Очаги формирования воздушных масс




Синоптическая метеорология

 

Наблюдения за погодой получили достаточно широкое распространение во второй половине 19 века. Они были необходимы для составления синоптических карт, показывающих распределение давления и температуры воздуха, ветра и осадков.

В результате анализа этих наблюдений сложилось представление о воздушных массах. Это понятие позволило объединять отдельные элементы, выявлять различные условия погоды и давать ее прогнозы.

Определение.

Воздушной массой называется большой объем воздуха, имеющий горизонтальные размеры несколько сотен или тысячи километров и вертикальный – порядка 5 км, характеризующийся примерной однородностью температуры и влажности и перемещающийся как единая система в одном из течений Общей Циркуляции Атмосферы (ОЦА).

Однородность свойств воздушной массы достигается формированием ее над однородной подстилающей поверхностью и в сходных радиационных условиях. Кроме того, необходимы такие циркуляционные условия, при которых воздушная масса длительно задерживалась бы в районе формирования.

Значения метеорологических элементов в пределах воздушной массы меняются незначительно – сохраняется их непрерывность, горизонтальные градиенты малы. При анализе метеорологических полей можно с достаточным приближением применять линейную графическую интерполяцию при проведении, например, изотерм, до тех пор, пока мы остаемся в данной воздушной массе.

Резкое возрастание горизонтальных градиентов, приближающееся к скачкообразному переходу от одних значений к другим, или, по крайней мере, изменение величины и направления градиентов (как в случае давления воздуха) происходит в переходной (фронтальной) зоне между двумя воздушными массами.

В качестве наиболее характерного признака той или иной воздушной массы принимается псевдопотенциальная температура, отражающая и действительную температуру воздуха и его влажность (температура, которую бы принял воздух при адиабатическом процессе, если бы сначала весь содержащийся в нем водяной пар сконденсировался при неограниченно падающем давлении и выпал из воздуха и выделившаяся скрытая теплота пошла бы на нагревание воздуха, а затем воздух был бы приведен под стандартное давление).

Поскольку более теплая воздушная масса обычно бывает и более влажной, то разность псевдопотенциальных температур двух соседних воздушных масс бывает значительно большей, чем разность их действительных температур. Вместе с тем, псевдопотенциальная температура медленно изменяется с высотой в пределах данной воздушной массы. Это ее свойство помогает определять напластование воздушных масс одной над другой в тропосфере.

Масштабы воздушных масс

Воздушные массы имеют тот же порядок величины, что и основные течения общей циркуляции атмосферы. Линейная протяженность воздушных масс в горизонтальном направлении измеряется тысячами километров. По вертикали воздушные массы простираются на несколько километров тропосферы, иногда до ее верхней границы.

При местных циркуляциях, таких, например, как бризы, горнодолинные ветры, фены, воздух в циркуляционном потоке также более или менее обособлен по свойствам и движению от окружающей атмосферы. Однако, в этом случае говорить о воздушных массах нельзя, поскольку масштаб явлений здесь будет иной.

Например, полоса, охваченная бризом, может иметь ширину всего 1-2 десятка километров, и потому не получит достаточного отражения на синоптической карте. Вертикальная мощность бризового течения также равна нескольким сотням метров. Таким образом, при местных циркуляциях мы имеем дело не с самостоятельными воздушными массами, а лишь с возмущенным состоянием внутри воздушных масс на небольшом протяжении.

Объекты, возникающие в результате взаимодействия воздушных масс – фронтальные поверхности, фронтальные облачные системы облачности и осадков, циклонические возмущения, имеют тот же порядок величины, что и сами воздушные массы – сравнимы по площади с большими частями материков или океанов и время их существования – более 2-х суток (табл. 3):

Таблица 3.

Примерные данные о соотношении
горизонтальных и временных масштабов
погодообразующих систем

Масштаб систем Линейные размеры, км Время существования, сутки
Мезомасштабные 10-100 0.5-1
Субсиноптические 100-5-- 1-2
Синоптические 500-1500 2-10
Планетарные Тысячи Десятки

 

Границы воздушных масс

Воздушная масса имеет четкие границы, отделяющие ее от других воздушных масс. Эти границы называются фронтальными поверхностями. Проекция фронтальных зон на карты погоды называется атмосферными фронтами (у поверхности Земли) или фронтальными зонами (на АТ500).

В горизонтальном направлении протяженность фронтов, как и воздушных масс, имеет сотни или тысячи километров, по вертикали – около 5 км, ширина фронтальной зоны у поверхности земли – порядка сотни километров, на высотах – несколько сотен километров.

Фронтальные зоны характеризуются значительными изменениями температуры воздуха, влажности, направлений ветра вдоль горизонтальной поверхности, как на уровне земли, так и выше.

Фронтальные поверхности располагаются не перпендикулярно к подстилающей поверхности, а наклонены под очень малыми углами к горизонту. В пределах тропосферы таким, образом, одна воздушная масса перекрывает другую.

Если бы фронтальная поверхность располагалась перпендикулярно к земной поверхности, то на основании того, что в теплом и холодном воздухе давление меняется по-разному – в теплом воздухе барическая ступень больше, т.е. давление по вертикали изменяется медленнее, чем в холодном, где барическая ступень меньше. Тогда на очень малом расстоянии по горизонтали создались бы сверхбольшие градиенты давления (порядка 50-100 гПа/100км) соответствующие сверхзвуковым скоростям ветра, т.е. разрыв давления, чего на самом деле в атмосфере не происходит. Холодный воздух как более тяжелый (более плотный) подтекает клином под теплый, а теплый совершает восходящее скольжение вдоль этого клина.

В пределах одной и той же воздушной массы можно с достаточным приближением применять графическую интерполяцию, например, при проведении изотерм. Но при переходе через фронтальную зону из одной воздушной массы в другую линейная интерполяция уже не даст правильного представления о действительном распределении метеорологических элементов.

 

Очаги формирования воздушных масс

Воздушная масса приобретает четкие характеристики в очаге формирования. Очаг должен отвечать определенным требования. Это, во-первых, однородность подстилающей поверхности воды или суши, чтобы воздух в очаге подвергался достаточно сходным воздействиям. Но однородность свойств подстилающей поверхности Во-вторых, однородность радиационных условий, и, наконец, циркуляционные условия, способствующие стационированию воздуха в данном районе.

Воздушные массы классифицируют прежде всего по очагам их формирования в зависимости от расположения в одном из широтных поясов – арктическом, или антарктическом, полярном, или умеренных широт, тропическом и экваториальном (географическая классификация).

Очагами формирования обычно бывают области, где воздух опускается, а затем распространяется в горизонтальном направлении - этому требованию отвечают антициклонические системы. Антициклоны чаще, чем циклоны, бывают малоподвижными, поэтому формирование воздушных масс обычно и происходит в обширных малоподвижных (квазистационарных) антициклонах.

Кроме того, требованиям очага отвечают малоподвижные и размытые термические депрессии, возникающие над нагретыми участками суши. Наконец, формирование полярного воздуха происходит частично в верхних слоях атмосферы в малоподвижных, обширных и глубоких центральных циклонах в высоких широтах. В этих барических системах происходит трансформация (превращение) тропического воздуха, втянутого в высокие широты в верхних слоях тропосферы, в полярный воздух. Все перечисленные барические системы также можно назвать очагами воздушных масс уже не с географической, а с синоптической точки зрения.

 





©2015-2017 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.

Обратная связь

ТОП 5 активных страниц!