Трансформация воздушных масс

Определение и классификации воздушных масс.

Воздушная масса - основополагающее понятие синоптики- науки о процессах формирования погоды. Воздушными массами называются большие объемы воздуха, сформировавшиеся в одинаковых условиях, имеющие близкие физические свойства и общую направленность движения.

В пределах одной воздушной массы наблюдаются небольшие горизонтальные градиенты метеорологических элементов, а изменение этих элементов по вертикали в различных ее точках имеет одинаковые закономерности.

Площади, занимаемые воздушными массами, сопоставимы с площадями материков и океанов.

Воздушные массы различаются по своим термодинамическим свойствам и происхождению. Поэтому в синоптике применяют две классификации воздушных масс термодинамическую и географическую.

Термодинамическая классификация делит воздушные массы на теплые, холодные и нейтральные.

Воздушная масса называется теплой, если в процессе движения над некоторой подстилающей поверхностью она отдает последней свое тепло (воздух при этом охлаждается).

Холодная воздушная масса при взаимодействии с подстилающей поверхностью прогревается.

Нейтральной называется воздушная масса, при взаимодействии которой с подстилающей поверхностью ее теплосодержание не меняется.

Каждая воздушная масса в зависимости от характерного для нее вертикального распределения температуры и плотности может быть устойчивой, либо неустойчивой.

Устойчивой называется воздушная масса, в которой самопроизвольные вертикальные движения невозможны. Любая воздушная масса устойчива, если величина среднего вертикального градиента температуры меньше 0.6 град/100м.

Неустойчивой называется воздушная масса, в которой слои воздуха обладают способностью самопроизвольного перемещения по вертикали.

В зависимости от подстилающей поверхности, а также характера теплообмена с ней, одна и та же воздушная масса может быть как теплой, так и холодной. Как правило, если воздушная масса длительное время оставалась теплой, она устойчива. Если длительное время холодной - неустойчива.

Если произошло изменение характера подстилающей поверхности (воздушная масса с моря переместилась на сушу и наоборот), то теплая воздушная масса может быть неустойчивой, а холодная – устойчивой.

Термодинамическая классификация воздушных масс как видим- относительна. Абсолютной является – географическая классификация.

Географическая классификация дает название воздушной массе в зависимости от географического, климатического пояса, где происходило ее формирование.

Формированием воздушной массы называется процесс приобретения ею характерных теплофизических свойств.

Регионы, над которыми происходит формирование воздушных масс, называются очагами формирования.

На формирование воздушнызх масс оказывают влияние радиационный баланс и тип подстилающей поверхности соответствующих очагов, характерные для них особенности

Различают следующие типы воздушных масс:

Арктический или антарктический (морской и континентальный);

Умеренный (морской и континентальный);

Тропический (морской и континентальный);

Экваториальный (только морской).

Континентальные воздушные массы от морских отличаются малыми запасами влаги, резкими колебаниями температур между днем и ночью, высокой запыленностью.

Из очагов своего формирования воздушные массы перемещаются в другие регионы планеты. При этом происходит непрерывное изменение их свойств. Этот процесс называется трансформацией.

Трансформация возникает при перемещении воздушных масс как по горизонтали, так и по вертикали.

В синоптике наибольший интерес представляет термическая трансформация, связанная с изменением теплосодержания воздушной массы при ее перемещении по горизонтали.

Зимой континентальные воздушные массы, перемещаясь на поверхность океана, нагреваются, летом – охлаждаются.

Морские воздушные массы, перемещаясь на сушу зимой, охлаждаются, а летом нагреваются.

Интенсивность термической трансформации определяется изменением средней температуры воздушной массы, которое происходит за 24 часа.

В экологии большой интерес представляет трансформация воздушных масс при их перемещении по вертикали. Особо существенна трансформация в зоне нисходящих движений воздушных масс.

Воздух обладает очень малой теплопроводностью, поэтому большинство термодинамических процессов в атмосфере можно считать происходящими без теплообмена с окружающей средой- т.е. адиабатическими. Вследствие убывания атмосферного давления с высотой поднимающийся воздух самопроизвольно расширяется и охлаждается, опускающийся – сжимается и нагревается.

Изменение температуры адиабатически поднимающегося объема воздуха зависит от его влажности. Если воздух сухой, то его температура понижается на 1 градус при подъеме на 100м. Если происходит подъем объема влажного воздуха с относительной влажностью 100%, то при подъеме на 100 м его температура понижается на 0.6 градуса.

Параметр 0.6 град/100м называется влажноадиабатическим градиентом, а 1 град/100м- сухоадиабатическим. Фактические значения вертикальных градиентов температуры в реальной атмосфере могут быть больше сухоадиабатического и меньше влажноадиабатического.

Если фактическое значение вертикального градиента температуры меньше влажноадиабатического подъем воздуха не происходит- такое состояние атмосферы наз. устойчиво стратифицированным.

Если фактическое значение вертикального градиента температуры больше влажноадиабатического, (и при этом меньше либо больше сухоадиабатического) в атмосфере происходит подъем воздуха. Это состояние наз. неустойчивой стратификацией.

Упругость водяного пара в атмосфере, согласно закона Гана, убывает с высотой. Поэтому при адиабатическом опускании воздушной массы к земной поверхности поступает воздух теплый и сухой. Возникает суховей – «фен свободной атмосферы».

Теплые воздушные массы,в процессе термической трансформации стремятся к устойчивым. При охлаждении соприкасающегося с подстилающей поверхностью слоя атмосферы значение вертикального градиента температуры в нем понижается. Если оно понижается до 0.6 град/100 м и менее теплая воздушная масса становится устойчивой. Если пониженное значение вертикального градиента температуры все же превышает 0.6 град/100м- то теплая воздушная масса- неустойчива.

Холодные воздушные массы в процессе термической трансформации стремятся к неустойчивым. При нагреве нижнего слоя такой воздушной массы от подстилающей поверхности значение вертикального градиента температуры в нем возрастает. Чаще всего холодные воздушные массы неустойчивы, но если при возрастании вертикального градиента температуры в этой массе его значение не превышает 0.6 град/100м –холодная воздушная масса становится устойчивой.