8.2: Повітряні маси

Last updated
Save as PDF

Page ID: 38441

Michael E. Ritter
University of Wisconsin-Stevens Point via The Physical Environment

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Регіони джерел повітряних мас

Повітряна маса - це великий басейн повітря, що має аналогічні температурні та вологісні характеристики над його горизонтальною протяжністю. Повітряна маса займає тисячі квадратних миль поверхні Землі. Повітряні маси народжуються в районі джерела, де вони приймають їх характерну температуру і вміст вологи. Регіонами джерела часто є області з низьким рельєфом і спокійним вітром, які перешкоджають турбулентному перемішуванню і дозволяють повітрю приймати умови поверхні, над якою він утворюється. Радіаційне і вертикальне перемішування тепла дають рівновагу між умовами в області джерела і властивостями вищерозташованої повітряної маси через період від 3 до 5 діб. Області, де переважає високий тиск, служать хорошими джерелами, де просідання штовхає повітря до поверхні. Високий тиск також дозволяє повітрю рухатися назовні з області джерела.

Класифікація повітряних мас

Атмосферні вчені створили певні критерії температури та вологості для класифікації кожної повітряної маси. Ми класифікуємо їх на основі їх загальних умов, наприклад, теплих і вологих, холодних і сухих. Широта області джерела принципово визначає температуру повітряної маси. Арктичні повітряні маси утворюються між 60 ^o і 90 ^o північної широти. Арктичні повітряні маси характеризуються як надзвичайно холодні повітряні маси. Полярні повітряні маси утворюють від 40 ^{o до} 60 ^o північної або південної широти і є холодними повітряними масами, але теплішими, ніж арктична повітряна маса вищої широти. Теплі тропічні повітряні маси знаходяться між 15 ^о і 35 ^о північній і південній широтах. Надзвичайно теплі екваторіальні повітряні маси утворюються поблизу екватора. Тип поверхні, над якою утворюються повітряні маси, також визначає їх вологісні характеристики. Морські (океанічні) повітряні маси, як правило, вологі, тоді як ті, що утворюються над континентами, зазвичай сухі. Однак вологість також визначається температурою, тому більш прохолодні морські полярні повітряні маси суші, ніж теплі морські тропічні повітряні маси.

Типи повітряних мас

\(\PageIndex{1}\)На малюнку показано розташування районів джерела повітряних мас, які впливають на клімат Землі. Континентальне арктичне повітря (Ca), як правило, описується як надзвичайно холодне і сухе. Рекордні установки температур в середніх і високих широтах обумовлені вторгненням цієї дуже холодної маси повітря. Приблизно на такій же широті в Південній півкулі зустрічається континентальна антарктична (СаА) повітряна маса. Це теж надзвичайно холодна повітряна маса і сухіша, ніж його арктичний аналог, оскільки вихідним регіоном є континент Антарктида. Континентальним полярним (сР) повітрям вважається холодна і суха повітряна маса, яка тепліше арктичної повітряної маси, розташованої на північ. Континентальний полярне повітря, як правило, є стабільною або умовно стабільною масою повітря. Морське полярне (mP) повітря - це прохолодне і вологе повітря, яке приносить м'яку погоду до прибережних місць. Морське полярне повітря тепліше, ніж континентальне полярне повітря взимку, оскільки температура поверхні океану вище. Так само повітряні маси mP зазвичай прохолодніші, ніж повітряні маси cP протягом літа, оскільки материки прогріваються більше, ніж океан в цих широтах. Морські полярні повітряні маси, що потрапляють на західне узбережжя, змушені підніматися вгору по прибережних гірських ланцюгах, викликаючи значний орографічний підйом і опа В Європі повітряні маси mP проникають далі вглиб через східно-західну орієнтацію гір. Таким чином, менші діапазони температур і більш висока вологість, характерна для морського клімату, знаходяться далі в Європі, ніж у Північній Америці.

глобальні повітряні маси — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Глобальні повітряні маси

Морські тропічні (мТ) повітряні маси - це теплі та вологі повітряні маси, які відповідають за більшу частину опадів на схід від Скелястих гір у Сполучених Штатах. Опади виникають, коли mT повітря стикається з cP повітрям, внаслідок чого тепліше і менш щільне повітря mT піднімається, охолоджується та конденсується в хмари. У південно-східній частині США конвективний підйом повітря також відбувається для створення опадів. Над субтропічними і тропічними континентами виявлено регіон джерела жарких і сухих континентальних тропічних (cT) повітряних мас. Основними джерелами є великі пустелі Землі, такі як Сахара, Аравійська та Австралійська. Надзвичайно низька вологість обумовлена відсутністю доступної води для випаровування, а також просіданням субтропічного максимуму. Південно-західна пустеля Сполучених Штатів служить джерелом регіону для cT повітря теж, але тільки влітку. Поверхневі температури взимку занадто холодні, щоб створити там континентальну тропічну повітряну масу. Біля екватора утворюються надзвичайно теплі та вологі морські екваторіальні повітряні маси. Конвекція та конвергенція цієї повітряної маси в зоні міжтропічної конвергенції є однією з причин сильних опадів, що спостерігаються в дощових лісах цього регіону.

Модифікація повітряної маси

Північноамериканські повітряні маси — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Повітряні маси Північної Америки.

Стрілки на малюнку\(\PageIndex{2}\) вказують на траєкторію, яку приймають повітряні маси, що впливають на Північну Америку, коли вони рухаються зі своїх вихідних регіонів. У міру їх проходження по поверхні змінюється температура і вологість повітряних мас. Континентальні повітряні маси, що подорожують на південь з центральної Канади, переміщаються по Для вказівки на те, що повітряна маса холодніше поверхні, по якій вона рухається, додається «k» (КПК). Тепловіддача в повітряну масу від підстилаючої поверхні створює нестабільні умови. В кінці осені і на початку зими cP повітряні маси, що рухаються над відкритою водою Великих озер, отримують тепло і вологу. Коли повітряна маса вражає землю, повітря може підніматися топографічними бар'єрами, що спричиняють сніги з ефектом озера піктограма камери .

озеро ефект снігу — Малюнок\(\PageIndex{3}\): Хмарне утворення та ефект озера сніг над озером Верхнє та озеро Мічиган (люб'язно GSFC)

Біля південно-західного узбережжя Північної Америки лежить регіон джерела морського тропічного повітря. Ця повітряна маса, як правило, нестійка біля свого джерела. Коли він рухається до землі, повітря проходить над холодною Каліфорнійською течією. Коли повітряна маса проходить холодну океанічну течію, тепло передається з повітряної маси поблизу поверхні. Крім того, осідання повітря на висоті через наявність субтропічного максимуму в цьому регіоні викликає адіабатичне потепління повітря на більш високих висотах. В результаті швидкість падіння температури навколишнього середовища зменшується або іноді інвертується, роблячи повітря стабільним. Щоб показати, що повітряна маса стала стабільною, до її абревіатури додається «s», наприклад mT _s. Стабільні умови гальмують підняття і знижують можливість випадання опадів. І навпаки, біля східного узбережжя США теплий Гольфстрім посилює нестабільність морської повітряної маси, і опади стають більш імовірними. У цьому випадку додається «u», щоб вказати, що повітряна маса нестабільна, наприклад mT _u.