Fizikalna svojstva zraka kao što su temperatura, vlažnost, vidljivost i drugo ovise o više čimbenika. Analize vremenskih karata pokazuju da su iznad velikih područja fizikalna svojstva zraka i značajke vremena slične. Pokazuje se da su ove veličine u uskoj vezi s fizikalnim svojstvima Zemljine površine iznad koje se zrak nalazi. Nalazeći se u izravnom dodiru sa Zemljinom površinom, zrak prima određena svojstva, koja se prenose u više slojeve pri čemu se uspostavlja određena razdioba fizikalnih svojstava s visinom.

 

Pojam zračna masa (eng. air mass) označava veliku količinu zraka čija su fizikalna svojstva više ili manje ujednačena u vodoravnom smjeru. Za razliku od česti zraka, koje imaju mali obujam, zračna masa ima mnogo veći obujam. Vodoravna prostranstva zračnih masa su obično od 500 do 5000 km, zahvaćaju površinu i nekoliko miliona kilometara kvadratnih, dok su uspravna protezanja između 1 i 20 km. Znači da se zračne mase u vodoravnom smjeru protežu iznad područja kontinentalnih (oceanskih) razmjera, a u uspravnom smjeru mogu zahvaćati cijelu troposferu.

Ujednačenost svojstava zračne mase može se odrediti iznosom gradijenata meteoroloških elemenata. Dvije zračne mase koje se nalaze u međusobno neposrednoj blizini na svojim granicama imaju mnogo izraženije gradijente.

 

Velike količine zraka mogu imati slična fizikalna svojstva, ako su dugotrajno izložena približno istim uvjetima. To se u prirodi dešava kad se iznad nekog većeg zemljopisnog područja s jednolikom podlogom uspostavi takav tip kruženja pri čemu se ista količina zraka dulje vremena (počevši od nekoliko dana ili tjedana) zadržava iznad takve podloge. Povoljni uvjeti za ovakav tip kruženja se javljaju u polupostojanim anticiklonama gdje su zračne mase u miru ili slabo pokretne. Tako su zračne mase dulje vremena izložene utjecaju podloge. Prostrana područja Zemlje, gdje su ovi uvjeti češće ispunjeni predstavljaju izvorišta za nastajanje zračnih masa.

Osnovna svojstva zračnih masa ovise prvenstveno o kakvoći podloge izvorišta gdje je zračna masa nastala. Tako, npr. ako je zračna masa nastala iznad morske površine sadržavat će u sebi veću količinu vlažnosti, a ako je nastala iznad kopna bit će suša. Debeli slojevi zraka ne moraju biti jedna zračna masa, jer zrak na razne visine može doći iz različitih područja.

Kad se zračna masa pokrene s izvorišta, ne ulazeći u razloge zbog kojih je do toga došlo, ona se pretvara – transformira prema svojstvima podloge iznad koje putuje i trajanju njenog zadržavanja iznad tog područja, koja se razlikuju po fizikalnim svojstvima od izvorišta. Te promjene su polagane i teku postupno.

 

Veličina promjene tj. pretvorbe zračne mase ovisi o razlikama svojstava zračne mase i podloge. Također će promjene fizikalnih svojstava zračne mase ovisiti od tipa kruženja u atmosferi, odnosno miješanja unutar zračne mase koje ubrzava njenu pretvorbu. Pri proučavanju pretvorbe zračne mase ne analizira se što se zbiva u nekoj određenoj točki prostora, već kakve promjene doživljava čestica zraka koja se giba zajedno sa zračnom masom. Pojedina fizikalna svojstva zračne mase se ne mijenjaju ili se slabo mijenjaju pri uspravnim gibanjima zraka i nemaju izraženi dnevni hod, što je pogodno prilikom praćenja pretvorbe zračne mase. Takva svojstva zraka su konzervativne veličine, kao npr. potencijalna temperatura i specifična vlažnost, zatim ekvivalentna potencijalna i potencijalna mokra temperatura. Zadnje dvije veličine uključuju vlažnost zraka i ne mijenjaju se ni pri procesima kondenzacije prilikom dizanja zraka, jedino se mijenjaju pri promjeni topline i vlažnosti, što se značajnije može javiti samo uz Zemljinu površinu. S druge strane, prizemna temperatura i relativna vlažnost zraka glede svoje izrazite promjenljivosti nisu dobre veličine koje bi određivale pojedinu zračnu masu.

Važno je istaći da je na izvorištu uspostavljena ravnoteža (temperatura, vlažnost) između zračne mase i podloge, dok se napuštanjem tog područja narušava ravnoteža. Stoga pretvorba zračne mase ustvari znači ponovno uspostavljanje ravnoteže između zračne mase i podloge. Uspostavljanje temperaturne ravnoteže obično se doseže u prosjeku nakon tjedan dana po dolasku zračne mase na određeno područje. Sadržaj i razdioba topline i vlažnost u zračnoj masi dvije su osnovne značajke koje zračna masa dobiva tijekom svog nastanka na izvorištu. Iznad raznih dijelova Zemljine površine gdje zračne mase nastaju, toplina i vlažnost imaju izražene vrijednosti.

Podjela zračnih masa

 

Glede lakšeg proučavanja i praćenja razvitka, zračne mase mogu se razvrstati na nekoliko načina: prema mjestu i kakvoći nastajanja na izvorištu.

Pojednostavljena slika zbivanja u atmosferi pokazuje da na visini tj. u srednjim i višim slojevima troposfere postoje u osnovi dvije zračne mase. Jedna je bliže ekvatoru. To je tropska zračna masa (visoki tlak), a druga bliže polovima je polarna zračna masa (niski tlak) koje dolaze u neposrednu blizinu u području umjerenih širina. Znantno složenija slika je u nižim slojevima troposfere te temeljna podjela zračnih masa vrijedi za najniže slojeve, pri čemu se ista podjela primjenjuje i za više slojeve.

 

Postoji nekoliko načina podjela zračnih masa:

a) prema zemljopisnom području postoje:

b) prema kakvoći podloge postoje:

c) prema temperaturi podloge razlikuju se:

d) prema stabilnosti zraka razlikuju se:

Znakovito je naglasiti svezu temperature i vlažnosti zraka, jer porastom temperature zrak može primiti više vodene pare i postati nestabilan, ali istodobno zrak s visokom temperaturom poprima značajke tople zračne mase (stabilno). Očito je da treba nastupiti izvjestan odnos temperature i vlažnosti zraka u cilju definiranja stabilne ili nestabilne zračne mase. Proces razvitka značajki stabilnosti i nestabilnosti zračnih masa je od velikog značaja, jer u velikoj mjeri odražava vremenske pojave u atmosferi.

 

 

Ovisno da li je pojedina zračna masa nastala u nižim ili višim zemljopisnim širinama, nad kopnom ili morem ona poprima određene značajke: topla ili hladna, suha ili vlažna.

 

Primjenjujući oznake za zračne mase može se lako obilježiti svojstvo pojedine zračne mase i pratiti njezine promjene kad napusti izvorište. Često se zračne mase obilježavaju kao tople ili hladne s naznakama iz kojih zemljopisnih područja potječu te da li sadrže vlagu kao:

 

Ec, Wem, WTc, WPc, WPm,
KTc, KTm, KPc, KPm, Kac, Kam.

 

Potrebno je istaći da oznake toplo ili hladno ne predstavljaju vrijednosti temperature zraka već razliku temperatura zraka u odnosu na podlogu. Stoga zrak iz polarnog područja s temperaturom npr. -5°C predstavlja topli zrak kad dođe iznad područja s temperaturom npr. -10°C. S druge strane, tropski zrak temperature 20°C je hladni zrak ako dođe na područje s temperaturama od 25°C.

 

Spomenuto je da zračne mase mogu biti stabilne ili nestabilne (labilne), stoga će i značajke vremena biti različite. Topla zračna masa zapaža se redovito nad kopnom u hladno doba godine; značajno vrijeme je slojasta zatvorena naoblaka (stratusi), katkad popraćena rosuljom ili stvaranjem advekcijskih magla. Turbulencija u toploj zračnoj masi pojavljuje se redovito nad kopnom u toplo doba godine, osobito pri prodorima morske polarne i morske arktičke zračne mase. Tipično vrijeme u takvim zračnim masama su konvekcijski oblaci (kumulonimbusi), pljuskovite oborine, često i grmljavine. Osnovne značajke zračne mase (toplo, hladno) lako doživljavaju promjene tj. lako prelaze jedna u drugu i obrnuto. Dnevni hod meteoroloških elemenata je osobito velik.

Premještanje te razvoj vremena u zračnim masama

 

Zračne mase se općenito mogu gibati raznim smjerovima i brzinama te dolaziti nad podloge koje se u odnosu na njih više ili manje razlikuju po svojim termičkim ili vlažnostnim svojstvima. Takvo premještanje zračnih masa uvjetovat će određeni razvitak vremena unutar same zračne mase. Ove promjene su znatno izražene na obalnim područjima gdje s jedne strane, najčešće nad kopnom, postoji razmjerno suh zrak, a s druge strane iznad mora je izražena mogućnost za nastajanje vlažnog zraka. Naravno, temperaturni uvjeti kao toplo ili hladno kopno, odnosno more, mogu te razlike dodatno istaknuti. Međutim, novija saznanja manje uvažavaju značaj zračnih masa i njihove pretvorbe, jer se vremenski procesi razmatraju primjenom numeričkih modela.

 

U slučaju toplog kopna i hladnijeg mora, što je češći slučaj u ljetnim mjesecima, postoje mogućnosti premještanja toplog zraka s kopna na more ili hladnog zraka s mora na kopno. Pri prijelazu toplog i ne previše vlažnog zraka s kopna nad hladnije more dolazi do hlađenja donjih slojeva zraka i djelomičnog obogaćenja vodenom parom. Kako ovi uvjeti odgovaraju stabilnim vremenskim uvjetima dolazi do postupnog stvaranja niskih slojastih oblaka, najčešće stratokumulusa i stratusa, odnosno magle. U drugom slučaju, kad hladan i vlažniji zrak s mora dolazi nad toplo kopno, donji slojevi zraka se griju, atmosfera postaje nestabilnija te se razvijaju grudasti oblaci, prvo kumulusi koji sve više jačaju dok ne postignu značajke kumulonimbusa iz kojih mogu pasti pljuskovite oborine.

U zimskim mjesecima je hladno kopno, dok je more razmjerno toplo. Strujanje hladnog i razmjerno suhog zraka s kopna na toplo more dovodi do grijanja i zbog pojačanog isparavanja obogaćenja s vodenom parom donjih slojeva zračne mase te postojanja atmosferske nestabilnosti uz razvitak kumulusa i kumulonimbusa iz kojih mogu padati pljuskovite oborine. Pri premještanju toplog i vlažnog zraka s mora na hladno kopno razvijaju se niski slojasti oblaci stratokumulusi i stratusi koji prelaze u maglu, često dugotrajnu. Na mnogim mjestima uz morske obale teku hladne morske struje, koje predhodnu sliku mogu djelomice izmijeniti. Tada je otvoreno more toplo dok je uz obalu razmjerno hladno zbog djelovanja hladne morske struje. Takva područja u najnižim slojevima zraka su bogata vodenom parom i stoga je pojava prostranih magli, koje pokrivaju more i kopno vrlo česta.