Masele de aer - proprietatile maselor de aer, conservative si neconservative

Masele de aer

In straturile inferioare ale atmosferei, in troposfera mai precis, se produc continuu, dupa cum stim, modificari mai mult sau mai puti esentiale in evolutia parametrilor meteorologici (temperatura, presiune, precipitatii, vant, etc.), modificari conditionate in mod esential de repartitia inegala a energiei solare trimise pe suprafata geoidului. Suprafata terestra la randul sau, prin marea ei neomogenitate, incalzeste in mod diferentiat aerul stationat sau vehiculat mereu pe deasupra sa. Transferul de caldura de la suprafata subiacenta catre aerul de deasupra ei este exprimat de evolutia elementelor meteorologice, incepand de la sol si continuand in intreaga troposfera; acestea reflecta obiectiv diversitatea aspectelor de vreme ce se intalnesc pe Pamant. Ori „mersul vremii” intr-o zona geografica data presupune schimbarea, inlocuirea aerului cald cu cel rece si invers intr-un „dans” permanent. Dar, acest aer poate deveni din nou rece sau cald datorita suprafetei terestre peste care a stationat un anumit timp. Astfel, se constituie volume imense de aer troposferic cvasiomogen, numite si „celule” atmosferice care pastreaza atat in plan orizontal, cat si in plan vertical, o anumita uniformitate a parametrilor meteorologici; cea mai cunoscuta denumirea a acestor mari volume de aer cu aceleasi proprietati este cea de „mase de aer”.

Conceptul de „masa de aer” ii apartine profesorului suedez T. Bergeron, care inca din 1928 a avansat ideea ca deplasarea marilor volume de aer cu numele de „mase de aer” peste suprafata planetei influenteaza decisiv evolutia atat de diferita a vremii de la o zi la alta, de la un loc la altul al „casei” noastre cosmice.

1. Trasaturi definitorii

Orice masa de aer, indiferent de zona geografica de origine, este definita prin urmatoarele proprietati caracteristice:

o ampla extensiune pe orizontala, practic putand acoperi suprafete de sute de mii sau chiar milioane de kilometri patrati;

o distributie aproape omogena a valorilor parametrilor meteorologici in dimensiunile sale orizontale;

o variatie cvasiuniforma a valorilor ce exprima aceiasi parametri meteorologici in distributia lor pe verticala, uneori pana la nivelul superior al troposferei.

Dar pentru ca toate acestea sa se realizeze este necesar ca zona geografica generatoare de mase de aer sa aiba ea insasi o mare omogenitate; intinsul nemarginit al oceanelor intre anumite latitudini, imensele calote glaciare de la cei doi poli terestri, marile suprafete desertice, marile stepe, vastele paduri ecuatoriale, sunt „vetre” autentice de mase de aer. Fiecare dintre aceste intinse zone geografice imprumuta treptat aerului ce stationeaza deasupra lor propriile caracteristici esentiale; astfel, aerul cantonat, un timp, deasupra zonelor ecuatorial-oceanice sau deasupra padurilor ecuatoriale, va fi foarte bogat in umezeala si va avea valori termice ridicate dar uniforme, tot timpul anului pe cand aerul ajuns sa stationeze peste intinsele calote glaciare va fi deosebit de rece; sau alt exemplu: in zonele desertice unde predomina „braul anticiclonic tropical”, masele de aer vor avea temperaturi foarte ridicate ziua, foarte scazute noaptea la nivelul solului, iar valorile umiditatii aerului, deosebit de scazute.

2. Proprietatile maselor de aer, conservative si neconservative

Temperatura, umezeala si gradul de transparenta al aerului reprezinta trei repere clasice de identificare primara a maselor de aer care se indreapta spre o zona data (o tara, o provincie, un oras).

Exprimate in termeni de specialitate, aceste „repere clasice de identificare” poarta denumirea de „proprietati ale maselor de aer” sau „marimi caracteristice”, unele conservandu-se in timp, altele putand sa se modifice usor in anumite circumstante.

Proprietatile sau marimile conservative sunt de interes deoarece ele se mentin nemodificate radical, exprimand, in fapt, originea unei mase de aer si la mii de kilometri departare de locul ei de desprindere.

v    Temperatura echivalent potentiala este temperatura potentiala[1] pe

care ar avea-o particula de aer daca tot continutul de vapori de apa ar condensa, iar caldura latenta rezultata ar fi folosita la incalzirea particulei. Aceasta temperatura nu se modifica deloc in cazul transformarilor adiabatice[2], este deci aceeasi si la 5000km distanta de locul de formare al masei de aer.

DOCUMENT ONLINE: Calculul azimutului cu ajutorul relatiei ctg z DOCUMENT ONLINE: Calculul unghiului la pol cu relatia ctgp

v    Umezeala specifica (respectiv continutul de apa, exprimat in grame,

raportat la unitatea de masa de 1kg aer atmosferic) este considerata drept marime conservativa pentru masele de aer de deasupra uscatului deoarece ea nu se modifica in legatura cu procesele de comprimare sau dilatare ale acestora. Deasupra oceanelor sau marilor extinse insa, umezeala specifica se modifica brusc si substantial datorita intensului aport de vapori cedati aerului de deasupra prin evaporarea apei mai ales la latitudini calde si temperate.

v    Opalescenta aerului sau gradul de transparenta cum se mai numeste

este considerata cea mai conservativa proprietate a maselor de aer. Ea ia nastere cand particulele ajunse in suspensie in troposfera au dimensiuni mai mici decat lungimile de unda ale luminii.

Proprietati neconservative ale maselor de aer

v    Temperatura aerului in cadrul masei studiate: are variatii insemnate

atat in apropierea suprafetei subiacente cat si in troposfera libera, ea scazand odata cu inaltimea de masurare si implicit cu scaderea presiunii.

v    Umezeala absoluta reprezentand continutul in grame de vapori de apa

la 1 m ³ de aer atmosferic este o marime putin conservativa, variatiile acesteia depinzand nemijlocit de comprimarea si dilatarea aerului.

v    Umezeala relativa reprezentand procentual continutul vaporilor de

apa in aerul atmosferic, este o marime fluctuanta, depinzand direct de mersul temperaturii aerului.

3. Clasificari ale maselor de aer

Masele de aer se pot clasifica dupa mai multe criterii si anume:

1)    regimul temperaturii, care permite impartirea lor in doua categorii: mase de aer cald si  mase de aer rece.

o      Masele de aer cald se caracterizeaza prin temperaturi mai mari decat cele ale suprafetei subiacente pe deasupra careia trec si unde vor produce incalzirea vremii.

o      Masele de aer rece se caracterizeaza prin valori termice mai coborate decat cele ale suprafetei terestre peste care trec la un moment dat si unde vor determina racirea vremii.

2)    criteriul stabilitatii sau instabilitatii termodinamice, in acest sens masele de aer fiind impartite in doua categorii si anume:

mase de aer stabil in care gradientul termic vertical este - cel putin in troposfera inferioara - mai mic decat gradientul adiabatic umed. Masele stabile de aer se caracterizeaza prin posibilitatea aparitiei nebulozitatii stratiforme, a precipitatiilor slabe (mai ales sub forma de burnita), prin prezenta ceturilor,  prin miscari lente ale aerului si vizibilitate redusa.

mase de aer instabil in care gradientul termic vertical este mai mare decat gradientul adiabatic umed. In asemenea mase de aer exista conditii meteorologice necesare pentru dezvoltarea convectiei, specifica fiind nebulozitatea cumuliforma, aversele, fenomenele orajoase, oscilatiile bruste ale presiunii atmosferice si, nu in ultimul rand, intensificarile de vant.

3)    criteriul cel mai uzitat este insa cel care are la baza locul de origine geografica a maselor de aer (dupa T. Bergeron si S. Petterssen). Aceasta clasificare are ca baza urmatoarele rigori:

a. regiunea de origine a masei de aer luata in consideratie, dupa care se pot diferentia patru tipuri de mase de aer: arctic (A) sau antarctic (AA), polar (P), tropical (T) si ecuatorial (E).

b. caracterul de umiditate sau uscaciune al masei de aer arondate uneia dintre cele patru mari zone geografice, prezentate mai sus. Din acest punct de vedere masele de aer pot fi maritime (m) sau continentale (c).

c. temperatura suprafetei subiacente peste care circula masele de aer si in functie de care au valori mai ridicate (w) sau mai coborate (k).

Iata prezentarea pe scurt a caracteristicilor principalelor mase de aer despre care vorbesc buletinele meteorologice europene.

masele de aer arctic se nasc in zona circumpolara a emisferei nordice, dincolo de paralela de 70^o; se caracterizeaza prin temperaturi deosebit de scazute (-60^oC in timpul iernii), prin puternice inversiuni termice, printr-o transparenta si o vizibilitate orizontala exceptionala, ce poate atinge uneori 100km. Invaziile de aer arctic catre Europa, din zona Groenlandei sau din zona Insulelor Spitzbergen au un grad mai ridicat de umiditate, deoarece strabat intinse suprafete oceanice (mA); daca aerul arctic vine in Europa dinspre Scandinavia (cA) sau dinspre nordul extrem al teritoriului european al CSI, el este mult mai sarac in umezeala.

masele de aer polar sunt impropriu numite astfel deoarece ele se identifica la latitudini temperate, ba mai mult sunt specifice latitudinilor temperate, cuprinse intre 40^o si 70^o nord si sud, in functie de zona geografica deasupra careia stationeaza (ocean sau continent), ele pot fi umede (mP) sau uscate (cP).

masele de aer maritim polare, se deplaseaza deseori dinspre Oceanul Atlantic peste intreaga Europa, avand valori termice moderate, umiditate ridicata, un grad ridicat de nebulozitate si generand precipitatii pe continentul european; ele sunt mai calde decat continentul iarna si mai racoroase decat acesta var, de aceea trasatura termica a lor este relativa, nu si umiditatea lor.

masele de aer continental polare iau nastere in stepele ruse deci in Europa de Est; le sunt caracteristice valorile termice deosebit de coborate iarna (adesea sub –40^oC) si deosebit de ridicate vara (30..35^oC), nebulozitate stratiforma (iarna) dar si lipsa acesteia in restul anului. Are aceeasi relativitate termica precum in cazul precedent, dar mult mai brutala. In figura 1 se poate observa o zona de interactiune a maselor de aer polar si tropical, respectiv America de Nord, mai exact SUA si Canada care se afla, practic intre cele doua regiuni de formare a maselor de aer.

masele de aer tropical se formeaza in zonele tropicale si subtropicale cuprinse intre 20^o si 30^o latitudine nordica si sudica, mai cu seama deasupra Oceanului Atlantic si nordului Africii si are doua faciesuri:

a. aerul maritim tropical, cu un continut ridicat de umezeala, dar numai in straturile inferioare ale troposferei;

b. aerul continental tropical, in schimb, este foarte sarac in umezeala (10 – 15%) si deosebit de cald, determinand zile de canicula, cand temperatura aerului depaseste 35⁰..40^oC (specific Saharei), dar in iulie si august 2000 si in Pen.Balcanica si chai in Campia Romana (temperaturi ce au ajuns la 43⁰ – 44⁰C).

Desi in Europa nu ajunge aerul ecuatorial, trebuie stiut ca se formeaza in zona situata deoparte si alta a Ecuatorului, deasupra intinselor paduri ecuatoriale si a oceanului ecuatorial, avand cel mai ridicat continut de umezeala (95…100%), temperaturi uniforme si ridicate (30^o…35^oC) tot timpul anului si ca determina precipitatii zilnice.

Fig.1 Masele de aer polar si tropical interactioneaza deasupra teritoriilor Statelor Unite ale Americii si Canadei (dupa Strahler A., 1973)