Циклонические серии. 
Циклоны

Рассмотренные четыре стадии развития внетропических циклонов иногда можно выделить на картах погоды одновременно. Это бывает, когда на каком-либо фронте циклоны развиваются последовательно один за другим, образуя целую серию.

Первый член этой серии уже может заканчивать свое существование и, будучи окклюдированным, заполняться, а последний член только что возник как неустойчивая волна на фронте, ему предстоит еще развиваться и пройти остальные три стадии. Обычно каждый новый циклон такой серии оказывается несколько южнее своего предшественника, так как атмосферный фронт, на котором развивается серия циклонов, постепенно опускается к югу, оттесняемый массами холодного воздуха, вторгающимися в тыловые части каждого циклона. За последним членом такой циклонической серии происходит наиболее значительное вторжение холодных воздушных масс и часто в них формируется мощный заключительный антициклон, прерывающий на некоторое время циклоническую деятельность в этом географическом районе. Описанная последовательность в развитии циклонов сериями в природе наблюдается далеко не всегда. Чаще она случается над однородной подстилающей поверхностью, когда условия существования для каждого циклона одинаковые. Серии циклонов сравнительно часто можно наблюдать в северном полушарии над Атлантическим океаном, когда умеренный фронт вытягивается неровной линией с юго-запада на Северо-восток почти от побережья Америки до островов Британии. Хорошо видны циклонические вихри такой серии на фотографиях, полученных из космоса, где каждый циклон и отдельные участки фронтов на нем выделяются характерными скоплениями облаков.

Однако над сушей, особенно над участками ее, имеющими горные хребты, развитие циклонов редко происходит в такой строгой последовательности. Здесь серии циклонов могут быть из двух или трех циклонов, а иногда циклоны развиваются, возникая на фронте изолированно, по одному. Некоторые циклоны не проходят всех четырех стадий развития, например, волновой циклон, возникнув, через сутки может заполниться.

Минимальное атмосферное давление в циклоне приходится на центр циклона; к периферии оно растет, т. е. горизонтальные барические градиенты направлены снаружи циклона внутрь. В хорошо развитом циклоне давление в центре на уровне моря может понижаться до 950—960 мбар (1 бар = 105 н/м2), а в отдельных случаях до 930—920 мбар (при среднем давлении на уровне моря около 1012 мбар).

Замкнутые изобары (линии равного давления) неправильной, но в общем овальной формы ограничивают область пониженного давления (барическую депрессию) поперечником от нескольких сотен километров до 2—3 тысяч км. В этой области воздух находится в вихревом движении. В свободной атмосфере, выше пограничного слоя атмосферы (около 1000 м) он движется приблизительно по изобарам, отклоняясь от барического градиента на угол, близкий к прямому, вправо в Северном полушарии и влево в Южном (вследствие влияния отклоняющей силы Кориолиса и центробежной силы, возникающей при движении по криволинейным траекториям).

В пограничном слое ветер вследствие силы трения более или менее значительно (в зависимости от высоты) отклоняется от изобар в сторону барического градиента. У земной поверхности ветер образует с барическим градиентом угол порядка 60°, т. е. к вращательному движению воздуха присоединяется течение воздуха вовнутрь циклона. Линии тока принимают форму спиралей, сходящихся к центру циклона. Скорости ветра в циклоне сильнее, чем в смежных областях атмосферы; иногда они достигают более 20 м/с (шторм) и даже более 30 м/с (ураган).

В связи с восходящими составляющими движения воздуха, особенно вблизи фронтов атмосферных, в циклоне преобладает облачная погода. Основная часть атмосферных осадков во внетропических широтах выпадает именно в циклоне. Вследствие вихревого движения воздуха в область циклона втягиваются различные по температуре воздушные массы из разных широт Земли. С этим связана температурная асимметрия циклона: в разных его секторах температуры воздуха различны. Это относится в особенности к подвижным циклонам, возникающим на главных фронтах тропосферы (арктических, антарктических, полярных). Наблюдаются, однако, слабые («размытые») циклоны над теплыми участками земной поверхности (пустыни, внутренние моря) — так называемые термические депрессии — малоподвижные, с достаточно равномерным распределением температуры.

С высотой изобары циклона постепенно теряют замкнутую форму. Это происходит по-разному, в зависимости от стадии развития циклона и от распределения температуры в нем. В начальной стадии развития подвижный (фронтальный) циклон охватывает лишь нижнюю часть тропосферы. В стадии наибольшего развития циклон может распространяться на всю высоту тропосферы и даже простираться в нижнюю стратосферу. Термические депрессии всегда ограничиваются нижней тропосферой.

Подвижные циклоны перемещаются в атмосфере в общем с запада на восток. В каждом отдельном случае направление перемещения определяется направлением общего переноса воздуха в верхней тропосфере. Противоположные перемещения редки. Средние скорости перемещения циклона порядка 30—45 км/ч, но встречаются циклоны, которые движутся быстрее (до 100 км/ч), особенно в начальных стадиях развития; в заключительной стадии циклоны могут подолгу не менять положения.

Перемещение циклона через какой-либо район вызывает резкие и значительные местные (локальные) изменения не только атмосферного давления и ветра, но также температуры и влажности воздуха, облачности, осадков.

Подвижные циклоны развиваются обычно на ранее возникших главных фронтах тропосферы, как волновые возмущения при переносе воздуха по обе стороны фронта. Неустойчивые фронтальные волны растут и превращаются в циклонические вихри. Перемещаясь вдоль фронта (обычно вытянутого по широте), циклон, в свою очередь, деформирует его, создавая меридиональные составляющие ветра и тем способствуя переносу теплого воздуха в передней (восточной) части циклона к высоким широтам и холодного воздуха в тыловой (западной) части циклона — к низким широтам. В южной части циклона в нижних слоях создается так называемый теплый сектор, ограниченный теплым и холодным фронтами (стадия молодого циклона). В последующем, при смыкании холодного и теплого фронтов (окклюзия циклона), теплый воздух оттесняется холодным воздухом от земной поверхности в высокие слои, теплый сектор ликвидируется, и в циклоне устанавливается более равномерное распределение температуры (стадия окклюдированного циклона). Запас энергии, способной превратиться в кинетическую, в циклоне иссякает; циклон затухает или объединяется с другим циклон.

На главном фронте обычно развивается серия (семейство) циклонов, состоящая из нескольких циклонов, перемещающихся один за другим. В конце развития серии отдельные еще не затухшие циклоны, объединяясь, образуют обширный, малоподвижный, глубокий и высокий центральный циклон, состоящий из холодного воздуха во всей своей толще. Постепенно и он затухает. Одновременно с образованием циклона возникают между ними промежуточные антициклоны с высоким давлением в центре. Весь процесс эволюции отдельного циклона занимает несколько дней; серия циклонов и центральный циклон могут существовать одну-две недели. В каждом полушарии в каждый момент можно обнаружить несколько главных фронтов и связанных с ними серий циклонов; общее число циклонов за год составляет много сотен над каждым полушарием.

Есть определенные широты и области, в которых образование главных фронтов и фронтальных возмущении происходит относительно регулярно. В результате существуют определенные географические закономерности в повторяемости возникновения и перемещения циклонов и антициклонов и их серий, т. е. в так называемой циклонической деятельности. Однако влияния суши и моря, топографии, орографии и др. географических факторов на образование и перемещение циклонов и антициклонов и их взаимодействие делают общую картину циклонической деятельности очень сложной и быстро меняющейся. Циклоническая деятельность приводит к междуширотному обмену воздухом, количеством движения, тепла, влаги, что делает ее важнейшим фактором в общей циркуляции атмосферы.

Циклоны возникают не только в атмосфере Земли, но и в атмосферах других планет. Например, в атмосфере Юпитера уже многие годы наблюдается так называемое Большое красное пятно, которое является, по всей видимости, долгоживущим антициклоном.

Размеры циклонов и антициклонов сопоставимы: диаметр их может достигать 3−4 тыс. км, а высота — максимум 18−20 км, т. е. они представляют собой плоские вихри с сильно наклонной осью вращения. Перемещаются они обычно с запада на восток со скоростью 20−40 км/ч (кроме стационарных).