Для прогноза эволюции облачных систем мезомасштаба (гряды, ячейки, бороды, волнистообразные облака, мезовихри) 12-часовой промежуток времени оказывается слишком большим, чтобы можно было использовать метод экстраполяции (табл. 2.1). В этих случаях используется прогноз синоптического положения, исходя из которых делается вывод о сохранении тех условий, которые способствуют формированию той или иной мезомасштабной системы.

Таблица 2.1 Примерные данные о соотношении горизонтальных и временных масштабов облачных систем

Перемещение и эволюция атмосферных фронтов

По спутниковым данным можно определить эволюцию и перемещение атмосферных фронтов.

На обострение холодного фронта указывают следующие признаки:

- циклонический прогиб облачной полосы в сторону теплого воздуха;

- неясные аморфные границы облачного массива;

- увеличение вертикальной мощности облачности.

При обнаружении на спутниковых снимках данных признаков в последующие сутки следует ожидать появления компактной облачной полосы с более резкими границами и увеличения осадков и температурных контрастов (т.е. обострения атмосферного фронта) и увеличения скорости его перемещения.

Наличие на снимке сплошной облачной полосы шириной 300-400 км и появление за предшествующий период (сутки или 12 часов) четкой зоны прояснения за облачной полосой свидетельствует о том, что холодный фронт достиг максимума активности, что сохраняется обычно сутки, т.е. можно экстраполировать условия погоды на сутки вперед.

Признаками деградации холодного фронта и фронта окклюзии являются:

- сужение облачной полосы;

- уменьшение вертикальной мощности облачного покрова;

- разбиение облачной полосы на отдельные полосы (расслоение облачности);

- появление просветов в облачной полосе.

В случае обнаружения этих признаков при сопоставлении 2-х последовательных снимков, в последующие сутки следует ожидать продолжения процесса деградации облачности и ослабления активности холодного фронта и фронта окклюзии (уменьшения интенсивности осадков и температуры контрастов).

Признаком обострения теплого фронта является расширение облачной полосы, антициклоническое искривление облачной полосы в сторону ХВ, а также возникновение мезомасштабных полос перистых облаков с холодной стороны облачного массива. Существование компактной облачной полосы с выносами перистых свидетельствует, что теплый фронт достиг максимальной интенсивности и в последующие сутки следует ожидать деградации облачного массива.

Движение атмосферного фронта определяется на коротком участке, где структура облачности в пределах облачной полосы и за фронтом более или менее однородна. Данный участок атмосферного фронта движется вдоль вектора, перпендикулярного к фронтальной облачной полосе. Начало вектора находится в зоне прояснения за атмосферным фронтом. Чем лучше выражена зона прояснения за атмосферным фронтом, тем быстрее движется фронт.

Тыловая граница облачной полосы быстро перемещающегося за атмосферного фронта выражена лучше, чем передняя граница. Наоборот, облачная полоса медленно движущегося атмосферного фронта имеет аморфную тыловую границу.

Перемещение циклонов

Направление перемещения циклонов. Известно, что большинство циклонов возникает и развивается под струйным течением справа от его оси, и первое время возникший циклон перемещается в направлении оси струйного течения.

В начальной стадии развития циклона восходящие движения воздуха охватывают всю его область и способствуют формированию перистых и перисто-слоистых облаков, которые вытягиваясь полосами вдоль потока, обозначают направление распространения теплого воздуха в верхней тропосфере над циклоном.

Направление выбросов перистых облаков указывает на направление, в котором движется циклон.

Отсюда первое правило: циклон движется в направлении выбросов перистых облаков, образующихся над циклоном.

Правило может быть использовано для прогноза направления движения на 12 и 24 часа. Наибольший эффект оно дает, когда циклон еще молодой и над ним сохраняется устойчивое струйное течение. Хорошо оправдывается правило также, когда циклон возникает из волны на атмосферном фронте, а также когда циклон развивается из термической локальной депрессии и над скоплением кучевообразных облаков появляются полосы перистых.

Для последующих стадий развития циклона и его облачной системы (в стадии окклюдирования и формирования облачной спирали) получается иная картина.

Известно, что облачная спираль в циклоне образуется на том этапе, когда подъем воздуха сосредоточивается в основном в передней части циклона, а в тылу появляются значительные нисходящие движения, начинается окклюдирование циклона.

Струйное течение в соответствии с зоной наибольших контрастов температуры сдвигается в направлении теплого воздуха, проходя под точкой окклюзии.

Полосы перистых облаков или бывают не видны, или располагаются в юго-восточной части циклона, там, где еще сохраняются основные контрасты температуры. В таких случаях следует использовать правило, основанное на связи облачности с изаллобарическими очагами у поверхности земли.

Установлено, что очаги роста давления у поверхности земли находятся, как правило, в пределах сравнительно безоблачной зоны за холодным фронтом или фронтом окклюзии, а очаги падения —в зоне наиболее мощной облачности в пределах облачной спирали.

Второе правило: циклон с развитой облачной спиралью перемещается вдоль вектора, соединяющего центр безоблачной зоны с центром массива наиболее яркой (мощной) облачности в пределах облачной спирали.

Скорость перемещения циклонов. В начальной стадии развития циклона, когда в облачном покрове еще не просматривается завихренность, снимки облачности могут быть использованы только для определения направления движения циклона, которое совпадает с направлением полос перистых облаков над циклоном.

Скорость движения циклона в этих случаях определяется известным правилом ведущего потока и изаллобарических очагов. Снимки здесь для определения скорости существенной помощи оказать, видимо, не могут.

В последующих стадиях для оценки скорости перемещения циклона необходимо привлечь дополнительные данные о конфигурации облачных спиралей.

Основным критерием здесь является степень асимметрии спиралей. Начальная форма спирали - логарифмическая, которая затем преобразуется в гиперболическую и затем - в архимедову спираль. Чем быстрее увеличивается кривизна облачной спирали, тем медленнее будет перемещаться циклон.

Быстрее движутся циклоны с логарифмической формой облачной спирали, чем сильнее закручена спираль - тем медленнее движется циклон.

Таким образом, если при рассмотрении двух соседних по времени снимков установлено, что кривизна спирали увеличивается, то при прогнозе на 12 и 24 часа скорости движения циклона ее следует уменьшить.

При незначительном изменении в конфигурации облачных спиралей на предыдущем отрезке времени скорость движения циклона следует экстраполировать на сутки вперед.

При деградации на предыдущем отрезке времени основной облачной спирали, появления вторичных атмосферных фронтов, приближении спиралей по конфигурации к спиралям Архимеда на последующие сутки следует уменьшать скорость перемещения циклона на 5-10 км/ч или оставлять его малоподвижным в зависимости от степени симметричности облачных спиралей и изолированности облачного вихря от основных фронтальных облачных полос.

Облачные вихри, состоящие из одной или 2-х облачных спиралей, близких по форме к логарифмической или гиперболическим спиралям, соответствуют термически асимметричным, подвижным циклонам, скорости их перемещения в среднем составляют 30-40 км/ч, на Тихом океане - значительно выше.

Циклон с облачной спиралью, близкой по форме к архимедовой, практически остается малоподвижным, скорость редко превышает 20 км/ч.

Указанное правило учета конфигурации облачной спирали не дает возможности рассчитать абсолютные скорости движения циклонов, позволяет получить только примерные оценки, и таким образом может быть использовано, как дополнительное к имеющимся у синоптиков.

Следует учесть, что при активизации облачных спиралей атмосферных фронтов, скорость перемещения обычно увеличивают по сравнению со скоростью предыдущих 12-24 ч на 10 км/ч. Данные получены для Европейской территории и Западной Сибири. Проверка для Азиатско-Тихоокеанского региона показала, что здесь имеют место большие скорости перемещения циклонов.

Эволюция циклонов. Оценка эволюции циклонов с помощью данных об облачности основывается на закономерностях эволюции облачного покрова в течение его жизненного цикла. Для оценки эволюции циклонического вихря по 2-м предыдущим фотографиям оценивается эволюция облачного вихря за предыдущие 12 или 24 ч, а затем дается прогноз на будущие сутки или 12 час на основе прошедших изменений.

Развитие циклона на начальной стадии выражается в деформации фронтальной облачной полосы, происходящей за счет усиления адвекции тепла в передней части и усиления адвекции холода в тылу формирующейся волны.

В передней части возникающая волна расширяется и обнаруживает антициклонический изгиб (в сторону холодного воздуха). Здесь формируется теплый фронт. На северной периферии облачности теплого фронта видны выбросы перистых облаков, что свидетельствует об активном процессе циклогенеза. В тылу волны -изгиб циклонический, формируется холодный фронт.

Формирование циклона на стационарном атмосферном фронте указывает, что в последующие сутки увеличатся градиенты температуры и усилятся осадки на теплом фронте. На холодном фронте условия погоды существенно не изменятся.

По мере развития циклона деформация фронтальной облачной полосы увеличивается. Циклон переходит в следующую стадию -молодого циклона. Данная стадия длится не более 1 суток, обычно 12ч.

В передней части циклона формируется мощная система слоистообразных облаков, связанная с теплым фронтом. В тыловой части хорошо прослеживается фронтальная полоса холодного фронта с кучевыми и кучево-дождевыми облаками.

Интенсивность процесса циклогенеза может быть оценена по размеру плотного облачного массива, связанного с теплым фронтом. Более обширные и плотные облачные массивы указывают на более быстрый процесс циклогенеза. Наличие компактной облачной полосы теплого фронта указывает, что он достиг своего максимума. Деградация облачности теплого фронта указывает на уменьшение количества осадков на нем.

Дальнейшее развитие циклона приводит к началу смыкания полос теплого и холодного фронта — стадия развитого циклона, характеризующаяся мощной облачной системой. На стадии развивающегося циклона холодный фронт обостряется. При обнаружении на снимках признаков обострения холодного фронта следует ожидать увеличения осадков и температурных контрастов, а также увеличения скорости перемещения холодного фронта.

Наличие на снимке облачного вихря, состоящего из одной спирали, связанной с фронтом окклюзии и холодного фронта, является признаком того, что в последующие сутки циклон не будет претерпевать существенных изменений. Дополнительным признаком прекращения дальнейшего углубления циклона является деградация за предыдущий период (12-24 ч) облачной полосы теплого фронта.

Начиная со стадии развитого циклона идет быстрый процесс окклюдирования, приводящий к поглощению облачной полосы теплого фронта, которая частично еще и размывается. В результате образуется мощная облачная спираль фронта окклюзии, которая по мере окклюдирования циклона все больше закручивается вокруг высотного центра циклона.

В отличие от теплого фронта, холодный фронт остается активным в течение последующих суток после образования компактной облачной спирали (т.е. после 1-х признаков, говорящих о деградации холодного фронта).

Стадия окклюдирования циклона длится до 3-х суток и заканчивается формированием квазисимметричной облачной системы окклюдированного циклона, продолжительность которой примерно такая же, что и предыдущей стадии. В тылу циклона появляются облачные полосы вторичных атмосферных фронтов.

Если в течение предыдущих суток конфигурация облачного вихря изменялась от менее симметричной к более симметричной, появились облачные спирали, связанные с вторичными фронтами, покров перистых облаков в основной облачной спирали деградировал, то в последующие сутки циклон у поверхности земли будет заполняться

Дальнейшее заполнение циклона характеризуется отделением (изоляцией) облачного вихря от основной облачной полосы. Такой изолированный вихрь может существовать в данном районе еще несколько суток, определяя здесь характер погоды.

Окклюдированный циклон, имевший вначале вид закрученной спирали, постепенно трансформируется, и вместо единой облачной полосы появляются разрозненные облачные полосы, сохраняющие вихревую структуру. Существование такого облачного вихря свидетельствует о малой подвижности циклона.

Признаки возникновения циклонов. Изучение процесса циклогенеза и определение момента зарождения циклонов остается до сих пор актуальной и наиболее трудной задачей метеорологии. С синоптической точки зрения циклогенетических ситуаций не так много. Для всех развивающихся циклонов характерен облачный вихрь, образующийся уже во второй половине жизни циклона. Но в начальной стадии циклогенеза облачный покров отличается большим разнообразием форм.

В результате анализа и обобщения большого материала по облачным ситуациям было выделено пять основных циклогенетических форм, которые являются предвестниками образования циклона умеренных широт: облачная шапка фронтальной волны, шапка-щит перистой облачности с выпуклым краем, шапка-веер перистых облаков на северном конце гряды облаков холодного фронта, массив развивающихся кучевых облаков, вторичный облачный вихрь.

Данные циклогенетические формы являются не только признаком циклогенеза, но и признаком развития уже существующего циклона. Обязательный признак активного циклогенеза - появление перистых облаков в виде выбросов по потоку от основного облачного массива.

1. Облачная шапка фронтальной волны — волновой изгиб фронтальной облачной зоны и появление в передней части волны антициклонально - изогнутых полос перистых облаков.

Облачная шапка фронтальной волны характеризуется волновым прогибом фронтальной облачной полосы и появлением антициклонально изогнутых полос перистых облаков (“выбросов” перистых облаков), что является признаком активной волны, из которой возникает циклон. В случае отсутствия “выбросов” перистых облаков волна на фронте является слаборазвитой и быстро затухает.

В случаях и активной и малоактивной (слаборазвитой) волны у поверхности земли фронт имеет волновой изгиб, может появиться замкнутая изобара и могут выпадать осадки. Однако, в отличие от слаборазвитой волны, полосы перистой облачности впереди активной волны свидетельствуют о том, что здесь в верхней половине тропосферы происходит вынос теплого воздуха и формируется термический гребень.

В тылу активной волны облачная полоса сужается и прогибается в сторону теплого. Здесь в нижней половине тропосферы распространяется холодный и формируется термическая ложбина. Таким образом образуются сопряженные области адвекции холода и адвекции тепла, так называемая адвективная термическая пара. Чем более горизонтальный градиент адвекции в области волны, тем интенсивнее будет протекать циклогенез и бурно развиваться облачность. У земли атмосферное давление падает, появляются замкнутые изобары, увеличивается зона осадков.