Воздушные массы

Апрель 11th, 2015 Климат

Воздушные массы

Воздушными массами называются большие количества воздуха в тропосфере, измеряемые в горизонтальном направлении тысячами километров, обладающие относительно однородными физическими свойствами (в основном — температурой и относительной влажностью). Эти свойства внутри воздушной массы могут меняться, но медленно, непрерывно, без скачков. Они задаются условиями того района Земли, где происходит формирование воздушной массы (характером подстилающей поверхности и погодой).

Благоприятные условия для формирования воздушных масс создаются в малоподвижных антициклонах и циклонах, где воздух может длительное время находиться над одним и тем же географическим районом, называющимся очагом формирования воздушной массы. Подстилающая поверхность при этом должна быть однообразной или почти однообразной (пустыня, степь, поверхность океана, ледяные поля и т.д.).

Формирование воздушной массы продолжается от 3 до 10 суток. Чем больше время формирования, тем чётче выражены свойства. В процессе перемещения происходят трансформации воздушных масс. Проходя над морями и океанами, они увлажняются, над сушей – высыхают, двигаясь в сторону полюса – охлаждаются, в сторону тропиков – нагреваются.

Воздушные массы классифицируются следующим образом:

По термодинамическому признаку

  • Холодная воздушная масса перемещается из более холодного района в более тёплый. Её приход обычно приводит к похолоданию в данном районе. При этом она постепенно прогревается.
  • Тёплая перемещается из более тёплого района в более холодный. Её приход приводит к потеплению в данном районе. Постепенно охлаждается.
  • Местная длительное время находится в одном и том же районе и сохраняет свои свойства без особых изменений. Может быть и относительно холодной и относительно тёплой в зависимости от типа соседней воздушной массы и радиационного баланса.

Все три вида по энергетическому состоянию могут быть:

  • Устойчивыми – имеющими в нижнем слое вертикальный градиент температуры меньше влажноадиабатического. Конвективные вертикальные движения при этом не развиваются и облака кучевых форм не образуются. Устойчивое состояние типично для тёплой массы при перемещении на более холодную поверхность, когда она охлаждается снизу и создаются малые вертикальные градиенты.
  • Неустойчивыми – имеющими вертикальный температурный градиент больше влажноадиабатического. Возникающая вертикальная конвекция при достаточном запасе влаги приводит к образованию кучевых облаков и выпадению осадков. Такое состояние типично для холодных масс, поступающих на тёплую поверхность. При этом происходит прогревание воздуха снизу и возникают большие вертикальные температурные градиенты.

По географическому признаку

Из множества видов основными здесь являются четыре:

  • Арктическая (антарктическая) воздушная масса формируется за полярным кругом. В месте формирования весьма устойчива, с низкими температурами и малой влажностью.
  • Полярная или умеренная формируется при длительном нахождении воздуха в умеренных широтах. Устойчивость зависит от очага формирования и направления движения.
  • Тропическая формируется в зоне субтропических антициклонов. Прогревающаяся в месте формирования, следовательно – неустойчивая, с большим содержанием влаги.
  • Экваториальная формируется в экваториальной зоне.

Каждая из перечисленных воздушных масс может быть морской или континентальной в зависимости от подстилающей поверхности в месте её формирования.

Устойчивость воздушных масс

Устойчивые воздушные массы

Устойчивой называют воздушную массу, в которой преобладает устойчивое вертикальное равновесие, то есть в основной её толще вертикальный температурный градиент меньше влажноадиабатического. Термическая конвекция в УВМ не развивается, а динамическая развита слабо. Среднее значение вертикального температурного градиента в УВМ обычно меньше 0,6°/100 м. Здесь встречаются слои инверсии и изотермии (задерживающие слои). В УВМ могут возникать облака турбулентного обмена — слоистые и слоисто-кучевые. Если же уровень конденсации лежит выше верхней границы турбулентного слоя, то наблюдается ясная погода. Значительных осадков в УВМ не наблюдается, из слоистых облаков, достигших значительной вертикальной мощности, в ряде случаев могут выпадать моросящие осадки, а из слоисто-кучевых зимой — слабый снег. Благодаря слабому вертикальному обмену, в УВМ обычно наблюдаются дымки, а в ряде случаев и туманы.

Тёплая устойчивая воздушная масса над материками наблюдается, как правило, в холодную половину года, и поступает в данный регион в тёплых секторах циклонов и примыкающих к ним северных окраинах антициклонов. В отдельных случаях вертикальная мощность слоистых облаков возрастает настолько, что они превращаются в слоисто-дождевые и начинают давать обложные осадки. Вертикальное распределение температуры воздуха представлено слоями инверсии и изотермии, либо малых температурных градиентов до высоты 3-4 км.

Холодная устойчивая воздушная масса наблюдается над материками, в основном, зимой. Основной тип — морозная безоблачная погода. Дополнительный тип — значительная и сплошная слоистая и слоисто-кучевая облачность, иногда слабые снегопады.

Неустойчивые воздушные массы

Неустойчивая воздушная масса характеризуется тем, что в нижних её слоях (примерно ниже 3 км) наблюдается неустойчивая стратификация атмо­сферы. При неустойчивой стратификации вертикальный градиент темпера­туры в воздушной массе до уровня конденсации больше сухоадиабатического градиента, а выше уровня конденсации — больше влажно-адиабатического градиента. В неустойчивой воздушной массе при достаточной её влажности происходит развитие конвекции с образованием облаков вертикального раз­вития, наблюдаются повышенная турбулентность, сильный порывистый ве­тер, ливни, грозы, шквалы.

Холодная воздушная масса, двигаясь на более тёплую подстилающую по­верхность и прогреваясь снизу, становится, как правило, неустойчивой воз­душной массой. Холодная неустойчивая воздушная масса наблюдается чаще всего над материком летом в послеполуденные часы в тыловой части цикло­на или в передней части антициклона.

Очаги формирования воздушных масс

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.