2. Изменчивость атмосферного давления.

Изменение давления с высотой и по горизонтали

Атмосферное давление равно весу вышележащих слоев воздуха в данном месте (рис.1).

Следовательно, атмосферное давление с высотой уменьшается. Падение давления dp с высотой dz описывается основным уравнением статики:

dp = -gρdz или ∆p = - ρġ∆z или = -ρġ

где g – ускорение свободного падения или ускорение силы тяжести, зависящее от широты места и высоты; на экваторе сила тяжести меньше, на полюсах больше; на уровне моря на широте 45° ġ = 980,616 см/с².

ρ – плотность воздуха

- изменение давления ∆p в элементарном слое ∆z, равное весу столбика воздуха высотой ∆z и площадью 1 см².

Изменчивость барического поля во времени для практических целей характеризуют величиной барической тенденции – величиной изменения давления АР за последние 3 ч перед сроком наблюдения, т. е.

∆P = Ph - Ph,

где Рh и Рhо – значения атмосферного давления в 3 и 0 часов соответственно. Барическая тенденция имеет знак, величину и характеристику. Последняя показывает скорость и характер изменения давления.

Пространственную изменчивость барического поля наиболее удобно характеризовать барическими градиентами.

Барические градиенты. Изменчивость барического поля в трехмерном пространстве характеризуется пространственным барическим градиентом – вектором, показывающим степень изменения атмосферного давления в этом пространстве. По числовой величине барический градиент равен производной от давления по нормали к изобарической поверхности, т. е. изменению давления на единицу расстояния в том направлении, в котором давление убывает наиболее быстро, т. е. –.

На практике имеют дело не с пространственным барическим градиентом , а с его проекциями на вертикальную ось – вертикальным барическим градиентомG_z=– и горизонтальную (уровенную) поверхность – горизонтальным барическим градиентом G_r=-– (10)

Давление меняется с высотой гораздо сильнее, чем в горизонтальном направлении, и вертикальный барический градиент G_z в десятки тысяч раз больше горизонтального G_r. Единицами измерения вертикального градиента являются гПа/100 м, а горизонтального – гПа/град (иногда вместо одного градуса меридиана–111 км – берут 100 км).

Величина, обратная барическому градиенту. Называется барической ступенью. Это высота, на которую достаточно подняться (опуститься) для того, чтобы давление уменьшилось (увеличилось) на 1 гПа. Барической ступенью пользуются для приведения давления к уровню моря в случае небольших высот и вычисляют по формуле

n = (1 + άt) (11)

3. Суточные и годовые колебания давления.

Изменение давления во времени.

На поверхности Земли происходят очень небольшие синусоидальные суточные колебания атмосферного давления. Их размах (от максимума до минимума) составляет менее 3 гПа, так что полное изменение давления составляет примерно 0,26%. Выявляются два максимума, около 10 часов утра и те же самые часы вечером. Суточные колебания атмосферного давления обусловлены суточными колебаниями температуры и атмосферными приливами. Поскольку колебания очень невелики, они могут быть заметны только в тропических районах, где обычно отсутствует циклоническая деятельность. Тропики составляют значительную часть нашей планеты. Ровный временной ход давления там говорит о стабильности погоды. Нарушение суточного хода давления в тропиках является признаком близости тропического циклона, редкого, но очень опасного атмосферного явления.

Суточные и годовые колебания давления.

Изменения атмосферного давления частично имеют периодический характер суточного хода за счет приливных волн в атмосфере, усиливаемых резонансом с ее собственными колебаниями.

Суточный ход давления хорошо выражен в тропиках, где его амплитуда может достигать в среднем 3–4 гПа (рис. 4). От тропиков к полюсам амплитуда суточных колебаний убывает. На широте 60 °, например, амплитуда будет измеряться только десятыми долями гПа и суточные колебания здесь перекрываются и маскируются несравненно более значительными непериодическими колебаниями, вызванными изменившимися условиями погоды.

В связи с сезонными изменениями в общей циркуляции атмосферы, обусловленными в основном циклонической деятельностью, атмосферное давление в каждом месте обнаруживает годовой ход, который в разных районах различный. Типы годового хода давления весьма разнообразны. Наиболее простой он над материками, где наблюдаются и максимальные амплитуды. Хорошо выражен годовой ход давления над побережьями с муссонной циркуляцией. Например, во Владивостоке максимум давления наблюдается в январе, а минимум – в июле. Годовая амплитуда достигает почти 14 гПа.

Над океанами в высоких широтах максимум давления наблюдается ранним летом (май, июнь), а минимум зимой (январь, февраль). Амплитуды здесь могут достигать 15– 20 гПа и более.