Что изучает синоптическая метеорология

Погода — это непрерывно меняющееся физическое состояние атмосферы в определенный момент времени или за некоторый промежуток.

Наиболее значительные изменения погоды имеют непериодический характер и вызываются изменениями циркуляции атмосферы: сменой воздушных масс, образованием и разрушением циклонов и антициклонов.

Атмосфера является чрезвычайно подвижной средой, где постоянно формируются и разрушаются вихри различных размеров — циклоны и антициклоны. Из курса географии вы знаете, что циклон — это атмосферный вихрь с пониженным давлением воздуха в центре, где воздух движется от периферии к центру. А антициклон — это атмосферный вихрь с повышенным давлением воздуха в центре и ветрами, направленными от центра к краям. Поток воздуха в циклоне направляется вверх (поднимается), а в антициклоне — опускается вниз.

Из-за шарообразности Земли солнечное тепло распределяется по поверхности планеты неравномерно. Вследствие этого в субтропиках образуются зоны высокого давления, а в субполярных широтах — зоны низкого давления. А так как Земля вращается вокруг своей оси, то и атмосфера также находится в постоянном движении. Антициклоны, возникающие в общем западном переносе умеренных широт, при своем движении с запада на восток в то же время смещаются к более низким широтам и там усиливаются, образуя в каждом полушарии субтропическую зону высокого давления с осью около 35‑й параллели.

Циклоны, возникающие в тех же средних широтах, при своем движении к востоку отклоняются к более высоким широтам и сосредоточиваются там, образуя субполярную зону низкого давления около 60–65‑й параллели. Это называется макросиноптический процесс, и он определяет тип барического поля над регионом, выражающийся в расположении циклонов и антициклонов. Возникновение и развитие антициклонов и циклонов — единый процесс: если в одном районе создается дефицит массы, то в соседнем — избыток.

Циклоны умеренных широт имеют большие размеры, достигая в диаметре 2–3 тыс. км и более. Циклоны приносят с собой сложные погодные условия — облачность, осадки, усиление ветра, нередко сезонные явления: грозы, туманы, метели, гололед. Это связано с особенностями распределения давления и фронтальным характером циркуляции воздуха.

Чем он больше, тем больше барический градиент, и тем выше скорость ветра. Именно поэтому тропические циклоны представляют собой одну из самых серьезных угроз для жизни человека и экономики стран. Они приносят множество опасностей — штормовые нагоны, наводнения, экстремально сильные ветры, торнадо и молнии.

В умеренные широты тропические циклоны выходят в период с конца июня по начало октября, а наиболее активны в августе-октябре. Тропические циклоны, достигшие значительной интенсивности, в каждом районе имеют свое название — ураганы, циклоны, тайфуны. Есть и местные названия: «вилли-вилли» — в Австралии, «вилли-вау» — в Океании и «багио» — на Филиппинах.

Антициклоны зимой лучше развиты над материками, летом — над океанами. В зависимости от района зарождения различают внетропические и субтропические антициклоны. Повторяемость антициклонов в 2,5–3 раза меньше, чем циклонов. В различных секторах антициклона погода существенно отличается. На окраинах антициклонов наблюдаются условия погоды, в общих чертах сходные с условиями погоды в примыкающих секторах соседних циклонов.

С момента возникновения и до стадии наибольшего развития циклона давление в его центре понижается: горизонтальный градиент давления возрастает и ветры усиливаются, нередко до штормовых. Осадки выпадают наиболее интенсивно. Затем циклон ослабевает и заполняется, т. е. давление в его центре растет, ветры ослабевают, осадки уменьшаются и постепенно прекращаются.

В антициклонах с момента образования и до максимального их усиления давление растет, а с момента старения падает, и антициклон разрушается. В этот период давление воздуха в их центре начинает понижаться, нередко появляется облачность и местами даже выпадают осадки. В центре развивающихся антициклонов давление часто достигает 1030–1040 гПа, а в отдельных случаях превышает 1060 гПа. Такие антициклоны нередки зимой над Сибирью.

Для антициклонов характерна ясная, сухая погода, малые скорости ветра или полное безветрие. Зимой в Якутии в антициклоне формируются сильные морозы, летом жаркая и сухая погода нередко становится причиной пожаров. Там, где долго сохраняются однотипные особенности циркуляции, формируются воздушные массы.

Зоны в тропосфере, в которых происходит сближение воздушных масс с различными характеристиками, называются фронтальными зонами или атмосферными фронтами. Высота переходной зоны в зависимости от времени года и широты места 9–12 км. Ширина у поверхности земли не превышает 100 км. Во время прохождения атмосферного фронта мы становимся свидетелями резких изменений метеорологических элементов (температуры, влажности, давления, силы и направления ветра), смены форм облачности, выпадения осадков.

Теплый фронт движется так, что теплый воздух вытесняет холодный воздух. При этом, так как теплый воздух легче, то он оказывается сверху холодного и поднимается вверх вдоль границы двух воздушных масс. По мере подъема теплый воздух охлаждается, водяной пар, находящийся в нем, конденсируется и на линии соприкосновения теплого и холодного воздуха образуются облака.

Для наблюдателя на земле первый признак приближения теплого фронта — появление перистых облаков (Ci). Давление начинает падать. Через несколько часов перистые облака, уплотняясь, переходят в пелену перисто-слоистых облаков (Cs). Вслед за перисто-слоистыми облаками натекают еще более плотные высокослоистые облака (As), постепенно становящиеся не просвечиваемыми луной или солнцем. Давление продолжает падать, ветер усиливается, из As выпадают осадки.

Затем As переходят в слоисто-дождевые (Ns). Осадки выпадают более интенсивно, видимость ухудшается, давление быстро падает, ветер усиливается, часто принимает порывистый характер. При пересечении фронта ветер резко поворачивает вправо, падение давления прекращается или замедляется. Осадки могут прекратиться, но обычно они лишь ослабевают и переходят в моросящие. Температура и влажность воздуха постепенно повышаются.

Холодным фронтом называется фронт, перемещающийся в сторону теплой воздушной массы. Холодный воздух наступает и оттесняет тёплый воздух. Как и при прохождении теплого фронта, на линии соприкосновения двух воздушных масс образуются облака. Но так как здесь более плотный и тяжелый холодный воздух оказывается внизу, а тёплый воздух вытесняется наверх, то для холодного фронта характерна другая облачность.

Осадки начинают выпадать у самой линии фронта и продолжаются после его прохождения. Ширина зоны зафронтальных осадков составляет 100–180 км. В теплое время года в передней части такого фронта создаются благоприятные условия для образования мощных кучево-дождевых облаков (Сb), из которых выпадают ливневые осадки, сопровождаемые грозами.

Холодный фронт второго рода движется быстро, и процессы в нем происходят более активно. Быстрое движение холодного воздуха приводит к интенсивному вытеснению предфронтального теплого воздуха и, как следствие, к мощному развитию кучевых облаков (Сu).

Кучево-дождевые облака на больших высотах обычно вытягиваются вперед на 100–250 км от линии фронта. Эта передняя часть облачной системы наблюдается в виде перисто-слоистых (Cs) и перисто-кучевых (Сс), а также чечевицеобразных высококучевых облаков (Ас). Давление перед приближающимся фронтом падает, но слабо, ветер поворачивает влево. Выпадает ливневый дождь.

После прохождения фронта давление быстро повышается, ветер резко поворачивает вправо и значительно усиливается, принимает характер штормового. Температура воздуха понижается иногда на 10 °C за 1–2 часа.

Самые сложные атмосферные условия формируются, когда холодный фронт, перемещаясь с большой скоростью, настигает теплый, в результате теплый воздух вытесняется вверх. Это называется фронт окклюзии. В образовании фронта окклюзии участвуют две холодные ВМ и одна теплая ВМ.

В этот период облачная система представляет собой сочетание облаков теплого и холодного фронтов. Осадки выпадают из слоисто-дождевых Ns и кучево-дождевых облаков Cb. Ветер перед теплым фронтом окклюзии усиливается, после прохождения ослабевает и поворачивает вправо. Перед холодным фронтом окклюзии ветер усиливается до штормового, после прохождения ослабевает и резко поворачивает вправо.

По мере вытеснения теплого воздуха в более высокие слои, фронт окклюзии постепенно размывается, вертикальная мощность облачной системы уменьшается, появляются безоблачные прослойки. Слоисто-дождевая Ns облачность постепенно переходит в слоистую St, высокослоистая As — в высококучевую Ac и перисто-слоистая Cs — в перисто-кучевую Cc. Осадки прекращаются.