8.22.Атмосферное давление

Движение молекул воздуха и его собственная масса создают атмосферное давление. При спокойном состоянии воздуха величина его на единицу площади соответствует массе находящейся над ней воздушного столба.

Известно, что сила тяжести изменяется с широтой, а величина воздушного столба зависит от высоты над уровнем моря и от температуры. В этой связи за нормальное принято атмосферное давление над уровнем моря под широтой 45⁰ при температуре воздуха 0⁰ С. В данном случае масса воздуха уравновешивается ртутным столбом высотой в 70 мм. Установлено, что атмосфера на 1 см² земной поверхности давит с силой 1 кг 33 г.

Давление в 1 000 000 дин (система СНГ) называется баром. Тысячная доля бара называется миллибаром.

1 мб равен 0, 75 мм. рт. ст.

1 мм рт. ст. равен 1, 33 мб.

На метеорологических станциях атмосферное давление измеряется барометрами со шкалой в миллибарах. В этих же единицах строятся метеорологические климатические карты.

Известно, что чем выше над земной поверхностью лежит данная точка, тем меньше находящийся над ней столб воздуха, а следовательно, и атмосферное давление. Так как воздух сжимаем, то давление с высотой падает не линейно, а в геометрической прогрессии, то есть в нижних слоях быстрее, чем в верхних. Изменение давления с высотой выражается барической ступенью.

Барическая ступень – это расстояний по вертикали в метрах, на которое атмосферное давление уменьшается вверх или увеличивается вниз на 1 мм, или на 1 мб.

На одной и той же высоте размер барической ступени зависит от температуры: она больше в теплом воздухе и меньше в холодном.

Наблюдения за изменением атмосферного давления ведут метеостанции. Так как они лежат на разной абсолютной высоте в различных точках земного шара, то сравнение полученных на них величин давления возможно только после приведения показателей барометров к одному уровню – уровню моря, реже – к уровню земной поверхности.

8.23.Барическое поле

Давление атмосферы на земную поверхность и его распределение в пространстве и изменение во времени называется барическим полем. Оно непрерывно изменяется во времени и неравномерно распределяется по географическим зонам и регионам: есть области преобладания высокого давления и есть области низкого давления.

Области высокого и низкого давления, на которые расчленено барическое поле, называются барическими системами. Для характеристики барического поля используются карты изобар и барической топографии.

Распределение давления у земной поверхности показывается изобарами – линиями равных давлений. Чаще всего карты изобар строятся на избранный час. В климатологии пользуются обычно средними многолетними показателями для июля и января; несколько реже прибегают к картам изобар других месяцев.

Области низкого давления обрисовываются системой замкнутых овальных изобар с наименьшими отметками в центре. Они называются барическими минимумами или реже, депрессиями. На карте изобар января видны обширные барические минимумы – один в северной части Атлантического океана с центром в Исландии – Исландский минимум, второй в северной части Тихого океана около Алеутских островов – Алеутский минимум. В течение всего года в Южном океане располагается Антарктический пояс низкого давления.

Полоса низкого давления, уходящая в сторону от барического минимума, называется ложбиной. Исландский минимум образует ложбину в сторону Шпицбергена.

Подвижные барические минимумы называются циклонами. Степень падения атмосферного давления в центре циклона и минимума вообще обозначается термином «глубина циклона», или «глубина депрессии». Обычно давление в циклонах падает до 980-970 мб, в наиболее глубоких циклонах – до 925 мб, а в тропических тайфунах - даже до 900 мб.

Области высокого давления называются барическими максимумами или антициклонами. Они изображаются также замкнутыми изобарами, в центре которых давление максимальное. В центре антициклонов давление может достигать 1 087,8 мб (Среднесибирское плоскогорье, озеро Агата, 1968 год). Полоса высокого, или повышенного, давления, отходящая от барического максимума, называется отрогом, а очень узкая и длинная полоса - осью высокого давления.

На картах изобар и июля, и января отчетливо обрисовываются два ряда тропических барических максимумов: у северного тропика Азорский максимум в Атлантическом океане и Гавайский максимум в Тихом океане. У Южного тропика располагаются Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский максимумы.

Азорский максимум во все сезоны года дает отрог в сторону Средиземного моря, а зимой соединяется с Сибирским максимумом, или антициклоном.

Распределение давления в одной плоскости – на уровне моря – еще не вскрывает условий динамики воздушных масс, поскольку они захватывают и верхние слои. Необходима также характеристика давления воздуха на всех высотных уровнях, во всей толще тропосферы и нижней стратосферы. Для этого используют изобарические поверхности.

Изобарические поверхности – это поверхности равного давления, которые показывают распределение потенциальной энергии воздушной массы (геопотенциала), зависящей от ее положения в поле силы тяжести. Изобарические поверхности вскрывают зависимость динамики атмосферы от теплоты (температуры) воздуха.

Воздух, как известно, нагретый от Земли, поднимается. Но одно только это обстоятельство не приведет к понижению давления, поскольку общая масса воздушного столба при восходящих токах не уменьшается. Для того чтобы давление над какой-то площадью уменьшилось, должен произойти отток с нее части воздуха. Это происходит при изменении положения изобарических поверхностей.

Допустим, что сначала две поверхности – водная и материковая – имели одинаковую температуру и, следовательно, равное давление, например 1 013 мб. С восходом Солнца поверхность суши нагрелась сильнее, чем воды; над ней возникли восходящие токи воздуха и поднялись изобарические поверхности. Вверху над сушей плотность воздуха (давление) увеличилось и он стал стекать поверху в сторону моря. С этого момента давление на суше начинает падать, а на море в связи с притоком воздуха увеличиваться. Отсюда понизу воздух потечет на сушу, стремясь выровнять нарушенное теплом равновесие.

Распределение атмосферного в трехмерной атмосфере показывается на картах барической топографии. Они так называются потому, что на них изображается рельеф (термин условный) поля давления, или барический рельеф. На картах абсолютной барической топографии (АТ) изображается высота избранной барической поверхности, например, 900, 700, 500, 300 и 200 мб над уровнем моря. Высоты измеряются в геопотенциальных метрах (ГМП). Такой метр показывает потенциальную энергию единицы массы в поле силы тяжести или работу, которую нужно затратить на подъем единицы массы на высоту 1 метр. Практически 1 ГПМ равен обычному метру. На картах барической топографии высоты показываются в десятках метров или в декаметрах.