Воздушные массы

Идеи, положенные в основу современных методов анализа и прогноза погоды, базируются на том факте, что общая циркуляция атмосферы способствует образованию обширных частей или «масс» воздуха, физические свойства которых более или менее однородны; переход же от одной воздушной массы к другой довольно резок. Большие квазиперманентные антициклоны в общей циркуляции атмосферы являются либо преимущественно континентальными, либо преимущественно океаническими. Каждый из них составляет «колесо» в общей циркуляции, а заключённый в них воздух, задерживаясь над более или менее однородной поверхностью, приобретает однородность температуры и влажности.

Возникновение воздушных масс

Воздух, соприкасающийся в течение достаточно продолжительного времени с земной поверхностью, постепенно приобретает свойства этой поверхности. Если подстилающая поверхность однородна и воздушные течения благоприятствуют этому, то воздушная масса стремится к однородности в горизонтальном направлении. Поэтому воздушную массу можно определить как большой объем воздуха, физические свойства которого (температура и влажность) более или менее однородны в горизонтальном направлении. Районы, где образуются такие воздушные массы, называются очагами формирования воздушных масс.

Когда воздушная масса покидает свой очаг, её физические свойства (см. статью «Свойства воздушных масс«) начинают изменяться. Развивающиеся в воздушной массе явления погоды всецело зависят от истории её жизни. При исследовании истории жизни воздушной массы надо учитывать следующие факторы:

1. Очаг, где воздушная масса получила свои основные свойства. В зависимости от природы очага, его сухости или влажности, сама воздушная масса будет сухой или влажной, устойчивой или неустойчивой.
2. Траекторию, по которой двигалась воздушная масса от своего очага. Воздушная масса меняет свои свойства и структуру по пути своего движения в зависимости от того, перемещается ли она в более холодные или более тёплые, более влажные или более сухие районы.
3. Возраст воздушной массы, или время, протекшее со времени её выхода из очага. Интенсивность изменений свойств воздушной массы в значительной мере зависит от поверхности, по которой она движется, и от времени, в течение которого она соприкасалась с этой поверхностью. Восприятие новых свойств воздушной массой начинается от земной поверхности и распространяется вверх турбулентным перемешиванием. Поэтому максимальные изменения всегда наблюдаются у земной поверхности, когда воздушная масса» ещё «молода». Насколько далеко вверх распространятся эти изменения, зависит всецело от интенсивности влияния подстилающей поверхности и от возраста воздушной массы.

Переход от одной воздушной массы к другой обычно довольно резок. Именно, на границе двух смежных воздушных масс наблюдаются наибольшие накопления энергии и развиваются циклоны (депрессии). Эти явления будут рассмотрены в следующих главах. Здесь же мы разберём явления погоды, развивающиеся внутри воздушных масс. Для этой цели необходимо классифицировать воздушные массы по основным районам их формирования и по их развитию.

Очаги формирования воздушных масс

Так как существенным свойством воздушной массы является её однородность, то мы должны искать основные очаги формирования воздушных масс в тех частях земного шара, где поверхность Земли достаточно однородна и где в то же время преобладают мощные воздушные течения.

Влияние дивергирующих и конвергирующих воздушных течений несколько различается. Изотермы (кривые, соединяющие пункты с одинаковым значением температуры) в дивергирующих системах ветров стремятся раздвинуться, а воздух стремится приобрести большую однородность. Противоположная картина наблюдается при конвергирующих воздушных течениях. Здесь изотермы сближаются, и контрасты температуры усиливаются.

Отсюда понятно, что наиболее благоприятные условия для образования однородных воздушных масс представляет антициклоническая система ветров, расположенная над достаточно однородной подстилающей поверхностью. Исходя из этого принципа, очаги формирования воздушных масс можно классифицировать так:

1. Полярно-континентальный очаг. Зимой этот очаг занимает арктические, покрытые снегом и льдом пространства и покрытые снегом части Северной Америки и Евразийского материка. Этот район в целом охвачен антициклоническими ветрами. Летом только крайнюю северную часть перечисленных материков можно рассматривать как очаг формирования арктических континентальных воздушных масс.
2. Тропический морской очаг соответствует району субтропических антициклонов. Подстилающая поверхность здесь однородна, а система ветров преимущественно антициклоническая.
3. Тропический — континентальный очаг зимой ограничивается Североафриканским материком, а летом—обширными пространствами Африки, Азии и Южной Европы. В Северной Америке тропический континентальный воздух образуется летом в засушливых районах к западу от Миссисипи.
4. Полярный морской очаг находится в северной и северо-восточной частях Атлантического и Тихого океанов. Зимой там господствует устойчивое воздушное течение из полярных континентальных очагов к прилегающим океанам. В переходных зонах полярный континентальный воздух трансформируется в полярный морской воздух.
5. Экваториальный очаг находится в экваториальном поясе между пассатами. Подстилающая поверхность здесь чрезвычайно однородна и почти не подвержена годовым изменениям. Так как этот пояс лежит преимущественно над океаном, то экваториальный воздух содержит много влаги, а так как подстилающая поверхность очень тепла, то воздух обычно неустойчив.
6. Муссонный очаг располагается в южной и юго-восточной частях Азии. Зимой холодный воздух из полярно-континентального очага с большим постоянством течёт через горные хребты Азии к экватору. Летом воздух из экваториальных районов течёт во внутренние части Южной Азии. В результате зима здесь относительно холодна и чрезвычайно суха, летний же сезон характеризуется высокой температурой, большой относительной влажностью и обильными осадками.

Типы воздушных масс

Понятие о воздушных массах впервые было введено в метеорологическую литературу и в практику прогнозов погоды Т. Бержероном, который предложил двойную классификацию воздушных масс, а именно:

1. Географическую, в основу которой положены главные очаги формирования воздушных масс, описанные в предыдущем разделе.
2. Термодинамическую, в основу которой положены влияния, испытываемые воздушными массами при движении от очага своего формирования.

Термодинамический классификация включает два главных типа воздушных масс, а именно:

• Холодные воздушные массы, или воздух, более холодный, чем подстилающая поверхность. Воздушная масса этого типа поглощает тепло снизу, и температура в ней падает с удалением от поверхности.
• Тёплые воздушные массы, или воздух, более тёплый, чем поверхность, по которой он перемещается. Воздушная масса этого типа отдаёт тепло подстилающей поверхности; она охлаждается снизу, и вертикальный температурный градиент в ней возрастает с высотой.

Географическая классификация относится скорее к интегральному результату всех процессов, ведущих к формированию более или менее однородных воздушных масс при продолжительном пребывании их в районах основных очагов. Термодинамическая классификация по существу своему дифференциальна и относится к ближайшему во времени развитию, которое привело к образованию облаков, осадков и других преходящих явлений внутри воздушных масс.

Описанные здесь две классификации дополняют друг друга. Так, например, термин «холодный морской полярный воздух» указывает на то, что воздушная масса, полярного происхождения перемещается над океаном, который теплее воздуха. Приняв во внимание сезон и время, в течение которых эта воздушная масса находилась под действием моря, увидим, что упомянутый термин описывает определённый тип явлений погоды, характерных для воздушной массы в целом.