Трансформация воздушных масс
Воздушная масса не сохраняет свойства неизменными: перемещаясь над новой подстилающей поверхностью, она постепенно изменяет температуру и влажность. Такое изменение называют трансформацией воздушной массы; по характеру трансформации объясняют многие изменения погоды и признаки морского или континентального воздуха.
Что такое трансформация воздушной массы
Воздушная масса — большой объём тропосферного воздуха, который сформировался над определённой территорией и приобрёл относительно однородные свойства. Если воздушная масса долго находится над одной поверхностью, её температура и влажность приближаются к свойствам этой поверхности.
Трансформация воздушной массы — постепенное изменение её температуры, влажности, устойчивости и других свойств при перемещении над новой подстилающей поверхностью.
Главные причины трансформации — теплообмен с поверхностью, испарение воды, конденсация водяного пара, перемешивание воздуха и выпадение осадков. Особенно быстро свойства меняются в нижнем слое воздуха, непосредственно соприкасающемся с земной поверхностью.
Как изменяется температура
Температура воздуха стремится приблизиться к температуре подстилающей поверхности. Поэтому зимой воздух, пришедший с более тёплого океана на холодный материк, охлаждается. Летом морской воздух, перемещаясь на перегретую сушу, нагревается.
Если температура воздуха выше температуры поверхности, воздух охлаждается. Если температура воздуха ниже температуры поверхности, воздух нагревается. Чем больше разность температур и чем дольше контакт, тем заметнее трансформация.
Над сушей поверхность быстро нагревается и быстро остывает, поэтому континентальный воздух обычно сильнее меняет температуру по сезонам и суткам. Вода нагревается и остывает медленнее, зато долго отдаёт или поглощает тепло. Поэтому морская воздушная масса обычно отличается меньшими суточными и годовыми амплитудами температуры.
При движении холодного воздуха над тёплой поверхностью нижние слои нагреваются, становятся легче и поднимаются. Возникает неустойчивость, усиливается вертикальное перемешивание, могут образовываться кучевые облака и ливневые осадки. При движении тёплого воздуха над холодной поверхностью нижний слой охлаждается, воздух становится устойчивее, а при достаточной влажности возможны туманы и слоистые облака.
Как изменяется влажность
Влажность зависит не только от количества водяного пара, но и от температуры воздуха. При нагревании воздух может вместить больше пара, поэтому его относительная влажность часто уменьшается, даже если количество пара почти не изменилось. При охлаждении влагоёмкость воздуха уменьшается, относительная влажность возрастает.
Относительная влажность \(\varphi\) — отношение фактического содержания водяного пара к максимально возможному при данной температуре, выраженное в процентах.
Здесь \(e\) — фактическое давление водяного пара, а \(E\) — давление насыщенного пара при данной температуре. При охлаждении до точки росы воздух становится насыщенным: \(\varphi=100\%\). Дальнейшее охлаждение вызывает конденсацию, появляются облака, туман или осадки.
Нагревание без добавления влаги обычно уменьшает относительную влажность. Охлаждение без удаления влаги обычно увеличивает относительную влажность. После достижения точки росы избыток пара конденсируется, поэтому воздух теряет часть влаги.
Над водной поверхностью испарение увеличивает содержание пара. Поэтому сухой континентальный воздух, проходя над морем или озером, увлажняется и превращается в более влажный морской воздух. Над сухой сушей влажный воздух теряет влагу из-за испарения почвенной воды, осадков и перемешивания с сухим воздухом; так формируются признаки континентальной воздушной массы.
Воздух перемещается с холодного моря на тёплую сушу. Какое изменение наиболее вероятно в нижнем слое?
Типичные направления трансформации
| Ситуация | Температура воздуха | Влажность и погода |
|---|---|---|
| Холодный воздух над тёплой водой | Повышается | Увлажнение, неустойчивость, облака, ливни |
| Тёплый воздух над холодной водой или сушей | Понижается | Рост относительной влажности, туманы, слоистые облака |
| Влажный воздух над сухой сушей | Зависит от поверхности; летом часто повышается | Относительная влажность уменьшается, облачность ослабевает |
| Сухой воздух над водоёмом | Часто изменяется мало или повышается | Испарение, увлажнение, возможное образование облаков |
Результат зависит от времени года, направления ветра, скорости перемещения и продолжительности контакта. Быстро движущийся воздух трансформируется слабее, чем медленно перемещающийся. Ночью и зимой суша чаще охлаждает воздух, а днём и летом — нагревает.
Не путайте абсолютную и относительную влажность. При нагревании количество водяного пара может не измениться, но относительная влажность уменьшится. Также нельзя делать вывод только по названию воздушной массы: важно сравнить температуру воздуха с температурой новой поверхности.
Разобранный пример
Воздушная масса с температурой \(-5\ ^\circ\mathrm{C}\) перемещается зимой с моря на материк, где температура поверхности равна \(-15\ ^\circ\mathrm{C}\). Определите направление изменения температуры и относительной влажности в нижнем слое воздуха.
Показать решение Решение
Воздушная масса охлаждается, потому что перемещается над более холодной сушей. Её относительная влажность увеличивается; при достижении точки росы возможны туман и слоистая облачность.
Как решать задания по трансформации
- Определите, откуда пришёл воздух: с океана, моря, материка, снежной или пустынной поверхности.
- Сравните температуру воздуха с температурой новой подстилающей поверхности.
- Сделайте вывод о нагревании или охлаждении.
- Определите изменение относительной влажности: при охлаждении она растёт, при нагревании обычно уменьшается.
- Проверьте, возможны ли конденсация, туман, облака и осадки.
В задачах по картам и климатическим схемам трансформацию часто распознают по направлению ветра и последовательному изменению температуры или осадков. При движении воздуха от океана в глубь материка обычно уменьшается влияние океана, а при движении от материка к морю воздух увлажняется. Если путь проходит через горы, учитывайте также орографические осадки и дождевую тень: они могут заметно изменить влажность воздушной массы.
Запомните цепочку: новая поверхность → теплообмен и испарение → изменение температуры → изменение относительной влажности → облака и осадки. Сначала устанавливайте знак изменения температуры, затем объясняйте влажность.
Быстрая проверка
Главное
- Трансформация — изменение свойств воздушной массы при перемещении над новой подстилающей поверхностью.
- Воздух нагревается над более тёплой поверхностью и охлаждается над более холодной.
- Охлаждение обычно повышает относительную влажность; нагревание обычно её снижает.
- Над водой воздух увлажняется, над сухой сушей часто становится суше.
- При достижении точки росы начинаются конденсация, образование облаков и возможные осадки.