Непериодические изменения погоды обусловлены перемещением воздушных масс из одной географической области в другую в общей системе циркуляции атмосферы.
Почему же воздушные массы так непоседливы?
Причина в том, что холодный воздух тяжелее теплого и стремится опуститься вниз, а теплый — подняться вверх. В бане, как известно, внизу всегда холоднее, чем вверху, «на полке». Если мы приоткроем входную дверь бани, сразу же почувствуем, как понизу тянет холодный воздух, а теплый выходит наружу поверху (рис. 2).
Нечто похожее происходит и в воздушной оболочке Земли. Когда холодная и теплая воздушные массы сближаются друг с другом, холодный воздух как бы ложится клином под теплый, вытесняя его вверх. Граница между воздушными массами представляет собой слой воздуха шириной 10–15, а иногда 50 и более километров. Пространство между двумя воздушными массами называется фронтальной зоной, или фронтом, а место пересечения фронта с поверхностью Земли — линией фронта. Именно здесь наблюдается скачок температуры, влажности, направления и скорости ветра и других метеорологических элементов.
Так, например, 23 сентября 1979 г. из северных районов Атлантики через Скандинавию вышел глубокий циклон. (О циклонах и антициклонах будет рассказано ниже.) Центр его располагался вблизи полуострова Канин, а перемещался циклон к востоку. Атмосферный холодный фронт, связанный с этим циклоном, пересекал территорию Советского Союза от восточных районов Архангельской области до Карпат и обуславливал пасмурную дождливую погоду в Архангельской, Вологодской, Калининской, Смоленской областях, Белоруссии и на северо-западе Украины. В центральных и центральночерноземных областях, Нижнем Поволжье, на Кавказе, а также на Украине стояла теплая погода с температурой воздуха 24…29° C.
Москва и Московская область 23 сентября 1979 г. находилась во фронтальной зоне атмосферного фронта. Были кратковременные дожди, грозы. Температура в северной половине области 14… 18, в южной 20…23° C, ветер южный.
Научиться отличать одну воздушную массу от другой очень важно. Это значит найти верный путь к предвидению погоды. Проследить полностью движение воздушных масс по наблюдению в одном месте невозможно. Но общее представление о воздушных массах и разделах между ними надо иметь. Так как воздушные массы все время находятся в движении, перемещается и граница между ними. Если холодный воздух отступает, а вместо него приходит теплый, — значит идет теплый фронт.
Так как холодный воздух более плотный и тяжелый, он отходит медленно, как бы цепляясь за землю. Теплый воздух скользит, поднимается по поверхности холодного, поэтому он раньше обнаруживается на некоторой высоте, а потом уже у земли.
Прохождение теплого фронта обычно сопровождается мощной слоисто-дождевой, затягивающей все небо, облачностью с обложным дождем. Первый вестник теплого фронта — перистые облака. Постепенно они превращаются в сплошную белую вуаль — в перистослоистые облака. В верхних слоях атмосферы уже движется теплый воздух. Падает давление. Чем ближе к нам линия фронта, тем плотнее становятся облака. Солнце просвечивает тусклым пятном. Затем облака опускаются ниже, солнце скрывается совсем. Ветер усиливается и меняет свое направление по часовой стрелке (например, сначала был восточный, потом юго-восточный и даже юго-западный). Приблизительно за 300–400 км до фронта облака сгущаются. Начинается мелкий обложной дождь или снег.
Но вот теплый фронт миновал. Дождь или снег прекратился, тучи рассеиваются, наступает потепление — пришла более теплая воздушная масса.
Если же теплый воздух отступает, а холодный растекается вслед за ним — значит, приближается холодный фронт. Его приход всегда вызывает похолодание. Но при движении не все слои воздуха имеют одинаковую скорость. Самый нижний слой в результате трения о земную поверхность немного задерживается, а более высокие вытягиваются вперед. Таким образом, холодный воздух обрушивается на теплый в виде вала. Теплый воздух быстро вытесняется вверх, и создаются мощные нагромождения кучевых и кучево-дождевых облаков.
Облака холодного фронта несут ливни, грозы, сопровождающиеся сильным порывистым ветром. Они могут достигать очень большой высоты, но в горизонтальном направлении простираются всего на 20…30 км. А так как холодный фронт движется обычно быстро, то бурная погода продолжается недолго — от 15…20 мин до 2…3 ч. В результате взаимодействия холодного воздуха с теплой подстилающей поверхностью образуются отдельные кучевые облака с просветами. Затем наступает полное прояснение.