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Der Begriff Luftmasse wird in der Meteorologie und Klimatologie verwendet, wenn relativ einheitliche Teile der Troposphäre beschrieben werden.
Bei der Wetterprognose ist die Modellierung von Luftmassen mit einheitlicher Temperatur oder Feuchte eine wichtige Methode, um etwa den Verlauf und die zeitliche Entwicklung von Fronten vorherzusagen.
Insbesondere das Aufgleiten von warmen Luftmassen über vergleichsweise kältere Luftmassen ist ein physikalisch gut modellierbarer Vorgang, durch den sich auch die Zunahme der relativen Luftfeuchte und die Entstehung von Wolken bzw. von Niederschlägen recht exakt vorhersagen lassen.
Bei manchen Phänomenen sind auch viel großräumigere Berechnungen der Bewegung von Luftmassen möglich – etwa beim globalen, sehr stabilen System der Passatwinde oder der Jetstreams.