6.6.3. Циклоны и антициклоны

Циклон – это атмосферное возмущение с пониженным давлением в центре и вихревым движением воздуха.

В северном полушарии направление вращения воздуха – против часовой стрелки (в южном – наоборот). Это связано с действием силы Кориолиса и центробежной силы, откуда, в частности, следует, что вблизи экватора циклоны существовать не могут. На картах циклон обозначается буквой Н и выглядит как система замкнутых изобар с минимальным давлением в центре (рис.6.27).

Рис.6.27. Схема циклона северного полушария Линии – изобары, стрелки – направление ветра (слева). Рис.6.28. Схема циклона. Жирная стрелка – направление движения; линия с округлыми наплывами – теплый фронт; линия с треугольными наплывами – холодный фронт. Тонкие стрелки – направление ветра у земли.

В центре циклона преобладают восходящие движения воздуха, так что сбоку циклон похож на гигантскую воронку.

Различают циклоны внетропические и тропические. Последние возникают гораздо реже, но бывают катастрофическими. Минимальное атмосферное давление в циклоне приходится на центр, к периферии оно растёт, т.е. горизонтальные барические градиенты направлены снаружи циклона внутрь. Замкнутые изобары (линии равного давления) неправильной, но в общем овальной формы ограничивают область пониженного давления (барическую депрессию) поперечником от нескольких сотен километров до 2 - 3 тысяч км. В этой области воздух находится в вихревом движении. В свободной атмосфере, выше пограничного слоя атмосферы (ок. 1000 м) он движется приблизительно по изобарам, отклоняясь от барического градиента на угол, близкий к прямому, вправо в Северном полушарии и влево в Южном (вследствие влияния отклоняющей силы Кориолиса и центробежной силы, возникающей при движении по криволинейным траекториям). У земной поверхности ветер образует с барическим градиентом угол порядка 60º, т.е. к вращательному движению воздуха присоединяется течение воздуха вовнутрь циклона (рис 6.27).

Скорости ветра в циклоне больше, чем в смежных областях атмосферы; иногда они достигают более 20 м/с (шторм) и даже более 30 м/с (ураган). В связи с восходящими составляющими движения воздуха, особенно вблизи фронтов, в циклонах преобладает облачная погода и выпадает основная часть осадков. Вследствие вихревого движения воздуха в область циклона втягиваются различные по температуре воздушные массы из разных широт Земли. С этим связана температурная асимметрия циклона: в различных его секторах температуры воздуха различны.

Выделяют переднюю часть циклона, теплый сектор и тыл циклона (рис.6.28). Перед теплым фронтом – передняя часть циклона (правая аббревиатура ХВ на рисунке), в южной части циклона – теплый сектор (аббревиатура ТВ), за холодным фронтом – тыл циклона (левая аббревиатура ХВ).

Каждая часть циклона характеризуется своей типичной погодой. Но сначала отметим, что каждый циклон как бы «тянет» за собой систему фронтов – теплого и холодного, причем теплый всегда впереди, холодный – позади, при этом холодный постепенно нагоняет теплый, а когда это происходит, начинается окклюдирование циклона с образованием фронта окклюзии.

Подвижные циклоны в северном полушарии перемещаются в атмосфере в общем с запада на восток, именно поэтому мы и можем говорить о типичной смене погоды в связи с циклоном. После прохождения теплого фронта, сопровождающегося понижением давления, приходит теплый сектор. Он характеризуется низкой слоистой облачностью, хмурым небом, осенью – моросью, слабым ветром, обычно становится теплее (особенно зимой). Затем проходит холодный фронт, неся с собой порывистый ветер и осадки, после чего приходит тыл циклона. В тылу циклона сосредоточено ¾ его кинетической энергии, поэтому там наиболее сильный ветер. В умеренных широтах северного полушария типичным является сильный северный ветер, небо нередко покрыто большим количеством кучевых облаков. В тылу циклона начинается рост давления.

В каждом отдельном случае направление перемещения циклона определяется направлением общего переноса воздуха в верхней тропосфере. Средние скорости перемещения циклона порядка 30 - 45 км/ч, но встречаются циклоны, которые движутся быстрее (до 100 км/ч).

Перемещаясь, циклон способствует переносу тёплого воздуха в передней (обычно восточной) части к высоким широтам и холодного воздуха в тыловой части (обычно западной) к низким широтам. В южной части циклона в нижних слоях создаётся тёплый сектор, ограниченный тёплым и холодным фронтами (стадия молодого циклона). В последующем, при смыкании холодного и тёплого фронтов (окклюзия) происходящего вследствие большей скорости холодного фронта нежели тёплого, он всегда догоняет последний, смешиваясь, они образуют сложный фронт, именуемый фронтом окклюзии. Тёплый воздух оттесняется холодным от земной поверхности в высокие слои. Тёплый сектор ликвидируется и в циклоне устанавливается более равномерное распределение температуры (стадия окклюдированного циклона) (рис.6.29). Запас энергии, способной превратиться в кинетическую, в таком циклоне иссякает; циклон останавливается, затухает, размывается или объединяется с другим циклоном (стадия старого циклона). Впрочем, циклону может и «повезти», если он зимой окажется над теплой океанской поверхностью, интенсивно отдающей тепло. Циклон в таком случае подпитывается этой энергией (регенерируется) и с новой силой может продолжить движение. Такая ситуация часто бывает с циклонами, идущими зимой от Ньюфаундленда (где они образуются) через Северную Атлантику на запад. Проходя вблизи ледяной Гренландии, циклоны обычно окклюдируются, но если энергии хватит, циклон оказывается над очень теплым Норвежским морем, где он может регенерироваться и с новой силой двинуться вперед, на Европу и, окклюдировавшись вновь, «умереть» уже над Таймыром.

Рис.6.29. Схема окклюдированного циклона

На главном фронте обычно развивается серия (семейство) циклонов, состоящая из нескольких циклонов, перемещающихся один за другим и как бы связанных в цепочку соединяющимися друг с другом фронтами. Одновременно с образованием циклонов между ними возникают промежуточные антициклоны с высоким давлением в центре. Весь процесс эволюции отдельного циклона занимает несколько дней; серия циклонов и центральный циклон могут существовать одну - две недели. Если циклон регенерируется, то и дольше.

Антициклон – это область в атмосфере, характеризующаяся повышенным давлением воздуха. В отличие от циклонов, антициклоны никогда не связаны с фронтами, существуя как бы сами по себе.

Наивысшее давление – в центре антициклона и убывает к периферии. Антициклоны развиваются в тропосфере наряду с циклонами. Продолжительность существования отдельного антициклона – несколько суток, а иногда и недель. Как и циклоны, антициклоны перемещаются в направлении общего переноса воздуха в тропосфере, т.е. как правило с запада на восток в северном полушарии, отклоняясь при этом к низким широтам. Антициклоны менее подвижны, чем циклоны, их средняя скорость– ок. 30 км/ч, но нередко антициклон надолго принимает малоподвижное состояние.

Ветер в антициклоне дует, огибая центр антициклона в северном полушарии по часовой стрелке, в южном – против часовой стрелки, образуя тем самым гигантский вихрь (рис.6.30). Преобладает движение воздуха сверху вниз, т.е. антициклон как бы распластывается по земле. Размер антициклона в поперечнике порядка тысяч км. В антициклонах присутствует внутримассовая облачность, как правило – слоистая по периферии или кучевые облака хорошей погоды (летом), но часто наблюдается совсем безоблачное небо.

Рис.6.30. Схема антициклона

Антициклон несёт ясную, солнечную, безветренную погоду. Зимой в антициклоне может быть очень холодно, т.к. происходит сильное выхолаживание поверхности (облаков мало или нет совсем), кроме того, антициклоны нередко приходят в европейскую части России из Сибири, неся с собой холодный сухой континентальный воздух. Летом в антициклоне днем жарко, т.к. облаков мало и они не препятствуют прогреву поверхности. Ночью, наоборот, довольно холодно, т.к. происходит интенсивное выхолаживание поверхности.

В атмосфере выделяют и другие барические образования, связанные с циклонами и антициклонами. Так, ответвление антициклона называют гребнем, а циклона – ложбиной. Гребень и ложбина имеют четко выраженную ось. В случае, когда близко друг к другу находятся два циклона и два антициклона, образуя нечто наподобие креста, между ними в центре образуется седловина. Седловина характеризуется слабым ветром и очень неустойчивой погодой.

Наконец, если над территорией нет никаких искажений барического поля циклонического или антициклонического характера, то такое явление называют малоградиентным полем атмосферного давления.