Анализ всего изложенного показывает, что тропосфера не может быть физически однородной во всех своих частях.
В зависимости от того, над каким участком земной поверхности длительно располагается воздушная масса, она бывает холодной или тёплой, влажной или сухой, замутнённой или прозрачной. G другой стороны, вследствие непрекращающегося движения атмосферы в горизонтальном и вертикальном направлениях свойства воздушных масс не могут быть постоянными. Поэтому справедливо считать, что тропосфера, не переставая быть единой и цельной, разделяется на воздушные массы, отличающиеся друг от друга совокупностью признаков, причём совокупность эта в связи с движением атмосферы находится в состоянии непрерывного изменения.
Горизонтальные размеры воздушных масс достигают тысяч километров. Воздушные массы располагаются либо рядом, либо одна над другой, могут быть временно в покое, но чаще всего передвигаются. Каждая масса условно считается однородной. Это значит, что наблюдающиеся в разных её частях, удалённых друг от друга, изменения температуры, влажности и т. п. постепенны и невелики. Зато переход от одной воздушной массы к другой совершается резко; зоны раздела (иногда очень узкие, иногда широкие) между воздушными массами называются фронтами, или фронтальными зонами. Различия в физических свойствах воздушных масс по обе стороны фронта обычно велики, и смена этих свойств происходит быстро.
Очевидно, что формирование воздушных масс, т. е. приобретение ими ряда определённых свойств, легче всего протекает в тех районах земного шара, где воздушные массы находятся подолгу. Их длительное пребывание в одном районе сообщит им температуру, влажность и степень прозрачности, зависящие от данной географической широты и характера подстилающей поверхности. Наиболее благоприятными для формирования определённых характерных признаков воздушных масс являются области постоянных или длительных антициклонов.
Если в том очаге, где формируется воздушная масса, подстилающая поверхность — море, то воздух называется морским; если подстилающая поверхность суша, лёд или снег, воздух называется континентальным.
Когда воздушная масса передвигается, она меняет своё географическое положение, и меняется также характер подстилающей её поверхности. В случае быстрого перемещения её первоначальные свойства сохраняются дольше и мало изменёнными переносятся в другие районы Земли. При медленном движении воздушная масса уже по пути успевает изменить свои признаки существенным образом. Задержавшись на долгий срок в новом районе, воздушная масса перерождается здесь полностью и оказывается наделённой новой комбинацией особенностей; продолжительность такой трансформации — от 3 до 9 суток.
При движении воздушной массы на более тёплую подстилающую поверхность устойчивость её стратификации (вследствие прогрева снизу) уменьшается, при движении на более холодную — увеличивается. Если по пути не происходит конденсации водяного пара, то содержание последнего в воздухе при движении воздушной массы увеличивается за счёт поглощения в пути с подстилающей поверхности всё новых порций влаги. При движении с севера на юг (в северном полушарии) мощность воздушной массы становится меньше, так как вследствие расхождения меридианов её «русло» делается шире. Горные хребты, преграждающие путь, воздушные массы обычно обходят, но иногда и переваливают через них.
В настоящее время принято классифицировать воздушные массы по месту их формирования. Эта географическая классификация является одновременно и генетической, поскольку свойства воздушной массы в очаге формирования обусловливаются всей географической обстановкой этого очага. Различают следующие основные типы воздушных масс.
1. Арктический и антарктический воздух формируется над снегами и льдами полярных стран (главным образом во время полярной ночи) из притекающего в верхних слоях атмосферы полярного воздуха и тропического (см. ниже). При этом воздух в условиях полярной ночи сильно выхолаживается и высушивается, с образованием мощной приземной инверсии температуры; его характерные свойства — низкие температуры, малая влажность, высокая прозрачность. Вторжение этого воздуха сопровождается резким снижением температуры в районе, подвергнувшемся его нашествию. Арктический воздух, если он приходит в Европу через Баренцово и Карское моря, называется континентальным; к нему главным образом и относится вышеприведённая характеристика. Арктический воздух, приходящий из района, примыкающего к Гренландии и Шпицбергену, называется морским; проходя над тёплыми морскими течениями, он успевает несколько прогреться снизу, впитать в себя известное количество влаги и становится неустойчивым; осенью и весной, когда материки ещё нагреты, неустойчивость морского полярного воздуха усиливается, что ведёт к вертикальной циркуляции в нём и выпадению ливневых осадков; зимой же неустойчивость быстро исчезает, и при вторжении морского воздуха обычно господствует ясная морозная погода.
2. Воздух умеренных широт, иначе называемый полярным, или ещё иначе, по предложению Л. Берга, бореальным, формируется в антициклонах умеренных широт из арктических воздушных масс и воздуха, пришедшего (в верхних слоях) из тропиков.
В антициклонах над сушей — над лесами и степями умеренного пояса, а зимой над почвой, покрытой снегом, образуется континентальный полярный воздух, жаркий летом, очень холодный зимой. В Западную Европу он проникает из СССР, Финляндии и Скандинавии. Морской же воздух образуется в умеренных широтах над океаном — в восточной части океанов над тёплыми течениями, в западной над холодными. Материалом для его формирования, помимо арктического и тропического воздуха, служит также континентальный полярный воздух. В зимнее время континентальный полярный и арктический воздух в процессе формирования морского полярного воздуха нагревается и становится более влажным, летом же арктический воздух нагревается, а континентальный полярный охлаждается. Поэтому морской полярный воздух, приходящий в Европу зимой из средних и высоких широт Северной Америки, а летом из высоких широт Атлантики, приносит в зимнее время оттепели, летом похолодание.
3. Тропический воздух образуется преимущественно в антициклонах субтропического пояса — морской над океанами (причём в западной части океанов подстилающей поверхностью служат тёплые морские течения, в восточной холодные), континентальный над степями и пустынями. В формировании тропического воздуха участвуют антипассаты, опускающиеся в динамических антициклонах, а также морской и континентальный полярный воздух. Антипассаты в опускающихся токах адиабатически нагреваются; если они опускаются над морем, то затем происходит их увлажнение от подстилающей поверхности, если над сушей, — то дополнительное прогревание от подстилающей поверхности вызывает резкое падение влажности (относительной) воздуха. Очевидно, что и зимой, и летом тропический воздух приходит в Европу с высокими температурами. К экватору он идёт в виде пассатов или муссонов.
Очагом образования морского тропического воздуха, имеющим значение для европейской погоды и климата, являются субтропические области северной части Атлантического океана, континентальный же воздух формируется над северной Африкой, Аравией, Малой Азией, югом европейской части СССР, Казахстаном и Средней Азией.
4. Экваториальный воздух, представленный антипассатами, а также пассатами, когда они пересекают экватор и углубляются в другое полушарие, формируется над океаном или влажным тропическим лесом в полосе штилей из тропического воздуха пассатов и при этом сильно увлажняется.
Таким образом, воздушные течения, возникновение которых обусловлено в значительной мере термическими причинами, являются переносчиками тепла и холода, т. е. сами оказывают влияние на температуру, а стало быть на атмосферное давление и дальнейшую циркуляцию атмосферы. Тепло от экваториальных областей в высокие широты переносится не только с воздухом (который нагрет), но и с водяным паром, ибо последний, конденсируясь где-нибудь, выделяет теплоту парообразования. Так солнечная теплота путешествует на крыльях ветра по лику Земли.