Барическая ступень

Барической ступенью называется такая высота (h), на которую нужно подняться до исходного уровня, чтобы давление понизилось на 1гПа. Единица барической ступени м/гПа. Так как при увеличении высоты на dz давление понижается на –dp, для того чтобы оно уменьшилось на 1гПа необходимо подняться на высоту равную

С учетом эта формула принимает вид. Эта формула показывает, чтоh зависит только от плотности воздуха. Чем меньше плотность воздуха, тем больше барическая ступень, и наоборот. Уменьшение плотности приводит у росту барической ступени при увеличении высоты. Заменив в формуле плотность по уравнениюполучим

, где м

Если сравнивать барические ступени на одной и той же изобарической поверхности в теплой и холодной воздушных массах, то барическая ступень в теплой массе больше барической ступени в холодной. Чем меньше барическая ступень, тем быстрее падает с высотой давление. В таблице приведены значения барической ступени при разных температурах и давлениях.

Барическая ступень (гПа) [Матвеев]

Давление, гПа	Температура, ºС
	-40	-20	0	20	40
1000	6,7	7,4	8,0	8,6	9,3
500	13,4	14,7	16,0	17,3	18,6
100	67,2	73,6	80,0	86,4	92,8

Геопотенциал. Абсолютная и относительная высота изобарических поверхностей

Геопотенциалом Ф* точки называется работа, которую необходимо совершить, чтобы поднять единицу массы в поле силы тяжести от исходного уровня (как правило это уровень моря) до этой точки.

Так как при подъеме единичной массы на высоту dz затрачивается работа dФ* = gdz, формула для Ф* имеет вид , гдеz – высота точки над уровнем моря. Единицей геопотенциала в СИ служит м²/с².

Геопотенциальная высота Ф представляет собой отношение геопотенциала Ф* к нормальному ускорению свободного падения g₀ = 9,80665 м/с², т.е.

, .

Геопотенциальная высота имеет размерность длины - геопотенциальный метр (гп.м).

Если геопотенциальную высоту ввести в барометрическую формулу реальной атмосферы она примет вид: . Из формулы следует, гдеФ_р - геопотенциальная высота над уровнем моря (абсолютная высота изобарической поверхности).

Географические карты с нанесенными на них значениями абсолютной высоты изобарической поверхности называются картами абсолютной топографии (АТ). На них проводятся линии равных значений Ф_р (изогипсы). Так как изобарическая поверхность над циклонами имеет вогнутую к земной поверхности форму, а над антициклонами – выпуклую, то циклоны и антициклоны на картах АТ это области с замкнутыми изогипсами с низким и высоким значением Ф_р в центре.

На карты относительной топографии (ОТ), наносятся значения относительных высот (превышение одной изобарической поверхности над другой). Формула для относительной высоты имеет вид .

Из неё следует, что относительная высота зависит только от средней температуры столба воздуха, т.е. карты ОТ эквивалентны картам средней температуры. В таблице приведены значения высот z, на которых расположены изобарические поверхности с давлением р.

Высота изобарических поверхностей

р, гПа	1000	900	850	800	700	500	300	200	100	50	20	10	5	1
z, км	0,11	0,98	1,45	1,94	3,02	5,58	9,18	11,8	16,2	20,6	26,5	31,2	36,1	48,6

Стандартная атмосфера (СА)

СА- это расчетная атмосфера, параметры которой принимаются с учетом многолетних значений метеорологических величин. Изменения в СА происходят по мере накопления новых данных о состоянии верхних слоев атмосферы. В качестве параметров и констант в СА использованы: температура, давление, плотность воздуха, относительные величины (по отношению к значениям на уровне моря) давления, температуры и плотности воздуха, относительная молекулярная масса, скорость звука, вязкость (динамическая и кинематическая), ускорение свободного падения и средняя длина свободного пробега молекул.

Физические характеристики на уровне моря имеют следующие значения: Р= 1013,25 гПа, t=15⁰C, относительная молекулярная масса воздуха М=28,966.

Значения остальных характеристик на различных высотах (до 200км) определяются по уравнению состояния идеального газа и уравнению гидростатики (барометрической формуле). Фрагмент таблицы приведен в Приложении.