Атмосферное давление

Атмосферным давлением называется сила, действующая на единицу горизонтальной поверхности (1см²), вызываемая весом столба воздуха, простирающегося вверх через всю атмосферу.

Основной единицей давления, согласно Международной системе единиц (СИ), служит паскаль, равный ньютону на квадратный метр (н/м²).

1Па = н/м² = 1кг/м×с².

В качестве единиц давления используются также миллибары (мбар), миллиметры ртутного столба (мм рт.ст.) и дюймы. Соотношение единиц давления:

1 мбар = 100 н/м² = 100 Па;

1 мм рт.ст. = 133, 322 Па = 1,333 мбар;

1гПа = 0,75 мм рт.ст.

1 дюйм = 25,4 мм рт.ст.

Атмосферное давление в атмосфере непрерывно изменяется. Для характеристики распределения атмосферного давления пользуются понятием барического градиента.

Горизонтальный барический градиент - это величина, характеризующая изменение атмосферного давления в горизонтальном направлении (G_P)

G_P = dP/dS, (2.4.1)

где Р – давление у поверхности земли; S – расстояние.

Положительный барический градиент направлен в сторону падения давления по кратчайшему расстоянию. Величина градиента измеряется в миллиметрах или миллибарах на 100 км расстояния (или на 1⁰ меридиана – 111 км).

Одним из важнейших уравнений метеорологии, на основе которого устанавливаются закономерности распределения давления и плотности воздуха по высоте в атмосфере, является уравнение статики атмосферы:

dP =- grdH, (2.4.2)

где g – ускорение силы тяжести;

r – плотность воздуха.

Следствия из основного уравнения статики следующие:

– в атмосфере давление всегда уменьшается с увеличением высоты;

– чем выше расположен уровень, тем меньше величина падения давления при подъеме на одну и ту же высоту;

– основное уравнение статики позволяет определить величину вертикального градиента давления.

Изменение атмосферного давления с высотой характеризуют вертикальным градиентом давления и барической ступенью.

Барическая ступень (h) представляет собой толщину слоя воздуха, соответствующую вертикальному изменению давления на 1 мм рт.ст. или 1 гПа. Величина барической ступени определяется по формуле:

h = 8000 (1 + α t)/ Р, (2.4.3)

где Р и t – давление и температура воздуха, соответствующие тому уровню, где определяется барическая ступень.

Из формулы следуют выводы:

– чем меньше величина барической ступени, тем быстрее давление падает с высотой;

– в теплом воздухе барическая ступень имеет большее значение, чем в холодном;

– с высотой величина барической ступени возрастает.

Вблизи земной поверхности при Р = 1013,2 гПа (760 мм рт.ст). и t = 15°С барическая ступень h = 11,1 м/мм рт.ст. или h = 8,2 м/ гПа.

На метеорологических станциях определяется также барическая тенденция. Это величина, характеризующая изменение давления за три часа в определенном пункте. Барическая тенденция положительна, если давление за последние три часа выросло.

Для того, чтобы иметь возможность сравнивать давление в различных пунктах, его приводят к одному уровню – уровню моря. Приведение давления к уровню моря можно осуществить с помощью барометрической формулы Лапласа:

Н = 18400(1 + α t_ср) lg P₀ / P_Н, (2.4.4)

где Н – высота места;

P₀ – давление на нижнем уровне;

P_Н – давление на высоте Н;

t_ср – средняя температура слоя воздуха.

Для приведения давления к уровню моря можно использовать также формулу, в которую входит величина барической ступени (в первом приближении):

Р_пр = Р_а ± Н_а/h, (2.4.5)

где Н_а – высота аэродрома над уровнем моря (м);

Р_а – давление аэродрома;

h – барическая ступень.

Поправка берется со знаком «+», если аэродром расположен выше уровня моря, и со знаком «-», если аэродром находится ниже уровня моря. Давление, приведенное к уровню моря, наносится на карты погоды.

Наглядность распределения атмосферного давления в горизонтальной плоскости достигается с помощью изобар, проведенных на приземных картах погоды. Изобары - это линии, соединяющие пункты с одинаковыми значениями давления. Они являются замкнутыми кривыми, не пересекающимися друг с другом. На приземных картах с помощью изобар получают картину распределения давления воздуха на уровне моря вдоль земной поверхности. Такую картину распределения давления называют барическим полем (рис.6). Основными формами барического поля являются следующие барические системы: циклон, антициклон, ложбина, гребень, седловина.

Рис.6. Основные формы барического поля

Циклон – область пониженного давления, ограниченная системой замкнутых изобар, с наименьшим давлением в центре. На картах погоды в странах СНГ обозначается буквой «Н», на международных картах – «L».

Антициклон – область повышенного давления, ограниченная системой замкнутых изобар, с наибольшим давлением в центре. На картах погоды в странах СНГ обозначается буквой «В», на международных картах – «Н».

Ложбина – вытянутая область пониженного давления от центра циклона. Ложбина имеет ось, вдоль направления которой, изобары испытывают наибольший излом.

Гребень – вытянутая область повышенного давления от центра антициклона. Вдоль оси гребня изобары испытывают наибольший прогиб.

Седловина – барическое поле, заключенное между двумя крест-накрест расположенными циклонами и антициклонами.

Давление воздуха на уровне моря на земном шаре может изменяться от 1085 мбар (сибирский антициклон) до 880 мбар (тропический циклон).

Распределение давления на высотах определяют с помощью изобарических поверхностей. Изобарическая поверхность – это поверхность равного давления. Изобарические поверхности располагаются одна над другой (с большим давлением –ниже, с меньшим давлением – выше) и непараллельны уровню моря. Над областью тепла изобарические поверхности повышаются, над областью холода понижаются. Эти поверхности располагаются выше над областями с повышенным давлением и ниже над областями, где давление понижено.

Для анализа и оценки метеорологических условий полета используются данные главных (основных или стандартных) изобарических поверхностей (табл.4). Высоты изобарических поверхностей измеряются от уровня моря в единицах геопотенциала. Геопотенциал представляет собой работу, которую надо совершить, чтобы поднять единицу массы от уровня моря до данной высоты. Сила тяжести Р, действующая на единицу массы, равна Р = g 1 = g, а работа Ф, затрачиваемая на поднятие единицы массы на высоту Н, равна:

Ф = g Н (2.4.6)

Эту работу называют геопотенциалом. Единицей геопотенциала является геопотенциальный метр (гпм), который отличается от линейнего незначительно, всего на 0,3%, но он характеризует качественную сторону изобарической поверхности.

Таблица 4

Поиск по сайту: