14. Загальна характеристика атмосферного тиску та методи його вимірювання

Тиск атмосфери — це тиск, який діє атмосферним повітрям на всі розміщені в ньому предмети і на земну поверхню. Хоч повітря й не важке, проте сила, з якою вся товша атмосфери тисне на земну поверхню, величезна. На дні повітряного океану на кожний квадратний сантиметр земної поверхні, чи то суші, чи води, атмосфера тисне з силою близько одного кілограма. Це означає, що на людську долоню поверхнею 150 см² повітря тисне з силою в 150 кг. Однак наш організм пристосований до такого тиску, тому ми його не помічаємо. З висотою тиск атмосфери безперервно зменшується. Середній тиск повітря на рівні океану відповідає вазі ртутного стовпчика висотою 760 мм з перерізом 1 см². Цей тиск називається нормальним. Одиницею вимірювання тиску атмосфери є мілібари: 1 мм тиску становить 1,33 мб. Відстань по вертикалі, на якій атмосферний тиск зменшується на одиницю виміру (1 мм або 1 мб), називається баричним ступенем. У нижніх шарах атмосфери біля земної поверхні тиск зменшується приблизно на 1 мм на кожні 10,5 м висоти.

Атмосферний тиск не залишається завжди однаковим, він безперервно змінюється. Навіть невеликі коливання тиску дуже істотно впливають на погоду. Коли тиск різко зменшується, погода, звичайно, погіршується — йде дощ або сніг. А коли тиск збільшується, то погода проясняється, у небі з'являються блакитні просвіти.Тиск повітря вимірюють барометром. Найчастіше використовують ртутний барометр і анероїд. Ртутний барометр ґрунтується на принципі сполучених посудин. У чашечному ртутному барометрі скляна трубочка із ртуттю, запаяна зверху, занурена відкритим кінцем у чашечку зі ртуттю; над поверхнею ртуті в трубці створюється вакуум. При зміні атмосферного тиску ртуть у чашечці піднімається або опускається. Величина атмосферного тиску визначається за висотою ртутного стовпчика в трубці.

Анероїд — прилад для вимірювання атмосферного тиску за деформацією пружної металевої коробки, без повітря. Деформація коробки через систему важелів передається на стрілку, що переміщується по шкалі.

15. Закономірності розподілу атмосферного тиску

Першопричиною розподілу атмосферного тиску на Землі є різне нагрівання її у високих і низьких широтах. В екваторіальній смузі нагріте і насичене вологою повітря стає легким і піднімається. Над полюсами холодне і сухе повітря як важке опускається і наче притискується до Землі. Тому на однаковій висоті над екватором тиск вищий, ніж над полюсами. У вільній атмосфері він поступово зменшується від екватора до пол юсів.

У приземному шарі тропосфери тиск розподіляється інакше. У полярних регіонах він вищий, в екваторіальній смузі знижений і змінюється від полюсів до екватора нерівномірно. У приземному шарі його розподіл визначається неоднаковим нагріванням суші й моря, нерівностями рельєфу, які затримують рух повітря, тощо. В результаті в одні місця повітря надходить, з інших — відтікає. Так утворюються зони високого і низького тиску. Вони розташовуються так над поверхнею Землі, що утворюють уздовж паралелей смуги високого і низького тиску, які чергуються по широті.

Над полюсами в приземних шарах повітря низькі температури зумовлюють більш-менш постійні ділянки високого тиску.

У субполярних поясах розташовані дві смути низького тиску (часте утворення циклонів). Простори помірних поясів (від субтропіків до субполярних широт) характеризуються мінливим розташуванням циклональних та антициклональних ділянок, що залежить від пір року та розподілу суші і моря. Влітку над теплими континентами встановлюються ділянки низького тиску, над холоднішими океанами — високого. Взимку навпаки над теплими океанами — низький тиск, а над холодними континентами — високий.

У субтропічних смугах обох півкуль приблизно між 25 і 30° ш. скупчуються антициклони. Вони утворюють майже постійні й суцільні пояси високого тиску. Від них тиск спадає до екватора, де він завжди менший від норми.

Екваторіальна зона низького тиску збігається зі смугою найвищого полуденного положення Сонця і переміщується в різні пори року слідом за Сонцем. Ця зона відповідає термічному екватору і є баричним екватором. Із переміщенням баричного екватора за Сонцем відповідно змішуються й інші смуги тиску, бо всі вони зв'язані між собою.

Отже, розподіл тиску в основному має зональний характер. Але смуги високого і низького тиску зміщуються по широті від літа до зими і навпаки.

Ці закономірності в розподілі тиску визначають циркуляцію атмосфери на Землі. Загальна циркуляція атмосфери — це закономірно взаємопов'язана система повітряних течій планетарних масштабів.Сила баричного градієнта, зумовлена різницею тисків угорі між екватором і полюсами, примушує маси повітря рухатись із зростаючими швидкостями від ділянок високого тиску до ділянок низького (від екваторіальної зони до полюсів). Але на цей рух відразу ж починає діяти сила Коріоліса, яка відхиляє повітряні маси у Північній півкулі вправо, а в Південній — вліво. Із збільшенням широти збільшується відхилення. Зрештою повітря починає рухатися вздовж паралелей із заходу на схід і набуває постійної швидкості, яка відповідає баричному градієнту.Від полюсів до тропіків над усією земною кулею панують західні вітри. Вони у високих і помірних широтах починаються з висоти З— 4 км, а над екватором — 10 км.Нижче від зазначених висотних рівнів відповідно до розподілу тиску єдність загальної циркуляції порушується. У приземній частині тропосфери вона розподіляється на ряд зональних поясів.

Є такі типи повітряних мас: арктичні (та антарктичні), полярні (помірні), тропічні та екваторіальні.

Арктичне (антарктичне) повітря — повітряна маса, що формується над Арктикою, північними частинами Євразії і Північної Америки, а також над Антарктидою. Характеризується низькою температурою, малим вмістом вологи, великою прозорістю. Проникаючи в нижчі широти, спричиняє похолодання (хвилі холоду). Морське арктичне повітря, що формується над океаном у приполярних районах, вільних від льоду, відрізняється більшим вмістом вологи і трохи вищою температурою.

Полярне (помірне) повітря — це повітряні маси, які формуються поза тропічними (високими і середніми) широтами Землі. Полярне повітря прогріте значно краще, має влітку підвищений вміст вологи, знаходиться переважно над океанами. Західні вітри і циклони переносять морське помірне повітря далеко в глибину материків, де воно супроводжується нерідко опадами. Континентальне помірне повітря взимку дуже охолоджується, і погода в ньому стійка, морозна.Тропічне повітря — повітряні маси, які формуються в тропічних і субтропічних широтах, а влітку також у континентальних районах на півдні помірних широт. Є континентальне і морське тропічне повітря. Тропічне повітря характеризується високими температурами, значним вмістом вологи, запиленістю. Воно нерідко поширюється в помірні та екваторіальні широти, де атмосферний тиск нижчий.

Екваторіальне повітря — це повітряні маси, що формуються в зоні екватора або скеровуються від нього. Характеризується постійними високими температурами і підвищеним вмістом вологи і над океаном, і над сушею. У після-полуденний час тут часті зливові дощі.

Барометри́чна фо́рмула (рос. барометрическая формула; англ. barometric height formula; нім. barometrische Formel) — формула, за якою визначають залежність тиску або густини газу від висоти. Ця залежність зумовлена дією поля тяжіння Землі і тепловим рухом молекул газу (повітря). Припускаючи, що газ є ідеальним газом сталоїтемператури, і вважаючи поле тяжіння Землі однорідним, отримують барометричну формулу такого вигляду:

,

Записана барометрична формула є наближеною: при виведенні її не враховано залежності g i T від висоти, відхилення газу від ідеального газу тощо. Нею можна користуватися для визначення атмосферного тиску до висоти 11 км (з поправками на зміну температури). За уточненою барометричною формулою градуюють альтиметри,висотоміри. Зміну тиску нерухомого стовпа газу у свердловині розраховують за уточненою барометричною формулою Лапласа-Бабіне:

,

де p(z) — тиск газу на глибині z, м, Па;

p₀ — тиск газу на гирлі свердловини, Па;

Γ — відносна густина газу (до повітря);

T_с — середня температура газу, К;

z_Γ — середній коефіцієнт стисливості газу при середньому тиску і середній температурі газу.

Баричний (барометричний) ступінь (рос. барическая ступень, англ. barometric degree, нім. Barometerstufe) — різниця висот (альтитуд) двох точок на одній вертикалі, яка відповідає різниці атмосферного тиску в 1 мбар між цими точками (1 мбар = 100 Н/м²).

Баричний ступінь збільшується при зменшенні тиску, тобто зростає при збільшенні висоти. На рівні моря при стандартних умовах (тиску 1 атм. та температурі 0°С). Баричний ступінь дорівнює приблизно 8 м на 1 мбар. При зростанні температури повітря на один градус баричний ступінь збільшується на 0,4 %.

Баричний ступінь використовують при барометричному нівелюванні.