Полякова Л.С., Кашарин Д.В. Метеорология и климатология

Атмосферное давление. Барический градиент і барическая ступень

Атмосферное давление – это сила, с которой давит на единицу площади земной поверхности столб воздуха, простирающийся от поверхности земли до верхней границы атмосферы.

Атмосферное давление в метеорологии принято измерять высотой ртутного столба в трубке барометра. Давление атмосферы удерживает столб ртути в трубке на определенной высоте. На уровне моря эта высота составляет около 760 мм.

Для измерения давления в единицах силы в 1930 г. была введена международная единица давления – бар, равная 1 млн. дин на площадь 1 см кв. В практике использовалась тысячная часть бара – миллибар.

С 1980 г. в качестве международной единицы для измерения атмосферного давления принят Паскаль – давление, вызываемое силой в 1 ? на площадь 1 м кв.:

1 Па = 1 Н / м2 = 10-5 бар = 0,01 мб

Для практических целей используется гектопаскаль: 1гПа = 100 Па = 1 мб = 0,75 мм рт. ст.

Ускорение свободного падения на Земном шаре увеличивается от экватора к полюсам и уменьшается с высотой. Чтобы исключить зависимость измеренного атмосферного давления от этих факторов, его приводят к ускорению свободного падения на широте 45° и на уровне моря.

Давление, соответствующее массе ртутного столба высотой 760 мм, имеющего температуру 0°С и находящегося на широте 45° и на уровне моря, называют нормальным атмосферным давлением. Оно округленно составляет 1013 гПа.

Распределение давления характеризуется барическим градиентом

dp / dz
где dp и dz – изменение давления и высоты.

Величина обратная барическому градиенту

h = dz / dp

называется барической (или барометрической) ступенью. Это величина, обратная вертикальному барическому градиенту, представляет прирост высоты, при котором атмосферное давление падает на единицу. Для практического использования барическую ступень вычисляют по формуле:

Формула барической ступени

где α – давление (гПа);
t – температура (°С) в той же точке, для которой вычисляется барическая ступень;
а – температурный коэффициент расширения воздуха, равный 0,004.

Зная барическую ступень атмосферного давления, температуру воздуха и высоту над уровнем моря в одном из двух пунктов, лежащих на разной высоте, можно по разности давлений в этих пунктах определить разность их высот, а отсюда найти и высоту второго пункта над уровнем моря. Этот способ определения высоты пункта называется барометрическим нивелированием.

Пример

На станции, высота которой 200 м, давление равно 1000 гПа, а температура 10°С. Вычислить давление на уровне моря.

Для определения Рум сначала находим приближенное значение барической ступени h по величине атмосферного давления и температуры воздуха на станции

Пример рассчета барической ступени

Атмосферное давление на уровне моря можно определить по формуле:

Формула вичесления атмосферного давления на уровне моря

где Рн – атмосферное давление на уровне станции, гПа;
ΔР – разница в давлении на уровне моря и на уровне станции, гПа;
H – высота станции над уровнем моря, м;
h – барическая ступень, м/гПа.

Находим приближенно давление на уровне моря

Атмосферное давление на уровне моря

Определяем среднее давление слоя воздуха между уровнями моря и станции

Среднее давление слоя воздуха между уровнями моря и станции

Определяем температуру слоя воздуха на уровне моря (tум), учитывая, что в среднем в тропосфере температура увеличивается с уменьшением высоты с градиентом 0,6°С на 100 м.

Температура слоя воздуха на уровне моря

где tн – температура воздуха на станции, С.

Определяем среднюю температуру столба воздуха между станцией и уровнем моря,

Средняя температура столба воздуха между станцией и уровнем моря

По средним значениям P и t находим уточненное значение барической ступени и вычисляем окончательное значение давления на уровне моря

Значение давления на уровне моря