1.3.2 Атмосферное давление
В каждой точке атмосферы имеется определенное атмосферное давление, или давление воздуха. Давление воздуха на некотором уровне в атмосфере или у поверхности земли определяется весом столба вышерасположенного воздуха. Основным прибором для измерения атмосферного давления сложит ртутный барометр, в котором атмосферное давление уравновешивается давлением столба ртути; по изменениям высоты ртутного столба можно судить об изменениях атмосферного давления. На практике широко используется внесистемная единица давления — 1 мм рт. ст., однако в СИ (Международная система единиц) давление измеряется в паскалях (Па). Один паскаль — это давление силой в 1 ньютон (Н), приходящееся на площадь 1 м2. На уровне моря атмосфера оказывает давление, которое варьирует около величины 101 300 Па. Для удобства в метеорологии используется величина гектопаскаль: 1 гПа = 100 Па. Таким образом, нормальное атмосферное давление, близкое к среднему на уровне моря, равняется 1013 гПа.
Нормальное атмосферное давление 760 мм рт. ст. на широте 45°.
760 мм рт ст. = 1013,3 гПа.
С высотой атмосферное давление убывает. Изменение давления с высотой можно характеризовать величиной барической ступени (высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гПа).
Величина барической ступени в метрах определяется по формуле:
где t-температура в 0С, Р - атмосферное давление в гПа.
С высотой барометрическая ступень возрастает, так как давление уменьшается; в теплом воздухе уменьшение давления с высотой происходит медленнее, чем в холодном.
Данные об атмосферном давлении, нанесенные на синоптические карты, приведены к уровню моря. На таких картах проводятся линии равных значений атмосферного давления – изобары (обычно через 5 гПа). Изобары на картах не пересекаются друг с другом, очерчивая области с высоким давлением – антициклоны – и с низким давлением – циклоны, а также переходные области между ними седловины, ложбины и гребни. Области с различным атмосферным давлением называют формами барического поля или рельефа. Термин барический рельеф указывает на связь между расположением на картах барического поля и вертикальным распределением давления. В вертикальной плоскости изобарические поверхности располагаются так, что образуют повышения и понижения подобно рельефу местности с ложбинами, впадинами и холмами.
В циклонах изобарические поверхности прогибаются книзу, а в антициклонах приподняты вверх. Также прогнуты книзу изобарические поверхности над районами с холодным воздухом и приподнимаются над теплым воздухом. Летательный аппарат (ЛА), летящий на эшелоне с заданным значением атмосферного давления, пролетая над местностью с разным давлением над уровнем моря и с разной температурой воздуха, совершает не строго горизонтальный полет. Его абсолютная высота будет меняться в зависимости от распределения давления на уровне моря и температуры воздуха над местностью, где происходит полет. В действительности изобарические поверхности имеют незначительный наклон к горизонтали, т.е. высота этой поверхности в пределах 1000 км изменяется всего на 100 – 500 м.
На борту ЛА информация об атмосферном давлении используется для обеспечения правильности показания барометрического высотомера, который работает по принципу барометра-анероида и снабжен помимо шкалы давления шкалой высоты, рассчитанной для условий стандартной атмосферы, когда 0 высоты соответствует 760 мм рт.ст. При взлете и посадке ЛА стрелку высотомера устанавливают на нуль высоты при фактическом давлении на уровне взлетно-посадочной полосы (ВПП). При полетах на эшелонах, при наборе высоты стрелка переставляется таким образом, чтобы нуль соответствовал давлению 760 мм рт.ст., т.е. давлению на уровне моря в СА. Для обеспечения посадки самолетов на борт экипажам передаются значения атмосферного давления (в мм рт. ст.) на уровне ВПП. Давление учитывается при определении безопасной высоты полета, а также при посадке и выборе эшелонов.
В зависимости от того, как установлена стрелка барометрического высотомера, этот прибор в полете может показывать или относительную высоту самолета над уровнем аэродрома, или абсолютную над уровнем моря.