Особенности фронтальных туманов

Фронтальные туманы возникают в зоне атмосферных фронтов- поверхностей соприкосновения воздушных масс, обладающих различным влагосодержанием и температурой. Если теплый воздух в зоне фронта наступает, (атмосферный фронт движется в сторону более холодного воздуха) такой фронт называется теплым. В противном случае – холодным.

Теплые фронты движутся медленнее, чем холодные. Если холодный фронт догоняет теплый – возникает явление окклюзии. Теплый воздух отрывается от земли и на смену одному холодному воздуху приходит другой, более или менее холодный. Такие атмосферные фронты называют фронтами окклюзии. Если при прохождении фронта окклюзии становится холоднее, то его называют фронтом холодного типа. Если при прохождении фронта окклюзии становится теплее, такой фронт называют фронтом теплого типа. 

Туманы возникают не на любых атмосферных фронтах. Для образования фронтального тумана необходимо, чтобы скорость движения фронта не превышала нескольких метров в секунду. Обычно это теплый фронт или медленный холодный фронт, называемый анафронтом. Чаще всего туманы образуются в холодном воздухе непосредственно перед теплым фронтом. Их появлению, как правило, предшествуют постепенно усиливающиеся осадки. Дождь, состоящий из крупных капель, или снег редко сопутствуют такому туману; напротив, они способствуют его рассеянию. Чаще фронтальные туманы сопровождаются выпадением мелкого дождя или мороси.

Так как теплый фронт движется медленно, такой туман может быть очень продолжительным (существовать единицы – десятки часов) и занимать обширные территории.

Фронтальный туман образуется также на анафронтах. Здесь он накатывает как вал прибоя; осадки начинаются лишь спустя некоторое время, после того, как этот вал Вас настиг. Продолжительность тумана, в данном случае, и занимаемая им площадь меньше, чем в зоне теплого фронта (так как движется он быстрее).

На фронтах окклюзии туманы, как правило, не встречаются. Они возможны, если скорость фронта не велика – единицы м/с, а теплофизические характеристики холодных воздушных масс различаются сильно. Их интенсивность тем меньше, чем меньше перепад температуры между холодным и более холодным воздухом и чем выше скорость фронта. Осадки при этом имеют моросящий характер.

Предфронтальный туман теплого фронта образуется, если испарение капель дождя из слоисто-дождевых облаков, предшествующих линии фронта, в достаточной мере увлажняет и охлаждает приземный слой воздуха. В образовании этого вида фронтального тумана большую роль играет увлажнение приземного слоя воздуха выпадающими осадками, испарение с увлажненной почвы, а также процессы вертикального перемешивания и адвективного охлаждения воздушной массы. При сильно развитой турбулентности, поднимающийся влажный воздух испытывает дополнительное адиабатическое охлаждение, что способствует образованию вторичного уровня конденсации на высоте несколько десятков или сотен метров. На этом уровне образуются слоисто- дождевые облака нижнего яруса.

Зафронтальный туман может возникать непосредственно за теплым фронтом. Это возможно, если до подхода этого фронта на сильно охлажденную поверхность земли выпадал дождь, увлажнивший почву. В данном случае образованию тумана способствует охлаждение и увлажнение нижнего слоя атмосферы.

Туман смешения образуется в тех редких случаях, когда разность температур на атмосферном фронте смешиваемых воздушных масс очень велика (более 10 градусов), а водяной пар в обеих воздушных массах не насыщен, но близок к насыщению (значения относительной влажности воздуха в них превышают 95%).

Эффект смешения состоит в том, что удельная влажность смеси таких компонентов оказывается больше, что удельная влажность каждого из них. Он обусловлен нелинейностью зависимости удельной влажности насыщения от температуры воздуха.

Туманы смешения образуются редко и в немногих местах (только летом, на берегах морей, на границах ледников и т.п.). Однако как сопутствующий процесс, эффект смешения способствует образованию туманов любого другого типа.

География туманов

В регионах нашей планеты с наибольшей повторяемостью туманов они наблюдаются более чем 80 суток в год.

Так часто туманы наблюдаются в западном секторе Арктики, куда проникают теплые воды Северо-Атлантического течения, называемые здесь Норвежским течением. Столь же часты туманы и у ледовых берегов Антарктиды. Здесь часты случаи выхода теплых воздушных масс с открытой водной поверхности на холодную поверхность льда, а также перемещения холодных масс со льда или холодной суши на открытую воду.

В умеренных широтах северного полушария почти такая же высокая повторяемость туманов характерна для района Ньюфаунленда. Здесь встречаются теплые воды западной ветви Гольфстрима и холодное Лабрадорское течение.

Поскольку суточный ход температуры воздуха над океанами и морями мал, интенсивность морских туманов практически не имеют суточного хода.

В годовом ходе интенсивности и повторяемости туманов умеренных широт имеются два максимума - осенью и весной. Над континентами туманы чаще образуются осенью, а над морями – весной.

Над континентами в умеренных шпротах туманы могут иметь суточный ход изменения своей интенсивности. Наиболее значителен он у радиационных туманов. Параметры адвективных туманов - напротив, практически не зависят от времени суток.

В субтропических широтах южного полушария до 80 дней в году туманы наблюдаются на юго-западных побережьях Африки и Южной Америки (Перу), в одних из величайших пустынь нашей планеты – Калахари и Атакама. Столь высокая повторяемость туманов здесь обусловлена присутствием на малых расстояниях от берега весьма холодных океанических течений.

Орографические туманы весьма часты практически во всех горных районах мира. Здесь они очень мощны, а их суточная изменчивость в основном проявляется в их перемещении вверх (днем) и вниз (ночью) по склону горы. Очень часты они и зимой период в горах Крыма, при южных и юго-западных ветрах, несущих теплый и влажный воздух с моря. Поднимаясь по склонам гор, стоящих у него на пути, этот воздух охлаждается ниже точки росы уже на высоте 300-350 м над уровнем моря. При этом на скалах начинается конденсация влаги, делающая их весьма скользкими. Возможно также их обледенение, делающее их практически непреодолимыми для скалолазов.

Орографические туманы на склонах гор могут возникать даже при безоблачном небе. Видимость в них снижается до нескольких метров, что существенно осложняет ориентировку на маршрутах. Появление орографического тумана на склонах гор всегда предшествует потеплению.  

Повышена повторяемость туманов на северо-западных берегах Европы, Калифорнии, а также на Атлантическом побережье Южной Америки и на Мадагаскаре (более 20 дней в году). Здесь туманы вызваны термическими особенностями подстилающей поверхности и закономерностями атмосферной циркуляции, обеспечивающей приток к ним влажного воздуха.

Редки туманы во внутренних областях материков, особенно в пустынях тропиков (Сахара, Каракумы, Невада, Большая Австралийская пустыня). В подобных районах влаги в воздухе очень мало, а температуры воздуха высоки.

Мало дней в году с туманами в Восточной Сибири и Канаде. Летом и зимой здесь слишком сухо; воздух, как правило, далек от насыщения. Наблюдающиеся здесь туманы являются преимущественно техногенными. Они возникают благодаря наличию обширных незамерзающих полыньей за плотинами гидроэлектростанций. Зимой над этими полыньями воздух влажный и имеет температуру близкую к 0^оС, а за их пределами сухой и имеющий температуру далеко за –30^оС. Взаимодействие воздушных потоков в зоне таких техногенных термических аномалий вызывает сильные ветер, направленный в сторону полыньи, а также интенсивный туман. Подобная атмосферная ситуация типична зимой для Комсомольска-на-Амуре, Братска, района Саяно -Шушенской ГЭС и т.п.).

Экологическая роль туманов

1.Туманы не только уменьшают поток достигающей земной поверхности солнечной радиации, но и изменяют ее спектр. Наиболее существенно ими поглощается радиация инфракрасного диапазона. Несколько слабее - видимого диапазона. Ультрафиолетовое излучение ослабляется слабее всего. Так как органы зрения большинства живых существ, в том числе и человека, адаптируются к суммарному световому потоку, при попадании в туман их реакции становятся неадекватными, что способно вызвать ожоги и даже потерю зрения.

2. Туманы уменьшают прозрачность нижних слоев атмосферы для теплового излучения земной поверхности, усиливая парниковый эффект. Поэтому в период заморозков искусственно создаваемые туманы используют для защиты растений от холодов.

3. Туманы сорбируют содержащиеся в атмосфере газообразные вещества, а их капли "работают как химические реакторы", вырабатывая кислоты. Силы межмолекулярного притяжения в водных каплях гораздо больше, чем в воздушной среде. Поэтому захваченные каплями молекулы газообразных веществ, практически не способны вновь вырваться за их пределы. В результате этого концентрации газообразных веществ в каплях воды многократно превышают их концентрации в атмосфере, что существенно интенсифицирует химические реакции между ними. Еще более их интенсивность возрастает при воздействии солнечной радиации.

Реакции в каплях туманов завершаются образованием жидких и твердых веществ, ранее отсутствовавших в воздушной среде. Именно так в них могут возникать серная, сернистая и азотная кислоты, формироваться кислотные осадки, снижающие плодородие почв.

4. Туманы способствуют очищению атмосферы от мельчайших пылинок. Пылинки в сухом воздухе осаждаются по закону Стокса. Их скорость приблизительно пропорциональна квадрату радиуса (смотри таблицу 4). Поэтому в сухой атмосфере мелкодисперсная пыль удерживается очень долго.

Во влажном воздухе каждая такая пылинка формирует вокруг себя водяную оболочку (каплю). Размеры такой капли могут в тысячи раз превышать размеры пылинок. Поэтому они оседают гораздо быстрее.

Таблица 4. Зависимость скорости оседания капли в воздухе от ее диаметра при нормальном атмосферном давлении и температуре -+20^о С.

5. Туман уменьшают дальность видимости, затрудняя охоту и облегчая маскировку. Людям, животным и птицам туманы затрудняют oриентацию в пространстве. В условиях продолжительного тумана популяции хищников лишаются пищи, что увеличивает в них смертность. Наиболее слабые и больные особи гибнут. Популяции жертв в тумане - напротив увеличивают свою численность, поскольку при ограниченной видимости даже слабым и больным

особям легче спрятаться от хищников и выжить.

Дальность видимости в облаке или тумане (L) зависит от диаметра образующих его взвешенных частиц (капель или ледяных кристаллов) -г и «водности» (б), либо "ледности" тумана. Она определяется соотношением:

L= 2ЗОООг/б.