Čitaonica | Meteorologija

Atmosferske fronte

22.09.2009. | Đurđica Marković

Atmosferske fronte

Plinoviti omotač oko naše planete nazivamo atmosferom. Atmosferu posjeduju i ostali planeti Sunčevog sustava. Naravno, ne ovako gostoljubivu kao što je naša. Debljina naše atmosfere je oko 1000 kilometara, no onaj “aktivni dio” u kojem se zbivaju procsei što ih nazivamo vrijeme debeo je tek nekih 10-tak kilometara. U usporedbi s radiusom Zemlje (srednji iznosi 6.367,45 km), atmosfera je tanka kožica što obavija naš planet.
Površina Zemlje, gledajući globalno, ima nekoliko osnovnih oblika: vodene površine, pustinje, polarna područja, tropska područja, i nekoliko drugih tipova kopnenih površina. Boraveći neko vrijeme nad podlogom s određenim svojstvima, npr nad hladnim ili toplim oceanom, pustinjom, veliki volumeni atmosfere će poprimiti svojstva same podloge, te će postati suhi ili vlažni, hladni ili topli.
ZRAČNA MASA je veliki volumen zraka određenih svojstava koja je poprimio boraveći neko vrijeme nad određenom podlogom. Mogu biti npr. polarna zračna masa, sjevernoatlantska, kontinentalna, sibirska, sredozemna, pustinjska….., a glede fizikalnih svojstava mogu biti hladne, tople, suhe, vlažne, stabilne, nestabilne….

Atmosferske fronte su uska granična područja između atmosferskih zračnih masa. U termodinamičkom smislu one predstavljaju zračne toplinske strojeve na makro i mezo skali. Za obične ljude prolazak atmosferske fronte predstavlja “ružno” vrijeme praćeno naoblakom, kišom, pljuskovima, dok su za meteorologe prirodne pojave od ogromnog značenja jer predviđanje njihovog nastanka, te praćenje i predviđanje kretanja i vrijeme života predstavlja okosnicu meteorološkog posla.
Atmosferske fronte su u baričkom smislu sastavni dijelovi ciklona.

Stacionarne atmosferske fronte

Dok dvije zračne mase miruju jedna kraj druge, njihovu granicu nazivamo stacionarna fronta i na njoj nema nekih interesantnih zbivanja. Ono po čemu se može uočiti ta granica je nagla promjena temperature i vlažnosti pri prelasku iz jedne u drugu. Što se tiče tlaka, tu nećete uočiti nikakav skok. Načelno, u atmosferi ne mogu postojati nagli skokovi u tlaku jer bi to izazvalo veliku gradijentnu silu koja bi inducirala jake vjetrove. Iznimka su tropski cikloni (twisteri, pijavice, hurricane-i, tajfuni…). Međutim, dvije zračne mase različitih temperatura u dodiru predstavljaju područje povećane toplinske energije, odnosno začetak atmosferskog toplinskog stroja koji će tu toplinsku energiju pretvoriti u mehaničku, kako bi se kao konačni cilj poništila razlika u temperaturi i snizilo energetsko stanje takvog sistema jer svaki fizikalni sustav u našem Svemiru nastoji doći u stanje sa najnižim mogućim sadržajem energije. Kada energetski nivo postane dovoljno veliki, počinje pretvorba toplinske u mehaničku energiju: na stacionarnoj fronti se javlja valni poremećaj i na jednom mjestu hladni zrak počinje zauzimati područje toplog zraka, dok na drugom topli zrak počinje zauzimati područje hladnog zraka. Ono što je tema ovog članak je kako izgledaju pomične atmosferske fronte.

Tople fronte

Kada topli zrak počne nadirati nad područje hladnog zraka, on se, zato što je specifično lakši, “penje” preko hladnog. Stoga je granica tople i hladne zračne mase nagnuta prema hladnom zraku. Nagnutost se izražava tangensom kuta (omjer nasuprotne i priležeće katete) i iznosi od 1/50 do 1/300. Frontalna površina započinje tamo gdje počinje uočljiva razlika dviju zračnih masa, najčešće na površini zemlje, a završava tamo gdje ona prestaje.

Zbog penjanja toplog zraka iznad hladnijeg dolazi do kondenzacije vodene pare, odnosno stvaranja naoblake duž frontalne površine.   Sl.1 predstavlja sustav naoblake kada se radi o stabilnom toplom zraku. Uočljivo je da se tu radi uglavnom o slojevitoj naoblaci (nimbostratus Ns, altostratus As, cirostratus Cs). U području hladnog zraka ispred same fronte postoji područje oborina. Oborine iz As najčešće ne dopiru do tla, dok iz Ns pada dosadna jednolična kiša. Područje oborina se nalazi u području toplog zraka. Nakon prolaska tople fronte dolazi do naglog razbijanja naoblake i zatopljenja.

Sl.2 predstavlja oblačni sustav tople fronte u slučaju nestabilnog toplog zraka. Zbog termodinamičke nestabilnosti, dolazi do stvaranja olujnih oblaka kumulonimbusa Cb unutar samog oblačnog sloja. Kako su ti kumulonimbusi Cb sastavni dio oblačnog sustava teško su uočljivi te se nazivaju maskirani komulonimbusi. Ne treba posebno naglašavati njihovu opasnost za zračni promet. No mi tamo ionako ne letimo, zar ne? Ili možda letimo…? U ovom slučaju oborine su kombinacija dosadne kiše iz nimbostratusa Ns i mjestimičnih povremenih pljuskova iz kumulonimbusa Cb.

Hladne fronte

Pri nadiranju hladnog zraka na područje toplog, dolazi do njegovog “podvlačenja” ispod toplog. Razlog tome je njegova veća specifična težina. Zbog podizanja toplog zraka u više slojeve, u njemu dolazi do kondenzacije vodene pare , te stvaranja oblaka. Postoje spora (Sl.3.) i brza (Sl.4.) hladna fronta.

Sl.3. prikazuje oblačni sustav spore hladne fronte kada hladan zrak zauzima područje stabilnog toplog zraka. Ovdje će prevladavati slojevita naoblaka, kišni nimbostratusi Ns, te altostratusi As iznad njih. Iza hladne fronte, u području “vedrine”, dolazi do stvaranja novog “reda” kumulusne naoblake, Cu con i Cb. Ta linija se još naziva i “sekundarna hladna fronta”, mada se tu zapravo ne radi o pravoj fronti nego o jakoj termičkoj aktivnosti

Sl.4. prikazuje oblačni sustav brze hladne fronte, kada hladan zrak zauzima područje nestabilnog toplog zraka. Uslijed te nestabilnosti dolazi do naglog uzdizanja toplog zraka te stvaranja olujnih kumulonimbusa Cb praćenih jakim udarima vjetra, pljuskovima i grmljavinom. Ispred ovakve hladne fronte dolazi do pupanja kumulusa Cu i kumulusa kongestusa Cu con , što u jedriličarskom smislu predstavlja “raj” jer diže “svuda” (osobno iskustvo autora). Nekada je bilo popularno jedrenje jedrilicama ispred fronte, no jasno je koje opasnosti kriju takvi “užitci”. Iza fronte, u području “vedrine”, uslijed jake termičke aktivnosti dolazi do stvaranja sekundarne hladne fronte.

Fronte okluzije

Kako je hladna fronta brža od tople, to će ona nakon nekog vremena, četiri do pet dana u prosjeku, dostignuti toplu frontu. Drugim riječima, hladan zrak će dostignuti hladnu zračnu masu koju je topli zrak gurao ispred sebe. Uslijed toga će topli zrak biti potisnut u visinu, što je i logično jer je specifično lakši od obje hladne zračne mase. Sada imamo u igri tri zračne mase: dvije hladne u prizemlju i jednu toplu iznad njih. Ovu situaciju nazivamo okluzija. Spomenute hladne zračne mase se ipak razlikuju u temperaturi, pa u ovisnosti o tome možemo govoriti o dvije vrste okluzije: okluzija tipa tople fronte i okluziji tipa hladne fronte. Okluzija predstavlja završni čin u životu ciklone. Smisao ciklone je bio miješanjem zračnih masa poništiti temperaturnu razliku među zračnim masama, odnosno smanjiti energetski nivo sistema, što je sada i postignuto. Još je nešto malo energije ostalo što održava oblačni sustav, koji čak u sebi može sadržavati i maskirane kumulonimbuse Cb. Ali to je zapravo kraj. Ciklona će živjeti još najviše dan ili dva.
Sl.5. prikazuje oblačni sustav okluzije tipa hladne fronte. Hladni zrak koji je sustigao drugu hladnu zračnu masu (u biti samoga sebe) je ipak nešto hladniji te u najnižem sloju imamo tip hladne fronte. Oblačni sustav može sadržavati maskirane kumulonimbuse Cb, što je vrlo opasna situacija za zračni promet pošto su vizualno teško ili gotovo nikako uočljivi.
Sl.6. prikazuje oblačni sustav okluzije tipa tople fronte. Hladni zrak koji je sustigao drugu hladnu zračnu masu (u biti samoga sebe) je ipak nešto topliji te u najnižem sloju imamo tip “tople fronte”.

Autor: Nebojša Subanović