&2 Основные синоптические объекты и метеорологические условия полетов в них

Анализ приземных карт погоды позволяет достаточно легко выявить крупномасштабные объекты, в которых наблюдаются различные метеорологические условия. Такие объекты называются синоптическими. К основным синоптическим объектам относятся воздушные массы, атмосферные фронты и барические системы.

Воздушные массы

Воздушные массы - это большие объемы воздуха в тро­посфере, соизмеримые с отдельными частями материков и океанов и характеризующиеся относительно однородным рас­пределением значений основных метеорологических элементов.

Воздушные массы классифицируются по своему термоди­намическому состоянию и географическому положению очага формирования.

Наиболее важной для летного состава является термо­динамическая классификация воздушных масс, согласно ко­торой они подразделяются на устойчивые и неустойчивые.

Устойчивой называется такая воздушная масса, в которой нет условий для развития вертикальных движений воздуха. Она отличается небольшими значениями вертикального градиента температуры в нижних слоях атмос­феры. В ней часто образуются слои инверсии и изотермии. Устойчивыми обычно являются теплые воздушные массы. Свою устойчивость они приобретают в двух случаях. Во-первых, если воздух малоподвижен, а земля под ним охлаждается (радиационный процесс). Такие условия возникают в областях высокого давления в ночные часы и в холодный период года. Во-вторых, если теплый воздух движется над холодной подстилающей поверхностью (адвективный процесс).

В устойчивых воздушных массах в холодный период года образуются обширные поля слоистых и слоисто-кучевых облаков, дымок и туманов, особенно при значительной влажности воздуха (табл. 5).

В теплое время года для устойчивой воздушной массы в дневные часы характерна малооблачная погода. Ночью и утром при значительной влажности образуются дымки, туманы, низкая слоистая облачность, которые рассеиваются через I-2 ч после восхода солнца.

Таким образом, в устойчивой воздушной массе в холодный период года и в утренние часы в теплый период года обычно наблюдаются сложные метеорологические условия. Иногда эти условия ниже минимумов погоды летчиков и не позволяют выполнять взлет и посадку. В дневные часы в теплый период года обычно преобладают простые метеорологические условия. Имеются отличия метеорологических условий устойчивых воздушных масс радиационного и адвекти­вного процессов. При радиационном процессе метеорологичес­кие условия подвержены суточному ходу, определяемому изменениями температуры, влажности и других метеорологичес­ких элементов. При адвективном процессе, особенно в холод­ное время года, суточный ход метеорологических элементов незначителен, поэтому сложные метеорологические условия могут сохраняться большее время без существенного улучшения. Кроме того, сложные метеорологические условия при адвектив­ном процессе могут закрыть район аэродрома и полетов в любое время суток. Необходимо иметь в виду, что в устойчи­вых воздушных массах наиболее сложные метеорологические условия наблюдаются в самом нижнем слое атмосферы высотой до, 1000-1500 м.

Неустойчивой называется такая воздушная масса, в которой имеются благоприятные условия для раз­вития вертикальных движений воздуха. Неустойчивыми обычно являются холодные воздушные массы. Неустойчивость они приобретают в двух случаях: когда воздух летом в дневные часы малоподвижен, а земля под ним прогревается (инсоляционный процесс), и когда холодный воздух перемещается над теплой подстилающей поверхностью (адвективный процесс).

В неустойчивой воздушной массе, особенно в теплый период года, образуются мощные кучевые и кучево-дождевые облака большой вертикальной мощности с ливневыми осадками и грозами (табл. 6).

Над сушей неустойчивость воздушной массы в теплое время года чаще проявляется днем в послеполуденные часы, а над морем-ночью. В холодный период года неустойчивость воздушной массы проявляется значительно слабее. Развитие мощных кучевых и кучево-дождевых облаков, выпадение ливне­вых осадков, обычно в виде снежных зарядов, более типично для акваторий океанов и морских побережий и в меньшей степени для внутренних континентальных областей.

Таким образом, в неустойчивой воздушной массе, особен­но в дневные часы в теплый период года, наблюдаются опасные явления погоды. Отличия в метеорологических услови­ях неустойчивых воздушных масс инсоляционного и адвективного процессов состоят в следующем. Опасные явления погоды неустойчивой воздушной массы инсоляционного процесса имеют хорошо выраженный суточный ход с максимальным развитием грозовой деятельности в середине дня и затуханием ее в вечерние и ночные часы, характеризуются большей продол­жительностью и вертикальной мощностью облачности по сравнению с неустойчивой воздушной массой адвективного про­кипев.

В каждом конкретном случае метеорологические условия В различных воздушных массах определяются их влагосодержанием, географическим районом, временем года и суток.

Атмосферные фронты

Атмосферный фронт - это переходная зона между воздушными массами, имеющими различные физические свойства. В этих зонах наблюдается резкое изменение температуры, давления, влажности, направления и скорости ветра.

Атмосферные фронты, разделяющие основные географические типы воздушных масс, называются главными. Кроме того, в топосфере различаютi вторичные фронты, которые возника­ют внутри одной и той е неустойчивой воздушной массы с большими контрастами температуры. Эти фронты имеют неболь­шую горизонтальную и вертикальную протяженность. Главные хе фронты имеют большую горизонтальную и вертикальную протяженность и прослеживаются во всей тропосфере.

Различные участки главных фронтов в зависимости от направления движения подразделяются на теплые и холодные фронты.

Теплые фронты - участки главны фронтов, перемещающиеся в сторону холодной воздушной массы. При этом теплый воздух, притекающий к фронту, имеет большую скорость, чем отступающий холодный воздух. Следовательно, облачная система теплого фронт (рис.10,а) образуется за счет медленного, упорядоченного подъема теплого воздуха по клину холодного.

Метеорологические условия зоне теплого фронта определяет мощная система слоистообразной облачности всех усов с обложным осадками, ширина которых может дости­гать 300-400 км. При этом более мощная облачность наблю­дается у приземной линии фронта и на его участке, расположенном вблизи центра циклона. По мере удаления вдоль фронта от центра циклона на периферию и в направлении холод­ного воздуха вертикальная мощность облачности уменьшается.

Полеты в зоне теплого фронта осложняются: большой горизонтальной и вертикальной протяженностью облачности, малой высотой ее нижней границы; ограниченной видимостью в зоне обложных осадков; обледенением самолетов и вертолетов в осадках в облаках в диапазоне температур от 0 до -20°,

особенно опасным в переохлажденном дожде шириной 100-200км перед линией фронта; атмосферной электризацией самолето при полете в слоисто-дождевых и высокослоистых облаках.

Летом на теплых фронтах ночью иногда образуются кучево-дождевые облака с ливневыми осадками и грозами (рис. 10,6). В этом случае полет в облаках теплого фронта опасен, так как возможно неожиданное попадание в кучево- дождевые облака, замаскированные слоисто-дождевыми.

Средняя скорость перемещения теплых фронтов составляв 25-35 км/ч.

Холодные фронты - участки главного фронта, перемещающиеся в сторону теплой воздушной массы. При этом холодный воздух, притекающий к фронту, движется быстрее, чем теплый, отступающий перед фронтом.

В зависимости от скорости перемещения, а также метео­рологических условий в зоне фронта различают холодные фронты 1-го и 2-го рода.

Холодный фронт 1-го рода - медленно движущийся фронт (скорость его не превышает 45 км/ч). Облачная система фронта образуется за счет медленного подъема теплого воздуха по клину холодного воздуха. Поэтому она располага­ется в основном за линией фронта и напоминает зеркальное отражение системы облаков теплого фронта (рис.II,а), но имеет несколько меньшие горизонтальную и вертикальную протяженность. Перистые и перисто-слоистые облака часто отсутствуют.

Условия полетов в облачной системе этого фронта ана­логичны условиям, которые наблюдаются на теплом фронте. Однако из-за меньших пространственных размеров облачного массива затрачивается меньше времени на его пробивание. Ширина зоны обложных осадков составляет 150-200 км. Темпе­ратура в облаках обычно ниже, чем на теплом фронте, поэтов му обледенение из-за меньшей влажности облаков менее интенсивно. Зона выпадения переохлажденных осадков несколько меньше, чем на теплом фронте. В холодное время год -| чаются случаи, когда возникают зоны интенсивной электризации, в которых напряженность электрического поля имеет такую величину, что пролет через нее самолета вызывает paзряд атмосферного электричества. Разряд, как правило, происходит через самолет.

В теплое время года вблизи фронта развиваются кучево- дождевые облака с ливневыми осадками и грозами, которые необходимо обходить в полете (рис.11,6Ь

Холодный фронт 2-го рода - это быстродвижущийся фронт (скорость его обычно больше 45 кмуч). В нижней его части вблизи фронтальной поверхности (от земли до 1,5-2 км) происходит интенсивное вытеснение теплого воздуха, при неустойчивом состоянии которого образуется зона кучево- дождевой облачности с верхней границей до 8-10 км и более (рис 12).

Зимой вблизи линии холодного фронта 2-го рода образуются кучево-дождевые облака, Еер^няя граница которых не превышает 4-5 км. При этом наблюдаются сильные снего­пады с резким ухудшением видимости. Полеты в зонё холод­ного фронта 2-го рода очень затруднительны и опасны, так ка кучево-дождевые облака располагаются вдоль фронта на не­сколько сотен километров сплошной грядой, ширина которой может достигать 50-150 км. Из облаков по обе стороны от линии фронта выпадают интенсивные ливневые осадки. В летнее время на фронте обычно наблюдаются грозы, шквалы, а иногда и смерчи, в облаках и вблизи них сильная болтанка, а в зоне отрицательных температур-интенсивное обледенение. В холодном воздухе за фронтом развивается кучевая и мощная кучевая облачность, переходящая в дальнейшем в кучево-дождевую. Образование узкой зоны кучево-дождевых облаков связано с вторичными холодными фронтами, которые характеризуются кратковременными интенсивными ливневыми осадками в виде зарядов.

Фронты окклюзии - сложные фронты, обра­зованные в результате смыкания теплого и холодного фронтов, которые имеют различные скорости перемещения. При этом холодный фронт, имеющий большую скорость, в некоторый мо­мент догоняет теплый, и происходит их слияние.

В системе фронта окклюзии взаимодействуют три воздуш­ные массы, из которых теплая вытесняется вверх и не взаимо­действует с поверхностью земли. В зависимости от темпера­туры холодного воздуха перед фронтом и за ним различают теплые и холодные фронты окклюзии.

Система облаков и осадков теплого фронта окклюзии близка к системе теплого фронта, особенно в холодное время года. В теплое время года на холодном участке фронта об­разуются кучево-дождевые облака (рис.13).

Холодные фронты окклюзии типичны для теплого полуго­дия и их облачная система имеет сходство с облачными сис­темами холодных фронтов (рис.14).

При анализе и оценке метеорологических условий в зо­нах атмосферных фронтов необходимо иметь в виду то, что в каждом конкретном случае они зависят of типа фронта, его расстояния от центра циклона, времени года и суток, кон­кретного географического района. При этом метеорологичес­кие условия могут значительно отличаться от рассмотренных выше классических схем атмосферных фронтов.

Барические системы

Барическими системами называются крупномасштабные области с определенным распределением атмосферного давле­ния и характерной системой ветров. Они хорошо выявляются на приземных картах погоды при проведении изобар,

В зависимости от конфигурации изобар и характера ветра различают следующие виды барических систем: циклоны, ложбины, антициклоны, гребни и седловины.

ЦИКЛОНЫ - области пониженного давления, очер­ченные замкнутыми изобарами, с минимальным давлением в центре. В циклоне воздух перемещается против часовой стрелки, отклоняясь от направления изобар к центру циклона. В связи с этим в циклоне воздух притекает к центру, что приводит к появлению восходящих движений и является основ­ным породообразующим фактором.

В умеренных широтах большинство циклонов образуется на малоподвижных главных фронтах. В своем развитии циклоны проходят четыре стадии: волны, молодого циклона, максимального развития и заполнения. На одном и том же фронте может последовательно возникнуть несколько следующих один за другим циклонов (серия циклонов). Циклоны перемещаются вдоль фронта, а сам фронт постепенно оттесняется холодным воздухом на юг. Траектория перемещения каждого последующе го циклона в серии располагается южнее траектории предыдущего циклона. При этом циклоны в серии находятся на последовательных стадиях развития: первый может находиться в стадии заполнения, а последний - в стадии волны (рис.15). Между отдельными циклонами серии наблюдаются области по­вышенного давления (гребни), а замыкает серию обычно обширный заключительный антициклон.

Метеорологические условия в циклоне зависят от ста­дии его развития, а также определяются рядом других факторов. В развитом циклоне они отличаются большим разнообразием. В соответствии с однородностью погоды площадь циклона можно условно разделить на 4 части: центральную, переднюю, тыловую и теплый сектор (рис. 16). Метеорологические условия в циклоне показаны на рис. 17.

В центральной части циклона диаметром 800-1000 км наблюдаются самые сложные метеорологические условия. Здесь наблюдается низкая облачность большой вертикальной мощ­ности. Верхняя граница облаков может достигать тропопау­зы. Из облаков выпадают осадки, сильно ухудшающие види­мость. Летом в центральной части циклона образуются кучево-дождевые облака с ливнями и грозами. Сложные метеорологические условия в этой части циклона обусловлены нали чием теплого и холодного фронтов, а при максимальном развитии циклона и фронта-окклюзии.

Метеорологические условия в передней части обуслов­лены влиянием теплого фронта.

В тыловой части циклона метеорологические условия определяются холодным фронтом и вторичными фронтами.

В теплом секторе циклона погода обусловлена теплой воздушной массой, обычно находящейся в устойчивом состоянии и имеющей внутримассовый характер.

Ложбины - области, ограниченные вытянутыми от центра циклона к его периферии изобарами. Погода в ложбинах носит циклонический характер: чаще всего она облачная, сопровождающаяся осадками. При этом облачность обычно фронтальная. В теплое время года в ложбине при от­сутствии выраженного фронта утром наблюдается малооблачная погода, а днем развивается грозовая деятельность.

Рис 17. Метеорологические условия в циклоне: а- карта погоды, б –вертикальный разрез

Антициклоны - области повышенного давления, очерченное замкнутыми изобарами, с максимальным давлением и центре. В антициклоне воздух перемещается вокруг центра ПО часовой стрелке, отклоняясь от направления изобар к пе­риферии. Следовательно, воздух оттекает от центра анти­циклона на его периферию. За счет этого в центральной части антициклона возникают нисходящие движения воздуха, что и определяет погодные условия в нем.

В своем развитии антициклоны проходят три стадии: молодой антициклон, максимально развитый антициклон и разрушающийся антициклон.

В центральных частях антициклонов при незначительном влагосодержании воздушной массы в течение долгого времени может наблюдаться безоблачная или малооблачная погода. При достаточном влагосодержании ночью и утром образуются

радиационные туманы. В дневные часы летом при сильном прогреве развивается кучевая облачность небольшой вертикальной мощности, так как ее распространению вверх препятствует слой инверсии и нисходящие движения воздуха. Если антициклон формируется во влажной воздушной массе (обычно в начале осени над Атлантикой), то для него характерна сплошная подынверсионная слоисто-кучевая облачность небольшой вертикальной мощности. Зимой для антициклона характерна малооблачная погода с радиационными туманами, которые могут сохраняться длительное время.

Гребни - области, ограниченные вытянутыми от антициклона к его периферии изобарами. Метеорологические условия в гребнях аналогичны антициклоническим.

Седловины - это области, заключенные между двумя лежащими циклонами и двумя антициклонами. Метеорологические условия б седловинах могут иметь как циклонический_>так и антициклонический характер. При достаточном влагосодержании летом в дневное время за счет интенсивного прогрева в седловине развиваются внутримассовые кучиво-дождевые облака с ливнями и грозами, а ночью как в теплое, так и в холодное время образуются радиационные туманы. Ветер в седловине обычно слабый. При малой влажности в седловине преобладает малооблачная погода.