Атмосфера за своїми фізичними властивостями неоднорідна не тільки у вертикальному, а й в горизонтальному напрямку. Зміни метеорологічних елементів по горизонталі відбувається нерівномірно.
Великі обсяги повітря в тропосфері, які мають відносно однорідні властивості і переміщаються в одному напрямку називаються повітряними масами.
Властивості повітряної маси визначаються місцем її формування, тобто характером підстильної поверхні, над якою вона тривалий час перебувала. Наприклад, повітряній масі, сформованої над крижаним покривом Арктики, притаманні низькі температура і пружність водяної пари, більша прозорість. А повітряній масі, сформованої над тропічними широтами - висока температура, вологість і велика помутніння.
Прийнято розрізняти такі повітряні маси (географічна класифікація):
арктичне повітря, яке формується за Полярним колом, в Антарктичному басейні і над пов'язаними з ним частинами материків;
помірне повітря, який формується в помірних широтах;
тропічне повітря, який формується в тропічних і субтропічних областях, а влітку, іноді, в південних районах помірних широт;
екваторіальний повітря, який формується в екваторіальній зоні і іноді перехідний з однієї півкулі в іншу.
Розрізняють морські і континентальні повітряні маси, в залежності від поверхні, над якою вони сформувалися.
Повітряні маси в тропосфері знаходяться в безперервному русі, тобто переміщаються з місця свого формування в інші області. При переміщенні повітряної маси з однієї підстильної поверхні на іншу, наприклад, з суші на море, відбувається зміна її характеристик, зване трансформацією. При трансформації іноді може змінитися навіть географічний тип повітряної маси.
Поряд з географічної класифікацією повітряні маси поділяють на холодні і теплі.
Холодної повітряної масою називається така повітряна маса, прихід якої викличе похолодання в даному районі. Холодна маса зазвичай рухається на теплішу підстилаючої поверхню.
Теплій повітряній масою називається повітряна маса, прихід якої в даний район викличе потепління. Тепла повітряна маса рухається на більш холодну підстилаючої поверхню.
Повітряні маси постійно взаємодіють між собою. У межах однієї повітряної маси метеорологічні елементи змінюються незначно. При переході ж від однієї повітряної маси до іншої відбувається стрибкоподібне зміна метеорологічних елементів.
Перехідні зони між сусідніми повітряними масами, в яких метеорологічні елементи швидко змінюються в горизонтальному напрямку, називають фронтальними зонами (поверхнями) або фронтами. Фронтальна зона завжди нахилена в сторону холодного повітря, але кут його нахилу становить лише кілька кутових хвилин.
На малюнку 2.4 приведена схема освіти атмосферного фронту.
Малюнок 2.4 - Схема освіти атмосферного фронту
Фронти поділяють на холодні і теплі.
Якщо холодне повітря насувається клином під відступаючий тепле повітря, витісняючи його вгору, то фронт називається холодним.
Якщо тепле повітря поступово натекает на відступаючий холодне повітря, то фронт називається теплим.
Відповідно географічної класифікації повітряних мас прийнято розрізняти три головних фронту:
арктичний - між арктичним і помірним повітрям;
фронт помірних широт - між помірним і тропічним повітрям;
тропічний - між тропічним і екваторіальним повітрям.
Переміщення, трансформація і взаємодія повітряних мас і фронтальних поверхонь є найважливішими об'єктами вивчення в синоптичної метеорології, так як саме вони зумовлюють зміни погоди. При проходженні фронтів часто спостерігаються інтенсивне утворення хмар, випадання опадів, посилення вітру, тумани, грози, шквали і інші метеорологічні явища.
На підставі взаємодії повітряних мас з підстильної поверхнею, в атмосфері виділяють два шари:
граничний шар атмосфери або шар тертя;
У граничному шарі, який простягається від поверхні Землі в середньому до висоти 1-1,5 км, на характер руху великий вплив має земна поверхня і сила турбулентного тертя. У цьому шарі яскраво виявляються добові зміни температури, тиску, вологості повітря, напрямку і швидкості вітру та інших метеорологічних елементів.
У вільній атмосфері силами турбулентного перемішування можна знехтувати. Тут на характер руху повітря земна поверхня практично не впливає і добовий хід метеорологічних елементів більш гладкий.