Горизонтальний баричний градієнт

Ми помічаємо, що на синоптичній карті та на картах баричної топографії в одному місці ізобари (ізогіпси) близько одна від одної, а в іншому далеко. Виходить, що у першому місці атмосферний тиск в горизонтальному напрямку змінюється більше, а в другому менше. Кількісно таку зміну можна виразити за допомогою горизонтального баричного градієнта або градієнта тиску. Горизонтальний баричний градієнт – це зміна атмосферного тиску в горизонтальному напрямку на одиницю відстані. За одиницю відстані беруть довжину градуса меридіана (111 км). Останнім часом замість градуса меридіана беруть відстань 100 км (мал. 6.7.).

Напрямок горизонтального градієнта збігається з перпендикуляром до ізобар (ізогіпс) і спрямований у бік зменшення атмосферного тиску. Його величину визначають за виразом

G_г = d_р /d_n ·111 км,

де d_n – найкоротша відстань між двома сусідніми ізобарами (ізогіпсами),

d_р – різниця тиску між ними (5 гПа або 4 дкм).

В усіх точках баричного поля напрямок та величина баричного градієнта різні. Наочно видно, що там де ізобари (ізогіпси) близько розташовані зміна тиску на одиницю відстані більша і відповідно більший горизонтальний баричний градієнт, тобто він обернено пропорційний відстані між ізобарами (ізогіпсами).

Коли в атмосфері є горизонтальний баричний градієнт, то ізобаричні поверхні нахилені по відношенню до поверхні рівня і відповідно перетинаючись з нею утворюють ізобари (мал. 6.4.). Ізобаричні поверхні завжди нахилені у бік зменшення атмосферного тиску, тобто у напрямку градієнта тиску.

У практиці служби погоди вимірюють відстань між ізобарами у перпендикулярному до них напрямку на синоптичних картах або між ізогіпсами на картах баричної топографії і за формулою визначають величину горизонтального градієнта тиску. У більшості випадків горизонтальний баричний градієнт поблизу поверхні землі становить 1-3 гПа на кожен градус меридіану.

Горизонтальний баричний градієнт є горизонтальною складовою повного баричного градієнта, який у кожній точці ізобаричної поверхні спрямований вздовж перпендикуляра до цієї поверхні в бік поверхні з меншим атмосферним тиском. Повний баричний градієнт можна розкласти на вертикальну та горизонтальну складові, або на вертикальний та горизонтальний градієнти. Оскільки тиск змінюється догори значно більше, ніж в горизонтальному напрямку, то вертикальний баричний градієнт в десятки тисяч разів більший від горизонтального, але він зрівноважується силою земного тяжіння, яка спрямована протилежно йому. Це ми бачили при розгляді основного рівня статики атмосфери. Головним у цьому відношенні є те, що вертикальний баричний градієнт не впливає на горизонтальний рух повітря.

В атмосфері при збільшенні висоти баричне поле змінюється, тобто змінюється форма ізобар та їх взаємне розташування. Тому при збільшенні висоти змінюється і напрямок та величина баричного градієнта. Причиною цих змін є нерівномірний розподіл температури в атмосфері. Це можна підтвердити таким прикладом. Уявимо, що на якійсь території тиск на рівні моря не змінюється, тобто горизонтальний баричний градієнт дорівнює нулю, але в одній частині території температура вища, ніж в іншій (мал. 6.8.). Раніше ми бачили, що в холодному повітрі баричний ступінь менший, ніж у теплому. Тому кожна ізобарична поверхня, яка розташована вище, в теплому повітрі буде вище, а в холодному нижче, тобто ізобарична поверхня буде нахилена у бік холодного повітря. Цей нахил буде збільшуватись при збільшенні висоти поверхні, а значить і буде збільшуватись горизонтальний баричний градієнт. На значній висоті він наблизиться за напрямком до горизонтального градієнта середньої температури в шарі атмосфери. Це ще раз свідчить, що в теплих областях атмосфери тиск на висоті буде високим, а в холодних – низьким.

Якщо на рівні моря баричний градієнт спрямований проти температурного градієнта, то при піднятті догори він буде зменшуватись до нуля, а далі змінить напрямок на протилежний і буде збільшуватись.

Якщо ж горизонтальний градієнт температури дорівнює нулю, то баричний градієнт на висоті буде співпадати за напрямком з градієнтом на нижньому рівні і буде меншим від нього в стільки разів, в скільки разів тиск на верхньому рівні буде меншим від тиску внизу.