Атмосферное давление

Атмосфера, окружающая земной шар, оказывает дав­ление на поверхность земли и на все предметы, находящие­ся над землей.

В покоящейся атмосфере давление в любой точке равно весу вышележащего столба воздуха, прости­рающегося до внешней периферии атмосферы.

В метеорологии давление выражают в гектопаскалях (гПа) с точностью до десятых долей или в миллиметрах ртутного столба (мм. рт. ст.).

(1 мм. рт. ст. = 1,33 гПа; 1 гПа = 0,75 мм. рт. ст.).

Давление, измеренное на метеорологических станциях ртутным барометром, приводят к температуре 0 ⁰С, уско­рению свободного падения на широте 45⁰ и к уровню моря.

С высотой атмосферное давление понижается. Измене­ние давления на единицу высоты называется вертикальным градиентом атмосферного давления:

,

где – разность давления на двух уровнях;

– разность высот.

В метеорологии при определении вертикального гради­ента давления за единицу высоты принимают 100 м.

Величина, обратная вертикальному градиенту давления, называется барической ступенью. Барическая ступень представляет собой высоту h, на которую нужно подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на единицу давления, и выражается в м/гПа или м/мм. рт. ст.:

.

При одном и том же давлении барическая ступень больше в теплом воздухе, чем в холодном.

Разность давления на разных высотах можно определить с помощью барометрической формулы. На практике при­меняется упрощенный вариант формулы Лапласа:

где Z₁ и Z₂ – высоты верхней и нижней точек;

α – коэф­фициент расширения воздуха, равный 0,004;

t –средняя по высоте слоя температура воздуха, °С;

P₁ и Р₂ –давление на верхнем и нижнем уровнях.

Распределение давления в пространстве представляют с помощью изобарических поверхностей.

Изобарическая поверхность– это поверхность, давле­ние всех точек которой одинаково. Вследствие изменения температуры и давления в горизонтальном направлении изобарические поверхности не параллельны друг другу и земной поверхности и по своей форме очень разнообразны.

Изобары–это линии, со­единяющие точки с одинаковым давлением.

В зависимости от формы изобар и распределения давле­ния различают следующие виды барических образований (рис.).

Рис. Барические системы.

Области замкнутых изобар с минимальным давлением в центре называются барическими минимумамиили циклона­ми. В области барического минимума давление возрастает от центра к периферии.

Области замкнутых изобар с повы­шенным давлением в центре называются барическими мак­симумамиили антициклонами. В области барического мак­симума давление от центра к периферии убывает.

Ложбинойназывается связанная с циклоном и вытяну­тая от его центра полоса пониженного давления, вклини­вающаяся между двумя областями повышенного давления.

Гребнем называется связанная с антициклоном и вытя­нутая от его центра полоса повышенного давления, распо­ложенная между двумя областями пониженного давления.

Седловинойназывается барическая область, заключен­ная между двумя циклонами и двумя антициклонами, рас­положенными в шахматном порядке.

Горизонтальные размеры барических образований со­ставляют от нескольких сотен до нескольких тысяч кило­метров. Их вертикальная протяженность достигает не­скольких километров.

Количественное изменение давления в пространстве ха­рактеризуется полным градиентом давления G, который представляет собой вектор, направленный по нормали к изобарической поверхности в сторону убывания давления, а по величине равный изменению давления на единицу рас­стояния (рис.).

Рис.Полный градиент давления, его горизонтальная и

вертикальная составляющие.

Полный градиент давления можно раз­ложить на вертикальную и горизонтальную составляющие. В атмосфере давление в вертикальном направлении из­меняется во много раз быстрее, чем в горизонтальном.

Горизонтальный градиент атмосферного давления:

,

где – разность давления между двумя точками, находящимися на нормали к изобаре;

– расстояние между точками.

В метеорологии за единицу горизонтального расстояния при определении градиентов принимается расстояние 100 км.

Атмосферное давление в каждой точке земной поверх­ности не остается постоянным. Наиболее явно наблюдают­ся непериодические изменения давления, причиной кото­рых являются перемещения барических образований, а также адвекция тепла или холода. Эти изменения могут быть плавными и небольшими или большими и резкими. За сутки давление может меняться на 20-30 гПа.

Осреднением многолетних наблюдений на фоне непе­риодических изменений давления можно выявить также и периодические суточные, и годовые его колебания.

В суточном ходе давления обнаруживаются два макси­мума и два минимума. Максимумы отмечаются около 10 и 22 ч, а минимумы – около 4 и 16 ч. Дневной минимум обусловливается нагреванием возду­ха, а утренний максимум – его охлаждением. Возникновение вторых максимуму и минимума обусловлено упругими колебаниями атмосферы, возникающими вследствие ее периодического нагревания.

Суточный ход давления наиболее четко выражен в тропических широтах, где его амплитуда составляет 3-4 гПа. В умеренных широтах ам­плитуда равна лишь 0,3-0,6 гПа. В умеренных широтах су­точный ход давления сильно перекрывается непериодичеcскими изменениями, связанными с прохождением цикло­нов и антициклонов.

Годовой ход давления обнаруживается по средним ме­сячным его значениям. В средних широтах амплитуда го­дового хода давления больше, чем в экваториальных. Над континентами в соответствии с годовым ходом темпера­туры годовой ход давления выражен сильнее, чем над океанами, а характер его обратен океаническому. Над континентами максимум давления отмечается зи­мой, а минимум - летом. Над океанами - наоборот.