10.1. Воздушные массы

Вследствие различий солнечного тепла на Земле и самой подстилающей поверхности (суша, океан), которые по-разному преобразуют солнечное тепло, основные свойства воздушных масс – температура, влажность, прозрачность – неодинаковы. В результате воздух тропосферы в горизонтальном направлении расчленяется на отдельные воздушные массы. Это крупные объемы воздуха, обладающие относительно однородными физическими свойствами и движущиеся как одно целое в одном из течений планетарной циркуляции атмосферы. Размеры воздушных масс определяются тысячами километров – по горизонтали, т. е. соизмеримы с большими частями материков и океанов, и вплоть до тропопаузы – по вертикали. Друг от друга они отделяются атмосферными фронтами.

Свойства воздушных масс несут отпечаток очага формирования – той территории или акватории, над которой они возникли. Для приобретения определенных свойств воздушные массы, помимо формирования в однородных радиационных условиях над однотипной подстилающей поверхностью, должны иметь возможность более или менее продолжительное время застаиваться в районе образования. Такие условия весьма характерны для областей высокого давления, которые являются типичными очагами формирования воздушных масс.

Воздушные массы не абсолютно однородны во всех своих частях, но более или менее длительно сохраняют свою индивидуальность при перемещении из одних районов Земли в другие. Однако поскольку они все-таки движутся, то свойства их изменяются. Процесс изменения свойств воздушных масс называется трансформацией. Перерождение их тем значительнее, чем контрастнее разница радиационных условий и подстилающей поверхности очага формирования и той территории, на которую пришла воздушная масса. Но при этом важна скорость ее движения. Если воздушная масса движется медленно, то изменения ее свойств весьма ощутимы, если быстро, то она дольше сохраняет первоначальные свойства, так как на трансформацию нужно время.

Воздушные массы по скорости перемещения делятся на местные (малоподвижные) и движущиеся.

Местные воздушные массы длительно находятся в одном районе. Свойства их определяются охлаждением или нагреванием снизу в зависимости от времени года. Поэтому они могут быть устойчиво и неустойчиво стратифицированными. Над нагретой поверхностью (летом над сушей, зимой над океаном) воздушные массы обладают неустойчивой стратификацией, над охлажденной поверхностью (зимой над сушей, летом над океаном) – устойчивой стратификацией. Мощная конвекция в связи с влажно-неустойчивым состоянием воздуха происходит весь год в экваториальных широтах.

Движущиеся воздушные массы по отношению к подстилающей поверхности делятся на теплые (ТВ) и холодные (ХВ). Теплая воздушная масса та, которая приходит на холодную подстилающую поверхность, а холодная, наоборот, – на теплую подстилающую поверхность. Температуры здесь относительные, а не абсолютные. Например, воздух с Атлантики, приходящий на Восточно-Европейскую равнину зимой с температурой около О °С, теплый, а летом с температурой около +15°С – холодный.

Теплая воздушная масса, приходящая на холодную поверхность, способствует потеплению, но сама охлаждается и приобретает устойчивую стратификацию. В ней возможны адвективные туманы, слоистые облака с моросящими осадками, температурная инверсия, так как снизу, особенно от снега, происходит сильное охлаждение.

Холодная воздушная масса, приходя на теплую поверхность, приносит похолодание (в умеренных широтах весной и осенью вплоть до заморозков), но и сама трансформируется. Вследствие прогревания снизу она становится неустойчиво стратифицированной, в ней развивается конвекция, образуются кучевые и кучево-дождевые облака, которые, как правило, дают ливневые осадки.

По влажности воздушные массы делятся на относительно сухие и относительно влажные.

Приход тех или иных воздушных масс в регион сопровождается не только их трансформацией, но и изменением режима погоды: резким или постепенным в зависимости от скорости их перемещения и степени контрастности прежних и новых условий.

Географическая (зональная) классификация воздушных масс: по физическим свойствам различают четыре зональных типа воздушных масс: арктический (антарктический) воздух – АВ, полярный (по международной классификации) или воздух умеренных широт – ПВ (ВУШ), тропический – ТВ и экваториальный – ЭВ. Первые три типа делятся на континентальный и морской подтипы. В экваториальном воздухе больших различий в свойствах нет, где бы он ни сформировался.

Эту классификацию с полным правом можно назвать и географической и генетической, поскольку в ней учитываются зональные радиационные условия и характер подстилающей поверхности. Каждому типу и подтипу воздушных масс присущи более или менее определенные интервалы температур, влажности, прозрачности. Однако решить вопрос о принадлежности воздушной массы к тому или иному типу и подтипу не всегда просто, так как в атмосфере нет четких границ, а воздушные массы постоянно движутся и трансформируются.

Континентальный арктический и антарктический воздух (кАВ) формируется надо льдами Арктики и Антарктиды. Он обладает крайне низкой температурой, малым влагосодержанием. большой прозрачностью. Его вертикальная мощность около 2 км. Вторжения континентального арктического воздуха в умеренные широты Евразии и Северной Америки называют волнами холода. Но, как правило, арктический воздух не переваливает Кавказ, горы Средней Азии и юга Сибири, так как, продвигаясь к югу, он уменьшается в мощности из-за эффекта широты до 0,5 км. В Северной Америке по Центральным равнинам между меридионально расположенными хребтами он может распространяться вплоть до Мексиканского залива, по пути трансформируясь в воздух умеренных широт. Весной и осенью с вторжениями кАВ связаны заморозки.

Морской арктический и антарктический воздух (мАВ) образуется над периодически замерзающими морями Арктики и вокруг Антарктиды. Его температура несколько выше, чем кАВ, влагосодержание больше, прозрачность хуже.

Континентальный полярный (умеренных широт) воздух (кПВ) формируется над материками в северном полушарии. Его свойства по сезонам года неодинаковые: летом характерны довольно высокая температура, значительная абсолютная влажность, наблюдается подъем воздуха при нагреве от подстилающей поверхности и выпадение осадков, прозрачность воздуха средняя; зимой характерны низкие и крайне низкие (в Восточной Сибири) температуры, невысокая абсолютная влажность, большая прозрачность.

Морской полярный (умеренных широт) воздух (мПВ) образуется над незамерзающими океанами с теплыми течениями в северном полушарии и безраздельно господствует над океаническими просторами южного полушария с нейтральным по температуре течением Западных ветров. Летом мПВ прохладнее, чем кПВ; зимой теплее, температура его выше 0°С, влажность большая, прозрачность низкая. Вторгаясь зимой в циклонах на западные окраины и в глубь материков, он приносит потепление, осадки и пасмурную погоду.

Вторжения мПВ летом на западные и восточные окраины материков вызывают похолодания, способствуют выпадению фронтальных осадков из кПВ. Нагреваясь, он сам становится неустойчиво стратифицированным, образуются конвективные облака и осадки.

Континентальный тропический воздух (кТВ) формируется над тропическими и субтропическими пустынями и полупустынями Северной и Южной Африки, Передней и Центральной Азии, Северной Америки и Австралии. У него высокая температура, особенно летом, средняя абсолютная влажность, небольшая прозрачность из-за пыли. Вторжения тропического воздуха в умеренные широты, особенно летом, называют волнами тепла. При этом устанавливается жаркая сухая погода, осенью – теплое сухое бабье лето.

Морской тропический воздух (мТВ) образуется в барических субтропических максимумах над океанами. Температура его по сравнению с кТВ ниже, влажность больше, прозрачность хуже. Его вторжения на сушу зимой вызывают оттепели.

Экваториальный воздух (ЭВ) образуется в полосе пониженного давления вдоль экватора над влажными вечнозелеными лесами и океанами с теплыми течениями. Он обладает большой мощностью – вплоть до тропопаузы, высокими, ровными температурами. При-

чем ЭВ прогрет до больших высот – до верхней границы кучевых и кучево-дождевых облаков благодаря выделению скрытой теплоты парообразования выше уровня конденсации. У него большая абсолютная и относительная влажность, малая прозрачность. Летом соответствующего полушария в виде экваториальных муссонов он проникает в сторону тропиков, особенно далеко в Индии (до 30° с.ш.). Типичные воздушные массы со всеми присущими им характерными свойствами наблюдаются лишь в очагах формирования. Ввиду большого объема, протяженности и подвижности они не могут иметь абсолютных стандартных характеристик.