Meteorologie şi climatologie

Tema 9

Fronturi atmosferice

Masa de aer (MA) - un volum (o porţiune) extrem de mare din troposferă, cu o extindere orizontală comparabilă cu părţi mari ale continentelor şi oceanelor, caracterizata prin aproximativ aceleaşi valori ale elementelor meteorologice principale (temperatura, umezeala, gradul de transparenţă) şi printr-o variaţie cvasiuniformă a acestora pe verticală.

Caracteristicile meteorologice principale ale unei MA sunt dobândite în timpul formării sale, în contact, timp mai îndelungat, cu o suprafaţă activă omogenă (uscat, ocean).

MA stagnează un timp mai îndelungat deasupra unor regiuni sau se deplasează şi se poate dezvolta orizontal pe distanţe de la câteva sute până la câteva mii de km; grosimea sa poate fi de la câţiva km până chiar la limita superioară a troposferei.

Formaţiunile barometrice mari, cu caracter staţionar, în care se dezvoltă şi din care pornesc masele de aer spre diferite regiuni, se numesc centri de acţiune ai atmosferei (Anticiclonul siberian, Anticiclonul canadian de iarnă, Anticiclonul Azorelor, Minima islandică ş.a.)

Masele de aer, cu caracteristicile dobândite în contact cu suprafaţa terestră activă din regiunea în care s-au format, aflate în deplasare vor influenţa caracteristicile vremii din regiunile deasupra cărora se deplasează.

In interiorul aceleiaşi mase de aer instalate deasupra unei regiuni vremea este relativ uniformă.

Clasificarea maselor de aer# După criteriul termic: mase de aer calde şi reci. O masă de aer caldă provine de la latitudini inferioare, se deplasează spre latitudini superioare şi ajunge în regiuni mai reci; ea determină încălzirea vremii. O mase de aer rece provine de la latitudini superioare şi pătrunde în regiuni mai calde, situate la latitudini mai joase; ea determină răcirea vremii.# După natura suprafeţei terestre active deasupra căreia s-au format, deci după gradul lor de umezeală şi de impurificare, indiferent de latitudinea de origine şi de caracteristicile lor termice, masele de aer pot fi maritime şi continentale.# După însuşirile lor termodinamice masele de aer se pot împărţi în stabile şi instabile. O masă de aer cald, ajunsă într-o regiune rece, în contact cu suprafaţa terestră, se răceşte de jos în sus. MA capătă o stratificaţie stabilă ceea ce nu favorizează dezvoltarea curenţilor de convecţie. In starturile inferioare răcite se produc condensări sub formă de ceaţă sau nori stratiformi care dau cel mult burniţe sau fulguieli slabe. Vremea este acoperită şi umedă.

Tipuri geografice principale de mase de aerIn Europa, inclusiv în România, masele de aer cele mai frecvente sunt: aerul arctic, aerul polar şi aerul tropical.Aerul arctic (A) (continental arctic, maritim arctic) se formează în bazinul Oceanului Îngheţat de Nord; este cea mai rece masă de aer întâlnită în emisfera nordică şi este caracterizată prin temperaturi joase pe toată grosimea ei. Majoritatea “valurilor de ger” din timpul iernii din Europa, Asia şi America de Nord sunt consecinţa acestei mase de aer.Aerul polar (P) (continental polar, maritim polar), sau temperat, se formează la latitudini mijlocii fie prin încălzirea aerului arctic, fie prin răcirea aerului tropical. Masele de aer polare au o mare capacitate de transformare şi sunt caracteristice, în special, zonei temperate.Aerul tropical (T) (continental tropical, maritim tropical) se formează în regiunile dominate de anticiclonii subtropicali pe Oceanul Atlantic şi pe continente. Este caracterizat prin temperaturi ridicate şi stabilitate mare.Aerul ecuatorial (E) este singurul tip de masă de aer care nu ajunge în zona temperată.

Prin fronturi atmosferice meteorologii definesc „zonele de întâlnire” sau „de separaţie” ori „de contact” între două volume de aer cu proprietăţi termice diferite sau, cum se mai numesc ele, mase de aer, acestea din urmă fiind antrenate în geneza şi apoi în dezvoltarea unui ciclon de latitudini extratropicale. Trebuie subliniat că ciclonii tropicali nu au fronturi. De aceea fronturile atmosferice sunt intrinsece ciclonilor de latitudini temperate (adică extratropicali).În practica sinoptică se foloseşte şi denumirea de suprafaţă frontală, ceea ce nu înseamnă pierderea sensului ideii de „consistenţă materială a zonei de separaţie, în care cele două mase de aer diferite se confruntă.Fronturile atmosferice au o dinamică tipică, ele traversează spaţii geografice de dimensiuni diferite, au viteze diferite şi implicit efecte diferite în mersul vremii acolo unde ajung sau de unde se retrag.

Modelul unui sistem frontal rece/cald de ciclon tânăr - în spaţiu şi în proiecţie orizontală

Fronturile atmosferice nu trebuie înţelese ca suprafeţe geometrice simple care separă lin aerul cald de cel rece sau invers, ci trebuie înţelese ca „zone de impact”, ca „straturi de impact”, care au o anumită grosime, chiar daca ea nu depăşeşte câteva sute de metri, care au o formă, o direcţie de deplasare şi o poziţie înclinată întotdeauna faţă de planul suprafeţei terestre

Simbolizarea diferitelor tipuri de fronturi

Fronturile polare separa masele de aer tropical

http://www.meteogratis.it/sapevate_16.html

Când între două mase de aer (tropicale şi polare) se stabileşte un dezechilibru, tendinţa este de deformare a liniei de demarcatie (de formare a frontului atmosferic)

http://www.meteogratis.it/sapevate_16.html

Variatii mari de aer rece şi cald conduc la formarea de “valuri orizontale” numite vârtejuri şi cicloni.

http://www.meteogratis.it/sapevate_16.html

O zonă frontală apare în troposfera numai dacă sunt îndeplinite două condiţii:

1) de o parte şi de alta a viitorului front să existe deja mase de aer cu proprietăţi diferite, de obicei o masă caldă în vecinătatea unei mase reci;

2) direcţia şi viteza curenţilor de aer să faciliteze menţinerea unui contact cât mai strâns între cele două mase, pentru ca în zona de separaţie proprietăţile lor să varieze în mod brusc.

Caracteristica principală a frontului atmosferic este schimbarea bruscă a valorilor de temperatură, de presiune şi vânt, modificarea umidităţii aerului, a gradului de nebulozitate şi a regimului precipitaţiilor în punctele geografice pe care el le traversează.

Procesul de naştere a fronturilor atmosferice se numeşte frontogeneză, iar contrariul său poartă numele de frontoliză. Atât procesele de frontoliză cat şi cele de frontogeneză se desfăşoară cu atât mai intens, cu cât gradientul termic iniţial este mai mare.Formaţiunile anticiclonice, deci de presiune ridicată, caracterizate prin mişcări descendente pe verticală şi divergente pe orizontală, favorizează procesele de frontoliză, în timp ce regiunile depresionare sau ciclonice ori de presiune coborâtă, caracterizate prin mişcări ascendente în plan vertical şi convergente pe orizontală, favorizează procesele de frontogeneză.

Clasificarea fronturilor: după o serie de criterii referitoare la: cinematica, extinderea pe verticală, intensitatea lor, etc. după cum urmează:I. Clasificarea cinematică a fronturilor ţine seama de deplasarea frontului în raport cu masele de aer cald şi rece pe care le separă în felul următor:- dacă frontul rece se deplasează astfel încât aerul cald înaintează luând locul unuia mai rece preexistent care se retrage, el poartă denumirea de front cald. - dacă masa de aer rece este cea care avansează, câştigând teren asupra masei de aer cald, frontul este denumit rece. Deci frontul este denumit cald sau rece, după cum una din aceste mase o va substitui pe cealaltă. O situaţie deosebită o au fronturile de ocluziune, care se formează la joncţiunea fronturilor calde şi reci şi care au o structură mai complexă, întrucât masele de aer se prind din urmă şi se amestecă turbulent.

II. În funcţie de extinderea lor pe verticală, fronturile se împart în:

fronturi troposferice: au o mare înălţime pe verticală şi pot fi urmărite deseori de la suprafaţa solului şi până la tropopauză;

fronturi de sol sau joase: se pot observa numai în cele mai de jos straturi troposferice, mai sus ele nu mai există, uneori începând chiar de la nivelul de 850mb, adică aprox. 1500 m;

fronturi superioare sau de altitudine: sunt bine conservate numai în straturile mijlocii şi superioare ale troposferei, după ce s-a produs dispariţia lor la sol, în urma declanşării ocluziei ciclonului căruia îi aparţin.

III .În funcţie de mărimea gradientului orizontal de temperatură din zona frontului, se deosebesc:- fronturi principale, caracterizate prin diferenţe mari de temperatură între aerul cald şi cel rece, depăşind uneori 10oC- fronturi secundare, caracterizate prin contraste reduse.Fronturile principale separă de obicei principalele mase de aer din troposferă având un caracter aproape permanent şi de aceea pot căpăta şi un sens climatologic. Denumirea frontului se dă, în acest caz, după numele masei celei mai reci dintre cele două mase separate de front. Astfel, frontul ce separă mase de aer arctic de mase polare se numeşte front arctic; frontul care separă aerul tropical de cel ecuatorial se numeşte front tropical, acesta din urma având mai mult un sens climatologic.Fronturile secundare, care au un caracter mai puţin permanent şi o extensie mai mică decât cele principale, apar de obicei la latitudini temperate.

Profilul schematic al frontului rece de ordinul I. A – Secţiune verticală (cuprinde şi tipurile de nori aferenţi: Cs – Cirrostratus, As – Altostratus, Ns – Nimbostratus, St – Stratus); B – Proiecţie simplificată pe harta sinoptică

Frontul rece ca zonă de separaţie apare ca în situaţiile sinoptice în care o masă de aer rece în mişcare alertă prinde din urmă sau întră pur şi simplu în domeniul de manifestare al unei mase de aer cald, care are de obicei mişcări proprii mult mai lente şi pe care, de aceea, o poate cu uşurinţă disloca, înlocuind-o treptat sau brusc. Masa de aer rece fiind mai densă pătrunde rapid sub masa de aer cald şi anume în formă de pană la început, forţând aerul cald să se înalţe din locul în care fusese prezent, săgeţile figurilor indicând şi cum.

Fronturile reci înaintează mult mai rapid decât fronturile calde, dar nu toate fronturile reci au aceeaşi viteză de deplasare, de aceea ele se împart în două mari categorii: fronturi reci de ordinul I şi fronturi reci de ordinul II.In cazul fronturilor reci de ordinul I, „pana” de aer rece pătrunde „din flanc” sub aerul cald anterior existent ca în cazul fazei de undă a ciclonilor tineri. Pe partea anterioară joasă, abruptă, a ”penei” de aer rece, aerul cald anterior existent este ridicat pur şi simplu pe verticală şi antrenat într-o mişcare specifică numită convecţie forţată. Acest forţaj în altitudine atrage după sine o condensare puternică a vaporilor conţinuţi în aerul cald expulzat. Efectul imediat este apariţia „liniei noroase” tipice de Cumulonimbus, nori aliniaţi, parcă, puţin înaintea frontului de la nivelul solului, sau, uneori, pe acesta.Zona din care cad precipitaţiile frontului rece de gradul I are o lăţime medie de 100 – 150 km, atingând uneori în realitate 250 – 300 km. Frontul rece cu pantă lejeră descris mai sus se mai numeşte şi ANAFRONT.

Frontul rece de ordinul II cunoscut şi sub numele de front rece secundar sau CATAFRONT, este cu mult mai rapid în mişcare, cu mult mai comprimat spaţial în efecte meteorologice tipice şi de obicei aduce după sine mase de aer mult mai reci decât anafronturile. Panta acestui front este mult mai „abruptă” şi de aceea dislocarea aerului cald preexistent devine mult mai violentă decât în cazul anafrontului.

Profilul schematic al frontului rece de ordinul II. Abrevierile indică: Cb – cumulonimbus; Ac – Altocumulus

Frontul cald ca zonă de separaţie apare în situaţiile sinoptice în care masa de aer cald, în mişcare alertă, prinde din urmă sau intră, ajunge, pur şi simplu, în domeniul de manifestare al unei mase de aer rece, cu mişcări mai lente în plan orizontal.Frontul cald se caracterizează prin alunecarea ascendentă a aerului cald peste aerul mai rece. Viteza de mişcare a aerului cald, perpendiculară pe front, este mai mare decât viteza de retragere a aerului rece peste care aerul cald alunecă. Frontul cald are caracterul unui anafront, începând de la sol şi până la limita sa superioară

Profilul schematic al frontului cald. Săgeţi albe – aer cald; săgeţi negre – aer rece.Abrevierile indică: Cr – Cirrus; Cs – Cirrostratus; As – Altostratus; Ns – Nimbostratus

Formarea fronturilor ocluse: a. de tip rece; b. de tip cald

Frontul oclus În evoluţia ciclonilor – la faza de „maturitate”, dar mai ales de „bătrâneţe” – apar aşa-numitele fronturi ocluse sau fronturi de ocluziune.Frontul oclus marchează „prinderea” din urmă a unui front cald de către cel rece care a fost mai rapid ca deplasare orizontală, apărând astfel o singură suprafaţă frontală care atinge solul. Aceasta se întâmplă în mod normal, deoarece frontul rece care îi urmează celui cald se deplasează din acelaşi sens dar cu o viteză superioară acestuia; îl poate, aşadar, ajunge din urmă şi se poate contopi cu el. Cu alte cuvinte, aerul rece din spatele frontului rece se alătură astfel aerului rece de dinaintea frontului cald al cărui aer a fost expulzat în altitudine, a fost izolat, deci, de suprafaţa subiacentă.

Linia de intersecţie a zonei frontale de ocludere cu solul este denumită front inferior oclus. Aerul adus de frontul cald pare să fi dispărut de la suprafaţa solului, el fiind de fapt evacuat în mod treptat în sus deasupra zonei de ocludere de la sol. La o înălţime oarecare însă, aerul cald continuă sa existe deasupra maselor reci. Întregul sistem poartă denumirea de ocluziune. Punctul în care începe, la suprafaţa solului, prinderea din urmă a frontului cald de către cel rece se numeşte punct de ocluziune.

În cursul procesului de ocluziune, nebulozitatea de front cald şi cea de front rece existente în momentul contopirii lor se consumă lent începând cu straturile inferioare. Implicit precipitaţiile slăbesc cu timpul, ele încetând atunci când, în procesul de evacuare a aerului cald, frontul superior oclus atinge înălţimea de 3 km.

Dacă aerul rece din spatele frontului oclus este mai cald decât aerul rece din faţa sa, frontul poartă denumirea de front oclus cu caracter cald. În acest caz, pana de aer rece din spate trece peste cea din faţă, iar linia frontului rece va trece de la suprafaţa Pământului în atmosfera liberă, deplasându-se din ce în ce mai sus, pe suprafaţa frontului cald. Într-un front oclus cu caracter cald coexistă trei sisteme noroase: nebulozitatea frontului cald, cea a frontului rece şi nebulozitatea frontului cald inferior apărut în procesul de ocluziune.Pe măsură ce aerul cald se ridică în altitudine, primele două sisteme dispar, nebulozitatea frontului rece pătrunzând în sistemul noros al frontului cald. Când linia frontului superior ajunge la înălţimea de 3 km, căderea precipitaţiilor din sistemul noros superior încetează, iar când atinge înălţimea de circa 5 – 6 km, din acest sistem noros rămân numai norii Cirrus.Precipitaţiile ce însoţesc frontul oclus cu caracter cald sunt, în general, continue şi cad mai cu seamă în faţa sa.

Când aerul din spatele frontului oclus este mai rece decât cel din faţa sa, frontul este denumit oclus cu caracter rece. În acest caz, suprafaţa inferioară de separaţie are caracterul unui front rece şi este denumită front rece inferior.Pe măsura evacuării în sus a aerului cald, nebulozitatea caracteristică frontului cald dispare treptat, începând de la suprafaţa solului. Pe frontul rece inferior se generează însă, un nou sistem noros, de tipul frontului rece, format din nori Cumulonimbus, care se dezvoltă treptat sub frontul cald superior.Pentru dezvoltarea norilor de tipul Cb (în ocluzia rece) are o mare importanţă stratificarea termică a atmosferei. În condiţii de instabilitate, caracterizată prin scăderea rapidă a temperaturii cu înălţimea (când există gradienţi termici verticali însemnaţi), aceşti nori se dezvoltă intens şi dau naştere averselor de ploaie. De obicei, advecţiile de aer rece de la altitudine favorizează aceste procese, în timp ce advecţiile calde contribuie la diminuarea lor.