Na półkuli Północnej występuje strefa pomiędzy równoleżnikami 35 N i 65 N, gdzie położony jest permanentny prawie stacjonarny front atmosferyczny zwany Frontem Polarnym. Wiemy, że front atmosferyczny to granica pomiędzy masami o różnych parametrach fizycznych (temperatura i wilgotność). Front polarny jest granicą pomiędzy chłodnym powietrzem polarno-morskim i ciepłym powietrzem zwrotnikowo morskim. Zwykle jest to front stacjonarny/quasi-stacjonarny, co oznacza, że żadna z mas powietrza nie zajmuje miejsca drugiej żadna z nich nie ma wystarczającej siły lub dynamiki aby wyprzeć drugą. Brak jest ruchu powietrza w kierunku prostopadłym do powierzchni frontu. Wiatr po obu stronach frontu stacjonarnego wieje równolegle do linii frontu. Powierzchnie dwóch mas powietrza leżących koło siebie mogą w każdej chwili ulec deformacji z różnych powodów np. lokalne ogrzanie powietrza, przepływ powietrza nad nierównym terenem itp. Kiedy to się zdarzy, to na linii frontu mogą pojawić się krótkie fale (zmarszczki). Kiedy przyczyny tych zakłóceń przedłużają się, to powietrze polarne zaczyna powoli przesuwać się w kierunku Równika, a powietrze zwrotnikowe w kierunku Bieguna. 1
Kiedy to się dzieje to ciepłe powietrze zwrotnikowe wynoszone jest do góry nad front polarny, a powietrze chłodne osiada poniżej powietrza ciepłego. Pojawia się cyrkulacja cykloniczna na szczycie fali i w wyniku spadku ciśnienia powstaje początkowo mały układ niżowy. Jeżeli ciśnienie nadal spada, to Niż/Depresja się pogłębia i rośnie w siłę. Początkowo Niż jest stacjonarny, następnie zaczyna się powoli poruszać i w końcu kiedy fronty atmosferyczne są w pełni rozwinięte pojawia się wyraźna cyrkulacja wiatru. Granica obszaru na którym powietrze ciepłe zastępuje powietrze chłodne staje się frontem ciepłym, a tam gdzie chłodne powietrze wypiera ciepłe powstaje front chłodny. Tworzy się wyraźny obszar pomiędzy frontem ciepłym i chłodnym sektor/wycinek ciepły, natomiast przed frontem ciepłym i za chłodnym mamy sektory chłodne. Kiedy taki polarny Niż (Depresja polarna ) zaczyna się poruszać, to kierunek jej przemieszczania jest równoległy do izobar w sektorze ciepłym. Prędkość jej przemieszczania jest równa prędkości wiatru geostroficznego w ciepłym sektorze. Przekrój przez system frontowy depresji polarnej (niżu polarnego) Polarne depresje występują bardzo często w seriach wielu następujących po sobie. Każda następna depresja tworzy się przeważnie na frontach chłodnych. Występują także małe kliny wyżowe, które zwykle położone są pomiędzy układami Niżowymi. Takie serie Niżów Polarnych nad Atlantykiem są źródłem najgorszej pogody w Europie, a szczególnie w jej części północnej. Czasami nazywa się je falami zachodnimi 2
Wiatry i kierunek przemieszczania się depresji polarnych. Kierunek przemieszczania się depresji polarnej (na szczycie sektora ciepłego) jest równoległy do izobar w sektorze ciepłym. Prędkość jej ruchu jest równa prędkości wiatru geostroficznego występującym pomiędzy pierwszą, a druga izobarą sektora ciepłego (od jego wierzchołka). Ogólna cyrkulacja powietrza dookoła depresji polarnej jest taka sama jak dla innych systemów niżowych --» przeciwna do ruchu wskazówek zegara (półkula Północna). Wiatr przyziemny ma skłonność do wiania równolegle do izobar, ale jest odchylany przez tarcie powierzchniowe i skręca lekko w lewo w kierunku niższego ciśnienia. Wraz ze wzrostem wysokości (powyżej warstwy tarciowej, czyli około 2000 ft), tarcie powierzchniowe nie wpływa już na wiatr ---» wiatr się usila i staje się wiatrem geostroficznym wiejącym równolegle do izobar. 3
Górne wiatry w pobliżu frontów są sumą przyziemnego wiatru geostroficznego i wiatru termicznego --» wraz ze wzrostem wysokości wiatr skręca w prawo (półkula Północna). Jeżeli mamy znaczący efekt termiczny, to wiatry górne wieją równolegle do izoterm, a te są często równoległe do powierzchni frontowych. Fronty okluzji Przed frontem ciepłym kierunek górnego wiatru będzie zwykle NW. Związany z tym prąd strumieniowy będzie występował koło tropopauzy, w odległości około 700 km przed linią przyziemną frontu ciepłego i będzie wiał równolegle do niej. Powyżej sektora ciepłego kierunek wiatru górnego będzie prawie taki sam jak wiatru geostroficznego, ale jego prędkość będzie większa. Za frontem chłodnym kierunek wiatru górnego będzie zwykle SW. Prąd strumieniowy związany z nim występuje koło tropopauzy, w odległości około 370 km za przyziemną linią frontu chłodnego i wieje równolegle do niej. Fronty chłodne przemieszczają się szybciej od frontów ciepłych (czasami nawet dwa razy szybciej). Dlatego w depresji frontowej, front chłodny prawie zawsze dogania wolniej poruszający się front ciepły. Kiedy taka sytuacja występuje, to tworzy się front okluzji (okluzja). Mamy wtedy 3 sąsiadujące się ze sobą masy powietrza: 1. Chłodne powietrze przed frontem ciepłym; 2. Ciepłe powietrze w sektorze pomiędzy frontami chłodnym i ciepłym; 3. Zimne powietrze za frontem chłodnym Front okluzji jest granicą pomiędzy nową masą zimnego powietrza za frontem chłodnym, a starą masą chłodnego powietrza przed frontem ciepłym. Kiedy chłodny front łapie ciepły, to mówimy, że system frontowy zokludował się. Późniejszy przebieg wypadków zależy od tego, czy przesuwające się do przodu powietrze jest cieplejsze, czy chłodniejsze od powietrza chłodnego przed frontem ciepłym. Właściwości okluzji są zmienne i zależą od właściwości 4
oryginalnych frontów z których połączenia powstała. Punkt w którym łączą się powierzchnie tych trzech frontów nazywamy punktem okluzji i oznacza on obszar największej aktywności tego nowego systemu frontowego. Każdy front okluzji musi być dokładnie przeanalizowany/zbadany. Jego właściwości zależ od: wilgotności i stabilności powietrza polarnego oraz od wieku frontu okluzji (tzn. czy jest stara czy młoda). Rodzaje frontów okluzji. Rozróżniamy dwa rodzaje okluzji: chłodną i ciepłą. Czy mamy do czynienia z frontem okluzji o charakterze chłodnym, czy ciepłym zależy od tego, którego z okludujących się frontów powierzchnia frontowa pozostanie przy powierzchni ziemi. Na poniższych rysunkach przedstawiona jest okluzja chłodna ( gdzie front ciepły zmuszony został do wzniesienia się w górę) i okluzja ciepła (gdzie to front chłodny został zmuszony do wzniesienia się w górę). Rysunki te pokazują wzajemne położenie względem siebie zimnego, chłodnego i ciepłego powietrza w ramach układu frontu okluzji. Okluzja chłodna Okluzja ciepła 5
Pogoda w strefie frontu okluzji. Informacje na temat lokalizacji frontu okluzji są bardzo ważne dla załóg lotniczych, ponieważ większość najgorszej pogody znajduje się w strefie do 200 km na południe i do 500 km na północ od punktu przecięcia się linii frontu chłodnego z ciepłym. Ponieważ okluzja jest kombinacją frontu chłodnego z ciepłym, to warunki pogodowe w jej strefie są także mieszaniną zjawisk, charakterystycznych dla tych dwóch frontów, połączonych w jeden bardzo obszerny i skomplikowany system pogodowy. Linie burz i opadów przelotnych, typowe dla frontów chłodnych zlewają się w jedną całość z niskimi podstawami zachmurzenia na froncie ciepłym. Strefy opadów atmosferycznych i słabych widzialności występują po obu stronach okluzji (w stosunku do przyziemnej linii frontu). Na dodatek mamy także do czynienia z silnym wiatrem w rejonie północnej końcówki okluzji, która leży w centrum głębokiego układu niżowego. Podsumowanie warunków atmosferycznych w strefach frontów atmosferycznych. FRONT CIEPŁY ZBLIŻANIE PRZECHODZENIE PO PRZEJŚCIU Wiatry stopniowy wzrost prędkości, skręcające lekko na lewo, zwykle południowe kierunek wiatru gwałtownie skręca na prawo, prędkość wiatru zaczyna kierunek stabilizuje się, zwykle na SW, prędkość wiatru jednostajna maleć Temperatura równa zwykle chłodno lub czasami powoli wzrastająca nagły wzrost, a później stopniowy wzrost jednorodna lub tylko niewielkie zmiany Ciśnienie ciągły spadek najniższa wartość koniec spadków lekki wzrost, następnie równe lub powolny spadek Zachmurzenie Opady atmosferyczne Widzialność zachmurzenie stopniowo wzrastające, aż do pełnego o podstawach obniżających się do chmur niskich słaby opad ciągły deszczu/śniegu z AS, następnie opad umiarkowany z NS. Opady atmosferyczne przy powierzchni ziemi w odległości do 400-600 km od linii frontu początkowo stosunkowo dobra ale stopniowo coraz mocniej ograniczona wraz ze zbliżaniem się linii frontu OVC przez chmury NS i ST, bardzo niskie podstawy chmur ciągły lub umiarkowany opad deszczu/śniegu głównie z NS bardzo słaba z powodu silnych opadów atmosferycznych, częste występowanie zamglenia lub mgły warstwa OVC przechodzi w BKN/SCT przez chmury ST i SC o utrzymujących się dość długo bardzo niskich podstawach sporadyczna mżawka, słaby deszcz/śnieg z ST lub SC, albo całkowity brak opadów atmosferycznych niewielka poprawa, ale pozostająca od umiarkowanej do słabej z powodu występowania zamglenia, mgły lub mżawki FRONT CHŁODNY Wiatry ZBLIŻANIE PRZECHODZENIE PO PRZEJŚCIU wzrost prędkości, skręcające na lewo, stające się porywiste kierunek wiatru gwałtownie skręca na prawo, silne poryw (często bardzo silne), możliwe szkwały prędkość i kierunek stabilizuje się, kierunek jednostajny z możliwym lekkim skrętem na NW, pozostająca równa (chłodno) lub tylko niewielkie zmiany Temperatura równa ale spadająca szybko w pobliżu przyziemnej linii frontu nagły spadek Ciśnienie ciągły spadek najniższa wartość koniec spadków stopniowy powolny wzrost ST/SC o niskich podstawach, BKN to OVC przez chmury CU/CB, szybko podnoszące się podstawy warstw Zachmurzenie zachmurzenie ogólne możliwy NS bezpośrednio przed liną od BKN do OVC, krótkie okresy AC/AS, wzrastające przez ST/SC/CB frontu, niskie podstawy pojedyncze CU/CB Opady atmosferyczne Widzialność sporadyczna mżawka lub słaby opad deszczu/śniegu lub całkowity brak opadu umiarkowana do słabej z powodu możliwego wystąpienia zamglenia, mgły lub mżawki silne przelotne opady deszczu/śniegu, burze z możliwością opadu gradu okresowo bardzo słaba z powodu silnych opadów atmosferycznych, następnie szybka poprawa do dobrej okresowo takie same jak w czasie przechodzenie linii frontu, następnie bez opadów, a później pojedyncze przelotne opady z CU/CB bardzo dobra przy braku opadów, umiarkowana do słabej w opadach przelotnych 6
FRONT OKLUZJI ZBLIŻANIE PRZECHODZENIE PO PRZEJŚCIU Wiatry zwykle południowe SE zmienne Zwykle W/NW Temperatura (okluzja chłodna) (okluzja ciepła) chłodno chłodno spadek wzrost chłodniej cieplej Ciśnienie ciągły spadek najniższa wartość koniec stopniowy wzrost spadków Zachmurzenie CI, CS, AS, NS NS czasami TCU lub CB NS, AS lub SCT przez CU (w tej kolejności) Opady atmosferyczne każdy rodzaj - słaby do silnego słaby lub silny ciągły lub przelotny słaby do umiarkowanego następnie przejaśnienia Widzialność słaba w opadach słaba w opadach poprawiająca się 7