Лабораторная работа №4 Определение атмосферного давления

Цель работы - ознакомить студентов с назначением, устройством приборов для определения атмосферного давления и методикой проведе­ния наблюдений.

Общие положения

Величину атмосферного давления выражают высотой ртутного столба в миллиметрах (мм). Нормальным считается такое атмосферное давление, которое уравновешивается ртутным столбом высотой 760 мм при темпера­туре 0°С на широте 45° и на уровне моря. Норвежский ученый Бьеркнес предложил измерять давление в барах (от древнегреческого «барос» - тя­жесть). С 1970 г. эта единица принята в качестве международной и соот­ветствует давлению в 1 миллион дин на поверхность площадью 1 ом² или давлению ртутного столба высотой 750,1 мм. В качестве единицы измере­ния атмосферного давления с 1937 г. введена 1/1000 доля бара, так назы­ваемый миллибар. С введением международной системы единиц (СИ) с 1978г. атмосферное давление измеряется в паскалях (1 Па = 1 Н/м²). Для практического применения эта единица слишком мала, поэтому в метеоро­логических измерениях атмосферное давление выражают в гектопаскалях (1 гПа = 10 Па). Соотношение между указанными единицами давления следующее:

1 гПа = 1 мбар = 0,75 мм рт.ст.; 1 мм рт.ст. = 1,33 гПа = 1,33 мбар.

Под действием солнечной энергии атмосфера на земном шаре нагре­вается неодинаково. В результате и неравномерно распределяется давле­ние воздуха. Пространственное распределение атмосферного давления на­зывается барическим полем. Линии, соединяющие пункты с одинаковым давлением на плоскости, называются изобарами. При построении изобар, чтобы исключить влияние высоты на давление воздуха, давление предва­рительно приводят к уровню моря. Изобары проводят через определенные интервалы давления - обычно через 5 гПа.

В зависимости от характера распределения давления изобары, подоб­но горизонталям на типографических картах, могут иметь самую разнооб­разную конфигурацию.

Область замкнутых изобар с пониженным давлением в центре называ­ется барическим минимумом или циклоном. В развивающихся циклонах воздушные массы, устремляясь к центру, создают восходящие потоки воз­духа, которые выносятся до больших высот и за пределы тропосферы, чем вызывают убыль массы воздуха в центральной части циклона, т.е. проис­ходит его углубление или рост. В это время у поверхности Земли отмеча­ется резкое падение давления. Вместе с воздухом поднимаются водяные пары, которые при понижении температуры с высотой конденсируются, вследствие чего образуются мощные облака и выпадают осадки. Средняя скорость подъема воздуха в циклоне равна 3...5 м/с, а горизонтальное пе­ремещение циклонов достигает 500... 1000 м/мин. С развитием циклона давление в его центре понижается, благодаря чему ветер усиливается и достигает штормовой силы (29 м/с). При этом выпадение осадков усилива­ется. Затем давление в центре начинает расти, ветры ослабевают, осадки уменьшаются и прекращаются. Циклон затухает и ликвидируется.

Область замкнутых изобар с повышенным давлением в центре назы­вается барическим максимумом или антициклоном. В области антицикло­на давление от центра к периферии убывает. В развивающихся антицикло­нах нисходящий воздух при опускании нагревается и становится менее на­сыщенным, облачность рассеивается, погода устанавливается почти без­ветренная, ясная, летом - жаркая, зимой - холодная.

Кроме циклонов и антициклонов, в барическом поле часто наблюдаются промежуточные барические системы: ложбины, гребни, седловины.

Ложбиной называется связанная с циклоном и вытянутая от его центра к периферии полоса пониженного давления, вклинивающаяся между областями повышенного давления.

Гребнем называется связанная с антициклоном и вытянутая от его центра полоса повышенного давления, расположенная между двумя облас­тями пониженного давления.

Седловиной называется барическая область, заключенная между двумя циклонами, расположенными в шахматном порядке.

Горизонтальные размеры барических систем изменяются от несколь­ких сотен до нескольких тысяч километров. Их вертикальная протяжен­ность достигает нескольких километров.

Вертикальный градиент давления представляет собой изменение дав­ления при перемещении на единицу высоты.

Барическая ступень - это высота, на которую нужно подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 мбар (1 гПа). Барическая сту­пень выражается в м/гПа или м/мбар. Существует формула для определе­ния барической ступени:

где а - коэффициент расширения газов, равный 0,004; t - средняя тем­пература столба воздуха между двумя уровнями; р - среднее давление. При t = 0°C h = 8000/p.

Барическая ступень у земной поверхности при температуре воздуха 0°С и давлении 1000 гПа равна 8 м/гПа. Следовательно, вблизи земной по­верхности при условиях, близких к нормальным, для того чтобы давление упало на 1 гПа, нужно подняться примерно на 8 м.

Горизонтапьный барический градиент определяется по синоптиче­ским картам и представляет собой вектор, направленный по нормали (от лат. nornalis - прямой) к изобаре в сторону более низкого давления. Гори­зонтальный градиент давления является мерой быстроты давления в гори­зонтальном направлении. Определяется изменением давления на единицу расстояния и на практике выражается обычно в гектопаскалях на один гра­дус дуги меридиана (111 км или чаще 100 км). Обычно составляет 1...5 гПа/ЮОкм. Горизонтальный барический градиент вызывает горизонталь­ное движение воздуха, т.е. ветер.

Для измерения атмосферного давления применяются приборы, назы­ваемые барометрами. Наиболее распространены ртутные и металлические, или деформационные барометры. Ртутные барометры используются как основные на метеорологических станциях. Металлические барометры, как более простые в обращении и удобные для перевозки, чаще используются в экспедиционных условиях.