Горизонтальная неоднородность атмосферы

Атмосфера по своим физическим свойствам неоднородная не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении. Изменения метеорологических элементов по горизонтали происходит неравномерно.

Большие объемы воздуха в тропосфере, которые имеют относительно однородные свойства и перемещаются в одном направлении называются воздушными массами.

Свойства воздушной массы определяются местом ее формирования, то есть характером подстилающей поверхности, над которой она продолжительное время находилась. Например, воздушной массе, сформированной над ледяным покровом Арктики, присущи низкие температура и упругость водного пара, большая прозрачность. А воздушной массе, сформированной над тропическими широтами – высокая температура, влажность и большое помутнение.

Принято различать следующие воздушные массы (географическая классификация):

• арктический воздух, который формируется за Полярным кругом, в Антарктическом бассейне и над связанными с ним частями материков;

• умеренный воздух, который формируется в умеренных широтах;

• тропический воздух, который формируется в тропических и субтропических областях, а летом, иногда, в южных районах умеренных широт;

• экваториальный воздух, который формируется в экваториальной зоне и иногда переходный из одного полушария в другое.

Различают морские и континентальные воздушные массы, в зависимости от поверхности, над которой они сформировались.

Воздушные массы в тропосфере находятся в непрерывном движении, то есть перемещаются из места своего формирования в другие области. При перемещении воздушной массы с одной подстилающей поверхности на другую, например, с суши на море, происходит изменение ее характеристик, называемое трансформацией. При трансформации иногда может измениться даже географический тип воздушной массы.

Наряду с географической классификацией воздушные массы разделяют на холодные и теплые.

Холодной воздушной массой называется такая воздушная масса, приход которой вызовет похолодание в данном районе. Холодная масса обычно движется на более теплую подстилающую поверхность.

Теплой воздушной массой называется воздушная масса, приход которой в данный район вызовет потепление. Теплая воздушная масса движется на более холодную подстилающую поверхность.

Воздушные массы постоянно взаимодействуют между собою. В границах одной воздушной массы метеорологические элементы изменяются незначительно. При переходе же от одной воздушной массы к другой происходит скачкообразное изменение метеорологических элементов.

Переходные зоны между соседними воздушными массами, в которых метеорологические элементы быстро изменяются в горизонтальном направлении, называют фронтальными зонами (поверхностями) или фронтами. Фронтальная зона всегда наклонена в сторону холодного воздуха, но угол его наклона составляет лишь несколько угловых минут.

На рисунке 2.4 приведена схема образования атмосферного фронта.

Рисунок 2.4 – Схема образования атмосферного фронта

Фронты разделяют на холодные и теплые.

Если холодный воздух надвигается клином под отступающий теплый воздух, вытесняя его вверх, то фронт называется холодным.

Если теплый воздух постепенно натекает на отступающий холодный воздух, то фронт называется теплым.

Соответственно географической классификации воздушных масс принято различать три главных фронта:

• арктический – между арктическим и умеренным воздухом;

• фронт умеренных широт – между умеренным и тропическим воздухом;

• тропический – между тропическим и экваториальным воздухом.

Перемещение, трансформация и взаимодействие воздушных масс и фронтальных поверхностей является важнейшими объектами изучения в синоптической метеорологии, так как именно они обуславливают изменения погоды. При прохождении фронтов часто наблюдаются интенсивное образование облаков, выпадение осадков, усиление ветра, туманы, грозы, шквалы и другие метеорологические явления.

На основании взаимодействия воздушных масс с подстилающей поверхностью, в атмосфере выделяют два слоя:

• граничный слой атмосферы или слой трения;

• свободную атмосферу.

В граничном слое, который простирается от поверхности Земли в среднем до высоты 1-1,5 км, на характер движения большое влияние имеет земная поверхность и сила турбулентного трения. В этом слое ярко обнаруживаются суточные изменения температуры, давления, влажности воздуха, направления и скорости ветра и других метеорологических элементов.

В свободной атмосфере силами турбулентного перемешивания можно пренебречь. Здесь на характер движения воздуха земная поверхность практически не влияет и суточный ход метеорологических элементов более гладкий.