front atmosferyczny

Front atmosferyczny — wąska strefa przejściowa oddzielająca masy powietrza różniące się pomiędzy sobą właściwościami termodynamicznymi (temperaturą, ciśnieniem, wilgotnością, gęstością), występująca zwykle na obszarze niżów atmosferycznych. Powierzchnia frontowa, czyli warstwa graniczna między różnymi masami powietrza, osiąga zwykle grubość kilkuset m (niekiedy 1-2 km) i nachylona jest względem powierzchni Ziemi pod niewielkim kątem (1-2°) ku masie powietrza chłodniejszego. Linia przecięcia się powierzchni frontowej z powierzchnią Ziemi wyznacza linię frontu o szerokości od kilkudziesięciu do kilkuset km, w obrębie której zachodzą intensywne zjawiska pogodowe (burze, silne i porywiste wiatry, opady deszczu).

Powstawanie i właściwości frontu atmosferycznego

Front atmosferyczny (łac. frons/frontis – czoło) jest wąską strefą przejściową oddzielającą masy powietrza różniące się między sobą właściwościami termodynamicznymi (temperaturą, ciśnieniem, wilgotnością, gęstością). Powierzchnia frontowa (tzw. warstwa graniczna), czyli strefa mieszania się różnych mas powietrza, osiąga przeważnie grubość kilkuset m (niekiedy 1-2 km) i nachylona jest względem powierzchni Ziemi pod niewielkim kątem (1-2°) ku masie powietrza chłodniejszego. Linia przecięcia się powierzchni frontowej z powierzchnią Ziemi wyznacza linię frontu o szerokości od kilkudziesięciu do kilkuset km. Fronty mogą rozdzielać dwie masy powietrza (tzw. fronty proste) bądź trzy masy powietrza (tzw. fronty złożone).

Powstawanie frontów atmosferycznych. Autor: VectorMine/shutterstock.com

Fronty atmosferyczne, ze względu na ich udział w globalnej i lokalnej cyrkulacji atmosfery, zróżnicowane są na dwa główne rodzaje:

• fronty główne (klimatologiczne) – fronty oddzielające podstawowe rodzaje mas powietrza na kuli ziemskiej, wpływające na kształtowanie się globalnych wzorców pogodowych, w tym:
• front arktyczny/antarktyczny – front oddzielający masy powietrza arktycznego (na półkuli północnej) lub antarktycznego (na półkuli południowej) (PA) od mas powietrza polarnego (PP);
• front polarny – front oddzielający masy powietrza polarnego (PP) od mas powietrza zwrotnikowego (PZ);
• front zwrotnikowy – front oddzielający masy powietrza zwrotnikowego (PZ) od masy powietrza równikowego (międzyzwrotnikowego) (PR);
• front równikowy (międzyzwrotnikowy) – front oddzielający masy powietrza równikowego (międzyzwrotnikowego) półkuli północnej i południowej (PR).
• fronty wtórne (lokalne) – fronty oddzielające różne obszary w obrębie tej samej podstawowej masy powietrza (np. powietrza polarnego), kształtujące lokalne wzorce pogodowe, w tym:
• front chłodny – front oddzielający napływające masy powietrza chłodnego od ustępujących mas powietrza ciepłego;
• front ciepły – front oddzielający napływające masy powietrza ciepłego od ustępujących mas powietrza chłodnego;
• front zokludowany – front oddzielający trzy masy powietrza (chłodne, ciepłe, chłodniejsze); powstały wskutek połączenia frontów ciepłego i chłodnego;
• front stacjonarny – front oddzielający masy powietrza chłodnego i ciepłego poruszające się równoległe do frontu z niewielką prędkością.

Fronty atmosferyczne powstają najczęściej na obszarze niżów atmosferycznych w procesie zwanym frontogenezą, przemieszczają się wraz z nimi z zachodu na wschód pod wpływem siły gradientu ciśnienia i siły Coriolisa, po czym ulegają osłabieniu lub całkowitemu zanikowi (frontolizie) wraz ze wzrostem ciśnienia w centrum niżu (wypełnieniem się niżu). W obrębie stref frontowych zachodzą intensywne zjawiska pogodowe spowodowane mieszaniem się mas powietrza o różnych właściwościach termodynamicznych (np. wahania temperatury, zmiany ciśnienia, silne i porywiste wiatry, gwałtowne burze, opady deszczu, gradu i śniegu).

Graficzne oznaczenia frontów atmosferycznych. Autor: Rainer Lesniewski/shutterstock.com

Front chłodny

Front chłodny jest rodzajem frontu atmosferycznego oddzielającego napływające masy powietrza chłodnego od ustępujących mas powietrza ciepłego. Powietrze chłodne jako powietrze o większej gęstości (cięższe) utrzymuje się przy powierzchni ziemi, wypierając ku górze powietrze ciepłe o mniejszej gęstości (lżejsze). Wznoszące się masy ciepłego powietrza ulegają ochłodzeniu, co prowadzi do kondensacji zawartej w nich pary wodnej i formowania się chmur burzowych odpowiedzialnych za gwałtowne i intensywne zjawiska pogodowe.

Zjawiska pogodowe związane z chłodnym frontem atmosferycznym:

• spadek ciśnienia atmosferycznego przed nadejściem frontu; wyraźny wzrost ciśnienia atmosferycznego w czasie przechodzenia i po przejściu frontu;
• szybki spadek temperatury powietrza w czasie przechodzenia frontu; nieznaczne wahania lub dalszy stopniowy spadek temperatury powietrza po przejściu frontu;
• wzrost siły wiatru przed nadejściem frontu; silne porywy i zmiany kierunku wiatru (zgodnie z ruchem wskazówek zegara) w czasie przechodzenia frontu; nieznaczne zmiany kierunku wiatru (przeciwnie do ruchu wskazówek zegara) po przejściu frontu;
• zachmurzenie duże i całkowite spowodowane formowaniem się silnie rozbudowanych w pionie chmur kłębiastych deszczowych (Cumulonimbus) przed nadejściem frontu;
• widzialność pozioma (przejrzystość powietrza) ograniczona przed nadejściem frontu; znacząca poprawa widzialności poziomej w czasie przechodzenia i po przejściu frontu (poza strefą opadów atmosferycznych);
• linie szkwałów z burzami i opadami deszczu formujące się przed nadejściem frontu; gwałtowne burze z intensywnymi opadami atmosferycznymi (deszczu, gradu, śniegu) w czasie przechodzenia frontu; częste opady przelotne po przejściu frontu.

Front chłodny jest szybkim frontem atmosferycznym poruszającym się ze średnią prędkością 40-60 km/h (niekiedy 80-100 km/h), gdyż niemal cała energia ruchu chłodnych i gęstych mas powietrza wykorzystywana jest do przesuwania się frontu w kierunku poziomym. Linia frontu chłodnego rozciąga się z reguły na pasie szerokości 50-75 km. Na mapach synoptycznych front chłodny przedstawiony jest w postaci poziomej niebieskiej linii łączącej ustawione w szeregu trójkąty, których wierzchołki zwrócone są w kierunku przemieszczania się frontu.

Linia szkwału jest oznaką napływającego frontu chłodnego, fot. freedomnaruk/envato

Front ciepły

Front ciepły jest jednym z rodzajów frontu atmosferycznego oddzielającego napływające masy powietrza ciepłego od ustępujących mas powietrza chłodnego. Powietrze ciepłe jako powietrze o mniejszej gęstości (lżejsze) stopniowo wślizguje się ponad utrzymujące się przy ziemi powietrze chłodne o większej gęstości (cięższe). Wznoszące się powietrze ciepłe ulega ochłodzeniu, co prowadzi do kondensacji zawartej w nim pary wodnej i tworzenia się chmur warstwowych odpowiedzialnych za długotrwałe zjawiska pogodowe o małej intensywności.

Zjawiska pogodowe związane z ciepłym frontem atmosferycznym:

• równomierny spadek ciśnienia atmosferycznego przed nadejściem frontu; nieznaczny wzrost ciśnienia atmosferycznego po przejściu frontu;
• stopniowy wzrost temperatury powietrza w czasie przechodzenia frontu; wyraźny wzrost temperatury powietrza po przejściu frontu;
• wzrost siły i zmiany kierunku wiatru (przeciwnie do ruchu wskazówek zegara) przed nadejściem frontu; nieznaczne zmiany kierunku wiatru (zgodnie z ruchem wskazówek zegara) w czasie przechodzenia frontu; osłabienie siły wiatru po przejściu frontu;
• wzrost zachmurzenia spowodowany formowaniem się silnie rozbudowanych chmur warstwowych deszczowych (Nimbostratus) przed nadejściem frontu;
• widzialność pozioma (przejrzystość powietrza) dobra przed nadejściem frontu (poza strefą opadów atmosferycznych); ograniczenie widzialności poziomej (rozległe i gęste mgły) w czasie przechodzenia i po przejściu frontu;
• ciągłe opady atmosferyczne (mżawki, deszczu, deszczu ze śniegiem, śniegu) przed nadejściem i w czasie przechodzenia frontu; utrzymujące się opady mżawki lub słabego deszczu po przejściu frontu.

Front ciepły jest frontem atmosferycznym poruszającym się z prędkością 20-40 km/h. Jest więc znacznie wolniejszy od frontu chłodnego, gdyż energia ruchu ciepłych mas powietrza zużywana jest na „wspinanie” nad masy powietrze chłodnego, a nie na przemieszczanie się frontu w kierunku poziomym. Linia frontu ciepłego rozciąga się zwykle na szerokości kilkuset km. Na mapach synoptycznych front ciepły przedstawiony jest w postaci poziomej czerwonej linii z półokręgami, których wypukłości zwrócone są w kierunku przemieszczania się frontu.

Front zokludowany (okluzja)

Front zokludowany, okluzja (łac. ocludo – zamykać) jest frontem atmosferycznym tworzącym się w wyniku połączenia szybko poruszającego się frontu chłodnego z wolniejszym frontem ciepłym. Powstały front oddziela trzy różne masy powietrza – chłodną i chłodniejszą masę powietrza utrzymujące się przy powierzchni ziemi oraz wypartą ku górze masę powietrza ciepłego. Okluzje mogą przyjmować charakter frontów chłodnych lub ciepłych w zależności od właściwości stykających się mas powietrza. Okluzje chłodne powstają, gdy chłodniejsze powietrze za frontem podcina chłodne powietrze przed frontem; okluzje ciepłe tworzą się, gdy chłodne powietrze za frontem wznosi się ponad chłodniejsze powietrze przed frontem.

Zjawiska pogodowe związane z zokludowanym frontem atmosferycznym:

• zmiany temperatury powietrza – spadek temperatury po przejściu frontu (okluzja chłodna) lub wzrost temperatury po przejściu frontu (okluzja ciepła);
• wzrost siły i zmiany kierunku wiatru (zgodnie z ruchem wskazówek zegara) w czasie przechodzenia frontu (okluzja chłodna i ciepła);
• wzrost zachmurzenia spowodowany formowaniem się silnie rozbudowanych chmur kłębiastych deszczowych (Cumulonimbus) (okluzja chłodna) lub chmur warstwowych deszczowych (Nimbostratus) (okluzja ciepła);
• widzialność pozioma (przejrzystość powietrza) ograniczona przez zachmurzenie, intensywne opady atmosferyczne i pojawiające się zamglenia;
• gwałtowne burze z intensywnymi opadami atmosferycznymi (np. deszczu, gradu) (okluzja chłodna); długotrwałe i umiarkowane opady atmosferyczne (np. mżawki, deszczu) (okluzja ciepła).

Szybkość frontu zokludowanego zależy głównie od szybkości przemieszczania się tworzących go frontów (chłodnego i ciepłego) i intensywności ich wzajemnych interakcji; zwykle jednak fronty zokludowane poruszają się z szybkością zbliżoną do frontu chłodnego. Na mapach synoptycznych front zokludowany przedstawiony jest w postaci fioletowej linii łączącej naprzemiennie ustawione trójkąty (symbole frontu chłodnego) i półokręgi (symbole frontu ciepłego), których wierzchołki i wypukłości wskazują kierunek przemieszczania się frontu.

Fronty atmosferyczne na mapie synoptycznej. Autor: NickJulia/shutterstock.com

Front stacjonarny (nieruchomy)

Front stacjonarny (nieruchomy) jest rodzajem frontu atmosferycznego oddzielającego masy powietrza chłodnego i ciepłego, które nie przemieszczają się lub poruszają się równoległe do frontu z niewielką prędkością (do 9 km/h). Front stacjonarny nie zmienia swego położenia przez dłuższy okres czasu (do kilku dni), po czym ulega rozproszeniu, przekształca się w linię oddzielającą obszary o różnej prędkości i kierunku wiatru (linię ścinania) (w szczególności nad ciepłymi oceanami) bądź wypierany jest przez inny rodzaj frontu (np. chłodny lub ciepły).

Zjawiska pogodowe związane ze stacjonarnym frontem atmosferycznym:

• zmiany temperatury powietrza, siły i kierunku wiatru po przeciwnych stronach frontu (w obrębie chłodnej i ciepłej masy powietrza);
• silne zachmurzenie spowodowane formowaniem się chmur kłębiastych (Cumulus, Cumulonimbus) przed nadejściem frontu i chmur warstwowych (Stratus, Cirrostratus, Nimbostratus, Altostratus) w strefie frontu;
• długotrwałe opady atmosferyczne (np. deszczu, śniegu) w strefie frontu; możliwe gwałtowne burze z ulewnymi opadami deszczu.

Front stacjonarny (nieruchomy) przedstawiony jest na mapach synoptycznych w postaci poziomej linii łączącej czerwone półokręgi z wypukłościami zwróconymi w kierunku masy chłodnego powietrza i niebieskie trójkąty z wierzchołkami zwróconymi w kierunku masy ciepłego powietrza. Ustawione naprzemiennie czerwone półokręgi i niebieskie trójkąty położone są po przeciwnych stronach łączącej je linii, co wskazuje na brak ruchu frontu.

Bibliografia:

1. Atmosphere, Weather and Climate, Roger G. Barry, Richard J. Chorley, Taylor & Francis Ltd 2009.
2. Introducing Meteorology: A Guide to Weather, John Shonk, Dunedin Academic Press 2020.
3. Meteorologia i klimatologia, Krzysztof Kożuchowski, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2019.
4. Meteorology Today: An Introduction to Weather, Climate and the Environment, C. Donald Ahrens, Robert Henson, Brooks/Cole 2018.
5. Słownik meteorologiczny, Tadeusz Niedźwiedź (red.), Wyd. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Warszawa 2003.
6. Wstęp do meteorologii i klimatologii, Urszula Kossowska-Cezak, Uniwersytet Warszawski, Warszawa 1997.