Повітряні маси і атмосферні фронти. Кліматичні пояси.

Будь-який елемент погоди (температура повітря, тиск, вітер, хмарність, опади і т. д.) характеризує один з кліматотвірних процесів. Велика різноманітність кліматів земної кулі зумовлена такою самою різноманітністю перебігу процесів теплообігу, вологообігу, циркуляції атмосфери. Причини, що визначають відмінності клімату в різних куточках Землі, називають географічними факторами (чинниками) клімату.

Головним із чинників, що зумовлює особливості розподілу температури повітря, опадів, атмосферного тиску і вітрів, є географічна широта. Від неї залежить кількість сонячної енергії, яка потрапляє на земну поверхню, дія сили Коріоліса, що пов’язана з добовим обертанням Землі. Ця сила, своєю чергою, значною мірою визначає характер циркуляції атмосфери. Вологообіг у цілому, залежачи від температур, розподілу тиску та вітрів, також формується під впливом географічної широти. Тому клімат загалом має добре виражені широтні закономірності. Географічною широтою зумовлене насамперед існування на Землі чотирьох типів повітряних мас з певними властивостями.

Екваторіальне повітря (ЕП) утворюється у смузі зниженого тиску над зво-ложеними дощами ділянками суходолу та океанами, характеризується високими середньодобовими температурами впродовж року (близькі до 27 °С) і великою вологістю.

Тропічні повітряні маси (ТП) формуються на широтах 30°-40° пн. і пд. ш. Морське тропічне повітря (ТПм) у всі пори року відзначається підвищеною температурою та високою абсолютною, але низькою відносною вологістю. Континентальне тропічне повітря (ТПк) має дуже високу температуру, сухе і запилене.

Континентальне повітря помірних широт (ППк) формується над материками у Північній півкулі. Його властивості за сезонами неоднакові: влітку характерні доволі висока температура й абсолютна вологість, спостерігається висхідний рух повітря, опади; взимку - низькі температури й абсолютна вологість. Морське помірне повітря (ППм) характеризується вищими температурами взимку та нижчими - влітку, а також більшою вологістю.

Арктичне, або антарктичне, повітря (АП) формується над льодами Арктики й Антарктиди, а також періодично над морями, що замерзають. Воно має вкрай низькі температури і невелику абсолютну вологість.

Різні за своїми властивостями повітряні маси переміщуються у просторі, стикаються між собою. Перехідну зону між двома повітряними масами, які ма-ють різні властивості, називають атмосферним фронтом, або просто фронтом. Його ширина становить декілька сотень, а довжина - 2-3 тисячі кілометрів.

Фронтальна поверхня завжди нахилена у бік холодного повітря, яке розміщене під теплим. Вертикально фронти простягаються здебільшого на висоту до 5 км, інколи сягають верхньої межі тропосфери.

Розрізняють три типи атмосферних фронтів – теплий, холодний і фронт оклюзії. Перші два розділяють теплі і холодні повітряні маси, а фрон оклюзій утворюється при змиканні холодного і теплого фронтів.

Холодний фронт утворюється при надходженні холодного повітря на територію, раніше зайняту теплим повітрям. Холодне і важке повітря змушує тепле повітря відступати і підійматися вгору. Нижчі шари холодного повітря, що наступає, зачіпаючись за земну поверхню, сповільнюють свій рух, а верхні накочуються на тепле у вигляді валу. Тепле повітря, підіймаючись угору по крутому клину холодного, охолоджується; утворюються купчасті й купчасто-дощові хмари.

Холодний фронт зазвичай рухається доволі швидко (40 км/год). Його проходження супроводжується посиленням вітру, грозами, інколи шквалами і навіть смерчами. Після проходження лінії фронту ще впродовж короткого часу випадають зливові опади, а потім небо прояснюється, підвищується тиск і починається значне похолодання.

При відступанні холодного повітря його заміщає тепле і переважно вологе повітря. Такий фронт називають теплим. Клин холодного повітря, що відступає, ніби чіпляючись за земну поверхню, розтягується на велику довжину. Тепле повітря, набігаючи на нього, підіймається під дуже незначним кутом, а тому процес конденсації водяної пари тут відбувається набагато повільніше, ніж у холодному фронті.

Швидкість проходження теплого фронту також менша, ніж холодного (25— ЗО км/год). Наближенню його передує зниження тиску і поява перистих хмар. Поступово хмарність зростає і починаються не сильні, але затяжні дощі. Після проходження теплого фронту на дану територію заходить тепла повітряна маса і небо прояснюється або залишається незначна хмарність.

Оскільки холодний фронт рухається швидше, ніж теплий, то часто перший наздоганяє другий. Тепле повітря, відриваючись від земної поверхні, підіймається вгору. Якщо дві холодні повітряні маси стикаються, то виникає фронт оклюзії. Поступово він ніби розмивається і зникає.

На кліматичних картах, враховуючи багаторічні спостереження, можна виокремити зони, де найчастіше утворюються атмосферні фронти. їх називають кліматичними фронтами. Вони розмежовують зональні типи повітряних мас: арктичний - АП і ПП, помірний або полярний — ПП і ТП і тропічний – ТП і ЕП.

Клімат, як і всі метеорологічні елементи, також підпорядкований закону широтної зональності. У кожній півкулі, згідно з Б. Анісовим, виокремлюють сім кліматичних поясів. При цьому чотири з них належать до головних кліматичних поясів і три - до перехідних. Головна ознака поясу - панування тих чи тих типів повітряних мас та характерних типів вітрів.

В основних поясах кліматичний процес цілий рік відбувається під переважаючим впливом повітряних мас одного типу. Отже, в екваторіальному кліматичному поясі сукупність погодних умов упродовж року визначається екваторіальними повітряними масами та переважанням висхідного руху повітря, двох тропічних—тропічними та вітрами-пасатами, двох помірних— помірними та західними вітрами, двох холодних — арктичному й антарктичному - відповідно арктичними та антарктичними повітряними масами, північно-східними чи південно-східними вітрами відповідно.

Перехідні пояси, що розташовуються між головними, характеризуються се-зонною зміною панівних повітряних мас. Серед них два субекваторіальні пояси, які простягаються між широтами 5°—20° відповідно північної та південної широти. Щоб зрозуміти особливості цього поясу, розглянемо докладніше субекваторіальний пояс Північної півкулі. У літній період тут панують екваторіальні повітряні маси. Вони змістилися сюди за сонцем, що перебувало в зеніті у цьому проміжку широт і, зокрема, 22 червня на північному тропіку. Коли сонце зміститься у Південну півкулю і перебуватиме в зеніті південніше екватора, то екваторіальна повітряна маса зміститься туди. У Північній півкулі вона визначатиме у цей період погоду тільки приблизно до паралелі 5° пн. ш., тобто в межах екваторіального кліматичного поясу. В межах субекваторіального поясу, за відступаючими екваторіальними, заходять тропічні повітряні маси, і Отже, якщо у літній період у субекваторіальному поясі панували високі температури зі значною кількістю опадів, зумовлені екваторіальним повітрям, то ' у зимовий встановлюється суха і спекотна погода, що визначається тропічними повітряними масами.

Між тропічними і помірними поясами обох півкуль формуються два субтропічні пояси. Між помірними і холодними існують субарктичний і субантарктичниий пояси. Погода у цих перехідних поясах у літній період подібна до тієї, яка характерна для основного кліматичного поясу, який ближче від них до екватора, а у зимовий - тих, що ближчі до полюсів.