Стадии развития циклонов и антициклонов.

Атмосферные возмущения внетропических широт — циклоны и антициклоны — возникают преимущественно на главных атмосферных фронтах, т. е. на фронтах между полярным (умеренным) и тропическим воздухом или между арктическим и полярным воздухом.

Лишь незначительная часть слаборазвитых и малоподвижных вихрей возникает под непосредственным тепловым воздействи­ем ПП.

64

Возникновение на поверхности главных фронтов огромных волн с длинами порядка 1000 км и более может привести к разрыву температуры и ветра на фронте, а отклоняющая сила вращения Земли, действующая на воздушные потоки, способствует зарождению мезомасштабных вихрей — циклонов и антицик­лонов. При этом фронтальная поверхность и линия фронта на поверхности Земли испытывают волнообразные деформации. На одних участках (в гребнях волн) фронт отклоняется к низким широтам, а на других (в долинах фрон­тальных волн) — к высоким широтам. Воздушные течения при этом теряют зональный характер и возникают языки холодного и теплого воздуха — участки холодного и теплого фронтов. В долинах фронтальных волн развиваются циклонические движения и давление падает — образуются циклоны. Централь­ные части циклонов располагаются непосредственно на фронте, и фронт, таким образом, проходит через внутренние области циклонов. В передней части цик­лона фронт смещается к высоким широтам и имеет характер теплого фронта. В тыловой части циклона фронт перемещается к низким широтам и имеет характер холодного фронта. В то же время оба они являются участками одного и того же главного фронта. Свойственные фронтам системы облаков и осадков возникают и развиваются на соответствующих участках бывшего малоподвижного стационарного фронта (рис. 28).

Холодный фронт в углубляющемся циклоне движется быстрее теплого. Ско­рость перемещения холодного фронта составляет около 0,8 скорости геострофи- ческого ветра, а теплого — не более 0,65 ее величины.

Рис. 28. Стадии развития внетропического циклона;

а — малоподвижный фронт на приземной карте погоды; б — волновые возмущения на малоподвижном фронте; в — образование циклона на стационарном малоподвижном фронте; г — молодой циклон

лый. В момент смыкания фронтов центральная часть циклона у земной поверх­ности заполняется холодным воздухом, а теплый воздух оттесняется в более высокие слои.

Это третья стадия развития циклона — стадия окклюзии. Стадия молодого циклона, длящаяся в среднем 12—24 ч, продолжается до тех пор, пока в центре циклона у земной поверхности остается теплый воздух.

Стадия окклюдирования циклона является стадией максимального развития: именно после начала ее скорость ветра в циклоне достигает максимального зна­чения. В это время у подстилающей поверхности в циклоне наблюдается наиболее низкое давление и циклон становится высоким холодным барическим образова­нием. В дальнейшем наступает последняя (четвертая) стадия развития циклона — стадия заполнения: атмосферное давление растет, скорость ветра уменьшается и возмущение постепенно затухает.

Рассмотренная схема развития внетропических циклонов явля­ется типичной, но не обязательной во всех случаях. Зарождение циклонов возможно не только на стационарных, но и на медленно перемещающихся холодных, а иногда и теплых фронтах. Кроме того, после начала окклюдирования не обязательно следует стадия заполнения циклона. Если после окклюзии в циклоне остается некоторая вторичная термическая асимметрия вследствие разнос­ти температур холодного воздуха перед и за фронтом окклюзии, то возможно продолжение углубления циклона и после окклюди­рования.

Наиболее глубокие внетропические (фронтальные) циклоны со штормовыми ветрами возникают в тех случаях, когда в процессе циклогенеза участвуют воздушные массы трех основных типов: тропического, полярного и арктического. Например, если центр молодого циклона, зародившегося на полярном фронте, оказывает­ся вблизи арктического фронта, то арктический воздух входит в область циклона и усиливает его термический контраст. В этом случае циклоны характеризуются особенной глубиной, большими барическими градиентами и соответствующими скоростями ветра. Такие циклоны чаще всего зарождаются в осенне-зимний период над Северной Атлантикой.

С процессом циклогенеза тесно связан и механизм развития антициклонов. По существу это единый процесс, связанный с длинными волнами на стационарном фронте.

Антициклоны зарождаются в гребнях сверхдлинных атмосфер­ных волн на малоподвижном фронте. Анализ синоптических ситуа­ций показывает, что промежуточные антициклоны зарождаются в холодной воздушной массе за холодным фронтом последнего в се­рии циклона. В центральных частях антициклонов атмосферные фронты проходить не могут, хотя некоторая температурная асим­метрия в них сохраняется. На перифериях антициклонов могут проходить линии атмосферных фронтов.

Антициклоны в процессе своего развития проходят три ста­дии: зарождения, максимального развития и разрушения. На пер- 66

Рис. 29. Стадии развития антициклона:

а — стадия зарождения; б — стадия максимального развития

вой стадии своего развития антициклоны являются низкими бари­ческими образованиями в виде гребней без замкнутых изобар. Адвективный рост давления обусловливается поступлением холод­ного воздуха впереди оси гребня (рис. 29, а). В стадии мак­симального развития антициклоны имеют несколько замкнутых изобар (рис.

Заключительная стадия антициклонов (стадия разрушения) характеризуется термической симметрией: антициклон становит­ся высоким барическим образованием.

Антициклоны занимают огромные площади материков или оке­анов (3000—4000 км в диаметре). Особенно мощные антициклоны формируются зимой над материками, а летом — в субтропичес­ких районах Тихого и Атлантического океанов. В большинстве случаев давление в центре антициклона над поверхностью сос­тавляет 1020—1030 гПа. Центральные области антициклонов ха­рактеризуются небольшими градиентами давления. К периферии градиенты возрастают и, следовательно, растут скорости ветра. Наибольшие скорости ветра чаще всего наблюдаются в северо- восточной и восточной перифериях антициклонов, наименьшие — в западной.

Антициклоны перемещаются в основном с запада на восток с меньшими, чем у циклонов, скоростями. Средние скорости дви­жения антициклонов составляют 25—30 км/ч, но могут достигать и больших значений (50—80 км/ч). С развитием антициклонов скорости перемещения их падают, и они становятся малопод­вижными барическими образованиями. Повторяемость антицикло­нов в теплую половину года над океанами больше, чем в холодную.

з^:

67

Рассмотренные схемы зарождения и развития циклонов и антициклонов отражают лишь главные их черты. В реальных условиях могут быть значи­тельные отклонения от этих схем. Необязательно циклон проходит все четыре стадии развития. Начальная стадия его — стадия фронтальной волны — может иметь место на медленно перемещающихся холодных, а иногда и теплых фрон­тах. Вследствие вторичной термической асимметрии отличия могут быть и в последней стадии развития циклона, когда циклон может углубляться и после окклюзии вследствие разницы температур холодного воздуха перед и за фронтом окклюзии. Особенно часто это происходит в тех случаях, когда холодный воздух в тылу циклона теплее, чем в передней части его.

Углубление циклонов (нередко до 950—960 гПа) за счет вторичной терми­ческой асимметрии приводит к увеличению длительности жизни циклона.

Особенно глубокие циклоны со штормовыми ветрами зарож­даются в тех случаях, когда в процессе циклонообразования участвуют воздушные массы трех основных типов: ТВ, ПВ (УВ) и АВ. Такие циклоны чаще всего зарождаются в холодное время над Северной Атлантикой и северо-восточной частью Тихого океана.