Strefę graniczną nazywamy strefą frontalną lub po prostu frontem. Jest ona obszarem kontrastów temperatury i wilgotności. Jest również miejscem silnych kontrastów energii potencjalnej, której część tutaj właśnie zostaje zamieniona w energię kinetyczną związaną z rozległymi wędrującymi zaburzeniami. Zaburzenia te noszą nazwę cyklonów. Masami powietrza, frontami i cyklonami zajmują się meteorolodzy przewidujący pogodę dla średnich i wysokich szerokości geograficznych. Ponieważ te trzy pojęcia są ze sobą ściśle powiązane, wygodniej będzie nam rozważyć je po kolei.
Zacznijmy od mas powietrza. Kształtowanie się mas powietrza zachodzi nad obszarami o stosunkowo jednorodnym podłożu, nad którym powietrze zalega lub krąży w prawie zamkniętym układzie cyrkulacji. Układami zapewniającymi dostatecznie długotrwałe - dla przyjęcia określonych cech - przebywanie powietrza nad danym obszarem są przede wszystkim stacjonarne wyże i stacjonarne niże. Masy powietrza mogą się też formować podczas powolnego przemieszczania się powietrza ponad obszarami oceanicznymi o jednorodnych cechach termicznych.
Czas potrzebny do ukształtowania się masy powietrza nad danym obszarem wynosi przeciętnie od 4 do 10 dób. Obszary, nad którymi kształtują się masy powietrza, nazywa się obszarami źródłowymi.
W wielkoskalowych ruchach związanych z ogólną cyrkulacją atmosfery, masy powietrza nieustannie się przemieszczają. Wskutek tego masy ukształtowane w pewnych obszarach źródłowych napływają nad obszary o innych cechach podłoża.
Wpływ zmienionych warunków wiąże się ze zmianą właściwości fizycznych przemieszczającej się masy powietrza. Jest to proces transformacji masy powietrza. Jeżeli przesunięcie się masy nad nowy obszar jest szybkie, to w początkowym okresie jej charakter może ulec tylko nieznacznej zmianie i to głównie w dość wąskiej warstwie. Dopiero po pewnym czasie zakres zmian staje się coraz większy. Masa powietrza w procesie transformacji stopniowo traci właściwości nabyte w obszarze źródłowym. Jeżeli po wyjściu z obszaru źródłowego masa powietrza przemieszcza się powoli nad podłożem o właściwościach innych niż te, które dominowały w obszarze źródłowym, to proces transformacji następuje stopniowo w miarę jej przemieszczania się. W obu opisanych przypadkach mówimy o starzeniu się masy. Jeżeli nad nowym obszarem o innych właściwościach warunki cyrkulacyjne spowodują zatrzymanie się masy na potrzebny okres to może ona całkowicie zmienić swoje właściwości.
Niektóre cechy przemieszczających się mas powietrza zmieniają się wolniej niż inne - określamy je jako konserwatywne. Do najbardziej konserwatywnych cech mas powietrza należą: temperatura ekwiwalentno-potencjalna, temperatura potencjalna i wilgotność właściwa. Dość konserwatywne są również: wilgotność bezwzględna, temperatura punktu rosy, zwykła temperatura powietrza powyżej warstwy tarcia (w szczególności nad morzem) a także przezroczystość powietrza.
Rysunek 5 pokazuje obszary źródłowe półkuli północnej zimą. Ciemny kolor oznacza obszary oceaniczno-morskie, białe są lądy. 1. obszary źródłowe arktyczne, 2. polarnokontynentalne, 3. polarnomorskie, 4. i 5. przejściowe, 6. zwrotnikowokontynentalne, 7. zwrotnikowomorskie, 8. równikowe (tropikalne), 9. monsunowe.
Teraz musimy zająć się klasyfikacją mas powietrza ukształtowanych w rozmaitych obszarach źródłowych.
Podstawowym podziałem mas jest podział na masy ciepłe i na masy chłodne - oczywiście dotyczy on mas, które przemieszczają się po opuszczeniu obszaru źródłowego.
Ciepła masa powietrza jest to taka masa, która napływając nad dany obszar stopniowo się ochładza. Ochładzanie to rozpoczyna się w najniższej warstwie, tam gdzie dochodzi do styku z podłożem i stopniowo przenosi się w coraz wyższe warstwy. W ciepłej masie, która zaczyna ochładzać się od dołu, obserwujemy wiele zasadniczych procesów.
Po pierwsze, procesowi ochładzania towarzyszy wzrost stateczności masy, czyli zanik konwekcji (prądów pionowych). Na skutek ochładzania dolnych warstw powietrza rośnie wilgotność względna i obniża się wysokość poziomu kondensacji. W tych warunkach mieszanie turbulentne może prowadzić do powstania chmur stratus, które mogą dać mżawkę, a nawet do powstawania stratocumulusów, dających słaby deszcz lub śnieg. Niekiedy rozpiętość pionowa chmur warstwowych może wzrosnąć tak dalece, że przekształcą się one w chmury nimbostratus powodujący ciągły i długotrwały opad. Z procesem ochładzania się masy powietrza związana jest możliwość powstawania inwersji - szczególnie, gdy podłoże, nad które napływa ciepłe powietrze, jest silnie wychłodzone. Jako skutek tego zjawiska mogą powstać mgły adwekcyjne, które mogą łączyć się niekiedy bezpośrednio z zachmurzeniem warstwowym.
Zastopowanie wszelkich ruchów pionowych powietrza sprzyja utrzymywaniu się w nim przy ziemi rozmaitych zawiesin, a ponadto występowanie wyżej wspomnianych mgieł sprawia, że zwykle mamy do czynienia z kiepską widocznością. Ze względu na grube zachmurzenie warstwowe i pochłaniającą właściwość mgieł dzienno-nocne różnice temperatur i innych elementów meteorologicznych są małe, a wiatry w takiej masie nie są porywiste, ani bardzo silne.
Typowym przykładem ciepłej masy powietrza jest napływ znad Atlantyku nad Europę ciepłej masy powietrza w okresie zimowym. Obserwuje się wtedy ocieplenie, wzrost wilgotności, zachmurzenie przez chmury warstwowe oraz mgły. Napływ ciepłej masy powietrza może się też wiązać z bezchmurną pogodą. Dzieje się tak przy adwekcji ciepłego i suchego powietrza znad rozgrzanego kontynentu. Cechą charakterystyczną takiej masy jest bardzo obniżona widoczność pozioma z powodu dużego zapylenia powietrza. Przykładem takiej masy może być napływ powietrza znad Afryki Północnej nad Morze Śródziemne czy Atlantyk.
Chłodna masa powietrza to taka masa, która napływając nad dany obszar stopniowo się nagrzewa. Z tym procesem wiąże się wzrost chwiejności, czyli wzrost zdolności do ruchów konwekcji termicznej. Rozwijające się chmury należą głównie do typu chmur kłębiastych, a powstające opady mają charakter przelotny - latem może być to również grad i burze, a zimą przelotne nawet bardzo silne, ale krótkotrwałe opady śniegu. W chłodnej masie powietrza wiatry są zwykle porywiste i silne, a wszystkie inne elementy meteorologiczne podlegają dużym wahaniom dobowym - szczególnie nad lądem.
Najczęstsze rodzaje zachmurzenia w masie ciepłej i chłodnej pokazują rysunki 6 i 7.
Z tego wynika, że zasadniczo w powietrzu ciepłym mamy do czynienia z równowagą stałą, a w powietrzu chłodnym z równowagą chwiejną - jednak w obszarze źródłowym, który formuje masę zarówno masa ciepła jak i chłodna może zostać uformowana chwiejnie lub stało, a dopiero, gdy zacznie ona wędrować, rodzaj podłoża wpływa na nią ustalająco lub uchwiejniająco.
Umiejętność rozpoznawania cech napływających mas powietrza jest bardzo ważna dla dobrego prognozowania pogody - trzeba tu pamiętać, że ważny jest zarówno obszar źródłowy masy jak i tereny nad którymi odbywała się jej wędrówka, jak i czas tej wędrówki - te właśnie czynniki pozwalają na dobre przewidywanie możliwych zjawisk pogodowych w połączeniu z wiadomościami o podłożu miejsca dla którego chcemy zrobić prognozę.
Oczywiście cechy geograficzne obszarów źródłowych pozwalają na zebranie wielu informacji o czynnikach kształtowania się i formowania masy powietrza. Typowy przykład modyfikacji masy pokazuje rysunek 8, gdzie ciepła masa z wyżu podzwrotnikowego-morskiego wpływa nad Europę, ocierając się o napierające z północy masy powietrza chłodnego. Na rysunku tym są pokazane izotermy dla lepszego zilustrowania procesów okołofrontowych oraz kierunki ruchu obu tych mas, które są odpowiedzialne za fakt, że przedstawiona sytuacja jest jednocześnie obrazem tworzenia się cyklonu (niżu). Po prawej stronie, prawie pionowo rozwija się front ciepły, prawie równoleżnikowo napiera front chłodny, a powyżej z prawej, tam gdzie front chłodny dogonił już front ciepły, widzimy okluzję. Dokładnie te pojęcia wraz z ich typowym zachmurzeniem omówimy sobie w następnej pogadance. Teraz jest ważne, żeby zrozumieć, że ruchy mas powietrza, fronty i cyklony (niże) to elementy ściśle ze sobą związane i wzajemnie uzależnione i wynikające z siebie nawzajem.
Jak powstają niże i jak wyglądają ich kolejne stadia rozwojowe pokazuje dobrze rysunek 9. Na którym widzimy fragmenty map synoptycznych (opisane izobary i oznaczone położenie na ziemi linii frontów).
Ważne jest zobaczyć na tych przykładach rozwoju niżów, że każdy z nich składa się w zasadzie z trzech ważnych obszarów:
1. obszar powietrza chłodnego atakującego
2. obszar powietrza ciepłego
3. obszar powietrza chłodnego ustępującego
Szczególnie dobrze widać te trzy zasadnicze obszary na części "B" i "C" rysunku 9.
Również ważne jest wiedzieć, że na styku stacjonarnych układów chłodnego i ciepłego zwykle powstaje nie pojedynczy niż, ale całe ich rodziny co ilustruje rysunek 10 - na którym również możemy zobaczyć, że wyże są zjawiskami wtórnymi, wymuszonymi przez wypchane z niżów duże ilości powietrza co później okaże się ważne (to zjawisko wypychania spowodowane jest siłą odśrodkową prędko kręcącego się niżu). Dla treningu dobrze byłoby, żeby każdy spróbował się zastanowić nad pochodzeniem masy powietrza właśnie zalegającego obszar Polski i nad jego cechami.