Тропосфера ауасы барлық жерде бірдей емес, өйткені жер беті бойынша Күн жылуының таралуы біркелкі емес және беттің өзі де өте әркелкі болып келеді. Ауаның төменгі бетпен болатын өзара әсерінің нәтижесінде ауа белгілі бір физикалық қасиеттерге ие болады, ал бір жағдайдан екіншісіне ауыса отырып, оларды тез өзгертеді – трансформацияланады. өйткені ау үнемі қозғалады, оның трансформациясы үздіксіз болып жатады. Бұл кезде ең алдымен температура мен ылғалдылық өзгереді. Белгілі жағдайларда (шөл, индустриальды орталықтар үстінде) ауада көптеген қоспалар болады. Бұл оның оптикалық қасиеттеріне әсер етеді.
Ауа массалары. Горизонталь бағытта бірнеше мың километрге және вертикаль бағытта бірнеше километрге таралған ауаның салыстырмалы біртекті массасын ауа массалары деп атайды.
Ауа массалары ауа біршама біртекті (континеттің, Мұхиттың бөлігі) беттің үстінде ұзақ болғанда қалыптасады. Алайда осы жағдайда да ауа массасы барлық бөліктерінде бірдей қасиетке ие бола алмайды. Тұрақты трансформация бір ауа массасының шегінде ауаның қасиетіне айырмашылық енгізеді. Сондай –ақ ауа массасының қозғалысын бір бағыттағы бірыңғай дененің қозғалысы ретінде түсінуге болмайды. Ауа массасындағы бөлшектердің бағыты мен жылдамдығы айтарлықтай түрлі және үнемі өзгеріп отырады, бір ауа массасының өзінде түрлі биіктікте қозғалыс көбінесе қарама – қарсы бағытта болады.
Жылы және суық ауа массалары (ТВ мен ХВ) болады. Неғұрлым жыл беттен анағұрлым суық бетке қарай орын ауыстыратын ауа массаларын жылы ауа массасы деп атайды. Сол ауа массасы, керісінше неғұрлым суық беттен анағұрлым жылы бетке қарай орын ауыстырады.
Жылы ауа массасы төселме беттен салқындайды, мұндағы вертикаль температуралық градиент азаяды, инверсия жиі байқалады. Әдетте мұндай ауа массасы орнықты. Суық бетке көтеріліп келе жатқан жылы ауа массасында ылғалдық көп болған кезде адвективтік тұмандар пайда болады, үздіксіз басқан тұманның үстінде көбінесе қатпарлы бұлттар орналасады, бұлардан сіркіреген жауын – шашындар жауады, инверсия қабатының үстінде бұлт жоғалып кетеді.
Неғұрлым жылы бетке келетін суық ауа массасы одан қызады да, вертикаль температуралық градиент артады және ауа массасы әдетте тұрақсыз болады. Термиялық конвекция пайда болады, конвективтік бұлттар түзіледі де, нөсер жаңбырлар жауады.
Кейбір аймақтарда бар градиентінің бағыты тұрақсыз әрі шамасы аз болғандықтан ауа массаларының қозғалысы баяулайды және бұл бірінен – бірінің елеулі айырмашылығы бар ауа массаларының қалыптасуы үшін қолайлы жағдайлар жасайды. Ауа массаларының қалыптасуының төрт зональдық ошағы ерекшеленеді: төменгі қысымды экваторлық облыс; жоғары қысымды субтропиктік облыс; жазда депрессиялармен алмасатын қоңыржай ендіктердегі континеттер үстіндегі қысқы максимумдар; жоғары қысымды полярлық облыстар (арктикалық және антарктикалық). Сәйкес түрде географиялық типтер деп аталатын ауа массаларын төрт типке бөледі: экваторлық ЭВ, тропиктік ТВ, қоңыржай (полярлық) УВ (ПВ) және арктикалық (антарктикалық) АВ. Ауа массаларының аталған типтері, температурасы, ылғалдылығымен, тозаңдық дәрежесімен ажыратылады. Төрт типтің әрқайсысы ең алдымен ылғалдылығы бойынша ажыратылатын подтиптерге: теңіздік (мАВ, мУВ, мТВ, мЭВ) және континеттік подтипке (кАВ, кУВ, кПВ, кЭВ) бөлінеді.
Арктикалық (антарктикалық) ауа қоңыржай ендік (поляр) ауасынан айырмашылығы, орта есеппен алғанда, температурасы өте төмен, абсолюттік ылғалдылығы мен тозаңдылығы аз тропиктік ауаның керісінге, қоңыржай ауаға қарағанда температурасы анағұрлым жоғары. Оның континеттік подтипі құрғақтығымен және тозаңдығымен, теңіздік подтипі мол ылғалдылығымен сипатталады. Экваторлық ауа массасы ылғалды және жылы, бірақ оның температурасы жылу буланып кететін болғандықтан, тропикалық ауаның температурасынын біраз төмен болады. Экваторлық ауаның теңіздік және континенттік болып бөлінуі білінбейді, өйткені экваторлық аймақтағы материктер үстінде булану өте жоғары дәрежеде.
Ауа массаларының барлық бөліктеріндегі қасиеттері бірдей болмағандықтан олардың типтерінің стандартты сипаттаулары бола алмайды.
Атмосфералық фронттар. Өздерінің физикалық қасиеттері жағынан әр түрлі ауа массалары, олардың үнемі орнын ауыстыруы нәтижесінде жақындаса түседі. Жақындасу зонасында (өтпелі зонада) энергияның көп қоры шоғырланады да атмосфера процестері ерекше белсенді келеді. Жақындасатын ауа массаларынң арасында метеорологиялық элементтердің күрт өзгерістерімен сипатталған әрі фронттық беттер немесе атмосфералық фронттар деп аталатын беттер пайда болады.
Фронттық бет төселме бетке әрдайым бұрыш жасап орнадасады да жылы ауаның астына сүйірленіп кірген суық ауа жаққа қарай көлбеу келеді. Фронттық беттің еңкею бұрышы өте аз, әдетте 10 – тан кіші келеді. Бұл фронттық бет 200км аралықта фронт сызығынан не бары 1-2 км биіктікте тұрады деген сөз. Фронттық бет орта ендіктерде 8-12 км-ге дейін көтеріледі, ол көбінесе тропопаузаға дейін жетеді. Фронттық беттің Жер беті мен қиылысуынан атмосфералық фронт сызығы түзіледі. Жерге жақын қабатта атмосфералық фронттың ені бірнеше км-ден ондаған км-ге дейін, ұзындығы бірнеше жүзден бірнеше мың километрге дейін болады.
Суық ауа әрдайым фронттық беттің астына, жылы ауа оның үстіне орналасады. Еңкейген фронттық беттің тепе – теңдігін Кориолис күші ұстап тұрады. Кориолис күші болмайтын экваторлық ендіктерде атмосфералық фронттар пайда болмайды.
Егер ауа ағындары екі жақта да фронт бойымен бағытталса және фронт суық ауа жағына да, жылы ауа жағына да елеулі орын ауыстырмаса, ол стационар фронт деп аталады. Егерде ауа ағындарының фронтқа перпендикуляр құраушысы болса, фронт екі ауа массасынан қайсысының белсендірек болуына қарай не ол жағына не бұл жағына қарай ығысады. Осыған сәйкес фронттар да жылы фронт және суық фронт болып бөлінеді.
Жылы фронт суық ауа жаққа қарай орын ауыстырады, өйткені бұл жағдайда жылы ауа массасы анағұрлым белсенді болып шығады. Жылы ауа бөлу жазықтығы бойынша жоғары қарай жаймен көтеріліп (ұлғаймалы жылу) шегінген суық ауаның үстіне шығады да адиабаттық жолмен суиды, бұған қоса –қабат оның ішіндегі ылғал конденсацияланады. Суық ауа шегінгенде оның төменгі қабаттары бетке үйкелуінің нәтижесінде біраз қалып қояды да фронт өте жазық көтеріледі. Жылы фронт жылылық әкеледі. Жылы ауа баяу көтерілгенде кәдімгі бұлт системалары қалыптасады.
Суық фронт жылы ауа жаққа қарай орын ауыстырады да суық әкеледі. Суық ауа жылы ауадан (оның астына тығыла және жоғары көтере отырып) тезірек қозғалады. Мұнда суық төменгі қабаттары өзінің қозғалысында жоғары қабаттарынан қалып қояды да (бұлар тіпті төмен қарай құлай да алады), фронтальдық бет төменгі беттен біршама тік көтеріледі.
Жылы ауаның тұрақтылық дәрежесіне және фронттардың қозғалу жылдамдығына қарай суық фронтты бірінші және екінші текті деп ажыратады. Бірінші текті суық фронт баяу қозғалады, жылы ауа жаймен көтеріледі. Бұлттылығы жылы фронт бұлттылығына ұқсас, бірақ жауын–шашын зонасы тар (фронталдық беттің біршама көбірек еңкеюі салдарынан). Екінші текті суық фронт тез қозғалмалы келеді: Төменгі бөлігінде байқалатын жылы ауаның өрлей қозғалуы біраз биіктікте төмендей қозғалуымен кездесіп инверсия туады. Фронт алдында будақ жаңбырлы бұлттар, дауылды жел, нөсер болады да фронттан кейін атмосфера өте тез ашылып кетеді.
Жылы және суық фронттар түйіскенде күрделі фронт – окклюзия фронты пайда болады. Фронттардың түйісуі суық фронт жылы фронттан тезірек орын ауыстыра отырып, оны қуып жететіндігінен болады. Екі фронт арасындағы кеңістікте қалған жылы ауа жоғары қарай ығыстырылады да, екі фронттың суық ауа массалары қосылады. Қосылатын екі массаның қайсысы жылырақ екендігіне қарай окклюзия суық типі бойынша (жылы фронттың ауасы жылырақ) немесе жылы типі бойынша (суық фронттың ауасы жылырақ) өтеді.
Ауа массаларының түрлі типтері арасында тұтас тұрақты атмосфера фронттары болмайды, бірақ фронтальдық зоналар болады, бұлардың ішінде түрлі интенсивті толып жатқан фронттар үнемі туып, шиеленісіп әрі бұзылып жатады. Бұл зоналарда климаттық (басты) фронттар деп атайды. Бұлар ауа массаларының түрлі типтері басым болып келетін аймақтарды бөліп тұратын фронттардың орташа көп жылдық жағдайын білдіреді. Арктикалық (антарктикалық) ауа массасы мен қоңыржай ендік ауа массалары арасында арктикалық (антарктикалық) фронт орналасады.
Тропиктік ауа массасынан қоңыржай ауа массасын солтүстік және оңтүстік жарты шарлардың полярлық фронты бөледі. Тропиктік ендіктердегі полярлық фронттың жалғасы – пассат фронты – тропиктік ауаның екі түрлі массасын бөледі, бұлардың біреуі трансформацияланған қоңыржай ауа. Ауаның тропиктік массалары экваторлық ауа массасынан тропиктік фронтпен бөлінеді.
Барлық фронттар үздіксіз орын ауыстырып өзгеріп отырады. Сондықтан да фронт учаскесінің қайсысының болмасын шынайы жағдайы оның көпжылдық орташа жағдайынан едәуір ауытқи алады.
Климаттық фронттардың орналасуына қарай ауа массаларының орналасуы мен маусымға қарай олардың орын ауыстыруын пайымдауға болады.
Температуралық градиенттер өте үлкен фронттық зоналарды күшті желдер пайда болады, бұлардың жылдамдығы жоғарылаған сайын арта отырып, тропопаузаға жақындағанда (80 м/сек астам) максимум мәніне жетеді. Жоғары тропосфераның фронттық зоналарындағы дауылды желдер (төменгі стратосферада сирегірек кездеседі) ағынды ағыс деп аталады. Бұл жылдамдығы едәуір аз ауа тасқынының ортасында есетін біршама тар (олардың ені – бірнеше жүз километр) ауа ағындары. Ұзындығы бірнеше мың километр болғанда ағында ағыстардың түрлі учаскелерінің интенсивтігі түрліше болады. Орналасуына қарай ағынды ағыстар тропосфералық және стратосфералық деп бөлінеді. Біріншісінің бағыты көбінесе батыстық бағыт, екіншісі қыстаа көбіне батыстық, жазда шығыстық бағытта болады. Тропосфералық ағынды ағыстар қоңыржай және субтропиктік ендіктердің ағыстарына бөлінеді. Қоңыржай ендіктердің ағынды ағыстары қозғалғыш та, интенсивтілігі жағынан өзгергіш келеді. Олар көбінесе қыста 7-10 км және жазда 8 – 11 км биіктікте орналасады. Желдің орташа максималды жылдамдығы 40-50 м/сек, кейде желдің жылдамдығы 80 – 100 м/сек – тан да асып кетеді. Солтүстік жарты шардағы субтропиктік ағынды ағыстар 12- 4км биіктікте болады. Орташа максималды жылдамдықтары қыста 50 –60 м/сек, жазда 30-40 м/сек болады.
Ағынды ағыстар атмосфера циркуляциясы режимінде өте зор роль атқарады.