В нижних слоях атмосферы формируются крупномасштабные воздушные течения, составляющие общую циркуляцию. Среди них выделяются воздушные массы — обширные объемы воздуха, которые образуются над однородными поверхностями (океанами или материками) и обладают сходными характеристиками: температурой, влажностью и прозрачностью. Эти массы могут простираться на тысячи километров и перемещаться как единое целое. Их свойства относительно стабильны, но могут меняться при движении — например, воздух становится более влажным над водными пространствами или запыленным над пустынями. При смене географических условий (перемещении из одних широт в другие, с океана на сушу или наоборот) происходит трансформация воздушных масс.
Влияние воздушных масс на погоду
Перемещение воздушных масс — ключевой фактор изменения погоды. Теплые массы, приходящие с более нагретых территорий, вызывают потепление, а холодные, движущиеся с более холодных поверхностей, приводят к похолоданию. Свойства этих масс также зависят от типа подстилающей поверхности — будь то море, горы, равнины, лес или поле, поскольку каждая из них по-разному поглощает, накапливает и отражает солнечную энергию.
Основные типы воздушных масс
В зависимости от региона формирования выделяют четыре основных типа воздушных масс.
1. Арктический (антарктический) воздух (АВ) формируется над ледяными покровами полярных областей. Он характеризуется низкими температурами, малым содержанием влаги и высокой прозрачностью. При вторжении в более низкие широты этот воздух резко понижает температуру и может распространяться далеко, пока не встретит горные преграды. Различают континентальный (более сухой) и морской (более влажный) подтипы АВ.
2. Полярный воздух (ПВ), или воздух умеренных широт, формируется во внетропических широтах. Он также подразделяется на континентальный и морской. Зимой континентальный ПВ сильно охлажден и сух, принося ясную морозную погоду. Летом он, напротив, сильно прогревается. Морской ПВ формируется над океанами: он влажный и имеет умеренную температуру, зимой вызывает оттепели, а летом — пасмурную погоду и похолодание.
3. Тропический воздух (ТВ) образуется в тропических и субтропических регионах, а летом — и над южными частями умеренных широт (например, в Южной Европе, Казахстане, Средней Азии). Его вторжение в более высокие широты приводит к резкому потеплению: зимой — к оттепелям, летом — к жаре. Морской ТВ отличается высокой влажностью и температурой, а континентальный — еще более высокой температурой и запыленностью.
4. Экваториальный воздух (ЭВ) формируется в экваториальной зоне и распространяется в оба полушария. Он всегда обладает высокой температурой и влажностью, поэтому не делится на морской и континентальный подтипы. При переходе на нагретую сушу из ЭВ выпадают обильные тропические дожди. За пределы тропиков эта воздушная масса обычно не выходит.
Атмосферные фронты: границы воздушных масс
При сближении разнородных воздушных масс возникают переходные зоны, называемые атмосферными фронтами. Здесь разница температур приводит к усилению ветра, формированию мощных атмосферных вихрей — циклонов и антициклонов — и созданию поверхности раздела между теплым и холодным воздухом. Ширина фронтальной зоны обычно составляет несколько десятков километров, а ее вертикальная толщина — несколько сотен метров. Наклон фронтальной поверхности к горизонту очень мал (менее 1°), что означает: на расстоянии 300 км от линии фронта у земли его верхняя граница находится на высоте 2–3 км.
В зависимости от направления движения различают:
- Холодный фронт — когда холодный воздух наступает на теплый, подтекает под него и вытесняет вверх. Его прохождение сопровождается похолоданием.
- Теплый фронт — когда теплый воздух натекает на холодный. После его прохождения наступает потепление.
Линия фронтов часто имеет извилистую форму: изгибы к северу связаны с языками теплого воздуха, к югу — с языками холодного. Когда эти изгибы смыкаются, образуются циклоны и антициклоны.
Фронты перемещаются со скоростью 30–35 км/ч, покрывая за сутки более 600–800 км, хотя иногда их движение может замедляться. Поскольку во фронтальной зоне происходит подъем воздуха и образование облаков, погода здесь обычно облачная, с осадками.