем масса, формирующаяся над континентом.
Воздушные массы делятся на два основных вида — теплые и холодные. Теплой называют массу, у которой температура в нижнем слое выше, чем температура подстилающей поверхности, т. е. той зоны земной поверхности, над которой воздушная масса формируется. Холодной воздушной массой называется та масса, у которой температура в нижнем слое ниже, чем температура подстилающей поверхности.
Теплая воздушная масса, перемещаясь над холодной подстилающей поверхностью, охлаждается снизу. Благодаря этому внутри массы создаются условия, неблагоприятные для возникновения вертикальных потоков. Перенос водяных паров вверх при этом незначителен и конденсация водяного пара наблюдается только в нижних слоях в виде туманов, сплошных низких облаков и моросящих туманообразных дождей.
При движении холодной воздушной массы над более теплой подстилающей поверхностью нижние слои воздуха начинают прогреваться, внутри массы создаются условия, благоприятные для развития вертикальных потоков. Эти потоки переносят водяные пары высоко вверх и вызывают образование кучевообразных облаков и интенсивных осадков.
По своему географическому происхождению воздушные массы в северном полушарии делятся на арктические (АВ), умеренные (УВ), тропические (ТВ) и экваториальные (ЭВ). Кроме того, каждый из этих типов разделяется на два подтипа — морской и континентальный, в зависимости от того, где (над морем или над сушей) находится очаг формирования воздушной массы.
Наблюдениями были установлены следующие особенности географических типов воздушных масс. Арктический воздух формируется в центральном полярном бассейне. При этом континентальный арктический воздух (КАВ) приходит в Европу через Баренцево и Карское моря или с Таймыра; на Азиатскую часть СССР — с сибирских районов Арктики, с районов Таймыра, бассейна Колымы и с Чукотки. Морокой арктический воздух (МАВ) вторгается в Европу из района Гренландия — Шпицберген через Норвежское или Северное моря, а из восточного сектора Арктики — на Чукотку, Берингово море, Тихий океан. Как правило, он приносит понижение температуры. «Волны холода» распространяются до южных границ нашей страны. Летом сухой и холодный арктический воздух, попадая на материк, быстро прогревается и приводит к жаркой сухой погоде. Во многих случаях он создает засушливую погоду в районах Приуралья и Заволжья.
