Каковы причины, которые обусловливают однородность воздушной массы? Вот основные из них. Во-первых, степень нагрева воздушной массы зависит от географической широты места, времени года и времени суток. Очевидно, что, например, воздушная масса в районе Средней Азии получает тепла значительно больше, чем воздушная масса, находящаяся над Арктикой. Во-вторых, на температуре и влажности воздушной массы сказывается влияние подстилающей поверхности, над которой воздушная масса формируется. Как известно, воздух нагревается не непосредственно солнечными лучами, а путем получения тепла от нагреваемой Солнцем земной поверхности, различные же участки земной поверхности нагреваются по-разному. Так, суша нагревается сильнее, чем вода, участки, покрытые растительностью, нагреваются меньше, чем песчаные пустыни и т. д. Соответственно по-разному нагревается и воздух. Подстилающая поверхность, кроме тою, является источником увлажнения воздушных масс. Естественно, что воздушная масса, формирующаяся над океаном, будет содержать больше влаги, чем масса, формирующаяся над континентом.

Воздушные массы делятся на два основных вида — теплые и холодные. Теплой называют массу, у которой температура в нижнем слое выше, чем температура подстилающей поверхности, т. е. той зоны земной поверхности, над которой воздушная масса формируется. Холодной воздушной массой называется та масса, у которой температура в нижнем слое ниже, чем температура подстилающей поверхности.

Теплая воздушная масса, перемещаясь над холодной подстилающей поверхностью, охлаждается снизу. Благодаря этому внутри массы создаются условия, неблагоприятные для возникновения вертикальных потоков. Перенос водяных паров вверх при этом незначителен и конденсация водяного пара наблюдается только в нижних слоях в виде туманов, сплошных низких облаков и моросящих туманообразных дождей.

При движении холодной воздушной массы над более теплой подстилающей поверхностью нижние слои воздуха начинают прогреваться, внутри массы создаются условия, благоприятные для развития вертикальных потоков. Эти потоки переносят водяные пары высоко вверх и вызывают образование кучевообразных облаков и интенсивных осадков.

По своему географическому происхождению воздушные массы в северном полушарии делятся на арктические (АВ), умеренные (УВ), тропические (ТВ) и экваториальные (ЭВ). Кроме того, каждый из этих типов разделяется на два подтипа — морской и континентальный, в зависимости от того, где (над морем или над сушей) находится очаг формирования воздушной массы.

Наблюдениями были установлены следующие особенности географических типов воздушных масс. Арктический воздух формируется в центральном полярном бассейне. При этом континентальный арктический воздух (КАВ) приходит в Европу через Баренцево и Карское моря или с Таймыра; на Азиатскую часть СССР — с сибирских районов Арктики, с районов Таймыра, бассейна Колымы и с Чукотки. Морокой арктический воздух (МАВ) вторгается в Европу из района Гренландия — Шпицберген через Норвежское или Северное моря, а из восточного сектора Арктики — на Чукотку, Берингово море, Тихий океан. Как правило, он приносит понижение температуры. «Волны холода» распространяются до южных границ нашей страны. Летом сухой и холодный арктический воздух, попадая на материк, быстро прогревается и приводит к жаркой сухой погоде. Во многих случаях он создает засушливую погоду в районах Приуралья и Заволжья.

Воздух умеренных широт (УВ) приобретает свои свойства в умеренной зоне материков (КУВ) или океанов (МУВ). Морской воздух умеренных широт поступает летом на материк в виде холодной массы, но довольно быстро прогревается. Появление МУВ летом приводит к образованию кучевообразной облачности и ливневых облаков. Зимой морской воздух умеренных широт приходит на материк в виде теплой массы, которая постепенно охлаждается над холодной подстилающей поверхностью. Вторжение МУВ зимой часто приводит к оттепелям с низкой облачностью, туманами и моросящими осадками.

Континентальный умеренный воздух (КУВ) образуется над континентом Европы из масс арктического или морского умеренного воздуха. В первом случае он обладает небольшим запасом влаги и облачность в нем небольшая, во втором влажность его, а соответственно и облачность, больше. Зимой над арктическим материком КУВ может охлаждаться до очень низких температур. Так, в районе Верхоянск — Оймякон зимой температура воздуха понижается иногда до 70 градусов мороза.

Тропический воздух формируется в субтропических, районах. Континентальный тропический воздух (КТВ) образуется на севере Африки и на юге Азии, на юге Европейской части СССР и в Средней Азии, а морской тропический воздух (МТВ) в районе Азорских островов. В Европу МТВ приходит как теплая устойчивая масса со сплошной низкой облачностью, туманами и моросящими осадками. Континентальный тропический воздух летом характеризуется образованием кучевообразных облаков и дождями, иногда с грозами. Весной и летом — это типичная устойчивая масса со слоистой облачностью, туманами.

Перемещаясь в другой район, воздушная масса несет туда свои свойства; однако одновременно эти свойства постепенно изменяются в зависимости от влияния подстилающей поверхности. Таким образом, свойства воздушных масс не остаются неизменными. Недостаточно определить, из какого района и с какими свойствами вышла данная воздушная масса. Нужно учесть и ее возможное превращение под влиянием подстилающей поверхности, над которой масса перемещается.

Характер погоды в районе, куда пришла та или иная воздушная масса, будет определяться, с одной стороны, теми свойствами массы, которые она приобрела в районе формирования, а с другой, — теми изменениями, которые воздушная масса претерпела и претерпевает по пути движения.

Воздушные массы находятся в постоянном взаимодействии. Соседние массы различной температуры, влажности и прозрачности разделяются более или менее узкими переходными зонами, которые характеризуются быстрым переходом от свойств одной массы к свойствам другой. Эти зоны носят название атмосферных фронтов. Ширина такой переходной зоны у поверхности земли обычно не превышает 100 километров. В вертикальном сечении фронт представляет собой наклонную поверхность толщиной порядка нескольких сотен метров, причем под поверхностью раздела находится холодный воздух, а над поверхностью теплый (рис. 6).

Рис. 6. Положение фронтальной поверхности в пространстве.

Если фронт перемещается в сторону холодного воздуха, т. е. холодный воздух отступает от теплого, то фронт называется теплым. Если же фронт перемещается в сторону теплого воздуха (холодный воздух смещается в сторону теплого), фронт называется холодным.

По горизонтали протяженность фронтов может быть весьма значительной, достигая многих сотен и даже нескольких тысяч километров.

На синоптических картах линии фронтов обозначаются разными цветами: теплый — красным, а холодный — синим, а на картах типографских изданий — черными зубчатыми линиями: теплые фронты линиями с круглыми зубцами, а холодные — линиями с острыми зубцами. При этом зубцы обращены в сторону перемещения фронта; у линии теплого фронта они обращены в сторону холодного воздуха, а у линии холодного фронта — в сторону теплого воздуха.

Фронт, который не смещается, называют стационарным. Обозначается он комбинированным расположением круглых и острых зубцов (рис. 7).

Рис. 7. Обозначение линий атмосферных фронтов на синоптических картах:

а) теплый фронт, б) холодный фронт, в) стационарный фронт.

Наклон фронтальной поверхности к горизонтальной плоскости очень невелик и в среднем колеблется около 0,5°. Подсчеты показывают, что при наблюдающихся наклонах фронтальной поверхности горизонтальное протяжение фронта может быть в 50–300 раз больше его высоты. Это необходимо учитывать при рассмотрении приводимых в дальнейшем схем вертикального строения фронтов, на которых в связи с размерами чертежей углы наклона фронтов даны значительно большими, чем в действительности.