Лекція 3

Тема 2. Атмосферний тиск і густина повітря

2.4. Баричний сходинка та вертикальний градієнт тиску

Зміну тиску з висотою можна характеризувати баричним ступенем або значенням вертикального градієнта тиску.

Баричною сходинкою називається висота, на яку потрібно піднятися чи опуститися, щоб тиск змінився на 1 мб. Відповідно, якщо при підйомі на висоту ∆z тиск змінився на ∆p, то баричний ступінь

h'= м/мб. (3.1)

Знак мінус показує, що із збільшенням висоти тиск зменшується. Для визначення баричного ступеня можна ще використовувати формулу Бабіне:

.

В цьому випадку мб, а можна з достатньою точністю прирівняти 2р, де . Підставляючи ці вирази у формулу Бабіне, отримаємо наступну формулу для баричного ступеня:

h'= , де (3.2)

h' – баричний ступінь, виражений в метрах.

Як видно з формули, баричний ступінь можна визначити, знаючи тиск р і температуру t. При нормальному тиску p=1013 мб і t=0⁰ баричний ступінь рівний:

h'=

Баричним ступенем зручно користуватися для приведення тиску до рівня моря. Нехай, наприклад, на метеорологічній станції, висота якої 200 м, тиск р=1000 мб, а температура t=10⁰, необхідно звести тиск до рівня моря. Визначимо баричний ступінь:

h'=

Потім приблизно знаходимо тиск на рівні моря:

.

Далі знаходимо середнє значення тиску та температури між верхнім і нижнім рівнями:

.

Середню температуру стовпа повітря визначаємо, припустивши, що вертикальний температурний градієнт = 0,6⁰. Очевидно, на висоті 100 м (середина шару) температура рівна 10,6⁰. Тоді

h'= ,

а .

Даним способом тиск приводять до рівня моря, якщо висота станції не перевищує 300 м. Для великих висот використовують формулу Лапласа.

На метеорологічних станціях тиск приводять до рівня моря за допомогою спеціально складених таблиць.

Величина, обернена баричній сходинці, називається вертикальним баричним градієнтом. Вертикальний баричний градієнт G_в характеризує зниження тиску на одиницю висоти

(3.3)

Знак мінус показує, що градієнт направлений у сторону зниження тиску. Величину баричного градієнта можна виразити у мб/см або мб/м; частіше його виражають в мілібарах на 100 м висоти (середній).

Приводимо величини баричного ступеню та вертикального баричного градієнта для різних величин тиску при температурі 0⁰

р мб . . . . . . . . . . . . . . . 1000 800 600 400

h' м/мб . . . . . . . . . . . . . . 8 10 13,3 20

G_в мб/100м . . . . . . . . . . 12,5 10 7,5 5

При підвищенні температури величину ступеня потрібно помножити на , тобто на (1+0,004t), звідки на кожний градус температури баричний ступінь зростає на 0,4 %.

Відповідно, зниження тиску з висотою в теплому повітрі проходить повільніше, ніж у холодному. Якщо поряд знаходяться дві маси – тепла та холодна, в яких тиск біля поверхні землі однаковий, - то на одному і тому ж рівні на висоті тиск у теплій масі буде більшим, ніж у холодній.