Атмосферные фронты как объект синоптического масштаба
Неравномерное нагревание земной поверхности и нижних слоев атмосферы является причиной возникновения горизонтальных градиентов температуры. Особенно большие горизонтальные градиенты температуры воздуха создаются между высокими и низкими широтами. Вследствие горизонтального переноса тёплые и холодные воздушные массы могут сближаться друг с другом или, наоборот, удаляться друг от друга.
При сближении воздушных масс, имеющих различные характеристики, в зоне между ними увеличиваются горизонтальные градиенты температуры воздуха, влажности, давления, возрастает скорость ветра. Наоборот, при удалении воздушных масс друг от друга градиенты метеорологических величин и скорости ветра уменьшаются. Переходные зоны в тропосфере, в которых происходит сближение воздушных масс с различными характеристиками, называются фронтальными зонами.
В горизонтальном направлении протяжённость фронтов, как и воздушных масс, имеет тысячи километров, по вертикали - около 5 км, ширина фронтальной зоны у поверхности Земли - порядка сотни километров, на высотах - несколько сотен километров. Фронтальные зоны характеризуются значительными изменениями температуры воздуха и влажности, направлений ветра вдоль горизонтальной поверхности, как на уровне Земли, так и выше.
Проекция фронтальной поверхности на приземную синоптическую карту называется атмосферным фронтом, на карты барической топографии - высотной фронтальной зоной (ВФЗ).
Quot;Фронтальная поверхность" - это поверхность или зона перехода, разделяющая воздушные массы с различными свойствами, в том числе, различной плотностью воздуха. Непрерывность давления накладывает определённые условия на пространственную ориентацию фронтальной поверхности. При отсутствии движения любой разрыв в поле плотностей (или зона быстрого перехода из одной воздушной массы в другую) должен быть горизонтальным. При наличии движения поверхность перехода становится наклонной, при этом более плотный воздух (холодный) образует клин под менее плотным (тёплым), а тёплый воздух совершает восходящее скольжение вдоль этого клина.
Толщина фронтальной поверхности по вертикали очень мала - несколько сотен метров, это гораздо меньше, чем ширина воздушных масс, которые она разделяет. В пределах тропосферы одна воздушная масса перекрывает другую. Ширина зоны фронта на картах погоды составляет несколько десятков километров, но при анализе синоптических карт фронт проводят в виде одной линии. Лишь на вертикальных разрезах атмосферы крупного масштаба удается выявить верхнюю и нижнюю границы переходного слоя.
Как уже говорилось, фронтальные разделы очень хорошо обнаруживаются на картах АТ-850 - здесь ярче, чем в приземном слое, выражены контрасты температуры. Что касается вышележащих уровней, то здесь фронты прослеживаются недостаточно выражено. Только некоторые, особо резкие фронты удается обнаружить на картах АТ700 и АТ500. Некоторую помощь при проведении фронтов оказывает карта ОТ500/1000, показывающая расположение и интенсивность наиболее значительных тропосферных очагов тепла и холода, между которыми обычно располагаются фронтальные разделы (в то время как размывающиеся или вновь формирующиеся фронты на этой карте могут быть незаметны).
На приземной карте погоды имеется богатая информация метеорологических станций, позволяющая уточнить положение фронтальных разделов по всему комплексу погодообразующих элементов. В поле температуры и ветра фронты наиболее чётко выражены у поверхности Земли в системе развивающихся циклонов и барических ложбин. Этому способствует сходимость воздушных течений у поверхности Земли (конвергенция), вследствие которой в зоне фронта встречаются массы воздуха с различными характеристиками, в том числе, с различной температурой. В системе антициклонов и гребней фронты в приземном слое размываются, что обусловливается расходимостью воздушных течений (дивергенцией).