Masele de aer și fronturile atmosferice PDF

8 Masele de aer și fronturile atmosferice Problemele care fac obiectul meteorologiei sinoptice în scopul elaborării TERMENI-CHEIE prognozei vremii sunt: masele de aer, fronturile atmosferice, evoluția și Masă de aer – volum de deplasarea ciclonilor și anticiclonilo...

8 Masele de aer și fronturile atmosferice Problemele care fac obiectul meteorologiei sinoptice în scopul elaborării TERMENI-CHEIE prognozei vremii sunt: masele de aer, fronturile atmosferice, evoluția și Masă de aer – volum de deplasarea ciclonilor și anticiclonilor. aer cu mărimi diferite, dar omogene prin proprietățile Masele de aer dobândite pe suprafața de origine. Atmosfera este neomogenă, fiind alcătuită din volume mari de aer în care Front atmosferic – supra­ elementele meteorologice au un caracter relativ constant. Porțiuni mari din fața care separă două mase de aer cu caracteristici fizice atmosferă, caracterizate printr‑un anumit grad de omogenitate şi continuitate deosebite. în distribuția elementelor meteorologice, poartă numele de mase de aer. Front rece – zonă de tran­ În zonele de contact al maselor de aer cu proprietăți fizice diferite, valorile ziție dintre două mase de elementelor meteorologice se schimbă brusc, iar gradienții au valori mari. aer (rece şi cald), masa de aer rece luând locul celei calde. Pe verticală, o masă de aer se poate extinde de la câteva sute de metri până la câțiva kilometri. Uneori, masele de aer pot ajunge la nivelul superior Front cald – zonă de tran­ ziție dintre o masă de aer al troposferei. cald şi una de aer rece, am‑ Pe orizontală, o masă de aer se poate extinde pe distanțe de la câteva sute bele cu acelaşi sens de de‑ până la câteva mii de kilometri (500–5 000 km). plasare, masa caldă luând locul celei reci. În sistemul general al circulației atmosferice, masele de aer sunt transpor‑ tate dintr‑o regiune în alta a Globului. Înlocuirea unei mase de aer cu alta duce la schimbarea stării vremii în acea regiune (fig. 3.43). Formarea maselor de aer este condiționată de o staționare mai îndelun‑ A P L I C AȚ I I gată a lor într‑o anumită regiune geografică. Astfel, aerul preia caracteristicile Elaborați schema tipurilor de mase de aer pe baza acelei regiuni, fiind de fapt cauza şi locul de formare a maselor de aer (deasu‑ clasificării maselor de aer pra oceanelor, pe întinderile de gheață ale Arcticii sau Antarcticii, deasupra după diferite criterii. deşerturilor, în zona ecuatorială a pădurilor umede). Cele mai favorabile condiții sunt în formațiile anticiclonale stabile (Antici‑ clonul Siberian, Anticiclonul Hawaii de iarnă, Anticiclonul Azorelor etc.). În unele regiuni ale latitudinilor mari, masele de aer pot lua naştere şi în cadrul minimelor barometrice permanente (Minima Islandeză, Minima Aleutină de iarnă, Minima Asiatică de vară etc.). Particularitățile termice şi umiditatea maselor de aer depind de natura suprafeței active deasupra căreia s‑au format şi de originea lor geografică. Clasificarea maselor de aer. În clasificarea maselor de aer se ține cont de următoarele criterii: termic, termodinamic şi geografic. După criteriul termic, masele de aer se împart în: mase de aer cald şi mase de aer rece. O masă de aer se consideră caldă atunci când provine de la latitudini mai mici şi se deplasează spre latitudini mai mari, cauzând o încălzire a vremii. Şi invers, o masă de aer este considerată rece atunci când se deplasează dinspre latitudini mari spre latitudini mici, contribuind la răcirea vremii din acea regiune. După însuşirile lor termodinamice, masele de aer pot fi clasificate în două grupe: mase de aer stabile şi mase de aer instabile (mobile). Primele se carac­ terizează prin lipsa proceselor de convecție şi stabilitatea vremii. În cazul maselor de aer instabile, sunt create condiții favorabile dezvoltării proceselor de convecție, de condensare şi de precipitare. Gradul de stabilitate sau de instabilitate al maselor de aer depinde de caracterul mişcărilor convective – ascendente sau descendente. În cadrul ariilor barice ciclonale, cu circulație ascendentă, masa de aer este instabilă, ▲Procesul Fig. 3.43 de extindere iar în cadrul ariilor barice anticiclonale, pentru care este specifică circulația a aerului arctic spre sud, descendentă, masa de aer este stabilă. văzut pe harta sinoptică 95  Ș T I AI C Ă? Sinopticienii folosesc cel mai des clasificarea care are la bază originea geo­ Temperatura, umezeala grafică a maselor de aer şi modul lor de formare. După originea geografică, şi gradul de transpa­ identificăm următoarele tipuri de mase de aer specifice locului de formare: rență al aerului repre‑ mase de aer arctic (A) şi, respectiv, antarctic (aA), formate în bazinul zintă trei repere clasice de identificare primară a arctic şi pe continentul Antarctida; maselor de aer care se în‑ mase de aer temperat (Te), provenite din regiuni subpolare sau chiar dreaptă spre o zonă dată. temperate; Masele de aer aflate în mase de aer tropical (T), formate în anticicloanele subtropicale; deplasare transportă mase de aer ecuatorial (E), formate în zona ecuatorială. cu ele însușirile fizice ca‑ racteristice, dobândite În funcție de caracterul suprafeței active pe care se formează, în cadrul în contact cu suprafața fiecărui tip geografic principal se disting subtipurile: mase de aer maritim terestră activă din dife‑ (m) şi mase de aer continental (c). De exemplu, masele de aer temperat (polar) ritele regiuni de pe Glob, unde s-au format. sunt, la rândul lor: maritim temperate (mTe) şi continental temperate (cTe). Masele de aer influ­ ențează o repartizare Caracterizarea tipurilor geografice mai uniformă pe Glob de mase atmosferice a căldurii, a presiunii, a umezelii, a vizibilității, Aerul arctic (A) se formează în bazinul arctic, în cadrul anticicloanelor a caracterului vântului, termice din regiunea Polului Nord. Este cea mai rece masă de aer dintre cele a nebulozității, a pre­ ci­pitațiilor, inclusiv dis‑ care apar în emisfera nordică şi se caracterizează prin temperaturi joase pe persarera poluanților toată grosimea ei. În regiunile temperate ale emisferei nordice, înghețurile naturali și antropogeni. târzii de primăvară şi cele timpurii de toamnă sunt cauzate de invaziile aerului În cazul unui anticiclon, arctic. Putem deosebi un aer continental arctic (cA) şi altul maritim arctic (mA). deplasarea maselor de Aerul continental arctic pătrunde în Europa dinspre Marea Barents şi Ma‑ aer este descendentă și rea Kara. Are temperaturi joase. Este foarte uscat, dezvoltă nori cumuliformi, divergentă, adică aces­ tea coboară dinspre slabi, izolați, care nu produc precipitații (tab. 3.7). partea superioară a tro- Aerul maritim arctic vine în Europa dinspre Groenlanda, trece peste posferei, ajung pe su­ Marea Norvegiei, se încălzeşte puțin şi, încărcându‑se cu vapori, devine prafața terestră și apoi pleacă dinspre aria de instabil. Rămâne totuşi cu umiditate scăzută, dar cu o transparență foarte maximă presiune înspre pronunțată. Vara aduce ploi reci şi ninsori în munți, primăvara – ninsori alte două arii de minimă târzii, iar ­toamna – ninsori timpurii. presiune. Aerul temperat (Te) se formează la latitudini mijlocii din aerul arctic În cazul unui ciclon, de‑ încălzit, în cadrul anticicloanelor mobile, sau din cel tropical răcit, datorită plasarea maselor de aer este ascendentă și con‑ depresiunilor barometrice cu caracter stabil. Distingem aer continental tem‑ vergentă, adică acestea perat (cTe) şi aer maritim temperat (mTe). vin dinspre punctele de Aerul continental temperat se formează în timpul iernii, în spațiul anti‑ maximă presiune, se unesc în punctul de mi‑ cicloanelor termice din Europa de Est, uneori şi în Peninsula Scandinavă, nimă presiune, apoi urcă precum şi în regiunile siberiene ale Asiei. Are temperaturi foarte scăzute în înspre partea superioară straturile inferioare, mai joase decât în aerul arctic, prezentând puternice a troposferei. inversiuni de temperatură, care îi dau o mare stabilitate. Este numit şi aer continental temperat suprarăcit. Vara, aerul continental temperat se formează în anticicloanele slabe care apar în Eurasia. Are temperaturi ridicate în stra‑ turile inferioare și se aseamănă cu aerul continental tropical, dar rămâne mai rece în straturile superioare. Aerul maritim temperat pătrunde în Europa dinspre Vest. Iarna, porneşte din Canada, ca masă continental temperată, străbate Atlanticul, se încălzeşte în zona Gulfstream-ului, se încarcă cu vapori şi ajunge în Europa ca aer ma‑ ritim temperat. Ajungând pe continentul răcit, determină încălzirea vremii şi căderea precipitațiilor. În timpul verii, se formează la latitudini superioare deasupra Atlanticului. Pătrunzând pe continentul încălzit, provoacă o răcire a vremii şi precipitații abundente. Înaintând spre interiorul continentului, îşi pierde treptat proprietățile, devenind mult mai uscat. 96  Aerul tropical (T) se formează în regiunile dominate de anticicloanele A P L I C AȚ I I subtropicale deasupra Oceanului Atlantic, dar şi deasupra continentelor. 1. Descrieți și argumentați Principalele lui caracteristici sunt temperatura ridicată şi o mare stabilitate. condițiile şi locul de for­ Există aer maritim tropical (mT) şi aer continental tropical (cT). mare a maselor geogra­ Aerul maritim tropical se formează în Anticiclonul Azorelor din regiunea fice de aer. subtropicală a Atlanticului de Nord. Ajunge în Europa prin intermediul acestui 2. Elaborați profilurile sche­ anticiclon peste Marea Mediterană. Ca urmare a temperaturii sale ridicate, se matice ale fronturilor at­ încarcă deasupra oceanului cu o cantitate mare de vapori. mosferice: rece, cald şi oclus, argumentând con­ Aerul continental tropical se formează în regiunile deşerturilor subtro‑ dițiile de formare și trăsă­ picale din Africa de Nord, Peninsula Arabia, iar în timpul verii chiar şi în turile lor specifice. unele regiuni situate la latitudini mijlocii, cum sunt Peninsula Balcanică, Asia Mică, estul şi sud‑estul Câmpiei Europei de Est, Asia Centrală. În Europa, se formează vara şi se caracterizează prin temperaturi ridicate, fiind uscat. Aerul ecuatorial (E) se formează în zona ecuatorială pe continente şi pe oceane. Este aerul cel mai cald şi cel mai umed. Circulă în troposfera inferi‑ oară de la Ecuator spre tropice, prin intermediul musonilor ecuatoriali, care rezultă din alizee, când acestea trec dintr‑o emisferă în alta. PRINCIPALELE CARACTERISTICI ALE MASELOR DE AER Tabelul 3.7 Masă de Arctic Temperat aer Tropical Ecuatorial Subtip (Antarctic) (polar) Rece Rece iarna și cald vara Fierbinte Cald Continental Uscat Uscat De obicei, uscat Umed Vreme stabilă Vreme stabilă Ploi torențiale Vreme stabilă Rece Răcoros Cald Cald Oceanic Umed Umed Umed Umed Vreme instabilă Vreme instabilă Vreme stabilă Vreme stabilă Fronturile atmosferice Geneza fronturilor atmosferice. Zona de separație dintre două sau mai multe mase de aer cu caracteristici diferite, care se realizează de‑a lungul unor suprafețe, se numește zonă frontală sau front atmosferic (fig. 3.44). Deoarece contactul dintre două mase de aer se realizează pe o zonă îngustă (de câteva sute de metri), în reprezentările grafice acest strat este redat printr‑o suprafață numită convențional suprafață frontală. Unghiul de înclinare al suprafeței frontale cu suprafața terestră orizon‑ tală este mic și variază între 1 și 10 grade. Intersecția suprafeței frontale cu suprafața terestră se numește linie frontală, reprezentată pe hărțile sinoptice ▼Fig. 3.44 prin semne convenționale specifice tipului de front atmosferic. Procesele Suprafața frontală meteorologice care au loc într‑o zonă frontală se numesc procese frontale, și linia frontului de exemplu variațiile de temperatură, producerea unor succesiuni noroase şi a precipitațiilor atmosferice. Procesul de formare a fronturilor atmosferice se numește fron­ togeneză. Pentru ca în atmosferă să se formeze o zonă frontală sunt necesare două condiții, și anume: existența a două mase de aer cu proprietăți diferite, care să interacționeze în zona frontală; existența unor curenți de sens contrar, care să mențină în contact cele două mase de aer. Aceste condiții se realizează prin convergența curenților în cadrul anumitor formațiuni barice caracteristice, precum ciclonul și talvegul depresionar (fig. 3.46). 97  Dacă mișcările de convergență ale aerului duc la condiții de frontogeneză, apoi cele de divergență duc la îndepăr‑ tarea maselor de aer – zona frontală se lărgește, apar curenți descendenți și frontul se destramă. Procesul de destră‑ mare și dispariție a frontului atmosferic se numește frontoliză și se produce în anticiclon și în dorsala anti­ciclonică (fig. 3.47). Clasificarea fronturilor atmosfe- rice. Acestea sunt clasificate după mai multe criterii. Principalele sunt depla‑ sarea frontului în raport cu masele de aer cald sau rece; originea geografică a maselor de aer, dimensiunea și dinamica deplasării aerului. 1. În funcție de masa de aer (rece sau cald) mai activă, fronturile atmo‑ ▲Fig. 3.45 Profil schematic sferice se clasifică în fronturi reci și fronturi calde. al frontului rece Frontul rece se dezvoltă când o masă de aer rece, care înaintează, înlocu‑ ieşte o masă de aer cald. În acest caz, frontul se deplasează dinspre aerul rece spre cel cald. Masa de aer rece, fiind mai densă, pătrunde rapid sub masa de aer cald în formă de pană, forțând aerul cald să se înalțe (fig. 3.45). 1 015 Fronturile reci conduc la formarea norilor cumulonimbus, din care cad 1 010 precipitații abundente în imediata vecinătate a liniei frontului. În unele cazuri, 1 005 în spatele frontului se pot forma nori nimbostratus şi altostratus, din care D cad precipitații pe suprafețe extinse. Fronturile reci sunt foarte periculoase 1 005 1 010 pentru navigație. 1 015 Frontul cald se formează în timpul înlocuirii unei mase de aer rece, care se retrage, cu o masă de aer cald. Deplasarea aerului cald se realizează cu o viteză ▲Fig. 3.46 mai mare decât a aerului rece, alunecând ascendent pe toată suprafața frontală. Talveg depresionar – Alunecarea ascendentă a aerului cald pe suprafața frontală este însoțită de săgețile indică sensul răcirea lui şi de condensarea vaporilor (fig. 3.48). La trecerea fronturilor calde, mişcării particulelor se formează norii nimbostratus, care produc precipitații extinse. de aer în plan orizontal 1 020 1 025 1 030 M 1 030 1 025 1 020 ▲Fig. 3.47 Dorsale anticiclonice Fig. 3.48 ► Profil schematic al fron­tului cald 98  ◄Fig. 3.49 Formarea frontului oclus În afara acestor două tipuri de fronturi atmosferice, mai există fronturi ocluse sau mixte, formate la contactul fronturilor cald şi rece, adică în zona Front rece de contopire a acestora, după care are loc procesul numit ocluzie, adică des‑ trămarea fronturilor (fig. 3.49, 3.50). Front cald 2. După originea geografică a maselor de aer, dimensiunea și dinamica deplasării aerului, fronturile atmosferice se clasifică în principale și secun­ dare. Fronturile atmosferice principale delimitează cele mai importante tipuri Front oclus geografice de mase de aer, purtând denumirea uneia dintre masele de aer separate, mai active. Astfel, evidențiem: frontul arctic (sau antarctic), care apare ca zonă de separație între ae‑ Front staționar rul arctic (antarctic) şi cel temperat (A/Te), primul tinzând să ia locul ▲Fig. 3.50 aerului temperat; Simbolizarea diferitelor frontul temperat, care apare ca zonă de separație între aerul temperat tipuri de fronturi şi cel tropical (Te/T), primul tinzând să ia locul aerului tropical; frontul tropical, care apare în zona de separație între aerul tropical şi cel ecuatorial (T/E), primul tinzând să ia locul aerului ecuatorial. Fronturile principale nu sunt formațiuni stabile, poziția lor fiind schimbă­ toare în spațiu şi în timp. Ele pot fi reprezentate pe hărți multianuale, lunare sau anotimpuale şi, în acest caz, se numesc fronturi climatologice (fig. 3.51). ◄▼ Fig. 3.51 Fronturile atmosferice apar şi dispar odată cu transformările suferite de Fronturile câmpurile barice. clima­to­logice în ianuarie și iulie 99  TERMENI-CHEIE Circulația generală a atmosferei Curenții jet – mişcări cu În funcție de repartiția presiunii atmosferice, la suprafața Pământului şi în viteze mari ale maselor de aer în partea superioară a atmosferă, pe verticală, se dezvoltă un sistem de circulație a maselor de aer. Prin troposferei. circulația generală a atmosferei se înțelege sistemul curenților de aer la scară Zone de convergență – planetară, care cuprinde întreaga atmosferă. Ca urmare a acestei circulații, se zone unde aerul urcă în mod realizează schimburile de căldură şi umiditate între diferite zone ale suprafeței, continuu de la suprafața Pământului spre înălțimi (la echilibrând proprietățile fizice ale aerului acestor zone geografice. Ecuator și cercurile polare). Cauzele circulației generale a atmosferei sunt: repartiția neuniformă a Zone de divergență – zone energiei solare pe suprafața Pământului, fapt care determină încălzirea neu‑ unde aerul coboară în mod niformă a acesteia şi a porțiunilor corespunzătoare din atmosferă; mişcarea continuu de la înălțimi spre de rotație a Pământului; neomogenitatea suprafeței active. suprafața Pământului (la poli și tropice). În cazul suprafeței terestre neomogene a Pământului în mişcare, circulația atmosferică este destul de complicată. În cele ce urmează, se va lua în considerare numai schema circulației pentru straturile inferioare ale atmosferei (fig. 3.52). Prin intervenția forței Coriolis şi a forței de frecare, la care se mai ­adaugă şi influența neomogenității suprafeței active, în circulația atmosferei se evidențiază trei circuite zonale pentru fiecare emisferă. Între diferitele circuite există legături foarte strânse. Astfel, în zona ecuatorială, datorită încălziri intense, se dezvoltă curenți ­puternici de convecție termică, care ajung până la altitudinea de 8 km. La ­aceste înălțimi, sub influența gradientului baric, masele de aer se îndreaptă spre tropice sub forma a doi curenți de altitudine. Această circulație perma‑ nentă a aerului spre latitudini mari menține în zona ecuatorială un regim ▼Fig. 3.52 baric depresionar, formând zona de calm ecuatorial. Schema generală a Sub inf luența forței Coriolis, cei doi curenți de circulației atmosferice ­altitudine suferă o abatere treptată de la direcția gradientului baric spre dreapta în emisfera nordică şi spre stânga în emisfera s­ udică. Abaterea cea mai mare are loc la la‑ titudinile de 30°–35°, unde cei doi curenți capătă direcția vest‑est în ambele emisfere. În urma aglomerării aeru­lui, la aceste latitudini se dezvoltă o mişcare des­cendentă, ceea ce face ca în ambele emisfere să apară două zone subtro‑ picale de presiune ridicată. Gra­d ienții barici, astfel, sunt orientați spre minimul ­ecuatorial, închizându-se astfel primul circuit. Ca urmare a influenței forței Coriolis, curenții de aer se deplasează dinspre nord‑est spre sud‑vest în emisfera nordică şi dinspre sud‑est spre nord‑vest în cea sudică. Aceste vânturi care suflă per­ manent în zona intertropicală sunt numite alizee. 100  Potrivit aceleiaşi scheme, tot din maxima subtropicală o parte din aer se deplasează spre nord (în emisfera nordică), spre minimele subpolare, și spre sud (în emisfera sudică). Din cauza mişcării de rotație a Pământului masele de aer devin vânturi de sud‑vest la latitudini mijlocii, iar la cele de 60°–65° latitudine nordică și latitudine sudică – vânturi de vest. La aceste latitudini, o parte a maselor de aer se ridică pe verticală în zona minimelor subpolare, de unde se întorc spre tropice închizând al doilea circuit, cel al vânturilor de vest. Aceste vânturi sunt mereu perturbate de activitatea intensă şi frecventă a cicloanelor şi anticicloanelor care se formează în lungul zonelor frontale (fronturile polar, arctic şi antarctic). La nord de cercul polar, presiunea atmosferică urcă şi gradienții barici sunt orientați spre minima subpolară, dând naştere vânturilor de nord‑est în emisfera nordică şi de sud‑est în emisfera sudică. În zona minimelor subpolare (60°–65° latitudine nordică și latitudine sudică) mişcarea ascendentă transportă masele de aer în straturile superioare ale troposferei, de unde acestea se deplasează spre regiunile polare. Aici, printr‑o mişcare descendentă, ele completează aerul deplasat spre minima subpolară, închizându‑se astfel al treilea circuit. La limitele acestor circuite apar zone de convergență la Ecuator şi cercurile polare, unde aerul urcă în mod continuu de la suprafața Pământului spre înălțimi, şi zone de divergență la poli şi tropice, unde aerul coboară din stra‑ tosferă spre suprafața Pământului (fig. 3.53). ▼Fig. 3.53 Zonele de conver­gență și divergență la supra­fața Pământului Circulație Divergență Convergență Divergență Convergență Divergență Convergență Divergență Presiune M D M D M D M Latitudine 90˚ 60˚N 30˚N Ecuator 30˚S 60˚S 90˚ E VALUAR E 1. Explicați termenii: Pe harta‑contur a lumii, trasați poziția fronturilor masă de aer frontoliză climatologice în ianuarie și iulie. Explicați cauzele front atmosferic front tropical schimbării poziției acestor fronturi în sezoanele frontogeneză respective (de iarnă și de vară). 2. Verificați-vă cunoștințele: 4. Dezvoltați‑vă gândirea critică: Care sunt condițiile de formare a maselor de aer? Caracterizați deosebirile esențiale dintre: Care sunt tipurile de mase de aer după criteriile a) tipurile geografice de mase de aer; termic, termodinamic şi geografic? b) fronturile reci şi fronturile calde prin trei elemen‑ În ce condiții se formează fronturile atmosferice? te specifice; Care sunt diferențele între fronturile: rece, cald c) cele trei mari circuite ale circulației generale şi oclus? a atmosferei. 3. Aplicație: Explicați clasificarea maselor de aer după crite­ riile termic, termodinamic și geografic. Stabiliți speci­ficul fiecărui tip de masă de aer. 101