Какими свойствами характеризуются умеренные воздушные массы

Умеренный пояс расположен между полярным кругом и тропиками, поэтому на его климатические условия оказывают влияние как воздушные массы низких широт, так и высоких. В данной статье дадим характеристику типов воздушных масс умеренного пояса.

Воздушные массы и их типы

Концепция воздушных масс была разработана в первые годы после Первой мировой войны норвежскими учеными. В настоящее время под этой фразой понимают огромные объемы воздуха, которые характеризуются некоторыми средними значениями температуры и влажности. Этот воздушный объект может иметь длину (ширину) до 1000 км и высоту от нескольких километров до 10 км. Внутри этого гигантского атмосферного образования температура и влажность могут испытывать изменения, однако они намного меньше, чем средние значения этих величин в соседней воздушной массе.

На нашей планете выделяют следующие типы рассматриваемых масс в зависимости от их температуры:

• арктические;
• полярные;
• тропические;
• экваториальные.

Очевидно, что чем в более низких широтах сформировалась воздушная масса, тем выше будет ее температура.

С точки зрения влажности выделяют два типа масс:

• Континентальные (сухие).
• Морские (влажные).

Умеренные воздушные массы включают в себя все названные выше типы, за исключением экваториальных, которые до средних широт просто-напросто не доходят.

Пределы умеренного пояса

Перед тем как переходить к рассмотрению воздушных масс умеренного климатического пояса, необходимо кратко охарактеризовать местоположение последнего.

Согласно общей классификации умеренный пояс расположен между широтами тропиков (23o) и полярными кругами (66o) в обоих полушариях планеты. Это означает, что на его климат оказывают влияние как воздушные массы низких широт (тропические), так и высоких (арктические и полярные).

Когда рассматривают вопрос климата умеренных широт, то, как правило, делают это только для Северного полушария, поскольку на большей части южных умеренных широт расположены воды трех океанов.

Области формирования воздушных масс, оказывающих влияние на климат средних широт

Воздух обладает достаточно низкой теплопроводностью. Это означает, что для формирования гомогенной (однородной) воздушной массы, которая приобрела бы характеристики поверхности (земной или водной), ей необходимо некоторое время находиться над ней в относительном покое. Такие условия могут быть созданы, если выполняются следующие требования:

1. Поверхность не обладает сильными перепадами высот (море, пустыни, равнины).
2. Воздух в данном регионе имеет достаточно высокое давление, в противном случае он будет замещен приходящими массами с соседних территорий. Этому условию соответствуют антициклоны.

При рассмотрении Северного полушария выделяют следующие зоны, формирующие воздушные массы:

• северный полюс;
• северная часть Евразии (территория России);
• север Канады;
• северные зоны Атлантического и Тихого океанов.

Далее в статье дадим характеристику умеренных воздушных масс, перечисленных в этом списке.

Арктические массы

Они формируются в непосредственной близости к Северному полюсу. Поскольку здесь круглый год температуры ниже нуля и водная поверхности покрыта ледниками, то такие условия приводят к образованию холодных и сухих объемов воздуха. Его температура лежит в пределах от -55 oC до -35 oC, а количество водяного пара в нем не превышает 0,02 г на 1 кг воздуха.

Эти воздушные массы являются чрезвычайно стабильными. Они никогда не приводят к формированию осадков, даже если для этого создать условия для образования восходящих конвекционных потоков. На картах арктические массы принято обозначать латинскими буквами cA, где буква c указывает на их континентальный характер (отсутствие влажности).

Полярные массы

Это, пожалуй, самые важные воздушные массы умеренного пояса, поскольку их районы формирования целиком находятся в его пределах. Несмотря на их название, широты, где они образуются и доминируют, расположены между 50-й и 70-й параллелями. Различают два основных типа этих масс, характеристика которых приводятся ниже:

• Континентальные. Район формирования умеренных воздушных масс этого типа лежит на континентах (север Евразии и северная часть Северной Америки). Их типичные зимние температуры лежат в области 20-35 oC ниже нуля. Это достаточно сухие объемы воздуха, поскольку их уровень влажности не превосходит 0,6 г/кг. Летом их воздух прогревается до 5-15 oC, а влажность повышается в 10 раз и достигает значений 6 г/кг. Как показывают эти цифры, полярные массы даже летом остаются достаточно прохладными и сухими. Их принято обозначать символом cP.
• Морские. Образуются они в северной части Атлантического и Тихого океанов. Температура умеренных воздушных масс этого типа колеблется значительно меньше в течение года, чем аналогичная величина для cP. Так, зимой ее значения составляют 0-10 oC, а летом – 2-14 oC выше нуля. Эти массы являются относительно нестабильными и влажными (10 г/кг). Обозначают их буквами mP (m – морская).

Вопрос стабильности масс воздуха

Рассмотренная классификация и характеристики умеренных воздушных масс являются идеальными или модельными. В действительности эти атмосферные образования находятся в постоянном движении. Проходя над территорией, свойства которой отличаются от регионов формирования масс, последние изменяются. Чтобы понять, в какую сторону будут идти эти изменения, необходимо ответить на 2 вопроса:

1. Поверхность, над которой масса движется, имеет большую или меньшую температуру, чем она?
2. Эта поверхность является более влажной или нет?

Когда масса имеет более низкую температуру, чем поверхность, то ее нижние слои нагреваются, что создает благоприятные условия для перемешивания воздуха в ней с помощью конвекции. То есть происходит ее дестабилизация. Этот процесс приводит к выпадению осадков, если влажность воздуха является достаточной. Для описания описанного эффекта используют латинскую букву k.

Обратная ситуация: масса является более теплой, чем поверхность. В этом случае ее нижние слои охлаждаются, что создает инверсию температуры в ее основании, это препятствует образованию конвекционных потоков. В таком случае говорят, что масса стабилизируется. Этот процесс обозначают на картах буквой w. Следствием стабилизации массы является возникновение тумана и ухудшение видимости.

Воздушные массы умеренного пояса в январе и июле

Проще всего этот вопрос рассмотреть с использованием карты. Она приведена на рисунке ниже.

Верхнее изображение соответствует зонам формирования и движения масс воздуха в январе. Здесь видно, что на территории севера Евразии и Северной Америки доминирует стабильная cP. Западная же часть Европы находится под влиянием арктических (см. фронт AF) и морских холодных полярных масс (mPk), которые, проходя над Атлантическим океаном, насыщаются водяными парами. Последние, конденсируясь, приводят к образованию сильных дождей, снегопадов и града. На юге Европы, в зоне Средиземного моря, доминирует теплый тропический морской фронт (mTw).

Нижний рисунок демонстрирует распределение воздушных масс в июле. На нем видно, что воздушные массы умеренного пояса на севере Евразии в середине лета характеризуются фронтом арктического (AF) и морского холодного полярного воздуха (mPk), приводящим к образованию дождей. Континентальный полярный воздух (cPk) опускается в более низкие широты, а на юге Европы полностью доминирует тропическая континентальная сухая масса (cT). В свою очередь, большая часть Североамериканского континента (за исключением севера) находится под влиянием нестабильных тропических влажных масс (mT).

ВЕТЕР. ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ

Атмосфера неоднородна. В ее составе, особенно вблизи земной поверхности, можно выделить воздушные массы.
Воздушные массы – отдельные крупные объемы воздуха, обладающие определенными общими свойствами (температурой, влажностью, прозрачностью и т.д.) и движущиеся как одно целое. Однако внутри этого объема ветры могут быть разные. 

Свойства воздушной массы определяются районом ее формирования. Она приобретает их в процессе соприкосновения с подстилающей поверхностью, над которой она формируется или задерживается. Воздушные массы имеют разные свойства.
Например, воздух Арктики имеет низкие, а воздух тропиков высокие температуры во все сезоны года, воздух северной Атлантики существенно отличается от воздуха материка Евразии.
Горизонтальные размеры воздушных масс огромны, они соизмеримы с материками и океанами или их крупными частями. Выделяют главные (зональные) типы воздушных масс, формирующихся в поясах с разным атмосферным давлением:

• арктические (антарктические), 
• умеренные (полярные), 
• тропические,
• экваториальные. 

Зональные воздушные массы подразделяются на морские и континентальные – в зависимости от характера подстилающей поверхности в районе их формирования.

Арктический воздух формируется над Северным Ледовитым океаном, а зимой еще и над севером Евразии и Северной Америки. Воздух характеризуется низкой температурой, малым влагосодержанием, хорошей видимостью и устойчивостью. Его вторжения в умеренные широты вызывают значительные и резкие похолодания и обусловливают преимущественно ясную и малооблачную погоду. Арктический воздух подразделяется на следующие разновидности.
Морской арктический воздух (мАв) – формируется в более теплой Европейской Арктике, свободной от льда, с более высокой температурой и большим влагосодержанием. Его вторжения на материк зимой вызывают потепление.
Континентальный арктический воздух (кАв) – формируется над Центральной и Восточной ледяной Арктикой и северным побережьем материков (зимой). Воздух имеет очень низкие температуры, низкое влагосодержание. Вторжение кАв на материк обусловливает сильное похолодание при ясной погоде и хорошей видимости.

Аналогом арктического воздуха в Южном полушарии является антарктический воздух, но влияние его распространяется преимущественно на прилегающие морские поверхности, реже – на южную оконечность Южной Америки.

Умеренный (полярный) воздух. Это воздух умеренных широт. В нем также различают два подтипа. Континентальный умеренный воздух (кУв), который формируется над обширными поверхностями материков. Зимой он очень охлажден и устойчив, погода обычно ясная с крепкими морозами. Летом он сильно прогревается, в нем возникают восходящие токи, образуются облака, нередко выпадают дожди, наблюдаются грозы. Морской умеренный воздух (мУв) формируется в средних широтах над океанами, западными ветрами и циклонами переносится на материки. Он характеризуется высокой влажностью и умеренными температурами. Зимой мУв приносит пасмурную погоду, обильные осадки и повышение температуры (оттепели). Летом он также приносит большую облачность, дожди; температура при его вторжении понижается.
Умеренный воздух проникает в полярные, а также субтропические и тропические широты.

Тропический воздух формируется в тропических и субтропических широтах, а летом – и в континентальных районах на юге умеренных широт. Различают два подтипа тропического воздуха.Континентальный тропический воздух (кТв) образуется над сушей, характеризуется высокими температурами, сухостью и запыленностью. Морской тропический воздух (мТв) формируется над тропическими акваториями (тропическими зонами океана), отличается высокой температурой и влажностью.
Тропический воздух проникает в умеренные и экваториальные широты.

Экваториальный воздух формируется в экваториальной зоне из тропического воздуха, приносимого пассатами. Он характеризуется высокими температурами и большой влажностью в течении всего года. Кроме того, эти качества сохраняются и над сушей, и над морем, поэтому на морские и континентальные подтипы экваториальный воздух не подразделяется.

Воздушные массы находятся в непрерывном движении. При этом если воздушные массы движутся в более высокие широты или на более холодную поверхность, их называют теплыми, так как они приносят потепление.

Воздушные массы, перемещающиеся в более низкие широты или на более теплую поверхность, называются

холодными. Они приносят похолодание.
Перемещаясь в другие географические районы, воздушные массы постепенно меняют свои свойства, прежде всего температуру и влажность, т.е. переходят в воздушные массы другого типа. Процесс превращения воздушных масс из одного типа в другой под влиянием местных условий называется трансформацией. Например, тропический воздух, проникая к экватору и в умеренные широты, трансформируется соответственно в экваториальный и умеренный воздух. Морской умеренный воздух, оказавшись в глубине континентов, зимой охлаждается, а летом нагревается и всегда иссушается, превращаясь в континентальный умеренный воздух.
Все воздушный массы связаны между собой в процессе постоянного их перемещения, в процессе общей циркуляции тропосферы.

Это любопытно!!!

Подсчитано, что если бы на нашей планете воздушные массы не перераспределялись между экватором и полюсами в процессе общей циркуляции атмосферы, то на экваторе среднегодовая температура была бы выше на 13 градусов, а в высоких широтах – ниже на 23 градуса.

В начале мая 1935 года летний фён, дующий с Армянского нагорья в северные предгорья Кавказа, повысил температуру до + 40 С.

Однажды в Скалистых горах Соединенных Штатах Америки под действием фёна температура воздуха в течение 7 часов повысилась с – 40 С до +4 С.

В Исландии при фёнах наблюдались повышения температуры почти на 30 С за несколько часов.

Френсис Бофорт родился 7 мая 1774 года в Ирландии. С 1805 года командовал военным кораблем. В 1806 году разработал шкалу в 12 баллов (от 0 до 12), которая позволяла определять силу ветра по состоянию водной поверхности и по воздействию на парусное судно. В 1812 году после тяжелого ранения он оставил море и служил гидрографом в британском адмиралтействе. В 1831 году Бофорт подготавливал знаменитое плавание “Бигля”, во время которого его шкала силы ветра была впервые применена официально. В 1838 году шкала Бофорта была принята на британском флоте, а потом моряками всего мира. В 1846 году Бофорту было присвоено звание контр-адмирала, в 81 год он вышел в отставку. Скончался сэр Фрэнсис Бофорт 17 декабря 1857 года. В его честь названо море в Северном Ледовитом океане у берегов Канады и Аляски. В 1874 году на первой Международной конференции по морской метеорологии, с целью стандартизировать проведение наблюдений было решено, что при отсутствии приборов для измерения ветра силу ветра следует оценивать в баллах по шкале Бофорта. В последующие годы шкала Бофорта уточнялась и изменялась. В современном виде шкала Бофорта была принята Всемирной Метеорологической Организацией (ВМО) в 1927 году и уточнена в 1939 году.