Состояние атмосферы, или погода, которая наблюдается в конкретной местности в заданный период времени, однозначно определяется концепцией эволюции воздушных масс. В статье рассматривается вопрос о том, чем отличаются от континентальных воздушные массы морские, а также дается характеристика другим явлениям, связанным с этим атмосферным феноменом.
Что принято понимать под словами "воздушная масса"?
В начале 20-х годов ХХ века норвежский физик и метеоролог Вильгельм Бьеркнес впервые в своих научных трудах использовал понятие "воздушные массы". Что такое воздушная масса? Под этим термином подразумевают огромный объем воздуха, который может покрывать площадь до 1 млн км2 и имеет толщину в несколько километров. Он характеризуется определенной температурой и влажностью. Эти две физические характеристики являются одинаковыми по всему объему воздушной массы, однако ввиду больших размеров последней они могут незначительно отличаться в различных ее точках.
Из этого определения понятно, что если конкретный объем воздуха находится в течение нескольких дней над рассматриваемой территорией, то погодные условия будут во многом зависеть от его свойств: будет он холодный и сухой или, наоборот, теплый и насыщенный водяными парами. Все это скажется на температурных условиях, на наличии осадков в рассматриваемой местности и так далее.
Условия формирования масс воздуха
Зная, что такое воздушная масса, перейдем к вопросу ее формирования. Этот атмосферный феномен образуется не в любой местности и не над каждой территорией. Для его образования необходимо выполнение двух условий:
- Территория должна иметь большую площадь и однородный рельеф. Если небольшие равнины чередуются с горными хребтами или наблюдаются сильные перепады высот на относительно небольшой площади земной поверхности, то здесь воздушная масса образоваться не может.
- Над рассматриваемой территорией практически не должно быть ветра. Чтобы воздух вошел в равновесие с поверхностью, над которой он находится, необходимо некоторое время. В противном случае постоянное его перемещение и смена одних объемов другими будут препятствовать образованию гомогенных по температуре и влажности больших масс воздуха.
Отмеченным условиям удовлетворяют равнинные зоны континентов, а также практически любая морская поверхность.
Типы воздушных масс
Поскольку рассматриваемый объект характеризуется двумя основными параметрами (температура и влажность), то на его формирование влияют также два фактора:
- Географическая широта, которая определяет температуру массы.
- Свойства поверхности (континент или океан), которые определяют влажность воздуха.
В связи со сказанным принято выделять следующие типы воздушных масс (в скобках приводятся их условные обозначения латинскими буквами):
- Арктическая (A). Она образуется в самых высоких земных широтах (90˚) на обоих полюсах и по своим характеристикам является континентальной. На картах ее обозначают символом cA.
- Полярная (P). Она формируется в широтах, прилегающих к полярным кругам южного и северного полушарий (параллель 66˚), но зона ее действия распространяется до средних широт (вплоть до 50˚). Эти массы могут быть как континентальными (cP), так и морскими (mP).
- Тропическая (T). Зона ее формирования – это тропический климатический пояс (приблизительно 20˚-35˚). Так же, как и полярная, она может быть континентальной (cT) или морской (mT).
- Экваториальная (E). По названию можно догадаться, что области ее формирования – это низкие широты в пределах экватора. Она может быть только морской (mE).
Особенности масс разного типа
Учитывая зоны образования воздушных масс, характеристику каждой из них можно привести следующую:
- Арктическая характеризуется чрезвычайно низкими температурами (-40 ˚C и ниже) и практическим отсутствием водяных паров в ней.
- Полярная. Так же как и арктическая, она является холодной (до -30 ˚C), однако в летнее время года ее температура повышается до 15 ˚C. Масса cP является относительно сухой, в свою очередь mP характеризуется уровнем влажности 5-10 г H2O на 1 кг воздуха.
- Тропическая является самой горячей из всех масс воздуха. Температура cT может превышать +40 ˚C, mT немного холоднее - ее типичная температура лежит в пределах +22-30 ˚C.
- Экваториальная mE – это самая влажная масса воздуха. Показатели водяного пара в ней достигают значений более 20 г H2O на 1 кг воздуха. Так же как и тропическая, экваториальная масса характеризуется высокими температурами (порядка +27 ˚C).
Движение и стабильность масс воздуха
Если объем воздуха в течение достаточно длительного времени (дни, недели) не изменяет своих физических характеристик, то говорят о стабильности таких воздушных масс. Как правило, они образуются в высоких широтах, то есть это cA и cP. Ярким примером нестабильных масс являются mT и mE. Эти теплые и влажные объемы воздуха находятся в зоне влияния ветров пассатов, которые осуществляют постоянное перемешивание атмосферы, носящее как вертикальный, так и горизонтальный характер.
После своего формирования огромные объемы земной атмосферы начинают движение в области низкого давления. Движение воздушных масс приводит к тому, что они начинают изменяться под влиянием поверхности, над которой проходят. Здесь возможны два случая:
- Если масса имеет температуру выше, чем поверхность, то она в своих нижних слоях охлаждается, что приводит к повышению ее стабильности за счет температурной инверсии.
- Если поверхность является более теплой, чем воздушная масса, движущаяся над ней, тогда нижние слои воздуха разогреваются, создаются условия для активации конвекционных потоков. Последний факт приводит к дестабилизации рассматриваемой массы.
На указанную стабильность влияет не только температура поверхности, но также особенности рельефа (подъем по горному склону дестабилизирует массу и наоборот) и распределение изобар, то есть областей одинакового давления (антициклон стабилизирует, а циклон дестабилизирует массу воздуха).
На рисунке ниже изображены воздушные массы и их движение зимой (верхнее изображение) и летом (нижнее изображение). Буквы k и w означают, что этот объем воздуха имеет более низкую или более высокую температуру, чем поверхность, соответственно.
Воздушный фронт
Рассматривая вопрос движения воздушных масс, следует пару слов сказать и об их фронте. Он представляет собой область столкновения двух огромных объемов воздуха, имеющих разные физические характеристики. Например, один может быть теплым и влажным (mT), а другой – сухим и холодным (cP).
При вытеснении теплых масс холодными или наоборот на их фронте создаются благоприятные условия для формирования вертикальных конвекционных потоков, что приводит к образованию кучевых дождливых облаков. Этот факт объясняет, почему в средних широтах максимальное количество осадков выпадает осенью и весной.
Чем морские воздушные массы отличаются от континентальных?
Завершим статью рассмотрением этого вопроса. Из данной выше характеристики для масс воздуха можно самостоятельно на него ответить. Итак, чем от континентальных воздушных масс отличаются морские? Первое и главное их различие – это уровень влажности. Основное свойство континентальных воздушных масс заключается в их сухости. Массы же типа m (mP, mT, mE) образованы над морями и океанами, поэтому они несут с собой огромное количество водяного пара.
Чем морские воздушные массы от континентальных отличаются еще? Благодаря большому содержанию H2O в массах типа m они характеризуются менее резкими перепадами температур при их образовании в различное время года, чем это свойственно для объемов воздуха типа c (континентальные). По этой же причине морские массы менее прозрачны и сильнее рассеивают солнечный свет.