Между воздушными массами различного происхождения и различных свойств образуется относительно узкая – порядка 100 км – переходная зона, в которой резко меняются все метеорологические элементы: давление, температура, ветер, влажность. Эта зона и есть «атмосферный фронт». Название придумали ученые знаменитой «бергенской метеорологической школы» из норвежского города Бергена в годы Первой мировой войны, по-видимому, внимательно следившие не только за погодой, но и за жестоким противостоянием воюющих сторон. Они установили, что атмосферный фронт, как и военный, не может бездействовать сколько-нибудь продолжительное время. Он подвержен колебаниям, воздушные массы в зоне раздела перемешиваются, завихряются, фронт обретает форму волны. (Представим себе большую морскую волну..) У ее гребня атмосферное давление понижается. Такова начальная стадия образования циклона, стадия «молодого» циклона.
Затем, в течение часов или немногих суток, единоборство воздушных масс обостряется. Теплый воздух поднимается над холодным, холодный проникает под теплый, волна растет, превращается в вихрь. По внешней выпуклой поверхности волны проходит теплый фронт, по противоположной – холодный. Внутри фронтов сохраняется масса теплого воздуха – «теплый сектор» циклона. Вокруг гребня волны четко обозначается воронкообразная область низкого давления. Циклон полностью сформировался, вступил в зрелую стадию, распространился в высоту, «углубился», по терминологии метеорологов.
Далее активность циклона снижается, холодный и теплый фронты сближаются, воздух теплого сектора вытесняется в верхние слои, а в приземном слое остается однородный холодный воздух. Такова третья, заключительная, стадия развития циклона, стадия «окклюзии» или «заполнения». Обновленная холодная воздушная масса пребывает в относительном покое до тех пор, пока снова не подойдет теплая воздушная масса и все возвратится на круги своя, и снова разыграется атмосферная драма с борьбой разных воздушных масс.
Эта схема образования атмосферных фронтов и циклонов в духе «бергенской школы» наиболее характерна для европейской части умеренных широт, прилегающей к Атлантическому океану, и, соответственно, для Северо-Запада России и Петербурга. Действительно, согласно климатическим данным, через наш город проходит в среднем за год 180 фронтов разных типов, причем осенью и зимой примерно по 50, весной и летом – по 40. Петербург расположен на «путях циклонов», и эти атмосферные вихри у нас явно преобладают: их повторяемость осенью и зимой составляет 60—70%, весной и летом – 50—60%.
С циклонами связаны представления о плохой погоде. Антициклоны повторяются заметно реже: в холодные сезоны – в 30—40% случаев, в теплые – в 40—50%. Они приносят хорошую погоду. Существуют еще и нейтральные атмосферные ситуации, так называемые «малоградиентные», но их повторяемость ни в один из месяцев года не превышает 10%.
Циклон в чистом виде и в полном развитии увидеть простым глазом, наглядно рассмотреть, к сожалению, невозможно. Это дано только космонавтам и синоптикам. С космических высот циклон представляется облачным вихрем, воронкообразной спиралью, закрывающей значительные пространства земной поверхности. На синоптической карте Европейской России, построенной по наблюдениям и измерениям метеорологических элементов сотен станций от Атлантики до Урала, циклон представляет собой систему замкнутых линий равного атмосферного давления – изобар. Форма циклона у земной поверхности близка к эллипсу, большая ось которого почти вдвое больше малой, минимальное давление в центре может опускаться до 720 мм ртутного столба, а разность давления между центральной и крайней «периферийной» изобарами может достигать 10 мм. Разность температур воздуха между центром и периферией на первой-второй стадиях развития циклона, пока контрасты между воздушными массами еще не сгладились, может составлять 10—12 градусов. Циклон с такими характеристиками называют глубоким.
Воздух в циклоне северного полушария вращается против часовой стрелки. Вся система перемещается обычно с запада на восток то медленно, а то и со скоростью курьерского поезда. Горизонтальные потоки воздуха направлены от периферии к центру, втягиваются в него, как в воронку, и поднимаются вверх со скоростью порядка 10 см/сек. На высотах 1-5 км воздух охлаждается, выделяется тепло от конденсации водяного пара, образуются облака, из которых на землю падают дожди, порой обильные. В верхних слоях атмосферы форма циклона отличается от приземной: там изобары обычно не замкнуты, а почти параллельны между собой и близки друг другу по величинам, что свидетельствует о сильных ветрах скоростью 20—30 м/сек.
Глубокий малоподвижный вертикально развитый циклон со слабыми приземными ветрами может охватить территорию до 3000 км по большой оси эллипса и застрять над ней на две– три недели, а то и на полтора– два месяца. Так сложилось в затяжную весну рокового 1941 г., когда на Европейскую часть СССР обрушилось 40 кубических км дождей. Такой объем содержится в озере площадью 1000 кв. км при средней глубине 40 м. Сравним: в прилегающей к Петербургу Невской губе содержится чуть более одного кубокилометра воды. Такие, но не столь интенсивные, ситуации складываются в атмосфере нередко. Тогда говорят о дождливом прохладном лете (например, середина лета 2007 г.) – снежной мягкой – «сиротской» зиме, которые случаются у нас почти ежегодно, в общем – о плохой погоде в любое время года. Циклон другого типа – также глубокий, но активный и быстрый, не слишком развитый по вертикали, занимающий по большой оси не более 1500 км, с ураганными ветрами у земли, может за сутки преодолеть расстояние 2500 км от юга Скандинавии до Белого моря и вызвать наводнение в Петербурге.
Антициклоны внешне – из космоса и на картах – похожи на циклоны, это те же атмосферные вихри. Но в них, грубо говоря, все наоборот: высокое – до 780 мм – давление в центре, горизонтальное движение воздуха – по часовой стрелке, вертикальное – по нисходящей. Они приходят чаще с восточного направления, приземные ветры преимущественно слабые. Антициклон обычно сменяет циклон и радует хорошей погодой, как в первые две декады августа 2007 г., но иногда оборачивается продолжительной изнурительной жарой и засухой (лето 1972 г.), либо крепкими морозами зимой (вторая половина января 2006 г., февраль 2007 г.).
Упрощенные копии синоптических карт с циклонами и антициклонами нам по нескольку раз в день демонстрируют по телевизору. Мы видим, что от Чукотки и Камчатки до Петербурга и Калининграда располагается 5– 8 циклонов, разделенных причудливыми линиям теплых и холодных фронтов между собой и от антициклонов. Достаточно беглого взгляда на такую картинку, чтобы судить о погоде по всей России.
Циклоны и антициклоны в полном виде мы рассмотреть воочию не можем. Но мы можем судить об их приближении и развитии, если постараемся терпеливо наблюдать текущую погоду и ее последовательные изменения. Например, в прекрасные сентябрьские дни «бабьего лета» в Петербурге, когда хочется, чтобы такие дни продолжались как можно дольше, вдруг замечаешь постепенное ослабление солнечного сияния. Через 12—18 часов, но не более чем через сутки-двое, облака уплотняются, переходят в сплошные и вскоре начинает моросить. Тишина сменяется сначала слабым, но постепенно усиливающимся ветром с юго-запада и запада. Но еще тепло и даже как-то уютно. «Моросит мелкий дождь, до чего он хорош, если ты с малых лет в Ленинграде живешь…» или «…Мне мила твоя сырость». Так поют о городе Эдита Пьеха и Александр Розенбаум. А синоптики отметят: «проходит теплый фронт». Но ветер становится каким-то тугим, все более сильным, а дождь переходит в проливной. Кто оказывается в такую погоду на любой из набережных, замечает возвышение уровня воды, грозящее затоплением низко расположенных мест. Облака несутся над самой водой, над крышами домов, исчезли шпили Петропавловки и Адмиралтейства.
Однако не холодно: мы находимся в теплом секторе циклона. Ветер сбивает с ног, а вода достигает опасных пределов, вливаясь в некоторые улицы. И когда кажется, что потопа не миновать, ее уровень начинает понижаться. Ветер меняет направление к северо-западному и северному, становится порывистым, пронизывающим, в воздухе несется осенняя листва, в облаках появляются просветы, заметно холодает. Это проходит холодный фронт. Еще несколько часов – и над городом открывается чистое небо. Но погода уже другая, совсем не «бабье лето». Даже если все успокаивается, все же чувствуется наступление осени. Мы находимся «в тылу циклона», в холодном воздухе. Заморозки по утрам, туманы, полный листопад. Это на смену циклону пришел, предвещая зиму, антициклон. Подобные перемены погоды происходят в любое время года, хотя и не столь отчетливо.
Синоптики, конечно же, видели на своих картах все эти циклы и стадии. Когда мы заметили первые тонкие облака, они обнаружили небольшую область пониженного атмосферного давления, начальную стадию образования «молодого» циклона, где-то на юге Балтийского моря или над Скандинавией.
