Front atmosphérique, fronts troposphériques - une zone de transition dans la troposphère entre des masses d'air adjacentes avec différents propriétés physiques.

Un front atmosphérique se produit lorsque des masses d'air froid et chaud se rapprochent et se rencontrent dans les couches inférieures de l'atmosphère ou dans toute la troposphère, couvrant une couche pouvant atteindre plusieurs kilomètres d'épaisseur, avec formation d'une interface inclinée entre elles.

Espèces :

Front chaud - front atmosphérique, se déplaçant vers de l'air plus froid (une advection de chaleur est observée). Derrière le front chaud, une masse d’air chaud pénètre dans la région.

Sur une carte météorologique, un front chaud est marqué en rouge ou par des demi-cercles noircis orientés dans la direction du déplacement du front. À mesure que la ligne de front chaud approche, la pression commence à baisser, les nuages ​​s’épaississent et de fortes précipitations commencent à tomber. En hiver, des stratus bas apparaissent généralement au passage d'un front. La température et l'humidité augmentent lentement. Au passage d’un front, les températures et l’humidité augmentent généralement rapidement et les vents se lèvent. Après le passage du front, la direction du vent change (le vent tourne dans le sens des aiguilles d'une montre), la chute de pression s'arrête et commence sa légère augmentation, les nuages ​​se dissipent et les précipitations s'arrêtent. Le champ d'évolution de la pression se présente comme suit : devant le front chaud il y a une zone fermée de chute de pression, derrière le front il y a soit une augmentation de pression, soit une augmentation relative (une diminution, mais moins qu'avant du devant).

Dans le cas d'un front chaud, l'air chaud, se déplaçant vers l'air froid, s'écoule sur un coin d'air froid et glisse vers le haut le long de ce coin et est refroidi dynamiquement. À une certaine hauteur, déterminée par l'état initial de l'air ascendant, la saturation est atteinte - c'est le niveau de condensation. Au-dessus de ce niveau, la formation de nuages ​​se produit dans l'air ascendant. Le refroidissement adiabatique de l'air chaud glissant le long d'un coin d'air froid est renforcé par le développement de mouvements ascendants dus à l'instabilité avec une chute dynamique de pression et à la convergence du vent dans la couche inférieure de l'atmosphère. Le refroidissement de l'air chaud lors du glissement ascendant le long de la surface du front conduit à la formation d'un système caractéristique de stratus (nuages ​​glissant vers le haut) : cirrostratus - altostratus - nimbostratus (Cs-As-Ns).

À l'approche d'un point d'un front chaud avec une nébulosité bien développée, des cirrus apparaissent d'abord sous la forme de bandes parallèles avec des formations en forme de griffes dans la partie avant (annonciateurs d'un front chaud), allongées dans le sens des courants d'air à leur niveau. niveau (Ci uncinus). Les premiers cirrus sont observés à plusieurs centaines de kilomètres de la ligne de front près de la surface de la Terre (environ 800 à 900 km). Les cirrus deviennent alors des cirrostratus. Ces nuages ​​sont caractérisés par des phénomènes de halo. Les nuages ​​​​du niveau supérieur - cirrostratus et cirrus (Ci et Cs) - sont constitués de cristaux de glace et les précipitations n'en tombent pas. Le plus souvent, les nuages ​​​​Ci-Cs représentent une couche indépendante dont la limite supérieure coïncide avec l'axe du courant-jet, c'est-à-dire proche de la tropopause.

Ensuite, les nuages ​​deviennent de plus en plus denses : les nuages ​​​​altostratus (Altostratus) se transforment progressivement en nuages ​​​​nimbostratus (Nimbostratus), des précipitations en couverture commencent à tomber, qui s'affaiblissent ou s'arrêtent complètement après avoir passé la ligne de front. A mesure que l'on s'approche de la ligne de front, la hauteur de la base Ns diminue. Sa valeur minimale est déterminée par la hauteur du niveau de condensation dans l'air chaud ascendant. Les altocouches (As) sont colloïdales et sont constituées d'un mélange de minuscules gouttelettes et de flocons de neige. Leur épaisseur verticale est assez importante : partant d'une altitude de 3 à 5 km, ces nuages ​​s'étendent jusqu'à des altitudes de l'ordre de 4 à 6 km, c'est-à-dire qu'ils ont une épaisseur de 1 à 3 km. Les précipitations tombant de ces nuages ​​en été, traversant la partie chaude de l'atmosphère, s'évaporent et n'atteignent pas toujours la surface de la Terre. En hiver, les précipitations provenant de l'As sous forme de neige atteignent presque toujours la surface de la Terre et stimulent également les précipitations provenant du St-Sc sous-jacent. Dans ce cas, la largeur de la zone de précipitations continues peut atteindre une largeur de 400 km ou plus. Le plus proche de la surface de la Terre (à une altitude de plusieurs centaines de mètres, et parfois de 100 à 150 m et même plus bas) se trouve la limite inférieure des nuages ​​​​nimbostratus (Ns), d'où tombent les précipitations sous forme de pluie ou de neige ; Les nuages ​​​​de Nimbostratus se développent souvent sous les nuages ​​​​de Nimbostratus (St fr).

Les nuages ​​Ns s'étendent jusqu'à des hauteurs de 3...7 km, c'est-à-dire qu'ils ont une épaisseur verticale très importante. Les nuages ​​sont également constitués d'éléments de glace et de gouttelettes, et les gouttelettes et les cristaux, en particulier dans la partie inférieure des nuages, sont plus gros que dans As. La base inférieure du système cloud As-Ns dans aperçu général coïncide avec la surface avant. Le sommet des nuages ​​As-Ns étant approximativement horizontal, leur plus grande épaisseur est observée près de la ligne de front. Au centre du cyclone, là où le système nuageux du front chaud est le plus développé, la largeur de la zone nuageuse Ns et de la zone de fortes précipitations est en moyenne d'environ 300 km. En général, les nuages ​​​​As-Ns ont une largeur de 500 à 600 km, la largeur de la zone nuageuse Ci-Cs est d'environ 200 à 300 km. Si vous projetez ce système sur une carte au sol, alors tout cela se trouvera devant la ligne de front chaud à une distance de 700 à 900 km. Dans certains cas, la zone de nébulosité et de précipitations peut être beaucoup plus large ou plus étroite, en fonction de l'angle d'inclinaison de la surface frontale, de la hauteur du niveau de condensation et des conditions thermiques de la basse troposphère.

La nuit, le refroidissement radiatif de la limite supérieure du système nuageux As-Ns et une diminution de la température dans les nuages, ainsi qu'un mélange vertical accru à mesure que l'air refroidi descend dans le nuage, contribuent à la formation d'une phase de glace dans les nuages. , la croissance des éléments nuageux et la formation de précipitations. À mesure que l’on s’éloigne du centre du cyclone, les mouvements d’air ascendants s’affaiblissent et les précipitations s’arrêtent. Les nuages ​​frontaux peuvent se former non seulement sur la surface inclinée du front, mais dans certains cas, des deux côtés du front. Ceci est particulièrement typique de la phase initiale d'un cyclone, lorsque les mouvements ascendants capturent la région frontale - les précipitations peuvent alors tomber des deux côtés du front. Mais derrière la ligne de front, les nuages ​​frontaux sont généralement fortement stratifiés et les précipitations post-frontales se présentent le plus souvent sous forme de bruine ou de grains de neige.

Dans le cas d’un front très plat, le système cloud peut être avancé depuis la ligne de front. Pendant la saison chaude, les mouvements ascendants près de la ligne de front acquièrent un caractère convectif, et des cumulonimbus se développent souvent sur les fronts chauds et des averses et des orages sont observés (de jour comme de nuit).

En été, pendant la journée, dans la couche superficielle derrière la ligne d'un front chaud avec une nébulosité importante, la température de l'air au-dessus des terres peut être plus basse qu'à l'avant du front. Ce phénomène est appelé masquage d’un front chaud.

La couverture nuageuse provenant d’anciens fronts chauds peut également être stratifiée sur tout le front. Peu à peu, ces couches se dissipent et les précipitations s'arrêtent. Parfois, un front chaud ne s'accompagne pas de précipitations (surtout en été). Cela se produit lorsque la teneur en humidité de l'air chaud est faible, lorsque le niveau de condensation se situe à une hauteur importante. Lorsque l'air est sec et surtout en cas de stratification stable et visible, le glissement vers le haut de l'air chaud ne conduit pas au développement d'une nébulosité plus ou moins intense, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de nuages ​​du tout ou une bande de nuages. des niveaux supérieur et intermédiaire est observée.

Front froid - un front atmosphérique (surface séparant les masses d'air chaud et froid) se déplaçant vers l'air chaud. L'air froid avance et repousse l'air chaud : une advection froide est observée derrière le front froid, une masse d'air froid pénètre dans la région.

Sur une carte météorologique, un front froid est marqué en bleu ou par des triangles noircis pointant dans la direction dans laquelle se déplace le front. Lors du franchissement de la ligne d'un front froid, le vent, comme dans le cas d'un front chaud, tourne vers la droite, mais le virage est plus important et plus brusque - du sud-ouest, du sud (devant le front) à l'ouest , nord-ouest (derrière le front). Dans le même temps, la vitesse du vent augmente. La pression atmosphérique change lentement devant le front. Il peut baisser, mais il peut aussi augmenter. Avec le passage d'un front froid, une augmentation rapide de la pression commence. Derrière le front froid, l’augmentation de pression peut atteindre 3 à 5 hPa/3 heures, et parfois 6 à 8 hPa/3 heures, voire plus. Un changement de tendance de la pression (de baisse à hausse, d'une croissance lente à une croissance plus forte) indique le passage de la ligne de front de surface.

Avant le front, on observe souvent des précipitations, ainsi que des orages et des grains (surtout pendant la moitié chaude de l'année). Après le passage du front, la température de l'air chute (advection froide), parfois rapidement et brusquement - de 5 à 10 °C ou plus en 1 à 2 heures. Le point de rosée baisse avec la température de l'air. La visibilité s’améliore généralement à mesure que l’air plus propre et moins humide provenant des latitudes septentrionales se déplace derrière le front froid.

La nature du temps sur un front froid varie considérablement en fonction de la vitesse de déplacement du front, des propriétés de l'air chaud devant le front et de la nature des mouvements ascendants de l'air chaud au-dessus du coin froid.

Il existe deux types de fronts froids :

front froid du premier type, lorsque l'air froid entre lentement,

front froid du deuxième type, accompagné d'une avance rapide d'air froid.

Avant d'occlusion - un front atmosphérique associé à une crête thermique dans la basse et moyenne troposphère, qui provoque des mouvements d'air ascendants à grande échelle et la formation d'une zone étendue de nuages ​​et de précipitations. Souvent, un front d'occlusion apparaît en raison de la fermeture - le processus de déplacement de l'air chaud vers le haut dans un cyclone en raison du fait que le front froid « rattrape » le front chaud qui avance et fusionne avec lui (le processus d'occlusion du cyclone). Les fronts d'occlusion sont associés à des précipitations intenses et, en été, à de fortes averses et orages.

En raison des mouvements descendants de l'air froid à l'arrière du cyclone, le front froid se déplace plus rapidement que le front chaud et, avec le temps, le rattrape. Au stade du remplissage du cyclone, des fronts complexes apparaissent - des fronts d'occlusion, qui se forment lorsque les fronts atmosphériques froids et chauds se ferment. Dans le système de front d’occlusion, trois masses d’air interagissent, dont la plus chaude n’entre plus en contact avec la surface terrestre. L'air chaud sous la forme d'un entonnoir monte progressivement vers le haut et sa place est prise par l'air froid venant des côtés. L’interface qui se produit lorsque les fronts froid et chaud se rencontrent est appelée surface frontale d’occlusion. Les fronts d'occlusion sont associés à des précipitations intenses et à de violents orages en été.

Les masses d'air qui se rapprochent pendant l'occlusion ont généralement des températures différentes - l'une peut être plus froide que l'autre. Conformément à cela, on distingue deux types de fronts d'occlusion : les fronts d'occlusion de type front chaud et les fronts d'occlusion de type front froid.

DANS voie du milieu En Russie et dans la CEI, en hiver, les fronts chauds d'occlusion prédominent, puisque l'eau de mer pénètre par l'arrière du cyclone air tempéré, qui est nettement plus chaud que l’air continental tempéré à l’avant du cyclone. En été, des fronts froids occlus sont principalement observés ici.

Le champ de pression du front d’occlusion est représenté par un creux bien défini avec des isobares en forme de V. Avant le front sur la carte synoptique se trouve une zone de chute de pression associée à la surface du front chaud, et derrière le front d'occlusion se trouve une zone d'augmentation de pression associée à la surface du front froid. Le point sur la carte synoptique à partir duquel divergent les sections ouvertes restantes des fronts chauds et froids dans le cyclone occultant est le point d'occlusion. Au fur et à mesure que le cyclone s'obstrue, le point d'occlusion se déplace vers sa périphérie.

Dans la partie antérieure du front d'occlusion, on observe des nuages ​​​​de cirrus (Ci), de cirrostratus (Cs), d'altostratus (As) et dans le cas de fronts d'occlusion actifs, de nimbostratus (Ns). Si un front froid du premier type est impliqué dans l'occlusion, alors une partie du système nuageux du front froid peut rester au-dessus du front chaud supérieur. Si un front froid du deuxième type est impliqué, alors le dégagement se produit derrière le front chaud supérieur, mais le front froid inférieur peut développer une vague de cumulonimbus (Cb) déjà dans l'air froid du front, déplacés par un coin arrière plus froid. Ainsi, les précipitations provenant de l'altostratus et du stratostratus (As-Ns), si elles se produisent, peuvent commencer avant que les précipitations ne surviennent, ou simultanément avec ou après le passage du front froid inférieur ; les précipitations peuvent tomber des deux côtés du front inférieur, et la transition des précipitations globales aux averses, si elle se produit, ne se produit pas devant le front inférieur, mais à proximité immédiate de celui-ci.

Les systèmes nuageux convergents des fronts chauds et froids sont principalement composés d’As-N. À la suite de la convergence, un puissant système nuageux Cs-As-Ns apparaît, avec sa plus grande épaisseur près du front froid supérieur. Dans le cas d'un front d'occlusion jeune, le système nuageux commence par Ci et Cs, qui se transforment en As, puis en Ns. Parfois, Ns peut être suivi de Cb, suivi à nouveau de Ns. Un faible glissement vers le haut de l'air arrière le long de la surface occluse peut conduire à la formation de nuages ​​​​tels que des stratus et des stratocumulus (St-Sc) le long de celle-ci, n'atteignant pas le niveau des carottes de glace. Ceux-ci produiront de la bruine devant le front chaud inférieur. Dans le cas d'un ancien front chaud occlus, le système nuageux est constitué de nuages ​​cirrostratus (Cs) et d'altocumulus (Ac), parfois rejoints par des altostratus (As) ; il se peut qu'il n'y ait pas de précipitations.

Façade stationnaire

1. Une façade qui ne change pas de position dans l’espace.

2. Un front le long duquel les masses d'air se déplacent horizontalement ; devant sans glisser.

32)cyclones et anticyclones. Étapes de leur développement, systèmes éoliens et nébulosité.

Anticyclone- zone d'augmentation pression atmosphérique avec des isobares concentriques fermées au niveau de la mer et avec une distribution de vent correspondante. Dans un anticyclone bas - froid, les isobares restent fermées uniquement dans les couches les plus basses de la troposphère (jusqu'à 1,5 km), et dans la troposphère moyenne, aucune augmentation de pression n'est détectée ; Il est également possible qu'il y ait un cyclone de haute altitude au-dessus d'un tel anticyclone.

Comme nous l'avons vu, un réchauffement inégal de la surface terrestre et de l'air dans la troposphère est à l'origine de l'émergence de gradients horizontaux de température et de pression et de la formation de courants d'air. En raison du transport, des masses d'air aux propriétés différentes peuvent se rapprocher ou s'éloigner. Lorsque des masses d'air ayant des propriétés physiques différentes se rapprochent, les gradients horizontaux de température, d'humidité, de pression et d'autres éléments météorologiques augmentent, ainsi que la vitesse du vent. Au contraire, à mesure qu’ils s’éloignent les uns des autres, les gradients diminuent. Les zones dans lesquelles il y a une convergence de masses d'air Par exemple, un froid relativement sec et un chaud humide sont appelés zones de transition ou zones frontales. Dans les zones frontales, il semble y avoir une lutte entre les masses d'air froid et chaud. À la suite de cette lutte, des masses d'air froid pénètrent dans les zones où se trouvent les masses chaudes et des masses chaudes pénètrent dans les zones où se trouvent les masses froides. À la suite de ces processus, les deux masses d'air acquièrent progressivement des propriétés inhérentes à l'air d'une zone géographique donnée.
Les zones frontales de la troposphère peuvent être détectées quotidiennement dans le domaine de la température et de la pression, principalement dans les latitudes extratropicales, où l'afflux d'énergie solaire est différent au nord et au sud. zone tempérée. Les amplitudes des gradients horizontaux de température et de pression y sont plus grandes que partout ailleurs dans le monde. globe. Des zones frontales apparaissent continuellement, s'aggravent et sont détruites. Cependant, leur intensité varie en fonction de la différence de température entre les masses d'air qui se rapprochent.
Dans les couches inférieures de l'atmosphère, lors de la traversée des zones frontales dans le sens de l'air chaud vers l'air froid, conformément à de grands gradients horizontaux, une diminution rapide de la température, de la pression et de l'humidité se produit et des vitesses élevées des courants d'air sont observées. Aux latitudes moyennes, à des altitudes de 10 à 12 km dans ces zones, les vents atteignent souvent la force d'un ouragan, soit 200 km/h ou plus. Comme nous le verrons ci-dessous, les zones frontales jouent un rôle prépondérant dans le développement des processus atmosphériques.
Étant donné que les masses d'air froid et chaud ont des densités différentes, elles ne sont pas situées les unes par rapport aux autres verticalement, mais obliquement. L’air froid, étant plus dense et plus lourd, se coince sous l’air chaud et plus léger. Dans cette zone frontalière entre des masses d'air de propriétés différentes, des cyclones et des anticyclones apparaissent généralement, apportant du beau temps et du mauvais temps.
Les dimensions des zones de transition sont petites par rapport aux masses d'air. Dans zone frontale des interfaces apparaissent entre les masses d'air froid et chaud, appelées fronts atmosphériques. Les surfaces frontales sont toujours inclinées vers l'air froid, qui se situe sous l'air chaud sous la forme d'un coin étroit (Fig. 52). L'angle d'inclinaison de la surface frontale par rapport à l'horizon est très petit : il est inférieur à 1° et la tangente de l'angle varie de 0,01 à 0,02. Cela signifie que si vous vous éloignez de 200 km de la ligne de front à la surface de la terre vers l'air froid, alors la surface frontale se trouvera à une altitude de 1 à 2 km. Lorsqu'elle est éloignée de 500 km dans le sens horizontal, la surface frontale se trouve à une altitude de 2,5 à 5,0 km. Étant donné que les angles d'inclinaison des fronts sont très petits, afin de représenter plus clairement les fronts dans le plan vertical, l'échelle horizontale est généralement prise plusieurs fois plus petite que l'échelle verticale. Dans le diagramme présenté du front, l’échelle verticale est augmentée de près de 50 fois.

La plus grande longueur de fronts en hauteur aux latitudes moyennes est de 8 à 12 km. Ils atteignent souvent la tropopause. Selon les études de E. Palmen, G. D. Zubyan et d'autres, des fronts sont également observés dans les couches inférieures de la stratosphère.
Sur les fronts troposphériques, des nuages ​​​​multicouches se développent généralement d'où tombent les précipitations. Les fronts sont plus prononcés dans les cyclones, où le mouvement de l’air ascendant prédomine. Dans les anticyclones, en raison des mouvements descendants, les nuages ​​frontaux se dissipent.
Les fronts atmosphériques sont divisés en fronts froids et chauds.
Un front froid est un front qui se dirige vers des températures élevées. Après le passage d’un front froid, une vague de froid se produit. Un front chaud est un front qui se déplace latéralement basses températures. Après le passage d’un front chaud, un réchauffement se produit.
Dans le domaine de la température et du vent, les fronts sont plus prononcés à la surface de la Terre dans le système de cyclones et de creux de pression en développement. Ceci est facilité par la convergence des courants d'air dans la zone avant près de la surface de la terre, car en raison de cette convergence dans la zone avant, il existe des masses d'air de faible et températures élevées. Sur la fig. 53a montre le champ de pression, de vent et de température dans le creux du cyclone à la surface de la terre. Le front s'intensifie, car au nord il y a une masse d'air froid avec des températures de 1 à 2° au-dessous de zéro, et au sud il y a une masse d'air chaud avec des températures allant jusqu'à 10 à 12° au-dessus de zéro.

Dans les anticyclones, les fronts proches de la surface de la Terre sont emportés, car le système de courants d'air diverge (Fig. 53 6). Ici, dans la première partie de la crête, la partie froide du front proche de la surface de la terre est emportée, puisque les flux ne sont pas dirigés vers le front, mais loin du front. Dans le système d'un cyclone en développement, l'air a tendance à monter vers le haut et, en raison du refroidissement dynamique et de la condensation, des nuages ​​apparaissent et des précipitations se produisent. Dans le système d'un anticyclone en développement, au contraire, il y a un mouvement d'air vers le bas et, en raison du chauffage dynamique, l'air s'éloigne de l'état de saturation, les nuages ​​​​se dissipent et les précipitations s'arrêtent.
La vitesse du front dépend de l’ampleur de la composante normale du vent, qui varie considérablement. En Europe pendant les saisons de transition de l'année vitesse moyenne le mouvement des fronts atteint environ 30 km/heure, soit environ 700 km par jour ; mais souvent dans un système cyclonique, les fronts parcourent une distance de plus de 1 200 à 1 500 km par jour. Dans ces cas, la façade, située par exemple dans Europe occidentale, en une journée, il se retrouve dans les régions centrales du territoire européen de l'URSS. Si les courants d’air sont dirigés parallèlement au front, alors le front reste inactif. Les gradients de température et de pression étant beaucoup plus importants en hiver qu'en été, l'activité des fronts en hiver est plus intense.
Nous avons déjà dit que dans la zone du front atmosphérique, en particulier dans le système d'un cyclone en développement, l'air monte, un refroidissement adiabatique et la formation de nuages ​​​​et de précipitations se produisent. La montée de l'air se produit non seulement dans la couche terrestre, mais également en hauteur. Mais si dans la couche superficielle cela est causé par la convergence du vent de surface, alors la raison de la montée de l'air en altitude est le mouvement instable et la différence de vitesse de déplacement de l'air transfrontal et préfrontal.
Dans le cas d'un front froid, l'air froid se déplaçant rapidement derrière le front, circulant sous l'air chaud, le déplace vers le haut. En conséquence, si les conditions dynamiques provoquent une montée générale de l'air, l'air chaud commence à glisser vers le haut le long de la surface inclinée du front et à se refroidir de manière adiabatique.
Dans le cas d'un front chaud, dans les mêmes conditions, un mouvement ascendant d'air chaud au-dessus d'un coin d'air froid se produit également. Plus la différence de température entre l'air froid et l'air chaud est grande, c'est-à-dire plus le front est prononcé non seulement à la surface de la terre, mais aussi en hauteur, plus intense dans les mêmes conditions le mouvement ascendant de l'air chaud, la condensation et la formation de nuages ​​et de précipitations se produit.
Sur un front bien défini, les nuages ​​de tous niveaux sont représentés. Les nuages ​​d'un front chaud peuvent être très puissants ; ils s'étendent souvent horizontalement perpendiculairement au front sur 500 à 700 km et verticalement jusqu'à 6 à 8 km ou plus. De plus, la longueur d'un tel front peut atteindre 1 000 à 2 000 km. La partie supérieure des puissants nuages ​​frontaux, même en été, est située dans la zone de températures négatives, elle est donc généralement constituée de cristaux de glace. Sur la fig. 54, dans une coupe verticale perpendiculaire au front, est représenté un système nuageux caractéristique d'un front chaud. Ces nuages ​​sont stratifiés et se situent principalement dans l'air chaud au-dessus de la surface frontale. Le plus nuages ​​supérieurs(cirrus et cirrostratus) sont situés à des altitudes de 6 à 8 km. Ils sont les précurseurs d’un front chaud. L'apparition de ces nuages ​​quelques heures avant l'approche de la zone de précipitations indique une dégradation des conditions météorologiques. Les cirrostratus sont remplacés par des altostratus, à travers lesquels le soleil brille encore, mais qui ont néanmoins une plus grande épaisseur verticale. Viennent ensuite des nuages ​​​​de nimbostratus plus denses, produisant des précipitations en couverture qui atteignent le sol. Ci-dessous se trouvent des stratus et des nimboclouds dont la hauteur de la limite inférieure, en fonction de la teneur en humidité, peut varier de zéro à plusieurs centaines de mètres. En même temps, comme on peut le voir sur la Fig. 54, des nuages ​​​​de basse altitude se forment non seulement dans l'air chaud au-dessus du front, mais aussi partiellement dans l'air froid à proximité immédiate de la surface frontale. Les flèches sur cette figure montrent la direction du flux d'air en air chaud et froid avec un transfert général de gauche à droite dans le plan du schéma présenté ici.

Le système nuageux d’un puissant front froid est représenté sur la Fig. 55. Comme il est facile de le constater, les profils des fronts chaud (Fig. 54) et froid (Fig. 55) sont sensiblement différents les uns des autres. Cela se produit parce que lors du mouvement, l'air chaud de la couche inférieure, en raison du frottement avec la surface de la terre, s'étire dans la direction opposée au mouvement. Pendant ce temps, le front froid devient plus raide en raison de la friction dans la couche inférieure de 1 à 2 km.

Montré sur la Fig. Les systèmes nuageux 54 et 55 de fronts chauds et froids font référence aux cas où l'étendue verticale des fronts est grande, les contrastes de température au front sont importants et il y a un intense mouvement d'air ascendant. Les masses d’air des deux côtés du front sont stables. Si, dans toutes ces conditions, l'air froid est stratifié de manière instable, alors le front froid n'est pas suivi de stratocumulus, mais de puissants cumulus et cumulonimbus. Si en même temps l'air froid et l'air chaud sont stratifiés de manière instable, alors de puissants nuages ​​​​de grains se forment devant le front (Fig. 56), donnant de fortes précipitations, accompagnées d'orages et même de grêle.

Le système nuageux d’un front chaud présente également des variations. Lorsque l’air chaud est instable, des nuages ​​convectifs se forment et des pluies surviennent. On suppose que la teneur en humidité de l’air est suffisante.
Cependant, l'étendue verticale des fronts atmosphériques n'est pas toujours significative ; elle ne dépasse souvent pas 1 à 3 km. Conformément à cela, la nébulosité frontale connaît un développement limité, à l'exception des cas où, en raison de l'instabilité, une nébulosité convective se forme, atteignant une hauteur de 5 à 6 km ou plus. Même avec une grande étendue verticale du front, les nuages ​​frontaux ne représentent pas un milieu continu, comme le montre la Fig. 54 et 55, mais se compose d'un certain nombre de couches séparées par des espaces sans nuages ​​(Fig. 57 a). Cela est dû au fait que dans de nombreux cas, la montée générale de l'air chaud est perturbée et que des couches avec des mouvements d'air ascendants et descendants alternent dans la zone avant. Dans ce cas, ces dernières provoquent la destruction du système nuageux du front, jusqu'à la dispersion complète des nuages. Lorsque l'air est très sec, la formation de nuages ​​​​à l'avant ne se produit pas du tout ou des nuages ​​​​de faible puissance apparaissent dans les niveaux moyen et supérieur qui ne produisent pas de précipitations (Fig. 57-6).

Il existe d’autres types de fronts qui se produisent lorsque des fronts froids et chauds se rencontrent. La fermeture des fronts résulte du fait qu’ils se déplacent à des vitesses différentes. Dans un système cyclonique, les fronts froids se déplacent généralement avec vitesses élevées que les chauds. Par conséquent, le front froid, rattrapant le chaud, se ferme avec lui, formant un front de fermeture ou, comme on l'appelle habituellement, un front d'occlusion. Au début, les systèmes nuageux des deux fronts, s'étant fermés, persistent et donnent des précipitations abondantes, principalement couvertes. Cependant, progressivement l'intensité du front d'occlusion s'affaiblit en raison du processus de flou déjà existant. Dans le même temps, de puissants systèmes nuageux commencent à se dissiper et le front est détecté dans le champ de vent de surface par les restes de nuages. Sur la fig. 58 montre schématiquement la fermeture des fronts froids et chauds lorsqu'ils se déplacent de gauche à droite. L’air froid, étant plus dense, se coince sous l’air chaud.

Tous les types de fronts, lorsqu'ils rencontrent des obstacles de montagne, laissent beaucoup d'humidité du côté au vent. Cependant, à mesure que l'obstacle de haute montagne est surmonté, le système nuageux des fronts est perturbé et, du côté sous le vent des montagnes, les nuages ​​s'étendent et les précipitations s'arrêtent souvent. Ce n'est qu'après avoir surmonté l'obstacle que le système frontal nuageux est à nouveau restauré.
L'étude des fronts atmosphériques est dictée par la nécessité d'approfondir les connaissances dans ce domaine en lien avec les exigences de la pratique, notamment aéronautique, puisque des nuages ​​puissants, comme les changements brusques de temps, sont associés aux fronts. Leur étude est donc l’une des tâches les plus importantes des météorologues.
Malgré l'importance de la tâche d'étude des fronts, la connaissance des conditions de leur apparition est encore loin d'être suffisante. Cela s'applique principalement à la formation et à l'évolution des nuages ​​frontaux. Les diagrammes ci-dessus donnent uniquement idée générale sur les nuages ​​frontaux. En réalité, les nuages ​​​​dans la zone des fronts atmosphériques comprennent à la fois des couches continues moyennes et épaisses avec des espaces sans nuages ​​entre elles.
Les difficultés d'étude de la physique de la formation des nuages ​​sur les fronts sont liées au manque de méthodes pour une étude massive et détaillée de toutes les caractéristiques du développement des nuages ​​dans certaines conditions synoptiques, car cela nécessite un long séjour en altitude, techniquement difficile à mettre en œuvre. .
Des avions vraiment modernes volant avec grande vitesse, permettent d'effectuer des observations et diverses mesures le long de la trajectoire de vol. Les ballons sont plus pratiques pour étudier les nuages. Mais ils ne peuvent pas toujours entrer dans le nuage qui nous intéresse. En particulier, le ballon ne peut pas pénétrer dans les nuages ​​orageux, car il pourrait être enflammé par un éclair.
Il a déjà été mentionné plus haut que la formation des nuages ​​est provoquée par la condensation de la vapeur d'eau due à la montée de l'air et à son refroidissement adiabatique. Pour imaginer les difficultés d'étudier l'évolution de la nébulosité, il suffit de dire que les mouvements verticaux de l'air qui provoquent la formation et la destruction des nuages ​​ne se prêtent pas encore à des mesures directes. Les calculs approximatifs des mouvements verticaux sont actuellement effectués principalement à partir de prémisses théoriques de changements de pression et de champs de vent à différentes hauteurs.
L'étude des fronts atmosphériques et de leurs systèmes nuageux attire l'attention de nombreux scientifiques tant en URSS qu'à l'étranger. Souvent, au péril de leur vie, ils volent dans des nuages ​​​​d'orage et élargissent progressivement leurs connaissances sur l'activité frontale. Les dispositions sur les caractéristiques structurelles des fronts, élaborées principalement par des météorologues norvégiens (T. Bergeron, S. Petersen, etc.), ont été révisées et clarifiées par des scientifiques soviétiques. Grâce aux travaux de A. F. Dyubyuk, N. L. Taborovsky, E. G. Zak, E. K. Fedorov, G. D. Zubyan, E. S. Selezneva et d'autres, nos connaissances sur l'émergence et l'érosion des fronts, la nature des mouvements verticaux de l'air et de la formation des nuages, ainsi que d'autres questions liés aux fronts, ont été considérablement enrichis. Et pourtant beaucoup caractéristiques importantes La formation des nuages ​​et les changements de forme des nuages ​​au cours de l’évolution des fronts restent inconnus.
Il n’existe pas d’unité de vues sur la question de l’étendue verticale des fronts dans la troposphère et sur la formation des fronts dans la stratosphère. Cependant, dans dernières années De plus en plus de scientifiques arrivent à la conclusion que les fronts troposphériques atteignent dans la plupart des cas la tropopause ; plus haut - dans la stratosphère - ils existent également (G.D. Zubyan, R. Bergren), mais en raison de la teneur en humidité négligeable de l'air, les nuages ​​​​ne se forment pas sur les fronts stratosphériques.

Les masses d’air se déplacent autour de la planète comme une seule unité. Les fronts atmosphériques, ou simplement fronts, sont des zones de transition entre deux masses d'air différentes. Les zones de transition entre des masses d'air voisines ayant des propriétés différentes sont appelées fronts atmosphériques. Maison trait caractéristique fronts atmosphériques sont de grandes valeurs de gradients horizontaux : pression, température, humidité etc. Une nébulosité importante est observée ici, la plupart des précipitations tombent et les changements les plus intenses de pression, de force et de direction du vent se produisent.

Un front atmosphérique se produit lorsque des masses d'air froid et chaud se rapprochent et se rencontrent dans les couches inférieures de l'atmosphère ou dans toute la troposphère, couvrant une couche pouvant atteindre plusieurs kilomètres d'épaisseur, avec formation d'une interface inclinée entre elles.

La principale caractéristique des fronts atmosphériques réside dans les grandes valeurs des gradients horizontaux : pression, température, humidité, etc. La zone du front atmosphérique est très étroite par rapport aux masses d'air qu'elle sépare. Lorsqu'il y a un mouvement, la surface de transition s'incline, l'air plus dense (froid) formant un coin sous l'air moins dense (chaud), et l'air chaud glissant vers le haut le long de ce coin.

L'épaisseur verticale de la surface frontale est très faible - plusieurs centaines de mètres, ce qui est bien inférieur à la largeur des masses d'air qu'elle sépare. Dans la troposphère, une masse d’air en chevauche une autre. La largeur de la zone de front sur les cartes météorologiques est de plusieurs dizaines de kilomètres, mais lors de l'analyse des cartes synoptiques, le front est tracé comme une seule ligne. Ce n'est que dans des sections verticales à grande échelle de l'atmosphère qu'il est possible d'identifier les limites supérieure et inférieure de la couche de transition.

C'est pour cette raison que les fronts sont représentés sur les cartes synoptiques comme une ligne (front line). A l'intersection avec la surface terrestre, la zone frontale a une largeur d'environ dix kilomètres, tandis que les dimensions horizontales des masses d'air elles-mêmes sont d'environ des milliers de kilomètres.

Dans le sens horizontal, la longueur des fronts, comme les masses d'air, est de plusieurs milliers de kilomètres, verticalement - environ 5 km, la largeur de la zone frontale jusqu'à la surface de la Terre est d'environ des centaines de kilomètres, à des altitudes - plusieurs centaines de kilomètres. Les zones frontales sont caractérisées par des changements importants dans la température et l'humidité de l'air, ainsi que dans la direction du vent le long de la surface horizontale, tant au niveau de la Terre qu'au-dessus.

Les fronts entre les masses d'air des principaux types géographiques ci-dessus sont appelés principaux fronts atmosphériques. Les principaux fronts sont : arctique (entre l'air arctique et polaire), polaire (entre l'air polaire et tropical) et tropical (entre l'air tropical équatorial).

Selon les propriétés thermodynamiques, les fronts atmosphériques entre les masses d'air du même type géographique sont divisés en chauds, froids et sédentaires (stationnaires), qui peuvent être primaires, secondaires et supérieurs, ainsi que simples et complexes (occlus). Une position particulière est occupée par les fronts d'occlusion, formés lors de la fermeture des fronts chauds et froids. Les fronts d’occlusion peuvent être des fronts froids ou chauds. Sur les cartes météorologiques, les fronts sont dessinés soit sous forme de lignes colorées, soit sous forme de symboles.

Fronts complexes complexes - les fronts d'occlusion sont formés par la fermeture des fronts froids et chauds lors de l'occlusion des cyclones. On distingue un front chaud d'occlusion, lorsque l'air derrière un front froid est plus chaud que l'air devant un front chaud, et un front froid d'occlusion, lorsque l'air derrière un front froid est plus froid que l'air dans devant un front chaud.

Un front bien défini a une hauteur de plusieurs kilomètres, le plus souvent de 3 à 5 km. Les fronts majeurs sont associés à des précipitations abondantes et prolongées ; Dans le système de fronts secondaires, les processus de formation des nuages ​​sont moins prononcés, les précipitations sont de courte durée et n'atteignent pas toujours la Terre. Il existe également des précipitations intramassiques non associées à des fronts.

Dans la couche superficielle, en raison de la convergence des flux d'air vers l'axe des creux de pression, les plus grands contrastes de température de l'air sont créés ici - par conséquent, les fronts proches de la Terre sont situés précisément le long des axes des tranchées de pression. Les fronts ne peuvent pas être situés le long des axes des crêtes de pression, là où les flux d'air divergent, mais ne peuvent couper l'axe de la crête que selon un grand angle.

Avec l'altitude, les contrastes de température sur l'axe du creux de pression diminuent - l'axe du creux se déplace vers des températures de l'air plus basses et tend à s'aligner avec l'axe du creux thermique, où les contrastes de température sont minimes. Ainsi, avec la hauteur, la façade s'éloigne progressivement de l'axe du creux de pression vers sa périphérie, où se créent les plus grands contrastes.

Selon le sens de déplacement des masses d'air chaud et froid situées de part et d'autre de la zone de transition, les fronts sont divisés en chaud et froid. Les fronts qui changent peu de position sont appelés sédentaires. Une position particulière est occupée par les fronts d'occlusion, formés lors de la fermeture des fronts chauds et froids. Les fronts d’occlusion peuvent être des fronts froids ou chauds. Sur les cartes météorologiques, les fronts sont dessinés soit sous forme de lignes colorées, soit sous forme de symboles.

Des fronts atmosphériques se forment dans la bande frontalière de 2 masses d'air voisines. Front atmosphérique– une zone de transition entre deux masses d’air aux propriétés physiques différentes. Le front atmosphérique entre les masses d'air en mouvement coupe le plan de l'horizon sous un angle inférieur à 1º, a une largeur horizontale de plusieurs dizaines de kilomètres et une épaisseur verticale de l'ordre de plusieurs centaines de mètres. La longueur du front atmosphérique atteint des milliers de kilomètres.

Les fronts sont associés à des phénomènes météorologiques particuliers. Les mouvements d'air ascendants dans les zones frontales conduisent à la formation de vastes systèmes nuageux, à partir desquels les précipitations tombent sur de vastes zones. D'énormes vagues atmosphériques apparaissant dans les masses d'air des deux côtés du front conduisent à la formation de perturbations atmosphériques de nature vortex - cyclones et anticyclones, qui déterminent le régime du vent et d'autres éléments météorologiques.

Grands fronts climatiques:

Arctique (Antarctique) - à la frontière de l'AB et du SW.

Polar - à la frontière de la HF et de la TV.

Intertropical - à la frontière de la télévision et du VE.

Comme pour tout contact, surface limitrophe, la ligne de front atmosphérique est caractérisée par des processus orageux et actifs de mélange de l'atmosphère, la formation de vortex atmosphériques et le développement d'une montée d'air convective.

Les cyclones se forment le long des fronts arctiques et surtout polaires. Ce processus est appelé cyclogenèse.

Cyclone. Un cyclone (du grec kyklon - tourbillonnant) est une perturbation atmosphérique à grande échelle de nature vortex associée à une zone de basse pression atmosphérique. La pression atmosphérique minimale se produit au centre du cyclone. Les vents du cyclone de l'hémisphère nord sont dirigés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, s'écartant vers le centre dans la couche inférieure ; V hémisphère sud- dans le sens des aiguilles d'une montre, avec le même écart dans la couche inférieure.

Diagramme du cyclone (Z).

Anticyclone. L'anticyclone est une zone de haute pression atmosphérique avec des isobares concentriques fermées au niveau de la mer. Pression maximale au centre de l'anticyclone, vers la périphérie elle diminue. L'air dans un anticyclone se déplace dans l'hémisphère nord, en faisant le tour du centre dans le sens des aiguilles d'une montre (c'est-à-dire en déviant vers la droite), dans l'hémisphère sud - dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Dans la couche inférieure, les conduites d'écoulement d'air ont la forme de spirales divergentes du centre. La divergence des courants d'air dans les couches inférieures entraîne la prédominance dans l'anticyclone de mouvements descendants (affaissement) de l'air avec une composante verticale de l'ordre de dizaines et centaines de mètres par jour.

Schéma de l'anticyclone (Az).

Cyclones (A) et anticyclones (B) (dans l'hémisphère nord)

Les façades apparaissent et disparaissent constamment (érodées) en raison de certaines caractéristiques circulation atmosphérique. Avec eux, des masses d'air se forment et modifient leurs propriétés.

En fonction de la nature du mouvement des masses d'air, les fronts sont divisés en chaud Et froid. Le front se déplace vers une masse d'air moins active. Une masse d'air plus active déplace une masse d'air moins active du territoire. La masse la plus active est celle où le gradient de pression est le plus important.

Front chaud

Chaud est un front qui se dirige vers l'air froid, car l'air chaud est plus actif. Il s'écoule sur l'air froid en retraite, remontant calmement la surface frontale. Un refroidissement adiabatique se produit, accompagné d'une condensation d'humidité et de la formation d'un puissant système nuageux, qui conduit à des précipitations. La longueur de la zone de pluie atteint 600 à 700 km. À l'endroit où monte l'air chaud, c'est-à-dire une zone se forme sur la ligne de front basse pression. L'air froid recule lentement. En général, un front chaud apporte chaleur et humidité.

Froid un front se produit lorsque l’air froid chasse l’air chaud hors d’une zone. La masse d’air chaud est poussée vers le haut par un coin d’air froid. Le passage d'un front entraîne un changement de masse d'air chaud en masse d'air froid et, par conséquent, une diminution de la température et des changements brusques des autres éléments météorologiques. La surface frontale est plus raide que celle d’un front chaud.

Front froid

Selon le degré de stabilité de l'air chaud, on distingue les fronts froids des 1er et 2e types.

Front froid du 1er type se déplace relativement lentement, l'air chaud devant lui monte calmement. La pente du front est légèrement supérieure à celle d'un front chaud et la zone de précipitations est plus petite. Le système nuageux est dominé par des nuages ​​de type nimbostratus (Ns), puis altostratus (As) et enfin cirrostratus (Cs). Des cumulonimbus (Cb) sont observés devant le front. Les altocumulus (Ac) sont le signe avant-coureur d'un front.

Front froid du 2ème typeémis lorsque l’air froid envahit rapidement et repousse activement une masse d’air chaud. Le mouvement ascendant de l'air chaud devant le front dans la partie inférieure rencontre le mouvement descendant le long de la surface frontale. Une inversion se produit en altitude en avant du front. En outre, un puissant système nuageux se forme devant le front, principalement à partir de cumulonimbus (Cb), caractérisés par des bourrasques de vent, des averses accompagnées d'orages, souvent accompagnées de grêle. Mais le front passe vite et le temps s'améliore.

FRONT ATMOSPHÈRE (front troposphérique), zone de transition intermédiaire entre les masses d'air dans la partie basse de l'atmosphère - la troposphère. La zone du front atmosphérique est très étroite par rapport aux masses d'air qu'elle sépare, elle est donc approximativement considérée comme l'interface (rupture) de deux masses d'air de densités ou de températures différentes et est appelée surface frontale. Pour la même raison, sur les cartes synoptiques, le front atmosphérique est représenté par une ligne (front line). Si les masses d'air étaient stationnaires, la surface du front atmosphérique serait horizontale, avec de l'air froid en dessous et de l'air chaud au-dessus, mais comme les deux masses sont en mouvement, elle est inclinée vers surface de la terre, et l'air froid se présente sous la forme d'un coin très doux sous l'air chaud. La tangente de l'angle d'inclinaison de la surface frontale (inclinaison avant) est d'environ 0,01. Les fronts atmosphériques peuvent parfois s’étendre jusqu’à la tropopause, mais ils peuvent aussi se limiter aux kilomètres inférieurs de la troposphère. A l'intersection avec la surface terrestre, la zone du front atmosphérique a une largeur de l'ordre de plusieurs dizaines de kilomètres, tandis que les dimensions horizontales des masses d'air elles-mêmes sont de l'ordre de plusieurs milliers de kilomètres. Au début de la formation des fronts atmosphériques et lors de leur érosion, la largeur de la zone frontale sera plus grande. Verticalement, les fronts atmosphériques représentent une couche de transition de plusieurs centaines de mètres d'épaisseur, dans laquelle la température avec l'altitude diminue moins que d'habitude ou augmente, c'est-à-dire qu'une inversion de température est observée.

À la surface de la Terre, les fronts atmosphériques sont caractérisés par des gradients horizontaux accrus de température de l'air - dans une zone étroite du front, la température change brusquement des valeurs caractéristiques d'une masse d'air aux valeurs caractéristiques d'une autre, et le changement parfois dépasse 10°C. L'humidité de l'air et la transparence changent également dans la zone frontale. Dans un champ de pression, les fronts atmosphériques sont associés à des creux hypotension artérielle(voir Systèmes de pression). De vastes systèmes nuageux se forment au-dessus des surfaces frontales, produisant des précipitations. Le front atmosphérique se déplace à une vitesse égale à la composante normale du front de vitesse du vent, donc le passage du front atmosphérique à travers le site d'observation entraîne un changement rapide (en quelques heures) et parfois brutal des éléments météorologiques importants et de l'ensemble du régime météorologique. .

Les fronts atmosphériques sont caractéristiques des latitudes tempérées, où les principales masses d'air de la troposphère se bordent. Sous les tropiques, les fronts atmosphériques sont rares, et la zone de convergence intertropicale, qui y est constamment présente, en diffère sensiblement, n'étant pas une division de température. La principale raison de l'émergence d'un front atmosphérique (frontogenèse) est la présence de tels systèmes de mouvement dans la troposphère qui conduisent à la convergence (convergence) des masses d'air avec différentes températures. La zone de transition initialement large entre les masses d'air devient un front pointu. Dans des cas particuliers, la formation d'un front atmosphérique est possible lorsque l'air s'écoule le long d'une limite de température nette sur la surface sous-jacente, par exemple au-dessus du bord de la glace dans l'océan (ce qu'on appelle la frontogenèse topographique). En cours diffusion générale Dans l'atmosphère, entre les masses d'air de différentes zones latitudinales avec des contrastes de température suffisamment importants, apparaissent de longs fronts principaux (des milliers de km), principalement allongés en latitude - Arctique, Antarctique, polaire, sur lesquels se produit la formation de cyclones et d'anticyclones. Dans ce cas, la stabilité dynamique du front atmosphérique principal est perturbée, il se déforme et se déplace dans certaines zones vers des latitudes élevées, dans d'autres vers des latitudes basses. De part et d’autre de la surface du front atmosphérique apparaissent des composantes verticales de la vitesse du vent de l’ordre du cm/s. Le mouvement ascendant de l'air au-dessus de la surface du front atmosphérique est particulièrement important, ce qui conduit à la formation de systèmes nuageux et de précipitations.

Dans la partie avant du cyclone, le front atmosphérique principal prend le caractère d'un front chaud (figure a), car à mesure qu'il se déplace vers les hautes latitudes, l'air chaud remplace l'air froid en retrait. Dans la partie arrière du cyclone, le front atmosphérique prend le caractère d'un front froid (Figure b) avec le coin froid avançant et déplaçant l'air chaud devant lui vers des couches élevées. Lorsqu'un cyclone s'occulte, un front atmosphérique chaud et froid se combine, formant un front d'occlusion complexe avec des changements correspondants dans les systèmes nuageux. En raison de l'évolution des perturbations frontales, les fronts atmosphériques eux-mêmes sont flous (c'est ce qu'on appelle la frontolyse). Cependant, les changements dans le domaine de la pression atmosphérique et du vent créés par l'activité cyclonique conduisent à l'émergence de conditions pour la formation de nouveaux fronts atmosphériques et, par conséquent, à la reprise constante du processus d'activité cyclonique sur les fronts.

Dans la partie supérieure de la troposphère, en relation avec le front atmosphérique, dit courants-jets. Les fronts atmosphériques secondaires qui surviennent au sein des masses d'air de l'une ou l'autre se distinguent des fronts principaux. espace naturel avec une certaine hétérogénéité ; ils ne jouent pas un rôle significatif dans la circulation générale de l'atmosphère. Il existe des cas où le front atmosphérique est bien développé dans l'atmosphère libre (front atmosphérique supérieur), mais est peu exprimé ou n'apparaît pas du tout près de la surface terrestre.

Allumé : Petersen S. Analyse et prévisions météorologiques. L., 1961 ; Palmen E., Newton Ch. Systèmes de circulation de l'atmosphère. L., 1973 ; Océan - atmosphère : Encyclopédie. L., 1983.