Мы продолжаем серию научно-познавательных постов на тему "ПОЧЕМУ ПОГОДА УМЕРЕННЫХ ШИРОТ ТАКАЯ ПЕРЕМЕНЧИВАЯ?"

В пяти предыдущих постах мы рассказали Вам об атмосферном давлении и атмосферных фронтах (теплых, холодных и фронтах окклюзии). Эти посты можно легко найти, кликнув на любой из тэгов # в самом начале нынешней статьи. Сегодня мы расскажем чуть более подробно о СТАДИЯХ РАЗВИТИЯ ЦИКЛОНОВ, о сериях циклонов и о процессах, приводящих к их регенерации. Мы не планируем, углубляясь в науку, использовать нагромождение формул и схем в наших постах. Мы постараемся на пальцах объяснить принцип круглосуточной "работы" нашей атмосферы.

Как было уже рассказано ранее, граница раздела между холодным воздухом высоких широт и относительно теплым воздухом более низких широт называется атмосферным фронтом. С небольшими разрывами фронты опоясывает всю планету. Именно на фронтах и зарождаются циклоны наших умеренных широт.

Для циклонов умеренных широт выделяют 4 стадии их развития:

1) Стадия возникновения (стадия волны) - 1 фото "а" - схема, 4 и 7 фото - спутник.

2) Стадия углубления (стадия молодого циклона) - 1 фото "б" - схема.

3) Стадия максимального развития - 1 фото "в" - схема, 8 фото - спутник.

4) Стадия заполнения - 1 фото "г" - схема, 5 и 9 фото - спутник.

О каждой стадии мы поговорим чуть подробнее.

1) Стадия наблюдается от начала появления признаков возникновения замкнутой циклонической циркуляции до первой замкнутой изобары (линии равного атмосферного давления).

Продолжительность стадии обычно менее 12 часов.

Формированию (зарождению) депрессий способствует большая разность температур между теплыми и холодными массами воздуха по разные стороны фронта. В наших широтах, как известно, преобладает западный перенос воздушных масс. Для формирования циклона необходимо, чтобы теплый воздух двигался на восток с большей скоростью, чем холодный воздух. Как правило, такие депрессии начинаются как маленькие волновые возмущения на фронтальной поверхности (1 фото "а"). Как только появляется волна, теплый воздух устремляется к северу, а холодный, наоборот, к югу. При возникновении волны на фронте в передней ее части (по направлению движения) фронт приобретает характер теплого, а в тыловой - характер холодного фронта. Если волна неустойчива, она в дальнейшем развивается в полноценный циклон. Это связано с образованием области пониженного давления и начавшимся циклоническим завихрением воздушного потока. Благодаря сравнительно небольшому волнообразному возмущению фронта эта стадия развития циклона получила название стадии волны. При образовании волнового возмущения облачная полоса, соответствующая фронту, расширяется на участке фронта протяженностью в несколько сотен километров.

Погода в области волны определяется наличием в этой области теплого и холодного фронтов. В зоне теплого фронта образуется слоисто-дождевая облачность (Ns) большой вертикальной мощности. Верхняя граница облаков достигает 6-8 км, а в ряде случаев может располагается еще выше. Перед теплым фронтом широкой полосой выпадают обложные осадки (летом при развитии кучево-дождевых облаков (Cb) нередки ливневые осадки), сильно ухудшающие видимость. Холодный фронт в области волны в большинстве случаев является холодным фронтом 2-го рода с типичной для этого фронта системой облачности и осадков, описанных в одной из предыдущих статей. Отличительной чертой волновой стадии является то, что такой характер погоды наблюдается на сравнительно небольшом участке первоначально стационарного (малоподвижного) фронта.

2) Стадия наблюдается от момента появления первой замкнутой изобары на приземной синоптической карте до момента прекращения интенсивного углубления (понижения давления в центре циклона).

Продолжительность стадии приблизительно 2 суток.

Теплый фронт все более продвигается в сторону холодной воздушной массы, а холодный фронт продолжает смещаться в сторону теплой. Именно поэтому в нижних слоях тропосферы в передней части циклона наблюдается гребень тепла, а в тыловой части - ложбина холода.

Циклоническая циркуляция в области молодого циклона выражена очень хорошо: в его центральной части имеется несколько (2-3, как минимум) замкнутых изобар (линий равного атмосферного давления). На этой стадии в системе циклона отмечаются наибольшие скорости ветра, а облачный массив приобретает вихревую структуру (1 фото "б")

В молодом циклоне можно выделить 4 зоны резко отличающиеся по условиям погоды.

Зона 1 - передняя часть циклона (область перед тёплым фронтом). В этой зоне характер погоды определяется свойствами тёплого фронта. Чем ближе к центру циклона и к линии фронта, тем мощнее система облаков и тем вероятнее выпадение обложных осадков.

Зона 2 - тыловая часть циклона (за холодным фронтом). Здесь погода определяется свойствами холодной воздушной массы. При достаточной влажности и значительной неустойчивости в этой зоне выпадают ливневые осадки.

Зона 3 - тёплый сектор (между теплым и холодным фронтом). Зимой в теплом секторе молодого циклона отмечаются сплошные поля слоистообразной облачности нижнего яруса (St, Sc или по другому инверсионная облачность), иногда с адвективными туманами и моросью. Летом в теплом секторе циклона в зависимости от влажности воздушной массы может наблюдаться как малооблачная, так и облачная погода. Иногда, при наличии линий неустойчивости, даже грозы.

Зона 4 - северная периферия (область между передней и тыловой частью циклона). Как правило, в этой области циклона наблюдается преимущественно сухая и относительно холодная погода. Летом могут наблюдаться поля облачности верхнего, иногда среднего яруса. Зимой они могут быть прикрыты низкой инверсионной облачностью.

3) На этом этапе развития циклона давление в его центре изменяется незначительно, начинается процесс окклюдирования.

Циклон у поверхности Земли достигает наибольшей глубины (минимального атмосферного давления в центре), после чего начинается его заполнение (рост давления в центре). Длительность стадии от 12 часов до суток.

На стадии максимального развития в центральной части циклона происходит смыкание облачных спиралей, связанных с теплым и холодным фронтами, в единую спираль с мощной облачной системой, закручивающуюся к центру высотного циклона (1 фото "в").

Приземное поле давления в циклоне характеризуется большим числом замкнутых изобар и значительными градиентами давления (изменением давления в данном случае на единицу расстояния). Только-только начинается смыкание тёплого и холодного фронтов - так называемое окклюдирование циклона. Тёплый сектор циклона продолжает уменьшаться.

4) Стадия наблюдается от момента начала роста давления в центре циклона до исчезновения замкнутой циклонической циркуляции у земной поверхности. Последняя стадия длится обычно 2-3 суток и более.

Процесс окклюдирования циклона приводят к тому, что циклон, становясь высотным образованием, заполняется холодным воздухом, контраст температур исчезает и циклон потихоньку прекращает свое существование (1 фото "г"). Будучи высотным, он определяет направление движения воздуха в значительной толще тропосферы, а иногда и в нижней части стратосферы.

В начальной стадии окклюдирования, когда процесс окклюдирования только начался, вертикальная мощность облаков в центральной части циклона еще очень большая. Причем наибольшая мощность облаков наблюдается у точки окклюзии, где смыкаются три фронта: теплый, холодный и фронт окклюзии. По мере дальнейшего окклюдирования циклона главные фронты постепенно оттесняются на его периферию и в конце концов в окклюдированном циклоне остаются фронт окклюзии и при неоднородности холодного воздуха, так называемые, вторичные фронты.

Серии циклонов.

Как мы написали в начале нынешней статьи, с небольшими разрывами фронты опоясывает всю планету. Зачастую на холодном фронте может образоваться еще один волнообразный изгиб, который, в свою очередь, со временем приводит к формированию второго, полноценного циклона, именуемого частным или вторичным (2 фото - схема, 10 фото - спутник). Все циклоны находятся в разных стадиях развития. Серия частных циклонов постепенно вытесняет холодный фронт все дальше и дальше на юг. Когда первый циклон окклюдируется, последний может только-только зарождаться. Циклоны обычно разделены гребнями высокого давления, которые обеспечивают краткие периоды ясной погоды между продолжительными осадками. Завершает это семейство циклонов антициклон, сформированный в холодном тыловом воздухе.

Регенерация циклонов.

Иногда начавшееся заполнение циклона сменяется новым его углублением. Более широко под регенерацией понимается резкое понижение давления в его центре после активного роста. Регенерация циклона происходит:

- при вхождении в систему существующего циклона новой фронтальной волны или молодого вихря;

- при развитии вблизи центра существующего циклона нового центра с последующим их слиянием или при быстром заполнении старого.

И в первом и во втором случаях обязательным является вторжение в тыл циклона новой порции холодного воздуха. В некоторых случаях процессы регенерации происходят неоднократно, что поддерживает длительное существование обширных малоподвижных циклонов, которые надолго нарушают западный перенос. Их называют малоподвижными или блокирующими.

После регенерации циклон проходит такой же путь развития, как и вновь возникшее барическое образование, но на фоне более низкого давления. Регенерировавший окклюдированный циклон имеет внешние признаки молодого циклона, т.к. в нем есть теплый сектор с характерными для него условиями погоды.

Выводы:

1) Циклоны образуются на атмосферных фронтах в результате возникновения на нем волны, а затем теплого сектора с теплой и холодной ветвями фронта. Через несколько дней теплый и холодный фронты сливаются, а центр циклона оказывается вытесненным к северу. Теперь он находится в относительно однородной холодной массе. Не имея энергии для поддержки своего существования, циклон заполняется исчезает. На это уходит около недели.

2) Циклоны зачастую следуют друг за другом серией. Каждый следующий циклон находится южнее предыдущего. Первым в серии идет наиболее старый, находящийся в стадии окклюдирования. Завершает серию циклон в стадии зарождения. Они передвигаются к востоку или северо-востоку (юго-востоку в южном полушарии) и постепенно заполняются.

Пояснения к фото:

1 фото - Стадии развития циклонов.

ХВ / ТВ - холодный воздух / теплый воздух;

Н - условный центр циклона;

Красная кривая - теплый фронт;

Голубая кривая - холодный фронт;

Коричневая кривая - фронт окклюзии;

Стрелки показывают направление перемещения масс воздуха.

2 фото - формирование частного / вторичного циклона на холодном фронте.

3-5 фото - этапы развития фронтального циклона с центром недалеко от западного побережья Португалии 24-27 ноября 2020 года.

24 ноября, около полудня (3 фото) - приближение холодного фронта с Атлантики;

25 ноября, около полудня (4 фото) - формирование волнового циклона на холодном фронте;

26 ноября, около полудня (5 фото) - окклюдирование циклона (между сроками было пройдено сразу 2 стадии развития циклона: молодого циклона и максимального развития);

6-9 фото - этапы развития фронтального циклона над центральной Атлантикой 12-15 сентября 2020 года.

12 сентября, около полудня (6 фото) - холодный фронт над центральной Атлантикой;

13 сентября, около полудня (7 фото) - формирование волнового циклона на холодном фронте;

14 сентября, около полудня (8 фото) - циклон на стадии, близкой к максимальному развитию;

15 сентября, около полудня (9 фото) - окклюдировавшийся циклон.

10 фото - серия циклонов на полярном фронте 9 ноября 2020 года.

В следующих подобных постах мы перейдем к разбору антициклонов.

В статье частично была использована информация с сайтов:

- https://studfile.net/preview/5648131/page:24/

-https://studbooks.net/2447465/tehnika/obschaya_tsirkulyatsiya_atmosfery_razvitie_tsiklonov_i_antitsiklonov_stadii_razvitiya_tsiklonov_i_usloviya_poleta

- https://worldview.earthdata.nasa.gov/

Источник: vk.com