Раздел 4. Атмосферные процессы, обуславливающие погоду

Классификация воздушных масс и атмосферных фронтов. Особенности циркуляции в циклонах и антициклонах. Общая циркуляция атмосферы. Климатические классификации.

Атмосферные процессы, наблюдаемые над обширными территориями масштаба нескольких тысяч километров, называются синоптическими процессами. Эти процессы являются результатом формирования, развития и взаимодействия воздушных масс, разделов между ними – атмосферных фронтов и связанных с ними циклонов и антициклонов.

Во время предполетной подготовки экипаж воздушного судна должен изучить по материалам АМСГ метеорологическую обстановку и условия полета по маршруту, в аэропортах вылета и посадки, на запасных аэродромах, обратив внимание на основные атмосферные процессы, обуславливающие погоду: на состояние воздушных масс, на расположение барических образований, на положение атмосферных фронтов относительно маршрута полета.

4.1 Воздушные массы

В тропосфере принято различать большие по объему массы воздуха, которые располагаются над территориями, сопоставимыми по размерам с материками и океанами. Эти массы воздуха – воздушные массы – имеют некоторые общие свойства, связанные с территорией, где они сформировались. Воздушные массы постепенно перемещаются над земной поверхностью, удаляясь от очага их формирования. Воздух под влиянием подстилающей поверхности может постепенно изменять свои свойства, этот процесс называется трансформацией воздушных масс. Существуют две основные классификации воздушных масс: термодинамическая и географическая.

Термодинамическая классификация воздушных масс делит их в зависимости от их устойчивости, влагосодержания, степени прогретости.

Устойчивая воздушная масса характеризуется небольшими значениями вертикального градиента температуры, часто – наличием инверсионных слоев. В ней нет условий развития конвекции. При высоком влагосодержании возможно образование тумана, дымки, облачности слоистых форм, а если выпадают осадки, то в виде мороси, слабого дождя или снега. В погодных условиях устойчивой воздушной массы могут возникать сложные условия только для взлета, посадки и визуальных полетов от земли до высоты 1-2 км, выше – малооблачно. Летом преобладает малооблачная погода или кучевые облака со слабой турбулентностью до 500 м, видимость несколько ухудшена за счет запыленности, ночью и в утренние часы дымка, туман. Устойчивая воздушная масса соответствует теплому сектору циклона и западной периферии антициклонов.

Неустойчивая воздушная масса имеет большие значения вертикального градиента температуры и, как правило, большее влагосодержание. Летом в такой массе интенсивно развивается конвекция, возникает конвективная облачность, выпадают ливневые осадки, которые могут сопровождаться грозами. Над сушей чаще это происходит днем в послеполуденные часы, а над морем – ночью. В неустойчивой воздушной массе происходит интенсивное перемешивание воздуха, обмен между нижним приземным и вышележащими слоями. В связи с развитой турбулентностью в неустойчивой воздушной массе полеты могут сопровождаться болтанкой. Ветры в такой массе порывистые, часто сильные; видимость лучше, чем в устойчивой, особенно в нижнем приземном слое воздуха, за исключением зон выпадения ливневых осадков.

Теплая воздушная масса в приземном слое отличается более высокой температурой, чем температура подстилающей поверхности. Чаще всего над сушей теплые воздушные массы появляются в холодное время года. Охлаждаясь над холодной поверхностью суши они быстро становятся устойчивыми.

Холодная воздушная масса имеет более низкие значения температуры воздуха, чем температура подстилающей поверхности. Летом над континентами воздушная масса, поступающая с моря, обычно оказывается холодной. Прогреваясь в нижнем слое, она сразу проявляет себя как термодинамически неустойчивая. Зимой над сушей такая масса стратифицирована устойчиво, в нижнем слое над поверхностью земли образуется инверсия с морозной дымкой, туманом и реже – со слоистой облачностью. Из-за сухости воздуха в холодной воздушной массе над континентом зимой чаще преобладает малооблачная погода.

По общей географической классификации воздушные массы различаются в зависимости от географического положения очага их формирования с учетом характера подстилающей поверхности (океан или материк). По этому критерию выделяют следующие основные типы воздушных масс:

1. арктический воздух (АВ) – морской (мАВ) и континентальный (кАВ);

2. умеренный, или полярный, воздух (УВ) – морской (мУВ) и континентальный (кУВ);

3. тропический воздух (ТВ) – морской (мТВ) и континентальный (кТВ);

4. экваториальный воздух (ЭВ).

Иногда дополнительно выделяют муссонный воздух (МВ), а в южном полушарии аналогом арктического воздуха является антарктический.

Арктический воздух (АВ) зимой формируется практически во всей области за Полярным кругом за исключением Норвежского моря и незамерзающей части Баренцева моря, а летом – в основном надо льдами Арктики. Вторжения в умеренные широты арктического воздуха происходят преимущественно в тылу циклонов за холодными фронтами и при развитии антициклонов за этими фронтами. Для западной Европы характерен мАВ, для Азии и Северной Америки – кАВ. На юге Европы АВ проникает до Альп и Кавказа, а иногда и южнее.

Морской умеренный воздух вторгается на материки преимущественно в тылу циклонов за холодными фронтами. В зависимости от траектории циклона и широтной зоны океана, откуда вторгается мУВ, его свойства в одних случаях близки к свойствам мАВ, в других – к свойствам мТВ.

Континентальный тропический воздух летом может при длительной малооблачной погоде со слабыми ветрами в антициклонах формироваться непосредственно над материками до широты примерно 50⁰ с.ш. По западной периферии антициклона он может проникать на север до побережья Северного Ледовитого океана. Зимой над материками, как правило, наблюдается морской тропический воздух, вторгающийся в умеренные широты в теплых секторах циклонов, перемещающихся по южным траекториям и по северным перифериям субтропических антициклонов.

Экваториальный воздух в умеренные широты не проникает.

Таблица 4.1 Характеристики различных географических типов воздушных масс в центральных районах Европейской территории страны [4]

	кАВ	мАВ	кУВ	мУВ	кТВ	мТВ
Вертикальная протяженность, км	1 – 3	2 – 5	Обычно до тропопаузы
Средняя температура в приземном слое: Январь Июль	– 20 +8	– 10 +10	–8 +20	– 1 +15	Не характерен +25	+3 Не характерен
Горизонтальная видимость, км	20 –50	> 50	4 – 10	10 – 20	2 – 6	2 – 6
Характерные системы конденсации: Зима	Ясно	Sc	Ясно	Cb, Sc, снегопады	—	St, морось, туманы
Лето	Cu	Cb, ливни	Ясно, Cu	Cb, ливни	Ясно, Cb, ливни	Не характерно