Атмосферний тиск повітря, та його зміни з висотою та горизонтально

Земна атмосфера знаходиться в полі тяжіння Землі, тому на молекули газів, що входить до складу повітря діє сила тяжіння. Завдяки цій силі повітря набуває ваги і тисне на земну поверхню.

Тиск повітря – це сила, з якою давить на одиницю поверхні стовп повітря, розташований від поверхні Землі до верхніх границь атмосфери, Атмосферний тиск повітря – одна з найважливіших характеристик стану атмосфери. Тиск залежить від щільності повітря та його температури.

Щільність – відношення ваги до об’єму. Так, 1м³ при температурі 4^оС має масу 1 т, а 1м³ повітря при температурі 0⁰С та нормальному тискові – 1,293 кг. Таким чином щільність води в 800 разів більша за щільність повітря. Щільність атмосфери швидко зменшується з висотою.

Атмосферний тиск найчастіше вимірюється в мм рт.ст. Повітря з стовпчика видаляють. Тиск атмосфери утримує стовп ртуті в трубці на певній висоті. Над рівнем моря при температурі 0⁰С тиск становить 760 мм рт.ст. Тому при площі поперечного зрізу цього стовпа 1 см кв. об’єм ртуті буде дорівнювати 76 см³. Питома вага ртуті дорівнює 13,6 г/см³. Тому маса ртутного стовпчика з поперечним зрізом 1 см² складає 1,0336 кг. Відповідно, атмосферний тиск врівноважується стовпчиком ртуті із зрізом 1 см² та вагою 1,033 кг. З цього можна зробити висновок, що над рівнем моря тиск 1,033 кг/см².

Атмосферний тиск тривалий час вимірювали в міліметрах ртутного стовпчика, але це ускладнювало розв’зання багатьох задач. Тому в 1930 році було встановлену іншу міжнародну одиницю – бар (від давньогрецького барос –тяжкість) . В практиці використовували мбар. З 1980 року за міжнародну одиницю тиску повітря прийнято паскаль (Па).

1 гПа = 1 мбар = 0,75 мм рт.ст.

1 мм рт.ст. = 1,33 гПа = 1,33 мбар

1 гПа = 100 Па;

1 мбар = 0,001 бара;

1 Па = 1Н/м²

Безпосередні спостереження та практичні розрахунки вказують на те, що щільність та тиск повітря з висотою зменшується. Якщо на рівні моря тиск складає в середньому 1012 мбар, то на висоті 5,5 км він вже буде дорівнювати 500 мбар, на висоті 20 км – 100 мбар.

Зміни тиску з висотою характеризують баричним ступенем. Баричний ступень – це є така відстань по вертикалі, на які тиск змінюється на 1 мбар. Баричний ступень розраховується по формулі:

= 0,00366 – коефіцієнт розширення газу;

Р – атмосферний тиск;

t – температура повітря.

Якщо тиск становить 1000 мбар, а температура 5^оС, то баричний ступень буде дорівнювати 8 м/мбар, тобто при даних умовах тиск зменшиться на 1 мбар при підняті на 8 м. Як видно з формули баричний ступень залежить від температури та тиску (табл. 4) і якщо температура буде дорівнювати 0^о С, то формула буде мати вигляд:

Таблиця 4.

Значення баричного ступеня залежно від метеорологічних умов

Знаючи баричний ступень, атмосферний тиск, температуру та висоту одного пункту над рівнем моря, можна вирахувати різницю між двома вершинами, та висоту другого пункту. Цей метод визначення висоти пункту називають барометричним нівелюванням і використовують при експедиційних дослідженнях в гірські місцевості для визначення висоти різних форм рельєфу. Розрахунки проводять за формулою Бабіне:

= 0,00366 – коефіцієнт розширення газу;

– атмосферний тиск в нижній точці;

– атмосферний тиск у верхній точці;

t₁– температура в нижній точці;

t₂ – температура у верхній точці.

Атмосферний тиск в різних місцях земної поверхні в один і той самий момент неоднаковий тому, що він залежить від ступені прогрівання або охолодження повітря, від характеру повітряних течій та інших причин.

Інформацію про тиск дають метеорологічні станції, а вони розташовані в різних місцевостях, тобто на різних висотах відносно рівня моря, тому ці дані порівнювати не можна між собою. Їх приводять до одної висоти – рівня моря.

Для того щоб мати уяву про розпреділення тиску на земному шарі на графічну мапу наносять тиск, виміряний в один і той самий час, в одних одиницях і приведений до рівня моря. Далі пункти з однаковим тиском поєднують між собою плавними кривими лініями, частіше ці лінії випуклі, але бувають і увігнуті (на територіях центру циклону або зародження антициклону), які називають ізобарами. Цей спосіб картування розпреділення атмосферного тиску дозволяє визначити зони підвищеного та пониженого тиску і спостерігати за їх переміщенням, що має важливе значення для прогнозування погоди. Усі точки на одній ізобарі означають однаковий тиск повітря. Карта ізобар дає уявлення тільки про тиск на тих територіях, які позначені.

Мал. 3. Ізобари.

Щоб визначити тиск на суміжних територіях користуються величиною горизонтального баричного градієнта - зміною тиску поздовж горизонталі, яка направлена перпендикулярно до ізобар у бік менших значень на відстань 111 км. Зазвичай горизонтальні баричні градієнти становлять 1 мбар (Па). Періодично вони змінюються у межах 1,5-2 мбар залежно від конкретних погодних умов. В областях низького тиску вони деколи складають 5 і навіть 10 мбар, а при ураганах 20 мбар. Горизонтальний баричний градієнт є визначальним показником виникнення вітру. Чим більше значення горизонтального баричного градієнта, тим сильніший вітер.