Рис. 17. Возникновение волны на стационарном атмосферном фронте и образование нового циклона.
На рис. 18 приведено последовательное развитие циклона. Рис. 18, а показывает начальную стадию движения теплого и холодного воздуха вдоль фронтальной поверхности. Рис. 18, б — начало развития волны с сопутствующим появлением осадков (заштрихованная зона). На рис. 18, в вы видите дальнейшее развитие волны (стадия молодого циклона). На рис. 18, г сектор, занимаемый теплым воздухом, сужается в связи с более быстрым движением холодного фронта и приближением холодного фронта к теплому. Циклон продолжает углубляться. На рис. 18, д показано начало затухания (окклюзии) циклона, возникающего вследствие подсекания холодным воздухом теплого и вытеснения теплого воздуха вверх. Наконец, на рис. 18, е изображена заключительная стадия жизни циклона — оставшийся после окклюзии вихрь холодного воздуха, который быстро теряет силу.
Рис. 18. Последовательное развитие циклона.
Характерная для циклона погода наиболее ясно выражена в его второй стадии, стадии молодого циклона.
Рис. 19. Только что образовавшийся «молодой» циклон.
На рис. 19 отчетливо видно, к чему привел изгиб фронтальной поверхности, на которой образовалась волна, переходящая затем в циклон. Давление воздуха в центре циклона показано изобарой, соответствующей 990 миллибарам; к краям циклона это давление увеличивается до 1000 миллибар. От центра циклона расходятся теплый и холодный фронты. Температура воздуха в теплом секторе, заключенном между холодным и теплым фронтом, составляет 2–3 градуса выше нуля. В холодном воздухе, перед теплым фронтом, она понижается до 5–9 градусов ниже нуля. Заштрихованная полоса перед теплым фронтом обозначает широкую зону осадков в виде снега. Высота облачности при этом колеблется от 50 до 300 метров. В массе воздуха за холодным фронтом температура воздуха 2–3 градуса ниже нуля.
Направление ветра (указываемое на рис. 19 стрелками) свидетельствует о том, что воздух подтекает к центру циклона, образуя общий вихрь, вращающийся вокруг центра циклона против часовой стрелки. Как видно, на этой стадии развития циклона теплый воздух продвинулся далеко на север, а холодный воздух в тылу холодного фронта продвигается далеко на юг.
Нетрудно видеть, что в циклонической циркуляции участвуют массы воздуха с различными температурами, притекающие из разных географических районов.
Таким образом, нанесение изобар и выявление местоположения циклона на синоптической карте помогает определить направление движения воздушных масс. Как уже говорилось, воздушные массы в каждый данный момент перемещаются параллельно изобарам, оставляя изобары с более низким давлением слева. Изменение направления изобар свидетельствует об изменении направления перемещения воздушных масс. Если проследить за развитием и перемещением такого циклона по синоптическим картам, можно одновременно проследить и дальнейшее перемещение воздушных масс и фронтов.
В некоторых случаях циклоны следуют друг за другом сериями, до 4–5 циклонов один за другим, в виде нескольких волн на одной и той же фронтальной поверхности.
Кроме того, если в область циклона попадает новый фронт, располагавшийся ранее где-либо севернее, т. е. вторгается новый поток холодного воздуха, циклон может снова углубиться, ветры в нем усиливаются, он как бы «возрождается».
В умеренных широтах циклоническая циркуляция воздуха выражается, как мы видели, в вихревом движении больших масс воздуха вокруг центра циклона. Однако под этим не нужно понимать вихрь в обычном значении этого слова. Скорости ветра в циклонах, особенно на холодных фронтах, бывают велики, но все же они очень редко достигают разрушительной силы. Но в тропиках, в зоне тропического фронта над океанами, возникают особые формы циклонов — ураганы и тайфуны, при которых скорость ветра очень велика.
В начале своего образования такой циклон имеет совсем небольшой диаметр. В процессе развития циклона сильно падает давление в его центре (за счет подъема вверх теплого и влажного тропического воздуха), что и приводит к крайнему усилению ветра — до 50–70 метров в секунду, с отдельными порывами, доходящими до 100–110 метров в секунду. Захватывая берега материков и острова, такой тайфун нередко вызывает большие разрушения. Так, в 1934 г. тайфун, разразившийся над Японией, разрушил полностью или частично 700 000 домов, 1800 мостов, вызвал наводнение в прибрежных областях, вывел из строя более 11 000 судов.
Циклоны обычно разделяются областями повышенного давления, развивающимися часто в замкнутые барические системы с повышенным давлением в центре — антициклоны. Подобно циклонам они возникают, развиваются и разрушаются. Различие заключается в том, что в антициклоне в процессе его развития происходит накопление массы воздуха, которое вызывает рост атмосферного давления в его центре. В результате антициклон представляет собой громадный вихрь, в котором воздушные потоки направлены от центра к периферии.
Диаметр антициклонов может достигать 1500–2000 километров.
В центре антициклона происходит приток воздуха из верхних слоев, который, нагреваясь при опускании, препятствует возникновению облачности и осадков. В некоторых стадиях своего развития антициклоны способны долго задерживаться на одном месте и тогда здесь длительное время стоит устойчивая ясная погода. Наблюдающиеся на нашей территории летом засушливые периоды связаны обычно с такими устойчивыми антициклонами. Существование их поддерживается за счет вторжений холодного и сухого воздуха из Арктики.
Зимой в устойчивых антициклонах над материком температура воздуха часто значительно понижается. На Европейской территории СССР это понижение может достигать 30–40, а в Якутии и на Чукотке 50–55 градусов мороза и ниже.
Предвидение погоды на короткий срок
А теперь мы можем перейти к вопросу о том, как же научно предсказывается погода. Прежде всего надо сказать, что в основном прогнозы погоды делятся на два основных вида: краткосрочные — на срок от нескольких часов до суток, и долгосрочные — на месяц и более вперед. В основе того и другого лежит анализ синоптических карт. Посмотрим сначала, как это делается для краткосрочных прогнозов погоды.
Прежде всего специалист-синоптик[6] подробно изучает очередную синоптическую карту с нанесенными на ней данными. Он рассматривает распределение давления воздуха. Для этого он проводит на карте линии равных давлений воздуха — изобары. Это дает возможность выяснить, как размещаются на карте циклоны и антициклоны. Чтобы определить, как они будут в дальнейшем развиваться и куда перемещаться, помимо изобар на карте проводятся еще так называемые линии изотенденций. Эти линии соединяют на карте места с одинаковой величиной изменения давления воздуха за промежуток между очередными сроками наблюдений. Данные об этом передаются метеорологическими станциями и наносятся на карты. Изотенденции проводятся через каждый миллибар и позволяют видеть на картах очаги наибольшего роста или наибольшего падения давления воздуха.
Затем, для того чтобы определить характеристики воздушных масс и фронтов, на карте цветными карандашами выделяются районы, где наблюдаются осадки, туманы, грозы, метели, сильные ветры, гололед. Используя ряд дополнительных материалов (диаграммы распределения температуры и влажности по высотам и др.), на карте наносят линии фронтов. При этом устанавливают местоположение как ранее существовавших, так и вновь возникших фронтов. Одновременно определяются типы и характеристики фронтов.
В настоящее время, в связи с широким распространением метеорологических наблюдений на разных высотах, помимо приземных карт погоды составляются также высотные карты. В частности, большое значение приобрели так называемые карты барической топографии, отображающие распределение давления воздуха по высотам. На этих картах, на основе наблюдений, наносятся высоты (над уровнем моря) поверхностей одинакового давления воздуха или, как их называют, изобарических поверхностей.
Карты барической топографии позволяют судить о вертикальном строении атмосферных вихрей — циклонов и антициклонов. В совокупности с другими специальными графиками, показывающими распределение по высотам температуры, давления и влажности воздуха, карты барической топографии представляют синоптику дополнительные возможности для суждения о ходе развития процессов погоды, а следовательно, и для прогнозов погоды.
Карты барической топографии позволили перейти от обычного анализа атмосферных процессов на плоскости по приземным синоптическим картам к анализу изменения этих процессов в пространстве, в значительном слое нижней атмосферы.
