Воздушные и водные массы
Влияние поверхности, над которой проходят воздушные массы, сказывается на их нижних слоях. Это влияние может вызвать изменения в содержании влаги в воздухе вследствие испарения или выпадения осадков, а также изменение температуры воздушной массы в результате высвобождения скрытой теплоты или теплообмена с поверхностью.
Табл. 1. Классификация воздушных масс и их свойства в зависимости от очага формирования
| Тропическая | Полярная | Арктическая или антарктическая | |
| Морская(М) | морская тропическая(МТ), теплая или оченьвлажная; формируетсяв районе Азорскихостровов в СевернойАтлантике | морская полярная(МП), холодная и оченьвлажная; формируетсянад Атлантикой к югуот Гренландии | арктическая (А)или антарктическая(АА), очень холодная и сухая; формируется над покрытой льдами частью Арктики или над центральной частью Антарктиды |
| Континентальная (К) | континентальнаятропическая (КТ),жаркая и сухая; формируется над пустыней Сахарой | континентальнаяполярная (КП), холодная и сухая; формируется в Сибири взимний период |
Трансформации, связанные с движением воздушных масс, называются динамическими. Скорости движения воздуха на разных высотах почти наверняка будут различаться, поэтому воздушная масса движется не как единое целое, и наличие сдвига скоростей вызывает турбулентное перемешивание. Если нижние слои воздушной массы нагреваются, то возникает неустойчивость и развивается конвективное перемешивание. Другие динамические изменения связаны с крупномасштабным вертикальным движением воздуха.
Трансформации, происходящие с воздушной массой, можно обозначить, прибавляя к ее основному обозначению еще одну букву. Если нижние слои воздушной массы теплее, чем поверхность, над которой она проходит, то добавляется буква "Т", если они холоднее - добавляется буква "X". Следовательно, при охлаждении устойчивость теплой морской полярной воздушной массы увеличивается, в то время как нагрев холодной морской полярной воздушной массы вызывает ее неустойчивость.
Погодные условия в каком-либо месте на Земле можно рассматривать как результат действия определенной воздушной массы и как следствие происшедших с ней изменений. Великобритания, расположенная в средних широтах, испытывает на себе влияние большинства типов воздушных масс. Она, таким образом, является хорошим примером для изучения погодных условий, обусловленных трансформацией воздушных масс вблизи поверхности. Динамические изменения, вызванные в основном вертикальными движениями воздуха, также очень важны при определении погодных условий, и в каждом конкретном случае ими пренебрегать нельзя.
Морской полярный воздух (МПВ), достигающий Британских островов, обычно относится к типу ХМПВ, поэтому эта воздушная масса неустойчива. При прохождении над океаном в результате испарения с его поверхности она сохраняет высокую относительную влажность, и вследствие этого - в особенности над теплой поверхностью Земли в полдень с приходом этой воздушной массы будут возникать кучевые и кучево-дождевые облака, температура опустится ниже средней, и летом будут выпадать ливни, а зимой осадки часто могут выпадать в виде снега или крупы. Порывистые ветры и конвективные движения в воздухе разгонят пыль и дым, так что видимость будет хорошей.
Если морской полярный воздух (МПВ) из очага своего формирования пройдет южнее, а затем направится в сторону Британских островов с юго-запада, он вполне может стать теплым, то есть типа ТМПВ; иногда его называют "возвратным морским полярным воздухом". Он приносит нормальные температуры и погоду, среднюю между погодой, которая устанавливается с приходом воздушных масс ХМПВ и МТВ.
Морской тропический воздух (МТВ) обычно относится к типу ТМТВ, поэтому он устойчив. Достигнув после пересечения океана Британских островов и охладившись, он насыщается (или становится близким к насыщению) водяным паром. Эта воздушная масса приносит с собой мягкую погоду, небо становится пасмурным и видимость плохой, на западе Британских островов нередки туманы. При подъеме над орографическими барьерами формируются слоистые облака; при этом обычны моросящие дожди, переходящие в более сильные, а на восточной стороне горных хребтов идут сплошные дожди.
Континентальная тропическая воздушная масса в очаге своего формирования неустойчива, и, хотя ее нижние слои, когда она достигает Британских островов, становятся устойчивыми, верхние слои продолжают сохранять неустойчивое состояние, что может вызвать в летнее время грозы. Однако в зимний период нижние слои воздушной массы очень устойчивы, и любые облака, которые там образуются, относятся к типу слоистых. Обычно приход такой воздушной массы вызывает повышение температуры намного выше средней, и образуется туман.
С приходом континентального полярного воздуха зимой на Британских островах устанавливается очень холодная погода. В очаге формирования эта масса устойчива, но затем в нижних слоях она может стать неустойчивой и при прохождении над Северным морем в значительной мере "насытится" водяными парами. Облака, которые при этом возникнут, относятся к типу кучевых, хотя могут образоваться и слоисто-кучевые. В зимний период в восточной части Великобритании могут выпадать сильные дожди со снегом или же снегопады.
Арктический воздух (АВ) может быть континентальным (КАВ) или морским (МАВ) в зависимости от того пути, который он проделал от очага формирования до Британских островов. КАВ на своем пути к Британским островам проходит над Скандинавией. Он аналогичен континентальному полярному воздуху, хотя и более холодный и поэтому в зимний и весенний периоды часто приносит с собой снегопады. Морской арктический воздух проходит над Гренландией и Норвежским морем; его можно сравнить с холодным морским полярным воздухом, хотя он холоднее и более неустойчив. Зимой и весной для арктического воздуха характерны сильные снегопады, продолжительные морозы и исключительно хорошие условия видимости.
При определении водных масс океанографы используют понятие, сходное с тем, которое применяется к воздушным массам. Водные массы различают преимущественно по температуре и солености. Также полагают, что водные массы формируются в определенном районе, где они находятся в поверхностном перемешанном слое и где на них оказывают воздействие постоянные атмосферные условия. Если в течение длительного периода времени вода остается в стационарном состоянии, ее соленость будет определяться рядом факторов: испарением и выпадением осадков, поступлением пресной воды с речным стоком в прибрежных районах, таянием и образованием льдов в высоких широтах и т.д. Точно так же ее температура будет определяться радиационным балансом водной поверхности, а также обменом тепла с атмосферой. Если соленость воды будет уменьшаться, а температура повышаться, плотность воды понизится и водная толща станет устойчивой. В этих условиях может сформироваться только поверхностная водная масса небольшой толщины. Если, однако, соленость будет возрастать, а температура понижаться, вода станет более плотной, начнет погружаться, и может сформироваться водная масса, достигающая значительной мощности по вертикали.
Чтобы различать водные массы, данные о температуре и солености, полученные на разных глубинах в некотором районе океана, наносят на диаграмму, у которой по оси ординат откладывается температура, а по оси абсцисс - соленость. Все точки соединяются друг с другом линией в порядке возрастания глубин. Если водная масса совершенно однородна, она будет представлена одной-единственной точкой на такой диаграмме. Именно этот признак служит критерием для выделения типа вод. Скопление точек наблюдений вблизи такой точки покажет присутствие вод определенного типа. Но температура и соленость водной массы с глубиной обычно меняются, и водная масса характеризуется на T-S диаграмме определенной кривой. Эти вариации могут быть обусловлены небольшими колебаниями свойств воды, образованной в различное время года и опустившейся на разные глубины в соответствии с ее плотностью. Их можно также объяснить изменениями условий на поверхности океана в том районе, где происходило формирование водной массы, и вода может опускаться не вертикально, а вдоль некоторых наклонных поверхностей равных плотностей. Поскольку q1 является функцией только температуры и солености, на T-S диаграмме можно провести линии равных значений q1,. Представление об устойчивости водной толщи можно получить, сравнивая график T-S с простиранием изолиний q1.
Сформировавшись, водная масса, как и масса воздушная, начинает двигаться из очага формирования, подвергаясь по пути трансформации. Если она останется в приповерхностном перемешанном слое или уйдет из него, а затем возвратится вновь, дальнейшее взаимодействие с атмосферой вызовет изменения температуры и солености воды. Новая водная масса может возникнуть в результате перемешивания с другой водной массой, и ее свойства будут промежуточными между свойствами двух первоначальных водных масс. С того момента, как водная масса перестает подвергаться трансформации под воздействием атмосферы, ее температура и соленость могут изменяться только в результате процесса перемешивания. Поэтому такие свойства называются консервативными.
Водная масса обычно имеет определенные химические характеристики, присущую ей биоту, а также типичные соотношения температуры и солености (T-S соотношения). Полезным показателем, характеризующим водную массу, часто бывает величина концентрации растворенного кислорода, а также концентрация биогенных веществ - силикатов и фосфатов. Морские организмы, присущие определенной водной массе, называются видами-индикаторами. Они могут оставаться в пределах данной водной массы, поскольку ее физические и химические свойства удовлетворяют их или же просто потому, что они, являясь планктоном, переносятся вместе с водной массой из района ее формирования. Эти свойства, однако, изменяются в результате химических и биологических процессов, протекающих в океане, и поэтому называются неконсервативными свойствами.