Воздушные массы земли

Движение воздушных масс

И так, мы узнали, что такое воздушные массы на нашей планете. Теперь давайте поговорим о том, как они перемещаются. Стоит ещё сказать, что движение атмосферы оказывает сильное воздействие на климат местности. 

Введём новое понятие: циркуляция атмосферы. По сути, это движение всей атмосферы. Сюда   входят, как локальные ветра, так и муссоны, пассаты и так далее. Течения в атмосфере могут быть небольшими: от 0-100 метров, так и достигать в размерах нескольких десятков километров. Кстати, всё выше перечисленное относится только к тропосфере. Если говорить про другие области воздушной оболочки нашей планеты, например, стратосферу, то там немного всё иначе.

Существует ещё и общая циркуляция атмосферы — это такая система, в которой находятся замкнутые движения тропосферы. По масштабам такие движения можно сравнить с целым полушарием, либо же всей планетой. Такое устройство воздушных масс приводит к переносу вещества и энергии из одной области в другую.

На нашей планете существует множество разновидностей передвижения воздушной массы. Самые мелкие — это местные ветры, по своим размерам они могут достигать 10-100 метров. Кроме них существуют огромные воздушные массы такие, как циклоны, антициклоны, пассаты, муссоны и так далее. Их размеры достигают нескольких километров. Первое описание циркуляции воздушной массы составили ещё 20 лет назад. Конечно, та схема была довольно просто и содержала ошибки и недочёты, однако, на её основе создали современную схему циркуляции.

Пределы умеренного пояса

Перед тем как переходить к рассмотрению воздушных масс умеренного климатического пояса, необходимо кратко охарактеризовать местоположение последнего.

Согласно общей классификации умеренный пояс расположен между широтами тропиков (23o) и полярными кругами (66o) в обоих полушариях планеты. Это означает, что на его климат оказывают влияние как воздушные массы низких широт (тропические), так и высоких (арктические и полярные).

Когда рассматривают вопрос климата умеренных широт, то, как правило, делают это только для Северного полушария, поскольку на большей части южных умеренных широт расположены воды трех океанов.

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.

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 и их основные типы

Воздушные массы — это крупные массы воздуха тропосферы и нижней стратосферы, которые формируются над определенной территорией суши или океана и обладают относительно однородными свойствами — температурой, влажностью, прозрачностью. Они движутся как одно целое и в одном направлении в системе общей циркуляции атмосферы.

Воздушные массы занимают площадь в тысячи квадратных километров, их мощность (толщина) достигает до 20—25 км. Перемещаясь над поверхностью с иными свойствами, они нагреваются или охлаждаются, увлажняются или становятся суше. Теплой или холодной называют воздушную массу, которая теплее (холоднее) окружающей ее среды. Различают четыре зональных типа воздушных масс в зависимости от районов формирования: экваториальные, тропические, умеренные, арктические (антарктические) воздушные массы (рис. 13). Они отличаются, прежде всего, температурой и влажностью. Все типы воздушных масс, кроме экваториальных, делятся на морские и континентальные в зависимости от характера поверхности, над которой они сформировались.

Экваториальная воздушная масса формируется в экваториальных широтах, поясе пониженного давления. Обладает достаточно высокими температурами и влажностью, близкой к максимальной, и над сушей, и над морем. Континентальная тропическая воздушная масса формируется в центральной части материков в тропических широтах. Она обладает высокой температурой, низкой влажностью, сильной запыленностью. Морская тропическая воздушная масса образуется над океанами в тропических широтах, где преобладают довольно высокие температуры воздуха и отмечается высокая влажность.

Континентальная умеренная воздушная масса формируется над материками в умеренных широтах, господствует в Северном полушарии. Ее свойства изменяются по сезонам. Летом довольно высокая температура и влажность, характерны осадки. Зимой низкие и крайне низкие температуры и невысокая влажность. Морская умеренная воздушная масса формируется над океанами с теплыми течениями в умеренных широтах. Летом она прохладнее, зимой — теплее, отличается значительной влажностью.

Континентальная арктическая (антарктическая) воздушная масса формируется над льдами Арктики и Антарктиды, обладает крайне низкими температурами и небольшой влажностью, высокой прозрачностью. Морская арктическая (антарктическая) воздушная масса образуется над периодически замерзающими морями и океанами, ее температура несколько выше, влажность больше.

Воздушные массы находятся в постоянном движении, при их встрече образуются переходные зоны, или фронты. Атмосферный фронт — пограничная зона между двумя воздушными массами, обладающими разными свойствами. Ширина атмосферного фронта достигает десятков километров. Атмосферные фронты могут быть теплыми и холодными в зависимости от того, какой воздух надвигается на территорию и какой вытесняется (рис. 14). Чаще всего атмосферные фронты возникают в умеренных широтах, где встречаются холодный воздух из полярных широт и теплый из тропических широт.

Прохождение фронта сопровождается изменениями в погоде. Теплый фронт перемещается в сторону холодного воздуха. С ним связаны потепление, слоисто-дождевые облака, приносящие моросящие осадки. Холодный фронт перемещается в сторону теплого воздуха. Он приносит обильные кратковременные ливневые осадки, часто со шквалистыми ветрами и грозами, и похолодание.

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.

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.

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.

Каковы свойства воздушных масс?

Основные свойства масс воздуха – температура и влажность. Если рассматривать их циркуляцию на примере России, то арктические массы, образующиеся в полярных широтах, на территории нашей страны отличаются низким температурным режимом, высокой относительной и низкой абсолютной влажностью на протяжении всего года.
Умеренные массы господствуют в умеренном поясе и меняют свои свойства от сезона к сезону. Летом они теплые и влажные, зимой – наоборот, прохладные и сухие. Частично на российской территории присутствуют тропические массы с высокой температурой. Их относительная влажность всегда имеет низкие показатели, тогда как абсолютная варьируется по месту формирования.

По горизонтали.

Различные воздушные массы, господствующие над Северным полушарием

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.

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, иногда с радиационными туманами. Дополнительный тип — значительная и сплошная слоистая и слоисто-кучевая облачность , иногда слабые снегопады .