Смесь газов, составляющих земную атмосферу, обычно называют воздухом. В нем различают так называемый «сухой воздух», атмосферную воду и атмосферные аэрозоли. Кроме того, в воздухе встречаются различные частички органического происхождения (споры, семена, пыльца, продукты органического распада).
К атмосферным аэрозолям относятся взвешенные в атмосфере твердые и жидкие частички: пыль, морская соль, различные дымы (лесных пожаров, вулканических извержений, индустриального происхождения). Вода, находящаяся в атмосферном воздухе в виде водяного пара или взвешенных продуктов конденсации (капель, кристаллов), называется атмосферной водой.
Частички органического происхождения относятся к биомассам, атмосферные аэрозоли — это в основном литомассы, а атмосферная вода — гидромассы. «Сухой воздух» ПТК, т. е. воздух, не содержащий водяного пара, твердых частичек и частиц органического происхождения, составляет аэромассу. Газовый состав, плотность и некоторые физические свойства.
Газовый состав атмосферы и физические свойства воздуха детально рассматриваются в курсах метеорологии, а также физики атмосферы. Поэтому напомним только то, что основную массу воздуха составляют (% по объему): азот — 78,084, кислород — 20,946 и аргон — 0,934. Кроме того, в состав воздуха входят диоксид углерода, неон, гелий, метан, криптон, водород, озон и др. Такое важное свойство как давление зависит в первую очередь от высоты местности над уровнем моря, температуры и других метеорологических условий (скорости и направления ветра, осадков, облачности). В центре антициклонов наблюдается повышенное давление (до 1078 гПа), а в циклонах — пониженное (до 887 гПа). Кроме того, существуют суточные колебания давления, связанные с лунными и солнечными приливами. Плотность воздуха зависит в основном от высоты местности:
Изменение плотности воздуха при подъеме на 1000 м соответствует изменению плотности при увеличении температуры воздуха на 20—30° С.
| Зависимость характеристик от температуры (по ван В.Р. Вийку) | |||
| Температура,° С | Плотность,кг/м3 | Скрытая теплотаиспарения 10-6,Дж/кг | Теплопроводность- 103, м • град |
| — 5 | 1,316 | 2,513 | 24,0 |
| 0 | 1,292 | 2,561 | 24,3 |
| 5 | 1,269 | 2,489 | 24,6 |
| 10 | 1,246 | 2,478 | 25,0 |
| 15 | 1,225 | 2,465 | 25,3 |
| 20 | 1,204 | 2,454 | 25,7 |
| 30 | 1,164 | 2,430 | 26,4 |
Аэромассы и воздушные массы
Аэромассы и воздушные массы не являются синонимами; это, хотя и близкие, но все же различные понятия.
Воздушными массами в синоптической метеорологии называют относительно однородные по физическим свойствам части тропосферы, внутри которых наблюдаются небольшие градиенты температуры и ряда других метеорологических величин, а изменения этих величин с высотой имеют определенную закономерность, характерную для данной воздушной массы в целом. Горизонтальные размеры воздушных масс измеряются тысячами километров, вертикальные — несколькими километрами.
Согласно термодинамической классификации различают следующие типы.
1. Теплые воздушные массы — устойчивые и неустойчивые.
2. Холодные воздушные массы — устойчивые и неустойчивые.
3. Нейтральные (местные) воздушные массы — устойчивые и неустойчивые.
Географическая классификация воздушных масс основана на географическом положении очагов формирования воздушных масс. Различают:
1. Арктический или антарктический воздух (АВ).
2. Воздух умеренных широт (УВ), иногда называемый полярным воздухом (ПВ).
3. Тропический воздух (ТВ).
Каждая из этих воздушных масс делится, в свою очередь, на морскую (м) или континентальную (к), в зависимости от характера подстилающей поверхности и очага ее формирования. Иногда дополнительно уточняется этот очаг, например средиземноморский морской тропический воздух и т. п.
Воздушные массы перемещаются в пространстве и непрерывно изменяются. В результате трансформации воздушной массы становятся иными температура, влажность, система конденсации. Трансформация может быть на уровне крупных регионов (например, Средней Азии, Западной Сибири) и на уровне отдельных ландшафтов и физико-географических районов. Особый интерес представляет трансформация воздушных масс на топологическом уровне — уровне элементарных природно-территориальных комплексов (фаций). Естественно, что наиболее существенная трансформация происходит именно в слое, лежащем ниже этой верхней границы. Аэромассы и воздушные массы не являются синонимами. Сейчас можно уточнить это утверждение. Во-первых, аэромассы включают в себя только «сухой воздух» без атмосферной воды и аэрозолей, во-вторых, к аэромассам относятся лишь те части воздушных масс, которые трансформированы конкретным природно-территориальным комплексом.
| Характеристики различных районах европейской территории в России | ||||||
| Характеристики | Воздушная масса | |||||
| кАВ | мАВ | кУВ | мУВ | кТВ | мТВ | |
| Вертикальная протяженность, км Средняя температура воздуха в приземном слое, ° С: январь | 1—3- 20 | 2—5-10 | -8 | -1 | опопаузыНе характерен | + 3 |
| июль | + 8 | + 10 | + 20 | + 15 | + 25 | Не характерен |
| Горизонтальная видимость, км | 20—50 | 50 | 4—10 | 10—20 | 2—6 | 2—6 |
Особенности структуры и функциональная роль аэромасс
Аэромассы относятся к аморфным геомассам, так как в них невозможно невооруженным глазом выделить отдельные элементы.
Из курса микроклиматологии известно, что поверхности раздела с атмосферой имеют примыкающий к ним тонкий слой воздуха, называемый ламинарным слоем. Внутри него линии тока воздуха параллельны поверхности, т. е. ламинарны, нет поперечных компонент скорости и отсутствует турбулентность. Обмен воздухом через этот слой осуществляется путем молекулярной диффузии. Выше расположен турбулентный приземной слой, в котором наблюдается совокупность случайных беспорядочных завихрений. Из определений ламинарного и турбулентного слоя вытекает, что каждый из них имеет свою некую «скрытую структуру», для обнаружения которой необходимо провести инструментальные наблюдения. Как известно, все геомассы делятся на инертные, стабильные и активные. Даже в очень малые промежутки времени, например 1 с, подавляющая часть аэромасс относится к активным, перемещающимся в пространстве, поэтому ее функциональная роль в ПТК огромна. Состояние аэромасс, в частности их температура и скорость ветра, определяет интенсивность целого ряда процессов, таких, как физическое испарение, транспирация, таяние, фотосинтез, дыхание, биологическая активность организмов, скорость минерализации мортмассы и т. д.
Плотность аэромасс практически не влияет на функционирование природно-территориальных комплексов во всех ландшафтах.
Расчет количества аэромассы в большинстве случаев носит ориентировочный характер. Это связано с тем, что верхняя граница ПТК, во-первых, отличается сильной изменчивостью и, во-вторых, в целом ряде ПТК трудноопределяема. Тем не менее, для сравнения с другими геомассами, а также для оценки интенсивности трансформации воздушных масс конкретными природно-территориальными комплексами даже ориентировочные определения количества аэромассы представляют интерес.
Классификация аэромасс
Приведенные выше данные свидетельствуют о том, что плотность аэромасс не может быть положена в основу их классификации, так как ее функциональная роль незначительна. Подразделение на активные, стабильные и инертные аэромассы из-за абсолютного преобладания активных геомасс также не имеет смысла. Аэромассы аморфны, и даже если удастся выделить какие-то структуры, то для их исследования необходимо будет проводить детальные инструментальные наблюдения. Поэтому использовать эту характеристику для классификации не стоит. В связи с этим при дифференциации аэромасс наиболее важными признаны их состав, обусловленный нахождением в надземной или подземной части ПТК, температура, являющаяся одной из важнейших характеристик ПТК, и скорость ветра. Некоторое значение имеет географическое положение очагов формирования воздушных масс (арктический, полярный, тропический, морской и континентальный воздух). Но основные свойства этих масс, связанные с географическим положением, находят свое выражение в характеристиках аэромассы конкретных природно-территориальных комплексов, хотя и в преломленном (трансформированном) этими ПТК виде. Поэтому характер воздушных масс следует учитывать на относительно низком таксометрическом уровне геомасс — уровне видов аэромасс. Приведем основные градации:
Градации надземных аэромасс по термическим условиям:
Ag— Криотермальные (морозные)
Отрицательные температуры, при которых большинство процессов функционирования, связанных с влагооборотом и биогеоциклом, законсервировано или близко к нулю.
An— Нанотермальные (очень прохладные)
Аэромассы с ориентировочным температурным интервалом 0—5° С. В этих условиях могут функционировать лишь малотребовательные к теплоте растения, процессы биогенного функционирования большей частью подавлены, часто бывает интенсивное таяние снега, инфильтрация.
Ak— Микротермальные (прохладные)
Температура воздуха 5—10° С. Эта термическая градация позволяет активно функционировать лишь травянистым растениям; большинство древесно-кустарниковых пород либо начинают, либо заканчивают свое активное функционирование; некоторые процессы влагооборота активны, но транспирация и испарение относительно низки.
Аz— Мезотермальные (умеренно теплые)
Аэромассы с интервалом температуры 10—15° С. Многие растения активно функционируют и производят фитомассу (особенно в бореальных ландшафтах); средняя интенсивность процессов трансформации солнечной энергии и расходной части влагооборота.