Подстилающая поверхность — поверхность почвы, воды или растительности — непосредственно поглощает солнечную и атмосферную радиацию и отдает излучение в атмосферу, чем регулирует термический режим прилегающих слоев воздуха и почвы.
Но нагревается подстилающая поверхность в разных частях земли неодинаково. Тропики получают тепла больше, чем полярные области. Суша по сравнению с морем летом более теплая, а зимой более холодная. В результате также по-разному прогреваются и воздушные массы, постоянно формирующиеся над различными подстилающими поверхностями.
Воздушные массы заполняют нижнюю часть атмосферы — тропосферу, как бы расчленяя ее на отдельные воздушные массы, все время меняющиеся и перемещающиеся в горизонтальном направлении. Эти массы различаются между собой по таким свойствам, как температура, влажность, запыленность, характер облачности. Воздушные массы, сформировавшиеся над океанами, летом имеют более высокую влажность, более низкую температуру и меньшую запыленность по сравнению с массами воздуха на тех же широтах, но сформировавшихся над материками. Свойства воздушных масс в значительной мере определяют режим погоды над занимаемой ими территорией.
По географическому положению очагов масс воздуха различают воздушные массы четырех широтных зон: арктические, полярные, тропические и экваториальные. Арктические воздушные массы, беспрепятственно проникая до Черного моря и Средней Азии, вызывают на рассматриваемой территории в холодное время года, но особенно весной и осенью, резкие похолодания, часто губительные для культурных растений. Зимние оттепели связаны с вторжением тропических масс воздуха. Перемещаясь из района формирования в другие районы, воздушные массы вследствие изменения условий подстилающей поверхности могут изменять свои свойства, т. е. трансформироваться.
Переходная зона, четко выраженная между двумя воздушными массами, называется фронтом. Фронт еще можно определить как поверхность раздела между воздушными массами. Линия пересечения фронтальной поверхности с поверхностью земли называется линией фронта. Фронт обычно располагается под очень малым углом к земной поверхности. При этом теплая масса воздуха лежит над холодной. Фронт, разделяющий воздушные массы основных географических типов, называется главным фронтом (например, арктический фронт, отделяющий арктический воздух от полярного). Особое значение для умеренных широт имеет полярный фронт.
Кроме главных фронтов, выделяют также фронты, которые различаются температурой разделяемых масс воздуха и особенностями движения. Если, например, более теплая воздушная масса надвигается на более холодную, то фронт между ними называется теплым. Если же холодный воздух клином подтекает под теплый, то фронт называется холодным. На теплом фронте теплая воздушная масса, надвигаясь на холодную, постепенно поднимается, водяной пар при этом конденсируется, образуя облака и осадки обложного характера. Ширина полосы осадков может составлять сотни километров. На холодном фронте подтекающий плотный холодный воздух бурно вытесняет теплый вверх. Образуются кучево-дождевые облака часто вертикального развития. Идут ливневые осадки, нередко с градом, возникают грозы и шквалы.
На границах между воздушными массами — атмосферных фронтах — развиваются циклоны и антициклоны. Прежде чем определить, что же такое циклон и антициклон, отметим следующее. Над всей поверхностью земли господствует система воздушных течений, называемая общей циркуляцией атмосферы, которая состоит из зональных переносов, т. е. переносов воздуха над той или иной зоной или над всем Земным шаром. В тропосфере эти зональные переносы перекрываются многочисленными крупномасштабными вихрями — циклонами и антициклонами. Именно эти вихри придают общей циркуляции атмосферы неустойчивый, быстро меняющийся характер. В общей циркуляции атмосферы циклоны представляют собой области пониженного давления воздуха, а антициклоны — области повышенного давления. Циркуляция воздуха в циклоне и антициклоне происходит по-разному. В циклоне воздух движется, огибая центр, против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном, а в антициклоне — все наоборот. Не вдаваясь в механизм образования циклонов и антициклонов, отметим лишь, что циклоны приносят переменную неустойчивую погоду, дожди и ветры, а антициклоны — тихую, сухую, малооблачную погоду. В центре антициклона часто наблюдаются штили или слабые ветры. Зимой антициклоны вызывают морозную погоду, летом — сухую и жаркую.