Воздушные массы движутся. Что такое воздушные массы? Виды и свойства

ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ, относительно однородные части тропосферы, соизмеримые с большими частями материков и океанов, обладающие определёнными общими свойствами, перемещающиеся как единое целое. Воздушные массы охватывают территории площадью в несколько миллионов км 2 , по вертикали редко достигают тропопаузы, а чаще охватывают лишь нижнюю половину тропосферы. Смежные воздушные массы отделяются друг от друга атмосферными фронтами, длиной до нескольких тысяч км и шириной до нескольких десятков км. Главные фронты (прослеживаются до стратосферы) разделяют основные типы воздушных масс, вторичные (высота несколько км) - воздушные массы одного и того же типа. Районы формирования воздушных масс представляют собой обширные территории достаточно однородные по горизонтали, над которыми воздушная масса приобретает одинаковые характеристики по всей площади. Воздух над такой территорией должен находиться достаточно долго, чтобы приблизиться к динамическому равновесию с подстилающей поверхностью, т. е. приобрести однородные погодные характеристики, типичные для района формирования. Главные погодные характеристики воздушных масс определяются вертикальным распределением температуры и влажности. В дальнейшем, перемещаясь в одном из течений общей циркуляции атмосферы, воздушные массы переносят и свои свойства, то есть свой режим погоды. Характерный климатический режим районов Земли определяется преобладанием в данном районе в тот или иной сезон определённого типа воздушных масс.

По происхождению различают воздушные массы: арктические, антарктические, умеренных широт (полярные), тропические и экваториальные, с подразделением их (кроме экваториальных) на морские и континентальные типы. Каждый тип имеет свои вертикальные градиенты температур, влажность, прозрачность и др. При длительном перемещении происходит трансформация воздушных масс, их свойства меняются. Воздушные массы, перемещающиеся из высоких широт с более холодной земной поверхностью в низкие с более тёплой, называются холодными. Они вызывают похолодание в районах, в которые поступают, при этом прогреваются от земной поверхности, что способствует развитию вертикальных градиентов, конвекции с образованием дождевых облаков и выпадением ливневых осадков. Воздушные массы, перемещающиеся из низких более тёплых широт в высокие, называются теплыми, они соответственно приносят потепление; для них характерны малые вертикальные градиенты температуры, слоистые облака и туманы. Воздушные массы, длительное время находящиеся в одном районе, называются местными. Их свойства зависят от времени года.

Лит.: Океан - Атмосфера: Энциклопедия. Л., 1983; Хромов С. П., Петросянц М. А. Метеорология и климатология. 6-е изд. М., 2004.

Воздушные массы - большие объёмы воздуха в нижней части земной атмосферы - тропосфере, имеющие горизонтальные размеры во много сотен или несколько тысяч километров и вертикальные размеры в несколько километров, характеризующиеся примерной однородностью температуры и влагосодержания по горизонтали.
Однородность свойств воздушной массы достигается формированием её над однородной подстилающей поверхностью в сходных условиях теплового и радиационного баланса.
Кроме того, необходимы такие циркуляционные условия, при которых воздушная масса длительно циркулировала бы в регионе формирования. Значения метеорологических элементов в пределах воздушной массы меняются незначительно - горизонтальные градиенты малы. Резкое возрастание градиентов метеорологических величин, или, по крайней мере, изменение величины и направления градиентов происходит в переходной зоне между двумя воздушными массами - зоне атмосферного фронта.
Объекты, возникающие в тропосфере в результате взаимодействия воздушных масс - переходные зоны (фронтальные поверхности), фронтальные облачные системы облачности и осадков, циклонические возмущения, имеют тот же порядок величины, что и сами воздушные массы - сравнимы по площади с большими частями материков или океанов, время их существования - более 2-х суток.
Очагами формирования воздушных масс обычно бывают регионы, где воздух опускается, а затем распространяется в горизонтальном направлении - этому требованию отвечают антициклонические системы. Антициклоны чаще, чем циклоны, бывают малоподвижными, поэтому формирование воздушных масс обычно и происходит в обширных малоподвижных (квазистационарных) антициклонах. Кроме того, требованиям очага отвечают малоподвижные и размытые термические депрессии, возникающие над нагретыми участками суши. Наконец, формирование полярного воздуха происходит частично в верхних слоях атмосферы в малоподвижных, обширных и глубоких центральных циклонах в высоких широтах. В этих барических системах происходит трансформация (превращение) тропического воздуха, втянутого в высокие широты в верхних слоях тропосферы, в умеренный воздух.
Воздушные массы классифицируют, прежде всего, по очагам их формирования в зависимости от расположения в одном из широтных поясов. Согласно географической классификации, воздушные массы можно подразделить на основные географические типы по тем широтным зонам, в которых располагаются их очаги:
Арктический или антарктический воздух (АВ),
Умеренный воздух (УВ),
Тропический воздух (ТВ),
Экваториальный воздух (ЭВ).
Данные воздушные массы, кроме того, можно подразделять на морские (м) и континентальные (к).
Как показывает практика, поскольку умеренная воздушная масса имеет значительную меридиональную протяжённость (в СНГ примерно от 45-48° до 60-65° северной широты), её термические (и другие) свойства значительно различаются в северной и в южной частях этой обширной географической зоны, поэтому правильнее подразделить умеренную ВМ на две самостоятельные - северную умеренную (СУВ) и южную умеренную (ЮУВ).

Отвечая на вопрос, что такое воздушная масса, можно сказать, что это среда обитания человека. Мы ею дышим, видим, ощущаем ежедневно. Без окружающего воздуха человечество не смогло бы вести свою жизнедеятельность.

Роль потоков в природном круговороте

Что такое воздушная масса? Это приносящий смену погодных условий. За счет естественного движения окружающей среды перемещаются осадки на тысячи километров по земному шару. Снег и дождь, холод и тепло приходят по установленным закономерностям. Учёные могут предсказывать изменение климата, глубже вникая в закономерности природных катаклизмов.

Постараемся дать ответ на вопрос: что такое воздушная масса? К ярким её примерам относят циклоны, перемещающиеся непрерывно. С ними приходит потепление или похолодание. Они движутся с постоянной закономерностью, но в редких случаях происходит их отклонение от обычной траектории. В результате таких нарушений в природе обнаруживают катаклизмы.

Так, в пустыне выпадает снег от встречающихся циклонов различной температуры или формируются смерчи, ураганы. Это все относится к ответу на вопрос: что такое воздушная масса? От её состояния зависит, какая будет погода, насыщенность воздуха кислородом или влагой.

Смена тепла и холода: причины

Воздушные массы — это основной участник образования климата на земле. Нагрев слоёв атмосферы происходит благодаря энергии, получаемой от солнца. Благодаря перепадам температуры меняется плотность воздуха. Более разреженные области заполняются плотными объемами.

Воздушные массы — это совокупность различных состояний газообразных слоёв атмосферы, зависящих от перераспределения тепла за счет смены дня и ночи. В тёмное время суток воздух охлаждается, появляется ветер, движущийся из более плотных слоёв в разреженные. Сила потока зависит от скорости снижения температуры, местности, влажности.

На движение масс влияют как горизонтальные перепады температур, так и вертикальные. Днём земля принимает тепло от солнца, начиная отдавать его нижним слоям атмосферы с вечера. Этот процесс продолжается всю ночь, а наутро водяной пар концентрируется в воздухе. Это становится причиной осадков: росы, дождя, тумана.

Какими бывают газообразные состояния?

Характеристика воздушных масс — это количественная величина, с помощью которой можно описать определённые состояния газообразных слоёв и дать им оценку.

Существует три основных показателя слоёв тропосферы:

Температура даёт информацию о происхождении смещения масс.
Влажность, повышенная в местах, расположенных неподалёку от морей, озёр и рек.
Прозрачность определяется внешне. На этот параметр влияют взвешенные в воздухе твердые частицы пыли.

Выделяют следующие виды воздушных масс:

Тропические — перемещаются в сторону умеренных широт.
Арктические — холодные массы, движутся в сторону тёплых широт с северной части планеты.
Антарктические — холодные, движутся с южного полюса.
Умеренные, наоборот, тёплые массы воздуха и движутся к холодным полюсам.
Экваториальные — самые тёплые, расходятся в области с более низкой температурой.

Подтипы

При движении воздушных масс происходит их преобразование из одного географического типа в другой. Существуют подтипы: континентальный, морской. Соответственно, первые преобладают со стороны суши, вторые приносят влагу с просторов морей и океанов. Наблюдается закономерность перепада температур у таких масс в зависимости от сезона: летом ветра с суши значительно теплее, а зимой греют морские.

Везде существуют господствующие воздушные массы, преобладающие постоянно за счет установленных закономерностей. Они определяют погоду в данной местности, и, как следствие, это приводит к различию растительности и животного мира. В последнее время трансформация воздушных масс существенно изменилась благодаря жизнедеятельности человека.

Преобразование воздушных масс проявляется отчётливее на побережьях, где встречаются потоки с суши и моря. В отдельных районах ветер не утихает ни на секунду. Чаще он сухой и не меняет направление длительное время.

Как происходит преобразование потоков в природе?

Воздушными массы становятся видимыми при определённых условиях. Примерами таких явлений становятся облака, тучи, туманы. Располагаться они могут как на высоте тысяч километров, так и прямо над землёй. Последние образуются при резком снижении температуры окружающего воздуха от повышенной влажности.

Солнце играет важную роль в бесконечном процессе движения воздушных масс. Смена дня и ночи приводит к тому, что потоки устремляются ввысь, поднимая с собой частицы воды. Высоко в небе они кристаллизуются и начинают падать. В летний сезон, когда достаточно тепло, ледышки успевают растаять в полёте, так наблюдают осадки в основном в виде дождя.

А зимой, когда над землей проходят холодные потоки, начинает идти снег или даже град. Поэтому в районах экваториальных и тропических широт тёплый воздух расправляет кристаллики. В регионах же северных районов эти осадки происходят практически каждый день. Холодные потоки подогреваются от нагретой земной поверхности, лучи солнца проходят сквозь воздушные слои. А вот тепло, отданное в ночное время, становится причиной образования облаков, утренней росы, тумана.

Как по определённым признакам узнают смену погоды?

Ещё в прошлом научились предсказывать осадки по явным приметам:

Вдали становятся едва заметными или белые области в форме лучей.
Резкое усиление ветра говорит о приближении холодных масс. Может пойти дождь, снег.
Облака всегда собираются в зонах низкого давления. Существует верный способ определить эту область. Для этого нужно развернуться спиной к потоку и посмотреть немного левее от горизонта. Если там появились сгущения, то это явный признак ненастной погоды. Не стоит путать: облака в правой части не являются признаком ухудшения погодных условий.
Появление белесой пелены, когда солнце начинает затуманиваться.

Ветер спадает, когда холодная область проходит. Более тёплые потоки заполняют образовавшееся разрежение, часто становится душно после дождя.

Воздушные массы

Определение 1

Воздушная масса – большой объем воздуха подвижной части тропосферы, имеющая свои однородные свойства.

Одни воздушные массы относятся к континентальным, другие к морским.

Определение 2

океаном , называются морскими и являются более влажными.

Определение 3

Воздушные массы, сформировавшиеся над сушей , называются континентальными и являются более сухими.

В разных местах планеты формируются свои воздушные массы:

В экваториальных широтах – формируются экваториальные воздушные массы;
В тропических широтах – тропические;
В умеренных широтах – умеренные воздушные массы;
В полярных широтах – арктические и антарктические воздушные массы.

Каждая воздушная масса приобретает свойства той территории, над которой она сформировалась. Свойства сохраняются в течение длительного времени, поэтому при перемещении воздушных масс, её свойства будут определять погоду тех мест, куда они приходят. Специалисты различают устойчивую и неустойчивую воздушные массы.

Над материками устойчивая воздушная масса чаще всего наблюдается в зимнее время. В устойчивой воздушной массе преобладает устойчивое вертикальное равновесие. Характеризуется она слоистой и слоисто-кучевой облачностью с основанием ниже $300$ м, имеющая небольшую вертикальную мощность – обычно $200$-$600$ м. Второй характерный для неё признак – небольшое изменение температуры с высотой в нижних слоях атмосферы, ровный, без порывов ветер, небольшая разность между температурой воздуха и точкой росы. Турбулентность в нижнем слое устойчивой воздушной массы отсутствует, поэтому могут скапливаться частицы пыли. В этом случае при небольшой влажности может быть ясная погода с пониженной видимостью.

Эти условия погоды в холодное время года характерны для теплой устойчивой воздушной массы во время её перемещения. Перемещается она с достаточно теплого океана на холодный материк, или из теплого района материка в более холодный район. Теплая воздушная масса становится устойчивой при продвижении на холодную поверхность, охлаждаясь при этом снизу.

Над материками зимой наблюдается холодная устойчивая воздушная масса. Она не отмечается над морями и океанами. Типичной является морозная безоблачная погода.

Неустойчивая воздушная масса характеризуется неустойчивой стратификацией атмосферы в её нижних слоях. При достаточной влажности в неустойчивой воздушной массе развивается конвекция с образованием облаков вертикального развития, отмечается повышенная турбулентность, сильный порывистый ветер, ливни, грозы, шквалы. С ростом её неустойчивости она может подниматься на большую высоту. Теплая неустойчивая воздушная масса наблюдается летом над материками и вблизи морских побережий. Наблюдать её можно и в зимний период. В холодную половину года она может находиться над океанами и морями. Специалисты выделяют разнообразные условия её неустойчивости. Облачность обычно кучевая, иногда кучево-дождевая с ливневыми осадками и туманами. Холодная неустойчивая воздушная масса в летний период наблюдается над материками, а в холодное время года – над океанами и морями. Наблюдается она в тыловых частях циклонов за холодными фронтами. С этой воздушной массой связана кучевая, кучево-дождевая облачность, повторяющиеся ливневые осадки, грозы, туманы. Особенное проявление холодной неустойчивой воздушной массы наблюдается в апрельский период, когда в северной зоне ещё лежит снег, а почва южной зоны уже прогрелась.

Формирование воздушных масс

Арктическая воздушная масса формируется в полярном районе планеты. Зимой её формирование происходит ещё и над северными частями Таймыра, Колымы, Чукотки, арктической Америки. Арктический воздух в летний период через море Лаптевых и бассейн Колымы, доходит до Охотского моря. При этом похолодания не бывает, потому что летний морской воздух над Охотским морем холоднее арктического. Резкое похолодание вызывает арктический воздух над Беринговым морем, потому что вторгается непосредственно из Северного Ледовитого океана. Затем он постепенно трансформируется в морской умеренный воздух. Арктическая воздушная масса, формируясь над замерзшими поверхностями, является в основном континентальной. Проходя зимой над материком арктический воздух охлаждается ещё больше, потому что на его пути лежит мощный сибирский антициклон. Континентальный воздух этого антициклона намного холоднее. Получается, что в зимний период адвекция холода идет не из Арктики, а из западных континентальных районов.

По сравнению с полярными районами у умеренных воздушных масс более низкие зимние температуры не только у поверхности земли, но и в толще тропосферы. На моря Дальнего Востока континентальный умеренный воздух поступает зимой – зимний муссон. Образуется этот воздух в области сибирского антициклона – это Монголия, Китай, Забайкалье, Якутия, Ленско-Колымский район, Верхний Амур. Очень низкие температуры имеет континентальный умеренный воздух, который формируется непосредственно в центральной части Сибирского антициклона. Двигаясь на юго-восток, он вызывает сильные северо-западные ветры и резкое понижение температуры воздуха. Увлажняется и согревается континентальный умеренный воздух над теплым Японским морем и может привести к ливневым осадкам. Более высокую температуру имеет континентальный умеренный воздух, который формируется на периферии Сибирского антициклона – это Монголия и Китай. Вторгаясь на Японское море, он становится влажным и трансформируется в морской умеренный воздух. Морские и континентальные воздушные массы отличаются влажностью, первые имеют повышенную влажность, а вторые отличаются сухостью. Температура этих воздушных масс по сезонам года разная. Зимой температура морских умеренных воздушных масс выше, летом наоборот.

В умеренные широты чаще всего тропический воздух попадает из субтропических, а не их тропических широт. В летний период он может сформироваться даже на юге умеренной зоны. Образуется тропический воздух над центральным Китаем и Монголией. Отличительной его особенностью является сухость, высокая температура и низкая прозрачность. Очагом формирования морского тропического воздуха является область тихоокеанского субтропического антициклона, а на западе район Средиземноморья.

Замечание 1

Воздушные массы формируются в течение $3$-$10$ суток. Их свойства будут зависеть от времени формирования, чем больше это время, тем чётче выражены свойства. При своём движении воздушные массы меняют свои свойства – могут увлажняться, иссушаться, охлаждаться, нагреваться.

Физические свойства воздушных масс

Воздух тропосферы по своим физическим свойствам не является однородным. Неоднородность свойств воздуха связана с неравномерным распределением солнечной энергии и воздействием подстилающей поверхности.

К физическим свойствам воздуха относятся:

Температура воздуха;
Влажность воздуха;
Подвижность воздуха;
Барометрическое давление воздуха;
Электрическое состояние воздуха;
Инертность воздуха;
Вязкость воздуха;
Сжимаемость воздуха.

Все эти физические свойства воздуха, так или иначе, оказывают своё воздействие на человека.

Так, например, температура воздуха является постоянно действующим фактором окружающей среды. Как высокая, так и низкая температура воздуха сказываются на функциональном состоянии центральной нервной системы человека.

Влажность воздуха оказывает влияние на теплообмен организма с окружающей средой, поэтому имеет большое значение. При низких температурах в воздухе содержится небольшое количество водяного пара.

Потеря тепла организмом связана с подвижностью воздуха. Происходит это путем конвекции и испарения пота. Если температура высокая, а подвижность воздуха умеренная, то это будет способствать охлаждению кожи. Сильные морозы без ветра переносятся значительно легче. Повышенная подвижность воздуха оказывает влияние на процессы обмена веществ.

Воздух обладает массой и весом, т.е. имеет определенное давление , влияющее на организм человека. Благодаря гравитационному полю воздушные массы у поверхности наиболее плотные. Давление воздуха с высотой уменьшается, уменьшается и его плотность.

Электрическое поле Земли – это один из элементов электрического состояния воздуха. По временам года напряженность электрического поля
воздуха различна, зимой она более высокая в средних широтах. На её величину влияние оказывает погода. Высокое давление и туманы увеличивают электрическое поле атмосферы в $2$-$5$ раз.

Воздух обладает свойством сопротивляться изменению состояния покоя – это есть его инертность . Мера инертности – массовая плотность воздуха. Чем она больше, тем больше должна быть сила, способная вывести воздух из состояния покоя.

Воздух может сопротивляться взаимному сдвигу частиц – это есть его вязкость . Его молекулы имеют определенную скорость беспорядочного хаотического движения. Зависит это от температуры воздуха и общего поступательного движения. Если молекулы воздуха попадают в медленный слой из быстро движущегося, то ускоряют их движение и наоборот.

Сжимаемость воздуха – это такое его свойство, при котором он может изменять свою плотность, если изменится давление.

— важный фактор формирования климата. Она выражена перемещением различных типов воздушных масс.

Воздушные массы — это подвижные части тропосферы, отличающиеся друг от друга температурой и влажностью. Воздушные массы бывают морскими и континентальными.

Морские воздушные массы формируются над Мировым океаном. Они более влажные по сравнению с континентальными, образующимися над сушей.

В различных климатических поясах Земли формируются свои воздушные массы: экваториальные, тропические, умеренные, арктические и антарктические.

Перемещаясь, воздушные массы долго сохраняют свои свойства и поэтому определяют погоду тех мест, куда они приходят.

Арктические воздушные массы формируются над Северным Ледовитым океаном (зимой — и над севером материков Евразия и Северная Америка). Они отличаются низкой температурой, невысокой влажностью и повышенной прозрачностью воздуха. Вторжения арктических воздушных масс в умеренные широты вызывают резкое похолодание. При этом устанавливается преимущественно ясная и малооблачная погода. При продвижении в глубь материка на юг арктические воздушные массы трансформируются в сухой континентальный воздух умеренных широт.

Континентальные арктические воздушные массы формируются над ледяной Арктикой (в центральной и восточной ее частях) и над северным побережьем материков (зимой). Их особенностями являются очень низкие температуры воздуха и низкое содержание влаги. Вторжение континентальных арктических воздушных масс на материк приводит к сильному похолоданию при ясной погоде.

Морские арктические воздушные массы формируются в более теплых условиях: над свободной от льда акваторией с более высокой температурой воздуха и большим влагосодержанием — это европейская Арктика. Вторжения таких воздушных масс на материк зимой даже вызывают потепление.

Аналогом арктического воздуха Северного полушария в Южном полушарии являются антарктические воздушные массы. Их влияние распространяется в большей степени на прилегающие морские поверхности и редко на южную окраину материка Южная Америка.

Умеренный (полярный) воздух — это воздух умеренных широт. Умеренные воздушные массы проникают в полярные, а также субтропические и тропические широты.

Континентальные умеренные воздушные массы зимой обычно приносят ясную погоду с крепкими морозами, а летом — достаточно теплую, но облачную, нередко дождливую, с грозами.

Морские умеренные воздушные массы на материки переносятся западными ветрами. Их отличают высокая влажность и умеренные температуры. Зимой морские умеренные воздушные массы приносят пасмурную погоду, обильные осадки и оттепели, а летом — большую облачность, дожди и понижение температуры.

Тропические воздушные массы формируются в тропических и субтропических широтах, а летом — и в континентальных районах на юге умеренных широт. Тропический воздух проникает в умеренные и экваториальные широты. Высокая температура — общая черта тропического воздуха.

Континентальные тропические воздушные массы отличаются сухостью и запыленностью, а морские тропические воздушные массы — высокой влажностью.

Экваториальный воздух, возникающий в области Экваториальной депрессии, очень теплый и влажный. Летом в Северном полушарии экваториальный воздух, смещаясь на север, вовлекается в циркуляционную систему тропических муссонов.

Экваториальные воздушные массы формируются в экваториальной зоне. Их отличают высокие температуры и влажность в течение всего года, причем это касается воздушных масс, формирующихся как над сушей, гак и над океаном. Поэтому на морские и континентальные подтипы экваториальный воздух не подразделяется.

Вся система воздушных течений в атмосфере называется общей циркуляцией атмосферы.

Атмосферный фронт

Воздушные массы постоянно движутся, изменяют свои свойства (трансформируются), но между ними остаются довольно резкие границы — переходные зоны шириной в несколько десятков километров. Эти пограничные зоны называются атмосферными фронтами и характеризуются неустойчивым состоянием температуры, влажности воздуха, .

Пересечение такого фронта с земной поверхностью называется линией атмосферного фронта.

При прохождении атмосферного фронта через какую-либо местность над ней меняются воздушные массы и, как следствие, погода.

Для умеренных широт характерны фронтальные осадки. В зоне атмосферных фронтов возникают обширные облачные образования протяженностью в тысячи километров и выпадают осадки. Как они возникают? Атмосферный фронт можно рассматривать как границу двух воздушных масс, которая наклонена к земной поверхности под очень малым углом. Холодный воздух находится рядом с теплым и над ним в виде пологого клина. При этом теплый воздух поднимается вверх по клину холодного воздуха и охлаждается, приближаясь к состоянию насыщения. Возникают облака, из которых выпадают осадки.

Если фронт перемещается в сторону отступающего холодного воздуха, наступает потепление; такой фронт называется теплым. Холодный фронт, наоборот, надвигается на территорию, занятую теплым воздухом (рис. 1).

Рис. 1. Типы атмосферных фронтов: а — теплый фронт; б — холодный фронт