Общая циркуляция атмосферы. Развитие циклонов и антициклонов. Стадии развития циклонов и условия полета

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

Факультет «Аэрокосмический»

«ОБЩАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ АТМОСФЕРЫ. РАЗВИТИЕ ЦИКЛОНОВ И АНТИЦИКЛОНОВ. СТАДИИ РАЗВИТИЯ ЦИКЛОНОВ И УСЛОВИЯ ПОЛЕТА»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Выполнение летной работы и обеспечение безопасности полетов в коммерческой авиации в соответствии с требованиями воздушного законодательства. Метеорологическое обеспечение полетов коммерческой, гражданской авиации»

Руководитель:

Ермолаева Т.В.

Выполнил:

Студент группы АК-118

Колотвин С. Г.

Челябинск 2014 год



Содержание

1. Введение

2. Общая циркуляция атмосферы

3. Циклоны и антициклоны

4. Описание развития циклонов и антициклонов

5. Стадии развития циклонов

5.1 Начальная стадия циклона (стадия волны)

5.2 Стадия молодого циклона

5.3 Стадия максимального развития циклона

5.4 Стадия заполнения (окклюдирования) циклона

6. Условия полета в циклонах

7. Заключение

8. Список используемой литературы



Введение

В связи с тем, что функционирование любого вида транспорта зависит от погодных условий, которые могут варьироваться от благоприятных до угрожающих безопасности, можно с уверенностью утверждать, что эффективность деятельности авиации в огромной степени зависит от погодных условий. Погодные условия в равной степени влияют на деятельность международного и небольшого местного аэропорта. Метеорологические условия могут в значительной мере влиять на безопасность, эффективность и регулярность полетов по маршруту.

Решение этих задач зависит от непрерывного, своевременного и надежного обеспечения метеорологической информацией командного, летного и диспетчерского состава, которые осуществляют организацию, планирование, выполнение полетов и управление воздушным движением.

Метеорологическое обеспечение международных полетов осуществляется национальными полномочными метеорологическими органами в соответствии с положениями, указанными в Приложении 3 к Чикагской конвенции ИКАО, и Техническим регламентом Всемирной метеорологической организации (ВМО) после подписания региональных соглашений по аэронавигации компетентными органами.

С 1968г у нас на международных трассах действуют Правила полета и процедуры по руководству воздушным движением и метеорологическому обслуживанию полетов, принятые ИКАО. В это же время было введено в действие Приложение 3 к Чикагской конвенции ИКАО.

В связи с сильной зависимостью человеческой деятельности от изменений погоды в течение последнего столетия практически во всех странах возникла национальная служба погоды, которая занимается наблюдением и изучение изменений погоды и составлением синоптических карт, сводок погоды и пр.

Смена дня и ночи, сезонов года вносит в погоду достаточно простые и регулярные изменения в виде суточного и годового хода метеорологических элементов. Но резкие и нерегулярные изменения, гораздо более характерные для погоды, являются результатом смены воздушных масс, прохождения разделяющих их фронтов, перемещения и эволюции циклонов и антициклонов. В отдельных широтах большее значение имеют не междусуточные изменения погоды, а долгосрочные ее проявления, такие как засуха, наводнения и т.д. Непрерывно происходящие изменения в состоянии погоды связаны в первую очередь с процессами общей циркуляции атмосферы.



Общая циркуляция атмосферы

Общей циркуляцией атмосферы называют совокупность воздушных течений большого масштаба, соизмеримых с большими частями материков и океанов. Она представляет собой сложную и постоянно меняющуюся систему воздушных течений. Циркуляция атмосферы имеет сложный вид, на ней сказывается влияние формы Земли, суточное вращение Земли, годовое движение Земли, особенности распределения суши и моря, характер рельефа, океанические течения, распространение ледников.

Общая циркуляция атмосферы - результат взаимодействия многих факторов, из которых решающими являются:

? неравномерность притока солнечной энергии на разных широтах и в разное время года;

? вращение Земли и действие возникающих при этом инерционных сил;

? неоднородность земной поверхности (например, наличие суши с различно ориентированными горными хребтами, плато, равнинами, морями и т.д.).

Земная поверхность, имея шарообразную форму, нагревается Солнцем неравномерно, и именно эта неравномерность поступления солнечной энергии в разных широтах является основной причиной возникновения атмосферной циркуляции, путем переноса огромных масс холодного и теплого воздуха. Движение Земли вокруг Солнца является причиной образования сезонных центров действия атмосферы Формирование над материками зон пониженного давления летом и повышенного зимой.

Лучистая энергия Солнца -- это основной источник движения воздуха. Распределяется она на земном шаре неравномерно. В этом причина возникновения ветра. В экваториальную и тропическую зоны Земли солнечной радиации поступает больше, чем в умеренные и особенно в высокие широты, поэтому воздух в низких широтах нагревается больше, чем в умеренной зоне и полярных областях. Между теплыми и холодными массами воздуха возникает разность температуры и атмосферного давления, перетикая из ббласти высокого в область низкого давления. Это и порождает ветер.

Это происходит до тех пор, пока существует разность давления. Однако за исключением узкой зоны у экватора на направление и силу ветра действуют и другие силы. Одна из них -- отклоняющая сила вращения Земли, называемая силой Кориолиса. Сила Кориолиса - это сила, возникающая из-за вращения Земли, действует по направлению перпендикулярному движению воздушной массы в Северном полушарии - вправо (по отношению к движению), в Южном - влево. Под ее действием ветер выше слоя трения, т. е. на высоте около 1 км, дует не вдоль градиента, а отклоняется от него на 90°. В приземном же слое воздуха действует и сила трения (с поверхностью Земли), которая уменьшает скорость ветра.

Сила Кориолиса

Воздушные массы - огромные порции воздуха в тропосфере, занимающие тысячи километров, в которых наблюдаются однородные распределения метеорологических элементов (температуры, влажности, облачности, видимости и т.д.). Очагами их формирования могут являться обширные малоподвижные антициклоны или малоподвижные депрессии. Существует две классификации ВМ: термодинамическая (термическая) и географическая. Согласно термодинамической классификации, ВМ в зависимости от стратификации подразделяются на устойчивые, неустойчивые и нейтральные. По географической классификации ВМ делятся в зависимости от очага формирования этой массы на арктические, умеренные, тропические и экваториальные. Воздушные массы каждого типа подразделяются на морские и континентальные с учетом подстилающей поверхности, где происходит их формирование.

Устойчивая ВМ всегда бывает более теплой, чем подстилающая поверхность, и постепенно охлаждается снизу. Вертикальные температурные градиенты уменьшаются. В ней отсутствуют условия для развития вертикальных движений воздуха: образуются инверсии, низкие слоистые облака, моросящие осадки, дымка, адвективные туманы, гололед. Сложные условия для взлета и посадки могут наблюдаться до высоты 1-2км.

Если теплая ВМ имеет малую влажность, то наблюдается ясная и малооблачная погода.

Неустойчивая воздушная масса является более холодной, чем подстилающая поверхность.

Воздушные массы формируются на разных широтах и поэтому различаются по температуре и по содержанию влаги. В зависимости от места образования, воздушные массы делятся наконтинентальные и морские. По температуре выделяют теплые и холодные воздушные массы.



Перемещение воздушных масс

Континентальные воздушные массы образуются над сушей и поэтому содержат мало влаги.

Морские воздушные массы формируются над морями и океанами и поэтому они влажные.

Воздух, поднимающийся вблизи экватора и направляющийся к полюсам, отклоняется под воздействием силы Кориолиса.

Воздушные потоки двигаются от полюсов к умеренным широтам и под действием силы Кориолиса отклоняются к западу. Западные ветры - ветры, дующие от тропиков в умеренные широты преимущественно с запада на восток.

В районе тропиков высокое давление, а в умеренных широтах - низкое, поэтому часть воздуха из области В.Д, движется в область Н,Д,. При движении под воздействием силы Кориолиса воздушные потоки отклоняются к востоку.

При всей сложности, подвижности и изменчивости воздушных потоков можно выявить определенные закономерности, повторяющиеся из года в год в тех или иных районах. Это делается путем осреднения данных, при котором сглаживаются отдельные возмущения и отчетливо выступает общая картина. Основные крупномасштабные атмосферные движения, слагающие общую циркуляцию атмосферы: прежде всего -- воздушные течения, далее -- струйные течения, воздушные потоки в циклонах и антициклонах, пассаты, муссоны и бризы.

Пассаты - постоянные (глобальные) устойчивые ветры планеты в тропических широтах, дующие к экватору из субтропических областей высокого давления в область низкого давления.

Муссоны - система воздушных течений, в которой в одном сезоне преобладают ветры одного направления, а в другом - прямо противоположного или близкого к нему, летом дуют с океана, зимой -- с суши. это ветры, схожие с бризами, но дующие на побережьях океанов. Муссоны распространены в тропиках на огромных территориях от Западной Африки до Юго-Восточной Азии и Индонезии. Муссонная составляющая общей циркуляции атмосферы оказывает существенное влияние и на формирование климата восточных районов азиатского побережья России.

Бриз (франц. brise -- легкий ветер). Это местный ветер небольшой скорости, меняющий свое направление два раза в сутки. Он возникает на берегах морей, рек, озер. Днем суша нагревается быстрее, чем вода. Над сушей устанавливается область низкого давления, а над водой -высокого, и дневной бриз дует с моря или озера на побережье. Ночью картина меняется. Суша охлаждается быстрее, чем вода, и ночной бриз дует с охлажденного побережья, над которым устанавливается область высокого давления, на прогретый водоем.

Над полярными районами циркуляция связана с более высоким давлением над полюсами и относительно низким над широтным поясом 60°--65°. Для умеренных широт характерны северо-западное направление ветров в северном полушарии (кроме слоя трения) и юго-западное -- в южном. Общая зональность циркуляции нарушается такими крупномасштабными возмущениями, как циклоны и антициклоны. В циклонах движение воздуха направлено против часовой стрелки, а в антициклоне -- по часовой стрелке.

Перемещение воздушных масс определяет изменение погоды: теплые вызывают потепление, так как массы движутся с более теплой подстилающей поверхности; холодные -- приносят похолодание, перемещаясь с более холодной поверхности на более теплую. Подстилающая поверхность -- море, горы или равнины, лес или поле -- влияет на состояние воздушных масс, так как каждая из этих поверхностей по-разному поглощает, накапливает и отражает лучистую энергию Солнца.

В зависимости от места формирования, т. е. от географического очага, различают 4 основных типа воздушных масс. Кроме района формирования имеет значение и характер поверхности (суша или море), над которой скапливается воздух. В соответствии с этим основные зональные типы воздушных масс подразделяются на морские и континентальные.

1. Арктический (антарктический) воздух (АВ) формируется над ледяной поверхностью полярных стран; характеризуется низкими температурами, малым содержанием влаги, небольшим количеством пыли, большой прозрачностью. Вторгаясь в низкие широты, этот воздух значительно понижает температуры. Он может проникнуть далеко от области своего возникновения, задерживаясь только горными цепями. По своим свойствам АВ подразделяется на континентальный и морской. От континентального морской воздух отличается повышенным содержанием влаги.

2. Полярный (умеренный) воздух (ПВ) -- воздух умеренных широт. Очаги ПВ располагаются в средних и субполярных, т. е. во внетропических, широтах обоих полушарий. Он также бывает континентальным и морским. Зимой континентальный ПВ сильно охлажден. Он отличается небольшим содержанием влаги. С вторжением континентального ПВ устанавливается ясная, морозная погода. Летом он сильно нагрет. Морской ПВ обычно формируется над океанами; он влажный, умеренной температуры; зимой приносит оттепели; летом--пасмурную погоду и похолодание.

3. Тропический воздух (ТВ) -- воздушная масса, круглый год формирующаяся в тропиках и субтропиках, а летом над сушей на юге умеренных широт (юг Европы, Казахстан, Средняя Азия, Забайкалье и др.). Обычно ТВ вторгается из низких широт в более высокие, вызывая резкое повышение температуры--оттепели зимой и жаркую погоду летом. Морской ТВ отличается высокой влажностью и температурой, континентальный-- запыленностью и более высокой температурой.

4. Экваториальный воздух (ЭВ) формируется в экваториальной зоне, перемещаясь в северное и южное полушария. И над морем, и над сушей всегда имеет высокую температуру и влажность; поэтому на морской и континентальный не подразделяется. При переходе с океана на более нагретую сушу из экваториального воздуха выпадают тропические дожди. За пределы тропиков экваториальный воздух (ЭВ) не распространяется.

Воздушные массы постоянно перемещаются вслед за солнцем: в июне - к северу, в январе - к югу. В результате на поверхности земли образуются территории, где в течении года господствует один тип воздушных масс и где воздушные массы сменяют друг друга по сезонам года.

Главным признаком климатического пояса является господство тех или иных типов воздушных масс. Климатические пояса подразделяются на основные (в течении года господствует один зональный тип воздушных масс) и переходные(воздушные массы сменяют друг друга по сезонам). Основные климатические пояса обозначаются в соответствии с названиями основных зональных типов воздушных масс. У переходных поясов к названию воздушных масс добавляется приставка «суб».

Основные климатические пояса:

-экваториальный,

-тропический,

-умеренный,

-арктический (антарктический);

Переходные:

-субэкваториальный,

-субтропический,

-субарктический.

Воздушные массы можно распределить по времени года и в зависимости то климатического пояса:



В экваториальном климатическом поясе круглый год господствуют экваториальные воздушные массы, преобладает низкое давление. В течение всего года влажно и жарко. Сезоны года не выражены.

Тропические воздушные массы (жаркие и сухие) круглый год господствуют втропических поясах. Из-за нисходящего движения воздуха, преобладающего в течение года, выпадает очень мало осадков. Летние температуры здесь выше, чем в экваториальном поясе. Ветры - пассаты.

Для умеренных поясов характерно господство умеренных воздушных масс в течение всего года. Преобладает западный перенос воздуха. Температуры летом положительные, а зимой отрицательные. Вследствие преобладания пониженного давления выпадает много осадков, особенно на океанических побережьях. Зимой осадки выпадают в твёрдом виде (снег, град).

В арктическом (антарктическом) поясе круглый год господствуют холодные и сухие арктические воздушные массы. Характерно нисходящее движение воздуха, северо- и юго-восточные ветры, преобладание в течение года отрицательных температур, постоянный снежный покров.

В субэкваториальном поясе происходит сезонная смена воздушных масс, выражены сезоны года. Лето в связи с приходом экваториальных воздушных масс жаркое и влажное. Зимой господствуют тропические воздушные массы, поэтому тепло, но сухо.

В субтропическом поясе меняются умеренные (летом) и арктические (зимой) воздушные массы. Зима не только суровая, но и сухая. Лето значительно теплее зимы, с большим количеством осадков.

Морской тип климата формируется под влиянием морских воздушных масс. Для него характерна малая амплитуда температуры воздуха по сезонам года, высокая облачность, относительно большое количество осадков.

Континентальный тип климата формируется вдали от океанского побережья. Он отличается значительной годовой амплитудой температур воздуха, небольшой суммой осадков, отчётливой выраженностью сезонов года.

Муссонный тип климата характеризуется сменой ветров по сезонам года. При этом ветер со сменой сезона меняет направление на противоположное, что сказывается на режиме осадков. Дождливое лето сменяется сухой зимой.

Циклоны и антициклоны

В тропосфере средних и высоких широт постоянно образуются области низкого и высокого атмосферного давления диаметром в несколько тысяч километров. Циклон (от греч. kyklon -- кружащийся) -- область низкого давления атмосферы; антициклон -- область высокого давления атмосферы (рис. 23). В центре циклона самое низкое давление, в центре антициклона -- самое высокое.

В каждом циклоне и антициклоне воздух движется в виде огромного вихря. В Северном полушарии это вращение воздуха в циклонах происходит против часовой стрелки (в южном полушарии наоборот по часовой), а в антициклонах -- по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой в южном. Схема движения воздуха приведена ниже:

Движение воздуха у земной поверхности:

а - в циклонах; б - в антициклонах.

Скорости ветра в циклонах могут быть весьма значительными. В антициклонах ветры слабее, во внутренних их частях наблюдаются даже штили (безветрие).

Циклоны и антициклоны -- это естественные механизмы, переносящие воздушные массы.

Для наглядного представления об общем распределении давления в атмосфере служат изобарические поверхности, во всех точках которых давление одинаково:



ИЗОБАРЫ НА УРОВНЕ МОРЯ В РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ БАРИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

I--ЦИКЛОН, II -- АНТИЦИКЛОН, III -- ЛОЖБИНА, IV-- ГРЕБЕНЬ, V -- СЕДЛОВИНА

Ложбина - вытянутая область пониженного давления (циклона).

Гребень - вытянутая область понвышенного давления (антициклона).

Седловина - область в барическом поле (форма барического рельефа) между двумя областями высокого давления и двумя областями низкого давления, расположенными крест-накрест.

В течение года в тропосфере возникают сотни циклонов и антициклонов. В Северном полушарии господствует перемещение их с запада на восток. При прохождении циклона происходит смена воздушных масс, а следовательно, изменение температуры и влажности воздуха, увеличение облачности, выпадение осадков. При прохождении антициклона облачность обычно невелика и существенных осадков не выпадает, так как преобладают нисходящие токи воздуха.

Крупные атмосферные вихри, циклоны и антициклоны возникают во всех частях земного шара. Однако лишь во внетропических широтах они отличаются большой мощностью и интенсивностью развития. Слабое развитие получают циклоны и антициклоны в экваториальной зоне. Вместе с тем вблизи этой зоны возникают и развиваются тропические циклоны, отличающиеся от внетропических малым диаметром, но большими градиентами давления и скоростями ветра.

Таблица сравнения этих атмосферных вихрей приведена ниже:

Циклоны	Антициклоны
Атмосферный вихрь с низким давлением в центре	Атмосферный вихрь с высоким давлением в центре
Движение воздуха от окраин к центру против часовой стрелки	Движение воздуха от центра к окраинам по часовой стрелке
В центре--восходящее движение воздуха	В центре--нисходящее движение воздуха
Погода изменчивая, ветреная, облачная, с осадками.	Погода устойчивая, безветренная, ясная, без осадков. Летом - тёплая, зимой - морозная.

С циклонами связаны обширные области облаков и осадков, значительные изменения температуры, сильные ветры. Известны циклоны, которые существуют в течение всего года в постоянных областях пониженного давления: Исландский циклон (минимум), расположенный в Северной Атлантике в районе о. Исландия, и Алеутский циклон (минимум) в районе Алеутских островов на севере Тихого океана.

Кроме умеренных широт циклоны наблюдаются в тропическом поясе. Тропические циклоны возникают только над морем, между 10-15° с. и ю.ш. При переходе на сушу они быстро затухают. Это, как правило, небольшие циклоны, их диаметр около 250 км но с очень низким давлением в центре. Тропические циклоны перемещаются со скоростью 10-20 км/ч в основном с востока на запад, но их траектория отклоняется в сторону высоких широт (например, в Северном полушарии они движутся к северо-западу). Это очень мощные вихри с исключительно сильными ветрами (20-30 м/с, в порывах до 100 м/с и более), которые вызывают сильнейшее волнение на море и большие разрушения на суше. На земном шаре в среднем за год отмечается более 70 случаев тропических циклонов. Они наиболее известны в районе Антильских островов, у юго-восточного побережья Азии, в Аравийском море, Бенгальском заливе, восточнее о. Мадагаскар. В различных районах они имеют местные названия (циклон - в Индийском океане; ураган - в Северной и Центральной Америке; тайфун - в Восточной Азии). Циклоны особенно характерны для территории Европы, где они перемещаются с Атлантики на восток и существуют до 5-7 суток, т.е. пока не выровняется атмосферное давление.

В антициклоне воздух движется иначе, чем в циклоне, а именно от центра к периферии, отклоняясь по часовой стрелке (для Северного полушария). Из верхних слоев тропосферы все время поступает воздух, поэтому в антициклоне все время стоит теплая, ясная и сухая погода. В центре антициклона воздух опускается, образуя нисходящие потоки, и растекается во все стороны, т.е. от центра к периферии.

Антициклоны в умеренных широтах чаще всего следуют за циклонами, нередко они принимают малоподвижное состояние и также существуют до тех пор, пока давление не выровняется (6-9 суток). В связи с нисходящими движениями в антициклоне воздух не насыщается влагой, облакообразование не происходит и преобладает малооблачная и сухая погода со слабыми ветрами и штилями. Кроме умеренных широт антициклоны в самой большей степени распространены в субтропических широтах - в поясах высокого давления. Здесь это постоянные, существующие в течение всего года атмосферные вихри (области высокого давления): Северо-Атлантический (Азорский) антициклон (максимум) а районе Азорских островов и Южно-Атлантический антициклон; Северо-Тихоокеанский (Канарский) антициклон в районе Канарских островов в Тихом океане и Южно-Тихоокеанский; Индийский антициклон (максимум) в Индийском океане. Как видим, все они расположены над океанами. Единственный мощный антициклон над сушей возникает зимой в Азии с центром над Монголией - Азиатский (Сибирский) антициклон.

Размеры циклонов и антициклонов сопоставимы: диаметр их может достигать 3-4 тыс. км, а высота - максимум 18-20 км, т.е. они представляют собой плоские вихри с сильно наклонной осью вращения. Перемещаются они обычно с запада на восток со скоростью 20-40 км/ч (кроме стационарных).

Причины возникновения этих барических образований различны. Например, внетропические подвижные циклоны и антициклоны возникают и развиваются в зонах больших горизонтальных градиентов температуры и давления, при определенной структуре термобарического поля. Тропические циклоны образуются в тропической зоне конвергенции над океанами при влажно-неустойчивом состоянии тропосферного воздуха. Слабо выраженные области высокого и низкого давления возникают главным образом вследствие термической неоднородности подстилающей поверхности (прогревания воздуха).

Виды циклонов и антициклонов по географическому расположению:

· Внетропические циклоны и антициклоны (Наиболее крупные, имеющие различные размеры и достигающие в диаметре нескольких тысяч километров);

· Тропические циклоны и антициклоны (зарождаются в штилевой зоне над океанами (преимущественно между широтами 5-20° обоих полушарий). В зависимости от района образования тропические циклоны носят следующие названия: в тропической зоне Тихого океана - тайфуны, в Атлантике - ураганы, в Австралии - вилли-вилли. По сравнению с внетропическими вихрями, тропические циклоны имеют меньшие размеры (десятки и сотни километров), но обладают значительно большими энергетическими ресурсами. В северном полушарии тропические циклоны образуются преимущественно во второй половине лета и осенью, в южном полушарии - чаще в декабре-марте. Давление в центре тропического циклона в среднем составляет 960-970 мб, но зафиксированы значения до 900 мб и ниже. Они могут сопровождаться очень сильным ветром (сотни км/ч) и сильными осадками);

· Субтропические антициклоны (возникают над океанами по обе стороны от 30-35 параллели. На климатических картах выделяют перманентные субтропические антициклоны в северном полушарии: северотихоокеанский максимум в Тихом океане, азорский антициклон - в Атлантике, в южном полушарии: южноатлантический и южнотихоокеанский).

В системе общей циркуляции атмосферы большую роль играют тропические и внетропические циклоны и антициклоны, имеющие различную вертикальную протяженность. В отдельных случаях мощные центральные внетропические циклоны прослеживаются до высот 20-- 25 км при диаметре более 2 тыс. км.

Обычно с прохождением циклона связывают ненастную погоду с дождями и сильными ветрами. Но циклон состоит из нескольких разнородных воздушных масс, различающихся по характеристикам погоды. В циклоне может быть и ненастная и солнечная погода - в зависимости от свойств воздушных масс в передней и тыловой его частях.

С антициклонами связывают ясную солнечную погоду без осадков со слабыми ветрами. Но встречаются антициклоны и со сплошной облачностью, осадками, свежими ветрами. Зимой антициклоны приносят с севера морозную погоду с хорошей видимостью. Летом в антициклонах развиваются кучевые и кучево-дождевые облака с ливнями и грозами.

Горизонтальная протяженность циклонов и антициклонов значительно превышает протяженность по вертикали, которая в основном ограничена пределами тропосферы. Диаметр циклонического вихря может достигать 2-3 тысяч километров, диаметр антициклона - 3-4 тысяч километров.

Циклогенез - условия термобарического поля тропосферы, благоприятные для возникновения и развития циклонов.

Антициклогенез - условия термобарического поля тропосферы, благоприятные для возникновения и развития антициклонов.

Различают приземные, низкие, средние, высокие, а также верхние и стратосферные циклоны и антициклоны.

* Приземные циклоны и антициклоны прослеживаются только на приземной карте погоды.

* Низкие барические образования имеют замкнутые изобары у Земли и на АТ850 и АТ700 и отсутствуют на вышележащих уровнях.

* Средние барические образования отмечаются в нижней и средней тропосфере (вплоть до АТ500). При этом на АТ500 могут наблюдаться и разомкнутые изогипсы, образующие в случае циклона гребень над восточной частью приземного центра и ложбину над западной, в случае антициклона -гребень над западной частью и ложбину над восточной.

* Высокие циклоны и антициклоны прослеживаются во всей толще тропосферы, вплоть до АТ300.

Описание развития циклонов и антициклонов

Полной теории возникновения циклонов и антициклонов еще не существует, но сейчас уже можно указать на ряд признаков возникновения и развития этих барических систем.

Подавляющее большинство циклонов и антициклонов возникает на малоподвижных фронтах. Возникновение их сопровождается волнообразованием на фронте, т. е. два соседних участка фронта начинают перемещаться в противоположных направлениях - один в сторону холодной воздушной массы (теплый участок фронта), а другой - в сторону теплой воздушной массы (холодный участок фронта). Таким образом, на фронте образуется волна (рис.1). Появление волны на фронте можно предусмотреть, если внимательно следить за характером изменения давления у фронта, например по значениям барической тенденции. Так, если у малоподвижного фронта в холодном воздухе появляется область падения давления, то фронт начнет смещаться в сторону холодного воздуха. Если же в холодном воздухе близ фронта давление растет, фронт начнет смещаться в сторону теплого воздуха. Причины изменения давления рассматриваются в гидродинамической теории изменения давления, сложность которой не позволяет изложить ее основы в этой книге. Можно, однако, указать, что большое значение имеет характер воздушных течений в средней и верхней тропосфере.

Рис. 1. Возникновение волны на фронте (L -- длина волны)

В 1932 г. советский ученый В. М. Михель выяснил, что в большинстве случаев образование и усиление антициклонов связано со сходимостью воздушных течений в верхней и средней тропосфере, а ослабление антициклонов - с расходимостью воздушных течений. Несколько позже было установлено, что в большинстве случаев циклоны возникают и углубляются тогда, когда над соответствующим районом в средней и верхней тропосфере наблюдается расходимость воздушных течений. При сходимости воздушных течений в средней и верхней тропосфере циклоны чаще всего заполняются. Все эти положения о связи сходимости (расходимости) воздушных течений в средней и верхней тропосфере с возникновением и развитием барических систем получили название принципа Михеля.

В результате волнообразования на фронте в долине волны образуется теплый сектор, заполненный теплым воздухом. Вершина теплого сектора совпадает с точкой наименьшего давления. В гребне волны, совпадающем с языком холодного воздуха, давление повышено. Неотъемлемой частью процесса волнообразования на фронте является завихрение воздушных течений против часовой стрелки в долине волны, т. е. в языке теплого воздуха, и по часовой стрелке в вершине волны, т. е. в языке холодного воздуха. Первое завихрение в дальнейшем будем называть циклоническим, а второе - антициклоническим.

Волны, возникающие на атмосферных фронтах, подразделяются на устойчивые и неустойчивые. Устойчивой называется такая волна, амплитуда которой в течение некоторого времени остается неизменной, а затем уменьшается. В конце концов устойчивые волны затухают. Продолжительность жизни устойчивой волны - полусутки - сутки. После затухания устойчивой волны фронт принимает свое прежнее положение. Неустойчивой волной называется такая волна, амплитуда которой с течением времени увеличивается. Это означает, что, например, при первоначально широтном направлении фронта теплый воздух проникает все дальше к северу, а холодный воздух - все дальше к югу. В случае неустойчивой волны фронт не восстанавливает своего первоначального положения. С возрастанием амплитуды волны давление в долине волны, особенно у вершины теплого сектора, понижается, а в гребне волны повышается.

Таким образом, в долине волны образуется область пониженного давления - циклон, а в гребне волны - область повышенного давления - антициклон, или барический гребень.

Основными факторами, определяющими устойчивость фронтальных волн, являются: длина волны, наклон фронтальной поверхности относительно горизонта и стратификация воздушных масс, взаимодействующих у фронта. Чем больше наклон фронтальной поверхности, тем менее устойчива фронтальная волна.

Волна становится неустойчивой тогда, когда длина волны равна 1000 км и более.

Стадии развития циклонов

В жизни циклона выделяют несколько стадий развития:

1. Начальная стадия циклона (стадия волны),

2. Стадия молодого циклона,

3. Стадия максимального развития циклона,

4. Стадия заполнения (окклюдирования) циклона.

Для начальной стадии развития циклона, длящейся примерно сутки, характерен процесс от первых признаков возникновения до появления первой замкнутой изобары на приземной карте погоды. Разность давления между центром и периферией составляет не более 5-10 мб. На высотах вихри в начальной стадии не прослеживаются.

Во второй стадии развития, продолжительность которой также обычно не более суток, циклоны имеют уже не менее 2-х замкнутых изобар. Термобарическое поле деформируется, циклон углубляется, превращается в мощный атмосферный вихрь со значительными скоростями ветра. Циклоническая циркуляция распространяется в верхние слои атмосферы.

Третья стадия характеризуется наименьшим давлением в центре циклона. Продолжительность стадии не более 12-24 ч.



В последней стадии циклон заполняется. У поверхности Земли в центре циклона давление повышается. Горизонтальные градиенты давления и скорости ветра постепенно уменьшаются. Данная стадия наиболее продолжительна - 4 суток и более.

Практический опыт синоптика показывает, что наиболее благоприятные условия для развития циклона складываются, когда приземный центр его располагается под передней частью высотной барической ложбины на АТ500, при наличии значительных горизонтальных градиентов геопотенциала (высотная фронтальная зона). Усиливающим эффектом является расходимость изогипс при их циклонической кривизне изогипс, которая по потоку уменьшается. Здесь происходит разрежение воздушных масс, что обусловливает динамическое падение давления.

При повышении температуры в вышележащем слое атмосферы, т.е. при адвекции тепла давление у Земли понижается. Наибольшая адвекция тепла обычно имеет место в передней части циклонов, где происходит адвективное понижение давления, и где формируется область восходящих движений воздуха. Наибольшая адвекция холода наблюдается за холодным фронтом в тылу циклона, адвективное повышение давления и где формируется область нисходящих движений воздуха.

Адвекция (от лат. advectio доставка) в метеорологии перемещение воздуха в горизонтальном направлении и перенос вместе с ним его свойств: температуры, влажности и других.

Начальная стадия циклона (стадия волны)

Длительность начальной стадии циклона от первых признаков возникновения барического образования до появления первой замкнутой изобары на приземной карте погоды - примерно сутки. При возникновении волны на фронте в передней ее части (по направлению движения) фронт приобретает характер теплого, а в тыловой - характер холодного. Если волна неустойчива, она в дальнейшем развивается в циклон, это связано с образованием области пониженного давления и начавшимся циклоническим завихрением воздушного потока. Благодаря сравнительна небольшому волнообразному возмущению фронта (см. рис. 1.1), эта первая стадия развития циклона получила название стадии волны.



Рис. 1.1. Начальная стадия развития циклона. Фронтальная волна

При образовании волнового возмущения облачная полоса, соответствующая фронту, расширяется на участке фронта протяженностью в несколько сотен километров. Расширение обычно наблюдается в сторону холодного воздуха. При дальнейшем развитии волны появляется изгиб облачной полосы в сторону холодного воздуха. Искривление у вершины волны сопровождается уплотнением облаков. Наиболее мощная, а на снимках более яркая, светлая облачность располагается непосредственно над вершиной волны, где наиболее интенсивны восходящие движения воздуха. В передней части облачного массива слоистообразные облака приобретают полосную структуру. Облачные полосы совпадают с направлением правого вертикального сдвига ветра в средней атмосфере. В холодном воздухе за сравнительно широкой полосой фронтальной облачности иногда можно наблюдать одну, две или несколько дугообразных облачных полос, как бы повторяющих искривление основной фронтальной полосы.
В теплом воздухе возле фронта относительно мало облаков, но при возникновении волны иногда появляются облачные полосы.

Погода в области циклонической волны определяется наличием в этой области теплого и холодного фронтов. В зоне теплого фронта образуется слоистодождевая облачность большой вертикальной мощности. Наибольшая вертикальная мощность этих облаков обычно наблюдается около вершины волны. Верхняя граница облаков может достигать высоты 6-8 км, а в ряде случаев располагается еще выше. Нулевая изотерма даже в теплое время года располагается внутри облачной системы, вследствие чего в области отрицательных температур в облаках возможно обледенение самолета. Перед теплым фронтом широкой полосой выпадают обложные осадки (летом при развитии куче- водождевых облаков нередки ливневые осадки), сильно ухудшающие видимость. В результате этого в зоне влияния теплого фронта обычно создаются сложные метеорологические условия полетов. Холодный фронт в области волны в большинстве случаев является холодным фронтом 2-го рода с типичн'ой для этого фронта системой облачности и осадков, описанных в предыдущей главе. Отличительной чертой волновой стадии является то, что такой характер погоды наблюдается на сравнительно небольшом участке первоначально стационарного фронта.

Стадия молодого циклона

Данная стадия длится не более 1 суток, обычно 12 ч. При неустойчивости фронтальной волны последняя принимает характер молодого циклона. В этом случае теплый фронт все более продвигается в сторону холодной воздушной массы, а холодный фронт продолжает смещаться в сторону теплой. Таким образом, в этой стадии развития в циклоне оформляется хорошо выраженный теплый сектор, заполненный теплым воздухом и отделенный от остальной, холодной части циклона впереди теплым, а сзади холодным фронтами.

Циклоническая циркуляция в области молодого циклона выражена уже очень хорошо; в его центральной части имеется несколько замкнутых изобар. Давление в центре молодого циклона на 10--20 мб ниже, чем оно было в начале его возникновения.

Центр молодого циклона совпадает с вершиной тёплого сектора. В этой стадии в системе циклона отмечаются наибольшие скорости ветра. Для этой стадии развития циклона характерно то, что облачный массив приобретает вихревую структуру. Фронтальная облачная полоса продолжает деформироваться. При ее широтном расположении участок холодного фронта вместе с облачной системой прогибается к югу, а у вершины волны вытягивается к северу.

Облачность молодого циклона имеет полосное строение, причем полосы спирально сходятся к точке, образуя облачный вихрь.

Центр молодого циклона совпадает с вершиной тёплого сектора. В этой стадии в системе циклона отмечаются наибольшие скорости ветра.

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

Зона I - передняя и центральная части холодного сектора циклона 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 II - тыловая часть холодного сектора циклона за холодным фронтом. Здесь погода определяется свойствами холодной воздушной массы. При достаточной влажности и значительной неустойчивости в этой зоне выпадают ливневые осадки.

Зона III - тёплый сектор между теплым и холодным фронтом. Зимой в теплом секторе молодого циклона отмечаются сплошные облака St, Sc, а иногда наблюдаются адвективные туманы иморось. Летом в теплом секторе циклона в зависимости от от влажности воздушной массы может наблюдаться малооблачная погода, так и облачная погода, а иногда даже грозы. Днем отмечаются преимущественно кучевые облака.

В стадии молодого циклона наиболее мощная облачность наблюдается у вершины еще широкого теплого сектора. В теплом секторе циклона преобладает малооблачная погода. Иногда перед теплым фронтом могут появиться узкие гряды сравнительно более ярких облаков, которые ориентированы параллельно краю фронтальной облачности. Эти гряды свидетельствуют о наличии более неустойчивого воздуха перед теплым фронтом, в котором летом могут развиваться кучевообразных облака. В отдельных случаях завихренность облачности в молодом циклоне прослеживается довольно слабо. Поскольку стадия молодого циклона длится недолго, эту облачную систему не всегда удается зафиксировать со спутника.

Известно, что стадия молодого циклона характеризуется наличием у поверхности Земли двух-трех замкнутых изобар, четко выраженной циклонической циркуляцией в нижних слоях тропосферы и наличием теплого гребня в передней части циклона и холодной ложбины в тыловой.

Одним из признаков выпадения осадков является наличие разорванных облаков плохой погоды (разорваннодождевых) под плотными высокослоистыми или слоистодождевыми облаками. Начало зоны таких осадков совпадает с началом зоны разорваннодождевых облаков. Это можно установить при ознакомлении с метеорологической обстановкой по синоптической карте, где имеются все необходимые данные.

Особенно серьезные осложнения в полете могут быть связаны с переохлажденным дождем, когда самолет подвергается интенсивному обледенению. Продолжительный полет в слоистодождевых облаках также представляет серьезные трудности из-за возможности тяжелого обледенения самолета. По мере приближения теплого фронта увеличивается мощность облаков, так как их нижняя граница постепенно опускается. В связи с этим по мере приближения теплого фронта увеличивается время, необходимое для пробивания облаков и сбора группы самолетов за облаками.

В летнее время облачность теплого фронта часто принимает ливневой характер, с чем связаны выпадение ливневых осадков и грозовая деятельность.

Стадия максимального развития циклона

В третьей стадии развития, или стации максимального развития, циклон у поверхности Земли достигает наибольшей глубины, после чего начинается его заполнение. Длительность стадии от 12 часов до суток. Температуры над тыловой и центральной частью циклона уменьшаются.

На стадии максимального развития с облачной системой циклона происходят очень существенные и быстрые изменения в структуре. Она приобретает резко выраженную спиралевидную форму. В центральной части происходит смыкание облачных спиралей, связанных с теплым и холодным фронтами, в единую спираль с мощной облачной системой, закручивающуюся к центру высотного циклона.

Приземное поле давления в циклоне характеризуется большим числом замкнутыхизобар и значительными барическими градиентами. Происходит смыкание тёплого и холодного фронтов - окклюдирование циклона. Тёплый сектор циклона значительно уменьшается.

циклон в стадии максимального развития циклон: начало окклюдирования

Стадия заполнения (окклюдирования) циклона

Процесс окклюдирования циклона заключается в следующем: В области циклона холодный фронт движется быстрее теплого, так как составляющая движения воздуха, перпендикулярная к фронту, определяющая его движение, у холодного фронта больше, чем у теплого. Вследствие более быстрого перемещения холодного фронта теплый сектор с течением времени все более суживается, в конце концов холодный фронт догоняет теплый, смыкается с ним, образуя фронт окклюзии. Так начинается процесс окклюдирования циклона, приводящий в конце концов к тому, что в центральной части циклона нижний слой тропосферы оказывается заполненным холодным воздухом, так как теплый воздух здесь вытеснен в высокие слои тропосферы. Когда холодный воздух распространился на основную часть циклона, т. е. холодный фронт сомкнулся с теплым на большом протяжении, циклон называется окклюдированны.

В метеорологии термин окклюзия относится к сложной структуре атмосферных фронтов, которая формируется, когда верхний холодный атмосферный фронт настигает нижний тёплый атмосферный фронт и вытесняет его вверх. Характеризируется широко распространёнными и устойчивыми ливнями. После окклюзии циклон заполняется холодным воздухом и прекращает своё действие.

Окклюдированный циклон заполнен внизу холодным воздухом, главные фронты прослеживаются лишь на периферии, а в основной области циклона находится лишь фронт окклюзии.

Окклюдированный циклон постепенно заполняется. Этот процесс заполнения циклона продолжается в течение нескольких суток. Являясь высоким барическим образованием, окклюдированный циклон 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 - вторичные фронты. Фронт окклюзии в зависимости от распределения температуры в холодной воздушной массе будет по типу теплого или по типу холодного фронта со своей характерной системой облачности, осадков и особых явлений, определяющих условия полетов.

Характерным индикатором окклюдирующегося циклона является то, что облачная полоса, связанная с теплым фронтом, деградирует полностью, от нее остается лишь небольшой выступ. Широкая облачная полоса - основная облачная спираль циклона обычно соответствует фронту окклюзии, который переходит в холодный фронт, имеет форму единой спирали



.

За холодным фронтом могут наблюдаться кучевообразные облака, которые образуются тогда, когда холодный воздух начинает прогреваться от подстилающей поверхности. Образование облаков конвекции свидетельствует о значительной неустойчивости холодного воздуха. Количество и мощность конвективной облачности могут быть различными и зависят от влажности холодного воздуха, степени его устойчивости и состояния подстилающей поверхности.

Условия полета в циклонах

Самые опасные погодные условия наблюдаются в стадии молодого циклона, так как для этой стадии характерен холодный фронт 2 рода, который представляет наибольшую опасность для полетов. С этим фронтом связана узкая зона мощной кучево-дождевой облачности и интенсивных ливневых осадкой, которая располагается в основном на линии фронта шириной 50-100 км. Впереди фронта, под кучево-дождевыми, часто образуется вал низких разорвано-дождевых облаков, вращающихся вокруг горизонтальной оси, шквальный воротник, который очень опасен при попытке пересечения фронта. Летом сопровождается сильными шквалами, грозами, выпадением интенсивного града и возникновения пыльных бурь, сдвигов ветра, интенсивной болтанки, что резко усложняет условия полетов для всех типов самолетов

В области стадии волны погода определяется прохождением участков теплого и холодного фронтов, которые образуют волну. Чаще всего в любое время года эти условия сложные и соответствуют условиям, характерным для теплого и холодного фронтов.

Погодные условия молодого циклона в разных его частях весьма разнообразны. Условно выделяют 4 части: центральную, переднюю, тыловую и теплый сектор.

циклон полет климатический воздушный

Погода в циклоне

1. Центральная часть охватывает территорию в радиусе 300-500 км, характеризуется наиболее неблагоприятными условиями погоды для полетов. В центре развивающегося циклона (стадия волны и молодого циклона), как правило, наблюдается хорошо развитая по вертикали облачность до 6-9 км и выше без прослоек типа слоисто-дождевых, кучево-дождевых, с разорванно-дождевыми с высотой 50-100 м, интенсивные осадки, ухудшение видимости до 1-2 км и менее, гололед, в осадках и облаках интенсивное обледенение самолетов, летом грозы, ливни, возможны броски самолета. В центре заполняющегося циклона облачность постепенно размывается, расслаивается и осадки прекращаются.

2. Метеоусловия передней части циклона обусловлены влиянием теплого фронта. Здесь наблюдается постепенно понижение высоты нижней границы многослойной облачности, характерны обложные осадки и ухудшенная видимость.

Передняя часть - характеризуется сплошной облачностью и погода этой части зависит от активности ТФ. Облака перистые, перисто-слоистые, высокослоистые, слоисто-дождевые, нижняя кромка понижается к центру циклона, обложные осадки, ухудшающие видимость, фронтальные туманы, гололед.

Ветры преобладают ЮВ и В. Полеты на всех эшелонах ниже 6-8 км, как правило, в облаках с обледенением. Возникают иногда летом замаскированные очаги кучево-дождевых облаков.

3. Тыловая часть циклона. Погода определяется циркуляцией холодных неустойчивых ВМ, преобладает переменная облачность, кучевые, кучево-дождевые с кратковременными осадками, летом внутримассовые грозы, ветер сильный, порывистый северного и северо-западного направления. Полет всегда сопровождается болтанкой. В тыловой части молодого циклона метеоусловия обусловлены основными и вторичными холодными фронтами. Это погода, характерная для неустойчивой воздушной массы - облака кучевых форм, ливневые осадки, шквалы, грозовое положение и прояснения с сильным порывистым ветром.

4. Теплый сектор - в нем циркулируют теплые устойчивые ВМ. В холодное полугодие наблюдается сплошная низкая облачность (слоисто-кучевые, слоистые) с моросящими осадками и адъективными туманами. Вся эта погода наблюдается в приземных слоях до 500-1500 м, выше ясно.

Усложняются визуальные полеты, а также взлет и посадка ВС, на эшелонах сложности в полетах не наблюдается. Летом - малооблачно.

При полетах в области циклонов следует помнить, что наиболее активны фронты и велика скорость восходящих движений и сложнее погода - это ближе к центру циклона, а наиболее благоприятные условия полета на периферии.

В теплом секторе циклона погода, как правило, обусловлена теплой устойчивой воздушной массой. Соответственно здесь наблюдаются туманы, моросящие осадки, низкая облачность и ограниченная видимость.

Ложбина - это узкая вытянутая полоса пониженного давления, направленная от центра циклона. Погода в ее области имеет циклонический характер и определяется тем типом фронта, с которым она связана. В приземном слое наблюдается сходимость воздушных течений, что создает условия для возникновения по оси восходящих движений воздуха. Последние проводят к образованию облаков и выпадению осадкой, к болтанке самолетов при пересечении ложбины



Заключение

Общей циркуляцией атмосферы называют систему крупномасштабных воздушных течений на земном шаре, т.е. таких течений, которые по своим размерам сравнимы с материками и океанами. В каждый данный момент времени в атмосфере существуют движения всех масштабов, накладывающиеся друг на друга. Наиболее устойчивые особенности воздушных течений и представляют общую циркуляцию атмосферы.

Эти воздушные течения возникает вследствие неравномерного нагревания атмосферы, что приводит к обмену воздуха между различными широтами и областями Земли. Общая циркуляциея атмосферы осуществляется в форме циклонической деятельности, т.е. с помощью атмосферных возмущений - циклонов и антициклонов. Под влиянием радиационных условий и циклонической деятельности происходит расчленение атмосферы (тропосферы) в горизонтальном направлении на отдельные воздушные массы с резко разграничивающими их переходными зонами - фронтами. Образование последних в свою очередь поддерживает циклоническую деятельность.

Циклоны и антициклоны являются основным механизмом междуширотного теплообмена. Если бы не было такого теплообмена между низкими и высокими широтами, то на экваторе и в тропиках температура воздуха была бы на 10-20 °С выше, а в умеренных широтах ниже, чем наблюдающаяся в действительности. Именно циклоны и антициклоны обеспечивают перенос тёплых и влажных воздушных масс воздуха с юга на север, а холодных и сухих - с севера на юг.