Ogromna chmura cumulonibus wyprzedzająca front chłodny

 

MASY POWIETRZA

   Globalna cyrkulacja w atmosferze ziemskiej jest ściśle związana z ruchami mas powietrza, czyli ogromnymi obszarami (nieraz zajmującymi powierzchnię milionów km2) względnie jednorodnego powietrza, tzn. o podobnym w całym obszarze pionowym rozkładzie temperatury i wilgotności. Owe czynniki fizyczne kształtują się w masie powietrza pod wpływem podłoża obszaru, nad którym dana masa się tworzy i przebywa - przykładowo - powietrze nad północnym Atlantykiem będzie zawsze chłodne i wilgotne, natomiast nad Środkową Azją - ciepłe i suche. Obszar, w którym ukształtowała się dana masa powietrza nazywany jest obszarem źródłowym. Istnieją cztery główne masy powietrza ukształtowane w innych obszarach źródłowych:

    Dodatkowo wśród każdej z tych czterech podstawowych mas powietrza wyróżniamy powietrze morskie i kontynentalne. Masy powietrza nie przebywają ciągle nad swoim obszarem źródłowym, lecz przemieszczają się nad obszarami o innych własnościach fizycznych, przynosząc charakterystyczną dla każdego typu powietrza pogodę. Przykładowo powietrze polarno-morskie, tworzące się nad Północnym Atlantykiem, przynosi do Polski w lecie - ochłodzenie i opady, a w zimie - odwilż, natomiast powietrze arktyczno-kontynentalne (mroźne i suche), którego obszarem źródłowym jest północna Rosja, w zimie przynosi do nas siarczysty mróz i bezchmurną pogodę.

   Masy powietrza przesuwające się znad obszarów źródłowych zmieniają swoje własności pod wpływem innych cech podłoża. Proces ten nazywamy procesem transformacji powietrza. Jeżeli masa przebiega szybko nad nowym obszarem, wówczas zmiany w fizycznych własnościach masy są niewielkie i ograniczają się do niewielkiej warstwy powietrza tuż nad podłożem. Jeżeli natomiast masa biegnie powoli lub całkowicie zatrzyma się nad nowym obszarem, wówczas po pewnym czasie całkowicie zmienia swoje własności fizyczne na całej swojej grubości. W obu przypadkach mamy do czynienia z tzw. starzeniem się masy.

   Najogólniejszy, ale i najlepszy do opisu jest podział mas powietrza na:

Masy ciepłe.

   Są to masy, które przesuwając się znad obszaru źródłowego stopniowo się ochładzają. Proces ten zaczyna się w najniższych warstwach masy, mających styczność z zimnym podłożem, i stopniowo przenosi się do wyższych warstw. Procesowi ochładzania się masy od dołu towarzyszą charakterystyczne zjawiska w samej masie. Przede wszystkim głównym jego skutkiem jest zanik ruchów pionowych. W tych warunkach w dolnych, czyli szybciej ochładzających się warstwach następuje wzrost poziomu wilgotności na skutek kondensacji pary wodnej - tworzyć się wtedy mogą niskie chmury stratus, dające lekką mżawkę lub chmury grubsze - nimbostratus dające już jednostajny opad. Silne ochładzanie się dolnych warstw powietrza może doprowadzić do inwersji (niżej jest zimniej niż wyżej - stan odwrotny niż normalnie), co z kolei powoduje powstanie mgieł adwekcyjnych (o mgłach w dziale "chmury"), często towarzyszących chmurom stratus i nimbostratus. Brak ruchów pionowych w takiej masie skutkuje utrzymywaniem się w pobliżu ziemi drobnych zawiesin pyłowych, co jest dodatkowym czynnikiem mgłotwórczym. Dobowe różnice temperatur są niewielkie, a wiatry albo w ogóle nie występują, albo są słabe. W naszych polskich warunkach typowym przykładem takiej masy i pogody z nią związanej jest napływ w zimie powietrza  polarno-morskiego znad Północnego Atlantyku, kiedy to następuje zwykle odwilż, wzrost zachmurzenia, mgły i osłabienie wiatru, dla ludzi jest to pogoda niezdrowa.

Masy chłodne.

   To masy, które napływając nad nowy obszar stopniowo się ocieplają. procesowi temu towarzyszy, odwrotnie niż w przypadku mas ciepłych, wzrost chwiejności atmosfery, tzn. nasilają się ruchy pionowe powietrza. Naturalnym tego skutkiem jest powstawanie chmur kłębiastych cumulus, które mogą rozwinąć się w chmury deszczowe cumulonibus, które w lecie dają przelotne opady i burze, a w zimie silne opady śniegu. Wiatry w tej masie są silne, a dobowe wahania temperatury znaczne.

 

CO TO JEST FRONT? - RODZAJE FRONTÓW

   Dwie masy powietrza o różnych własnościach fizycznych, np. odmiennych temperaturach, nie mieszają się ze sobą, lecz tworzą wyraźną granicę zwaną właśnie frontem atmosferycznym. Jeżeli przedstawimy linię styku dwóch mas powietrza (a więc front atmosferyczny) naniesiemy na mapę pewnego obszaru, wówczas taką linię nazywamy linią frontu, natomiast powierzchnię styku mas nazywamy powierzchnią frontu. Linia frontu może być stacjonarna - wówczas masy powietrza, które rozgranicza są ze sobą w równowadze i nie poruszają się. W rzeczywistości jednak taka sytuacja jest niezwykle rzadka, a masy powietrza poruszają się względem siebie, a więc i front jest ruchomy. W takiej sytuacji możemy rozróżnić dwa możliwe stany ruchu:

 

Front ciepły.

   Występuje wówczas, gdy ciepła masa powietrza odsuwa chłodną masę. Ponieważ powietrze ciepłe jest lżejsze od chłodnego, "pełznie po nim na górę" zużywając na to znaczną część swojej energii, niewiele jej zostaje na samo przesuwanie się frontu, dlatego ruch samego frontu ciepłego jest znacznie wolniejszy niż ruch samej ciepłej masy powietrza. Powierzchnia frontowa jest pochylona pod małym kątem w stosunku do powierzchni ziemi, a geograficznie powierzchnia taka może rozciągać się pasem o szerokości nawet do 1000km. Wszelkie zjawiska pogodowe związane z przechodzeniem frontu ciepłego zachodzą na dużym obszarze geograficznym.

 

   Przed nadejściem frontu chłodnego znajdujemy się w chłodnej masie powietrza, a więc i pogoda jest typowa dla masy chłodnej. Pierwszą oznaką zbliżania się frontu ciepłego jest pojawienie się wysokich chmur cirrus, które z czasem gęstnieją i przechodzą w jednorodną zasłonę chmur cirrostratus. Wówczas linia frontu znajduje się ok. 900km od nas. Z biegiem czasu zachmurzenie gęstnieje, aż do braku widoczności tarczy słonecznej. Dotychczas występujące chmury kłębiaste charakterystyczne dla masy powietrza chłodnego powoli stają się coraz mniejsze, aż w odległości ok 500km od linii frontu zanikają. Chmury cirrostratus ustępują gęstszym altostratus i deszczowym nimbostratus, z których w odległości ok. 350km od linii frontu zaczyna padać mżawka, która przechodzi stopniowo w trwały, jednostajny opad z chmury nimbostratus. Ponieważ prędkość przemieszczania się frontu ciepłego nie przekracza 100km/dobę, opad ten utrzymuje się przez ok. 3 dni. W okolicach linii frontu przestaje padać, a napływające już przy ziemi powietrze ciepłe powoduje wytrącanie się mgieł adwekcyjnych. Od tego momentu pogoda jest juz typowa dla ciepłej masy powietrza, a więc słaby wiatr, małe wahania dobowe temperatury, brak pionowych ruchów powietrza, zachmurzenie typu warstwowego.

Końcowa faza przechodzenia frontu ciepłego - chmury nimbostratus dające jednostajny opad.

    Na mapach synoptycznych front ciepły oznacza się czerwoną linią z półkolami:

POWRÓT

 

Front chłodny.

   To front między nacierającą masą chłodną i ustępującą masą ciepłą. Powietrze chłodne jako cięższe "wsuwa" się pod lżejsze powietrze ciepłe. Ze względu na to, że powietrze chłodne nie musi tracić energii na "wspinanie" się, prawie cała jego energia zużywana jest na przesuwanie frontu w poziomie, dlatego front chłodny jest frontem szybkim, zawsze szybszym od frontu ciepłego. Front chłodny zajmuje pas o szerokości tylko ok. 50-75km, a wypychane do góry z dużą prędkością powietrze ciepłe musi w rezultacie utworzyć chmury typu kłębiastego.

   Przed nadejściem frontu chłodnego znajdujemy się w ciepłej masie powietrza ze wszystkim tego konsekwencjami dla pogody (patrz punkt "masy powietrza"). Pierwszą oznaką zbliżania się frontu chłodnego może być wystąpienie chmur altostratus typu lenticularis (w kształcie soczewki). Podobnie jak przesuwana w wodzie ręka powoduje zafalowanie wody przed sobą, tak "pędzący" front chłodny powoduje zafalowanie powietrza, czego objawem są właśnie te chmury. Na samym czole frontu chłodnego mamy ogromną chmurę burzową cumulonibus, która "zasysa" ciepłe powietrze sprzed czoła frontu, czyszcząc je przy okazji z wszelkiego typu zawiesin (charakterystycznych dla powietrza w ciepłej masie), dlatego w czasie przechodzenia frontu chłodnego widoczność znacznie się poprawia. Samego cumulonibusa można nie zauważyć przez słabą widoczność wewnątrz ciepłej masy powietrza.  Wiatr natomiast wzmaga się i zmienia swój kierunek na przeciwny. Robi się coraz ciemniej, wiatr staje się porywisty, pojawiają się pierwsze błyskawice. Frontowa chmura cumulonibus jest znacznie potężniejsza i czas jej "życia" jest znacznie dłuższy od tej, która powstaje wewnątrz jednorodnej masy powietrza na skutek lokalnego przegrzania podłoża (patrz dział "burze"). Zaczyna się silny burzowy opad i burza z piorunami, która szybko jednak mija - linię frontu mamy już za sobą. Wiatr zmienił swój kierunek o ponad 50 stopni w stosunku do kierunku w ciepłej masie powietrza. Widoczność poprawia się znacznie, staje się wręcz "kryształowa". Jesteśmy teraz już w chłodnej masie powietrza o chwiejnej równowadze, zwykle już po przejściu głównego frontu, na horyzoncie widać następny wał chmur burzowych, zwany czasami błędnie frontem wtórnym. Nie jest to front, lecz skutek chwiejności w chłodnej masie powietrza, jest ona tym mniejsza im dalej za nami znajduje się front, jednak pierwsze burze po przejściu frontu mogą być niemniej silne niż burze frontowe. Powietrze jest teraz czyste, bez zawiesin (wszak wessał je ogromny cumulonibus frontowy pełniący rolę "odkurzacza"), taka pogoda jest dla człowieka znacznie zdrowsza niż ta wewnątrz ciepłej masy powietrza.

Wał cumulonibusów przed czołem frontu chłodnego

    Na mapach synoptycznych front chłodny oznacza się niebieską linią z trójkątami.

POWRÓT

 

Okluzja.

   Ponieważ front ciepły jest frontem powolnym, a chłodny to front szybki, czasami dochodzi do sytuacji, że oba rodzaje frontów spotykają się ze sobą.

   W przypadku, gdy front chłodny dogoni front ciepły i powietrze chłodne za frontem chłodnym jest chłodniejsze od powietrza chłodnego przed frontem ciepłym, wówczas mamy do czynienia z okluzją chłodną. Powierzchnia frontu chłodnego wpełza wtedy pod powierzchnię frontu ciepłego wypychając ją do góry. Powstaje zachmurzenie typowe dla obu rodzajów frontów.

Możliwy stan zachmurzenia dla okluzji chłodnej.

   Jeżeli natomiast front chłodny doganiający front ciepły będzie miał za sobą powietrze chłodne ale cieplejsze niż przed frontem ciepłym, wówczas mamy do czynienia z okluzją ciepłą. Powierzchnia frontu chłodnego wspina się na powierzchnie frontu ciepłego. Tu również zachmurzenie jest mieszane.

Możliwy stan zachmurzenia dla okluzji ciepłej.

    Na mapach synoptycznych okluzje oznacza się linią fioletową z półkolami i trójkątami

POWRÓT

 

 

WYŻE I NIŻE  - CHARAKTERYSTYCZNA POGODA

   Powierzchnia ziemi nagrzewa się nierównomiernie, przykładowo ocean potrzebuje znacznie dłuższego czasu na nagrzanie się niż ląd, a to ze względu na dużą pojemność cieplną wody. Od podłoża nagrzewają się przylegające do niego warstwy powietrza. Nagrzane powietrze jest lekkie - unosi się w górę, a na ziemi ciśnienie atmosferyczne się zmniejsza, analogicznie powietrze zimne - jest ciężkie, opada na ziemię, tym samym zwiększając panujące w danym miejscu ciśnienie. Obszary podwyższonego ciśnienia nazywamy wyżami, a obniżonego niżami.

   Układy niskiego i wysokiego ciśnienia, a więc niże i wyże, nie są jednak jedynie obszarami - są to dynamiczne zjawiska. Powietrze wchodzące w skład zarówno niżu jak i wyżu obraca się wokół miejsca o odpowiednio najniższym i najwyższym ciśnieniu (centrum niżu/wyżu). Powietrze zawsze porusza się od centrum wyżu do centrum niżu, przy czym od centrów rozchodzi się ono nie promieniście - po liniach prostych, lecz tor jego ruchu jest zakrzywiony właśnie ze względu na obracanie się powietrza w tych układach. Warto pamiętać, że ów ruch obrotowy na północnej półkuli odbywa się w wyżu - w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, natomiast w niżu - przeciwnie (można się o tym przekonać spuszczając wodę z wanny - tworzący się wówczas wir wodny znakomicie modeluje niż atmosferyczny - woda porusza się w tym wirze w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara - gdybyśmy mieszkali w Australii byłoby odwrotnie:). Prędkość przepływu powietrza, a więc wiatru, jest tym większa, im większa jest różnica ciśnień na pewnym odcinku drogi między niżem a wyżem. Zarówno niże jak i wyże są układami dość rozciągłymi geograficznie - ich średnice wyrażają się w tysiącach kilometrów. Gdybyśmy wyobrazili sobie powierzchnię odwzorowującą ciśnienie atmosferyczne nad różnymi miejscami nad powierzchnią ziemi, to w przypadku niżu miałaby ona kształt lejka, natomiast w przypadku wyżu - odwróconej miski.

Wyż baryczny (antycyklon).

   Inaczej atmosferyczny jest, jak pisałem wyżej, obszarem podwyższonego ciśnienia atmosferycznego. Stanowi on wir powietrza poruszającego się od centrum wyżu po spirali w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara (antycyklonalnym). Wszelkie zjawiska pogodowe występują tu z niewielkim natężeniem. Najbardziej charakterystyczne dla wyżu jest małe zachmurzenie lub jego brak, lecz czasami może wystąpić zachmurzenie warstwowe i mgły, zwłaszcza przy inwersji, która zdarza się najczęściej jesienią i zimą. Wiatry są raczej słabe, w centrum wyży jest zupełny ich brak. Opady wyżowe są raczej rzadkością. W lecie typowa pogoda wyżowa to bezchmurne niebo, słaby wiatr i wysoka temperatura, często upał, w zimie - również bezchmurne niebo i słaby wiatr oraz mróz, czasem nawet siarczysty. Rozwój wyżu może pójść w dwóch kierunkach - w centrum wyżu ciśnienie powietrza może jeszcze wzrosnąć - mówimy wtedy o tworzeniu się wyżu, lub zacząć spadać - wtedy wyż się rozpływa. Działanie powodujące zanikanie chmur przypisuje się zwykle malejącej ruchliwości powietrza. Obszar wysokiego ciśnienia, zwykle ubogi w chmury trudno jest dostrzec z satelity jako wirowy układ wiatrów (co innego niż, ale o tym później). Wysokie ciśnienie wynika z osiadania powietrza, co przyczynia się do znacznego osłabienia pionowych prądów wstępujących, a co za tym idzie zaniku jakichkolwiek chmur (mogą tworzyć się co najwyżej niewielkie cumulusy, jako efekt lokalnego przegrzania, one jednak szybko zanikają). 

W obszarze wyżowym jeśli już wystąpi jakieś zachmurzenie, to są to niewielkie kłębiaste chmury cumulus powstałe w wyniku lokalnego przegrzania terenu.

    Tworzenie się wyżu następuje bardzo powoli (w przeciwieństwie do niżu), najtrwalsze wyże powstają w strefie zwrotnikowej, gdzie osiadanie powietrza jest niejako na stałe wymuszone przez ogólną cyrkulację atmosfery. W Europie trwałe wyże tworzą się najczęściej przy napływie powietrza ze wschodu lub z południa, powstają wtedy rozległe układy wysokiego ciśnienia nad Rosją lub Skandynawią, które w lecie przynoszą długotrwałe upały, a w zimie, długotrwałe mrozy. Ogromne znaczenie dla pogody na naszym kontynencie ma tzw. Wyż Azorski nad środkowo - północnym Atlantykiem - powoduje on nie tylko napływ do Europy gorącego zwrotnikowego powietrza, ale także często wymusza cyrkulację zachodnią, tzn. "napędza" wędrujące na wschód niże północnoatlantyckie. Obszary wysokiego ciśnienia mogą być pod względem zajmowanego obszaru znacznie wydłużone - mówimy wtedy o tzw. klinie wysokiego ciśnienia. Klin taki często "wepchnięty" jest między dwa niże i przynosi jedno- lub dwudniową poprawę pogody (jest to tzw. "wyż wędrowny", a jego nadejście zapowiada szybko wzrastające ciśnienie atmosferyczne).

Bezchmurny wyż nad Saharą

Niż baryczny (cyklon).

   To obszar niższego niż otoczenie ciśnienia atmosferycznego. Podobnie jak wyż jest on wirem powietrznym, powietrze porusza się w kierunku centrum niżu po spirali przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (kierunek cyklonalny), jednak zachodzące w nim zjawiska są o wiele intensywniejsze niż w wyżu, to tutaj możemy oczekiwać wystąpienia pogody ekstremalnej. Duże zachmurzenie jest typowe dla układu niżowego, występują tu opady, często silne oraz silne wiatry (wyjątkiem jest samo centrum niżu - tam raczej nie wieje). W lecie niż przynosi chmury, deszcz i obniżenie temperatury, ostatnio coraz częstsze są zjawiska ekstremalne, nawet w Polsce. Zimą natomiast niż oznacza najczęściej wzrost zachmurzenia, podwyższenie temperatury, odwilż. Ciśnienie w centrum niżu może jeszcze bardziej spaść - mówimy wtedy o pogłębianiu się niżu, lub zacząć wzrastać - niż się wtedy wypełnia.

Trasy wędrówek niżów w Europie

    Pogoda w Europie jest kształtowana przez poruszające się na wschód masy ciepłego powietrza z obszarów podzwrotnikowych oraz poruszające się na zachód zimne masy powietrza arktycznego. Powierzchnię styku tych dwóch mas powietrza nazywamy frontem polarnym. jest to front stacjonarny, jednak bardzo łatwo dochodzi w nim do zaburzeń. W wyniku występujących różnic w temperaturze i gęstości obu rodzajów powietrza, dochodzi do "wdzierania się" powietrza chłodnego w głąb ciepłego - masy te próbując się zmieszać zaczynają krążyć wokół siebie, powstaje ogromny wir powietrzny z frontami atmosferycznymi i obniżonym ciśnieniem w centrum - niż. Obszary niskiego ciśnienia rozciągają się początkowo tylko na kilkaset kilometrów, ale w ciągu swego dwu- czterodniowego życia mogą urosnąć do rozmiarów rzędu tysięcy km i przebyć z zachodu (znad północnego Atlantyku, gdzie powstają) na wschód (nad zachodnią Rosję i Syberię, gdzie zanikają) równie wielki dystans. W niżu powietrze unosi się do góry, w miarę wznoszenie jego ciśnienie i temperatura spada, dochodzi do kondensacji zawartej w nim pary wodnej i powstania gęstego zachmurzenia, opadów i porywistych wiatrów (czasem nawet bardzo porywistych, wszak cyklony tropikalne to też niże). 

   

Typowy przykład młodego niżu atmosferycznego - centrum niżu oznaczone literą "T" (z niem. das Tief - niż), powietrze wiruje w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara (cyklonalnym), front chłodny "goni" front ciepły, gdy go dogoni, na linii zetknięcia się obu frontów powstanie okluzja, której końcowym etapem będzie całkowite zmieszanie się chłodnej (obszar na zachodzie i północy) i ciepłej (południowo - wschodnia "ćwiartka" obrazka) masy powietrza - niż "wypełni" się gdy okluzja powstanie na całym odcinku frontowym. (Fragment mapy synoptycznej z serwisu wetterzentrale.de z dnia 29.07.2004)

    Z każdym niżem są stowarzyszone co najmniej dwa fronty - ciepły i chłodny. Kiedy ten drugi dogoni ten pierwszy, tworzy się okluzja i niż zaczyna w takim miejscu zanikać ("wypełnia się"), śmierć niżu następuje z chwilą, kiedy front chłodny na całym swoim odcinku dogoni front ciepły, a powstała tak okluzja rozpłynie się na skutek zrównania temperatur ciepłej i chłodnej masy powietrza i całkowitego zmieszania się ich.

Cyklon tropikalny też jest niżem

 

 

AKTUALNA SYTUACJA SYNOPTYCZNA NAD EUROPĄ

   Jeśli chcesz się dowiedzieć jak wygląda w obecnej chwili sytuacja pogodowa nad Europą, gdzie są fronty atmosferyczne, wyże i niże, wejdź na stronę włoskiego serwisu meteorologicznego meteo.it Mapy są tam aktualizowane co 12 godzin - spróbuj więc swoich sił w prognozowaniu pogody:) oto adres:

 www.meteo.it

 Mała lekcja włoskiego, jeśli będzie potrzebna:)  alta pressione - wyż; bassa pressione - niż; caldo fronti - front ciepły; freddo fronti - front chłodny

     A na stronie rodzimego Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej znajdziesz mapę rozkładu ciśnienia atmosferycznego nad Polską:

http://www.imgw.pl/wl/internet/aktualna/izobary.html