Воздушные массы — определение, характеристики и свойства

Какие бывают виды воздушных масс?

Перечень разновидностей воздушных масс довольно обширен и различается согласно термодинамике и очагу образования. Если говорить о географическом распределении, то массы воздуха подразделяются на континентальные, образующиеся над поверхностью суши, и морские, формирование которых осуществляется над Мировым океаном. И те, и другие можно разделить на типы в зависимости широты, на которой находятся очаги. К таковым относятся арктический или антарктический воздух, умеренные, тропические и экваториальные массы.

По термодинамике они бывают теплыми, холодными или местными. К теплому или холодному относят воздух, который обладает более высокой (или более низкой) температурой в сравнении с окружающей средой. Пытаясь достичь баланса, со временем в зависимости от своей температуры он охлаждается или нагревается.
Местными считаются массы, которые находятся в температурном равновесии с окружающей средой и сохраняют подобный баланс на протяжении длительного периода времени. Изначально все массы являются теплыми или холодными, а после трансформации преобразуются в местные.

Еще одна классификация разделяет массы воздуха на устойчивые и неустойчивые. Первые отличаются постоянным вертикальным равновесием и вызывают появление дымки или тумана. Над континентами они чаще всего появляются в зимний период, однако в зависимости от термодинамики могут приводить к разнообразным погодным явлениям. Так, теплые массы приносят дожди, холодные – безоблачную погоду.

Неустойчивый воздух отличается наличием в своей толще повышенной влажности, формирующей конвективные облака. Над поверхностью суши он наблюдается в летний сезон и приносит ливневые дожди и грозы.

Воздушные массы: определение, основные свойства, типы, трансформация

На этот раз мы разберём с вами, что такое воздушные массы, основные свойства воздушных масс, их типы и трансформацию.

Воздушная масса – объем воздуха, занимающий большое пространство и имеющий относительно однородные (одинаковые) свойства.

По горизонтали воздушные массы (далее ВМ) могут занимать тысячи километров, а по вертикали распространяться до верхней границы тропосферы.

Свойствами воздушной массы являются: температура воздуха, влажность, содержание примесей (пыли), дальность видимости. Эти характеристики закладываются в процессе её формирования, поэтому они частично отражают место первоначального происхождения.

Иначе говоря, холодная ВМ возникает в более северных широтах, а не на юге. Значительное похолодание происходит в результате затока холодной ВМ из более северных широт.

По влажности

Обычно воздушные массы, приходящие на Европейскую территорию России с западной стороны, более влажные (морские ВМ), с востока – сухие (континентальные ВМ).

Но это справедливо далеко не во всех районах мира. Во Владивостоке, например, воздушная масса с востока будет более влажная (морская), а с запада – сухая (континентальная). Это связанно с тем, что с восточной стороны море, а с западной — континент. Поэтому за год в прибрежной зоне выпадает около 1000мм осадков.

По прозрачности

Прозрачнее воздушные массы, которые формируются вблизи полюса.

В арктическом воздухе содержится меньше пыли, так как он формируется над водами Северного Ледовитого океана. Менее прозрачный воздух тропических широт, он содержит большое количество пыли (мелких частиц), которые поднимает с поверхности суши ветер (особенно песок).

Но на прозрачность воздуха влияет не только пыль, но и частицы воды (водяной пар). При сильном дожде или тумане вы легко заметите, как уменьшается видимость.

Воздушные массы различаются по своим свойствам во всех направлениях: с севера на юг (меридионально), с запада на восток (зонально).

Если говорить о той же Европейской территории России, то ВМ, приходящие с востока, являются континентальными (более сухими, как уже отмечалось выше), с запада к нам поступают воздушные массы морского типа (более влажные).

Морские воздушные массы формируются над морем, континентальные — над континентом.

Всего выделяют 4 основных типа воздушных масс: арктические, умеренные (или полярные), тропические, экваториальные.

Эта классификация в основном учитывает близость к экватору (т.е. в основе классификации меридиональное изменение). В самом простом варианте можно сказать, что на экваторе теплее, а на полюсах – холоднее.

Данную классификацию можно дополнить: каждый из четырёх видов имеет морской и континентальный тип. Итого, уже 8 видов воздушных масс.

Воздушная масса, сформировавшись над какой-то территорией, не остаётся на месте, она перемещается, происходит её трансформация.

Трансформация – это изменение свойств воздушной массы под влиянием подстилающей поверхности.

Подстилающей поверхностью может быть море, льды, а может быть и суша.

Пример трансформации воздушных масс в России

При перемещении холодной воздушной массы с севера на юг, она нагревается, меняется содержание примесей. Возрастает содержание пыли в воздухе.

Если воздушная масса смещается на восток с Атлантического океана, то она, как правило, имеет высокое содержание водяного пара. По мере её перемещения влажность снижается из-за выпадения осадков.

Процесс трансформации воздушных масс в среднем продолжается 4-6 дней. Признаком окончания трансформации является устойчивый режим температуры ВМ изо дня в день.

О воздушных массах можно говорить долго и мы далее обязательно еще продолжим эту тему.

Формирование воздушных масс

Воздушная масса, сформировавшись в определённой области, приобретает свои постоянные свойства. Такая область называется очагом формирования. Он должен иметь конкретные свойства:

• поверхность воды или суши должна быть однородной, то есть должны иметь место схожие воздействия на воздух в очаге формирования;
• радиационный фон стабилен и однороден;
• условия циркуляции воздуха должны обеспечивать его стационарное местоположение.

Обычно очаги формирования — это антициклоны (вихревые потоки с повышенным давлением в центре), которые являются менее подвижными в сравнении с циклонами (для них характерно низкое давление). Здесь воздух опускается вниз и начинает распространяться в горизонтальном направлении.

Над нагретыми областями суши возникают термические депрессии — области с низким атмосферным давлением. Такие условия также способствуют возникновению очага.

Атмосферные фронты и их характеристика

На границе двух воздушных масс формируются атмосферные фронты.

Определение

Атмосферный фронт — переходная зона между двумя прилегающими воздушными массами с различными свойствами.

Плоскость атмосферного фронта называют фронтальной поверхностью. Термин «линия фронта» обозначает линию ее пересечения с земной поверхностью.

В высоту атмосферные фронты достигают 3-5 км. Они передвигаются, причем их движение сопровождается усилением ветра, ростом облачности, выпадением осадков.

По циркуляционной значимости и пространственной протяженности различают следующие виды атмосферных фронтов:

• основные (тропосферные, высокие). Данные фронты служат разделом для воздушных масс разного географического происхождения. Их движение находится в зависимости от времен года. Горизонтальная протяженность основного фронта — несколько тысяч километров;
• вторичные (приземные, низкие). Разделяют две воздушные массы с различными свойствами, но сходным происхождением. Вторичные фронты существуют около 1-2 суток, находятся в основном у поверхности Земли;
• верхние. Размещаются на высотах как самостоятельные фронты или части основных и вторичных фронтов и отсутствуют у поверхности.

Фронты разделяют по географическим признакам:

• арктический (разделяет арктические и умеренные воздушные массы северного полушария);
• умеренный (делит северную и южную умеренные воздушные массы);
• полярный (разграничивает южную умеренную и тропическую воздушные массы);
• пассатный (находится между двумя массами тропического воздуха – старым тропическим воздухом и новым, который образовался посредством трансформации воздуха умеренных широт;
• внутритропическая зона конвергенции (узкая область сходимости между пассатами Северного и Южного полушарий).

Данные фронты являются также основными.

В соответствии с особенностями перемещения, вертикального строения и условий погоды выделяют:

• теплые фронты — перемещаются в направлении более холодного воздуха. За ними движется теплая воздушная масса;
• холодные фронты — передвигаются в сторону более холодного воздуха. За ними следует холодная воздушная масса;
• малоподвижные (квазистационарные) фронты — длительное время остаются на месте;
• фронты окклюзии — сложный вид фронтов, который влечет за собой сильные восходящие воздушные потоки и образование протяжной области облачности и осадков.

Часто в зонах атмосферных фронтов развиваются атмосферные вихри — циклоны и антициклоны. Циклоны имеет низкое давление в центре, а антициклоны — высокое. Первые обычно приносят потепление и осадки зимой, похолодание и дождь летом, вторые — морозную ясную погоду зимой и сухую малооблачную — летом.

Выводы:

Циркуляция воздушных масс.

Перемещение воздушных масс в атмосфере определяется тепловым
режимом и изменением давления воздуха. Совокупность основных воздушных течений над планетой называется общей циркуляцией атмосферы. Основные
крупномасштабные атмосферные движения, слагающие общую циркуляцию атмосферы: воздушные течения, струйные течения, воздушные потоки в циклонах и антициклонах, пассаты и муссоны.

Движение воздуха относительно земной поверхности – ветер – появляется потому, что атмосферное давление в различных местах воздушной массы
неодинаково. Принято считать, что ветер – это горизонтальное движение воздуха. На самом деле воздух движется обычно не параллельно поверхности Земли, а под
небольшим углом, т.к. атмосферное давление меняется и в горизонтальном и в вертикальном направлениях. Направление ветра (северный, южный и т.д.) означает,
откуда ветер дует. Под силой ветра подразумевается его скорость. Чем она выше, тем ветер сильней. Скорость ветра измеряют на метеорологических станциях на
высоте 10 метров над Землёй, в метрах в секунду. На практике силу ветра оценивают в баллах. Каждый балл соответствует двум-трём метрам в секунду. При
силе ветра в 9 баллов его уже считают штормовым, а при 12 баллах – ураганом. Распространённый термин «буря» означает любой очень сильный ветер, независимо от
количества баллов. Скорость сильного ветра, например, при тропическом урагане, достигает огромных значений – до 115 м/с и более. Ветер возрастает в среднем с
высотой. У поверхности Земли его скорость снижается трением. Зимой скорость ветра в целом выше, чем в летнее время. Наибольшие скорости ветра наблюдаются в
умеренных и полярных широтах в тропосфере и нижней стратосфере.

Не совсем ясна закономерность изменения скорости ветра над материками на небольших высотах (100–200 м). здесь скорости ветра достигают
самых больших значений после полудня, а самых малых – в ночное время. Это наблюдается лучше всего летом.

Очень сильные ветры, до штормовых, бывают днём в пустынях Центральной Азии, а ночью наступает полный штиль. Но уже на высоте 150–200 м
наблюдается прямо противоположная картина: максимум скорости ночью и минимум днём. Такая же картина наблюдается и летом, и зимой в умеренных широтах.

Много неприятностей может принести порывистый ветер пилотам самолётов и вертолётов. Струи воздуха, движущиеся в различных направлениях,
толчками, порывами, то ослабевая, то усиливаясь, создают большое препятствие для движения воздушных судов – появляется болтанка – опасное нарушение нормального полёта.

Модель № 3. Сила Кориолиса. Движение преобладающих воздушных масс.

Если мы в предыдущую модель — № 2 — внесем поправку на силу Кориолиса, отклоняющую движущиеся преобладающие воздушные массы вправо в Северном полушарии и влево в Южном, мы получим картину типичных ветров, весьма правдоподобно описывающую наблюдаемую в жизни.

Мы видим на этой картине устойчивые пояса с типичными ветрами. Суммарная мощность этих ветров огромна. Вся эта машина приводится в движение энергией излучения Солнца и силой инерции вращающейся Земли.

Можно уверенно заявить, что парусная яхта — это судно с термоядерным двигателем. Правда, для удобства реактор вынесен на солнце!

Давайте рассмотрим некоторые следствия, вытекающие из такой модели:

• На экваторе и на полюсах преобладают вертикальные составляющие в движении господствующих воздушных масс, что приводит к отсутствию в этих местах уверенных стабильных ветров.
• 60°: полярный фронт. На этих широтах сталкиваются лоб в лоб арктические (сухие и холодные) и субтропические (теплые и насыщенные водой) преобладающие воздушные массы. Здесь проходит великий атмосферный фронт, вдоль которого текут навстречу друг другу разнородные преобладающие воздушные массы, порождая завихрения, из которых образуются циклоны. Постоянное рождение и дальнейшее движение циклонов во многом объясняет крайне нестабильную и динамичную картину движения преобладающих воздушных масс в зоне умеренных широт, расположенной между полярным фронтом и конскими широтами.
• 30°: штилевой пояс конских широт — зона повышенного атмосферного давления. Ближайший к нам антициклон постоянно прописан на Азорских островах, в сердце Атлантики. Любые изменения в его самочувствии и настроениях неизменно отражаются на погодной картине всей Европы.
• 7-30°: пассатные или торговые ветра (Easterly Trades), названные так за свое удивительное постоянство и спокойствие. В этих широтах можно смело рассчитывать на 15-20 узлов попутного ветра в течение всего перехода, только не пытайтесь пересекать океан против их направления! Идеальное место для яхтинга , правда в одном направлении.
• 7 S-7°N: экваториальный штилевой пояс. Это грустная история. Не только кони гибли в этих широтах во время первых экспедиций за экватор. Около 1000 миль штилевой зоны оставляли мало шансов добраться до цели многочисленным командам парусников. Нехватка воды и продовольствия делали свое дело. Однако благодаря совместному влиянию движения торговых преобладающих воздушных масс в районе экватора проходит экваториальное западное течение. Это экваториальное течение, отразившись от берегов Америки, дает начало знаменитому Гольфстриму. Вы должны быть очень везучими, чтобы получить ветер в придачу к яхте, арендованной в экваториальных широтах.

Поскольку Солнце постоянно изменяет свое положение относительно экватора, в течение года отклоняясь от экватора то в Северное, то в Южное полушарие, резонно ожидать, что и все рассмотренные здесь преобладающие воздушные массы будут смещаться вслед за Солнцем к северу или к югу в зависимости от времени года.

Основной вывод, который можно сделать из всего вышесказанного: ежедневные изменения погоды в мире носят скорее упорядоченный и разумный характер, нежели хаотический и случайный, что дает возможность предсказания погоды на ближайшее будущее, в том числе и на основе собственных наблюдений. А это, в свою очередь, сделает Ваш яхтинг более безопасным и комфортным.

Инерция вращающейся Земли и солнечное тепло приводят в движение огромный живой механизм, благодаря которому в разных широтах планеты устанавливаются различные устойчивые картины движения преобладающих воздушных масс, приводящие к возникновению некоторых типичных распознаваемых паттернов (сценариев) развития погодной ситуации, наличие которых позволяет не только делать предсказания, но и надеяться на их достоверность.

Давайте перейдем к рассмотрению отдельных погодных сценариев.Но об этом в следующей статье.

Физические свойства воздушных масс

Воздушные массы отличаются друг от друга по физическим свойствам, что обусловлено различным прогревом поверхности земного шара из-за неравномерного распределения энергии солнечного света, а также неоднородностью свойств разных участков самой поверхности Земли. Физические свойства воздушной массы — это совокупность физических свойств воздуха, сформировавшаяся при определенных условиях.

К ним относятся следующие параметры физических свойств воздушной массы:

• температура,
• влажность,
• атмосферное давление,
• подвижность/инертность,
• прозрачность,
• вязкость,
• электрическая стабильность,
• сжимаемость.

Все эти характеристики оказывают непосредственное влияние на человека.

Температура окружающего воздуха, при ее значительных отклонениях от комфортных значений, оказывает мощное комплексное воздействие на организм, вызывая в нем целый ряд компенсаторных, адаптационных реакций.

Влажность воздуха также оказывает на человека комплексное влияние. Ключевую роль играет изменение состояния дыхательной системы, что влияет на поступление кислорода к органам и тканям, а также кожи.

Атмосферное давление в наибольшей степени влияет на систему кровообращения, а при значительных отклонениях от комфортных для человеческого организма значений — и на газовый состав крови.

Уровень подвижности воздушных слоев внутри воздушной массы обуславливает уровень ветра. Ветер, с одной стороны, препятствует образованию застойных явлений, что, в условиях современных промышленных центров, например, напрямую связано с состоянием здоровья его жителей. С другой стороны, ветер вызывает охлаждение, снижение температуры тела, что может оказаться критическим фактором в сочетании с сильным морозом, но благоприятным в сочетании с жарой.

Электрическое поле воздуха, будучи непременной компонентой общего электрического поля Земли, также оказывает влияние на человеческий организм, ведь многие очень важные биологические процессы, например, проведение нервных импульсов в головном мозге или работа ионных каналов клеток сердечной мышцы — это процессы с собственной электрической активностью, включенной в общее поле. Повышение влажности воздуха и величины атмосферного давления усиливают его электрическую активность. Максимальный уровень электрической активности наблюдается в холодное время года в умеренных широтах.

Инертность воздушной массы — свойство, обратное ее подвижности. Инертные массы воздуха обуславливают устойчивость, относительное постоянство установившихся в ее зоне погодных условий.

Вязкость воздуха характеризует уровень сопротивляемости частиц сдвигу относительно друг друга. Повышенные значения этого параметра обуславливают образование внутри воздушной массы застойных явлений.

Сжимаемость воздуха характеризует его способность уменьшаться в объеме при увеличении атмосферного давления. Хорошо сжимается сухой и чистый воздух, в то время как наличие любого рода примесей и высокая влажность этому препятствует.

Классификация по типам

Место, где формируется масса, накладывает отпечаток на ее характеристики. От области первоначального происхождения объекта зависят его свойства. Например, холодные объекты образуются в северных широтах, а теплые — в южных, и никогда — наоборот.

По географии происхождения массы подразделяются на четыре основных вида:

• полярный (арктический или антарктический);
• умеренный;
• тропический;
• экваториальный.

Помимо классификации по географическому происхождению, массы делятся на подтипы по следующим критериям:

1. По температуре внутреннего воздуха — на теплый и холодный типы. Теплая масса всегда движется на подстилающую поверхность холодного типа, а холодная, напротив, — на теплую.
2. По уровню влажности и области формирования (эти два критерия всегда взаимосвязаны) — на влажный морской и сухой континентальный типы. Морские массы образуются над океаном, а континентальные — над материком. Поэтому влажность первых всегда выше. На континентальную и морскую разновидности подразделяются только тропические и умеренные массы, к остальным эта характеристика неприменима.

Типы воздушных масс в каждом поясе и их основные характеристики приведены в таблице.

Ссылки

Wikimedia Foundation
.
2010
.

Атмосфера неоднородна. В ее составе, особенно вблизи земной поверхности, можно выделить воздушные массы.

Воздушные массы — отдельные крупные объемы воздуха, обладающие определенными общими свойствами (температурой, влажностью, прозрачностью и т.д.) и движущиеся как одно целое. Однако внутри этого объема ветры могут быть разные. Свойства определяются районом ее формирования. Она приобретает их в процессе соприкосновения с подстилающей поверхностью, над которой она формируется или задерживается. Воздушные массы имеют разные свойства. Например, воздух Арктики имеет низкие, а воздух тропиков высокие во все сезоны года, воздух северной существенно отличается от воздуха материка . Горизонтальные размеры воздушных масс огромны, они соизмеримы с материками и океанами или их крупными частями. Выделяют главные () типы воздушных масс, формирующихся в поясах с разным : арктические (), (полярные), тропические и экваториальные. Зональные воздушные массы подразделяются на морские и континентальные — в зависимости от характера подстилающей поверхности в районе их формирования.

Арктический воздух формируется над , а зимой еще и над севером Евразии и . Воздух характеризуется низкой температурой, малым влагосодержанием, хорошей видимостью и устойчивостью. Его вторжения в умеренные широты вызывают значительные и резкие похолодания и обусловливают преимущественно ясную и малооблачную погоду. Арктический воздух подразделяется на следующие разновидности.

Морской арктический воздух (мАв) — формируется в более теплой Европейской , свободной от льда, с более высокой температурой и большим влагосодержанием. Его вторжения на материк зимой вызывают потепление.

Континентальный арктический воздух (кАв) — формируется над Центральной и Восточной ледяной Арктикой и северным побережьем материков (зимой). Воздух имеет очень низкие температуры, низкое влагосодержание. Вторжение кАв на материк обусловливает сильное похолодание при ясной погоде и хорошей видимости.

Аналогом арктического воздуха в Южном полушарии является антарктический воздух, но влияние его распространяется преимущественно на прилегающие морские поверхности, реже — на южную оконечность .

Умеренный (полярный) воздух. Это воздух умеренных широт. В нем также различают два подтипа. Континентальный умеренный воздух (кУв), который формируется над обширными поверхностями материков. Зимой он очень охлажден и устойчив, обычно ясная с крепкими морозами. Летом он сильно прогревается, в нем возникают восходящие токи, образуются , нередко выпадают дожди, наблюдаются . Морской умеренный воздух (мУв) формируется в средних широтах над океанами, западными и переносится на материки. Он характеризуется высокой влажностью и умеренными температурами. Зимой мУв приносит пасмурную погоду, обильные осадки и повышение температуры (оттепели). Летом он также приносит большую , дожди; температура при его вторжении понижается.

Умеренный воздух проникает в полярные, а также субтропические и тропические широты.

Экваториальный воздух формируется в экваториальной зоне из тропического воздуха, приносимого пассатами. Он характеризуется высокими температурами и большой влажностью в течении всего года. Кроме того, эти качества сохраняются и над сушей, и над морем, поэтому на морские и континентальные подтипы экваториальный воздух не подразделяется.

Воздушные массы находятся в непрерывном движении. При этом если воздушные массы движутся в более высокие широты или на более холодную поверхность, их называют теплыми, так как они приносят потепление. Воздушные массы, перемещающиеся в более низкие широты или на более теплую поверхность, называются холодными. Они приносят похолодание.

Перемещаясь в другие географические районы, воздушные массы постепенно меняют свои свойства, прежде всего температуру и , т.е. переходят в воздушные массы другого типа. Процесс превращения воздушных масс из одного типа в другой под влиянием местных условий называется трансформацией. Например, тропический воздух, проникая и в умеренные широты, трансформируется соответственно в экваториальный и умеренный воздух. Морской умеренный воздух, оказавшись в глубине континентов, зимой охлаждается, а летом нагревается и всегда иссушается, превращаясь в континентальный умеренный воздух.

Все воздушный массы связаны между собой в процессе постоянного их перемещения, в процессе тропосферы.