Всякий газ производит давление на ограничивающие его стенки, т. е. действует на эти стенки с какой-то силой давления, направленной перпендикулярно (нормально) к стенке. Числовую величину этой силы давления, отнесенную к единице площади, и называют давлением. Давление газа объясняется движениями его молекул, той «бомбардировкой», которой они подвергают стенки. При возрастании температуры и при сохранении объема газа скорости молекулярных движений увеличиваются и, следовательно, давление растет.
Если мысленно выделить какой-то объем внутри атмосферы, то воздух в этом объеме испытывает давление извне на воображаемые стенки, ограничивающие данный объем, со стороны окружающего воздуха. Со своей стороны воздух изнутри объема оказывает такое же давление на окружающий воздух.
Выделенный объем может быть сколь угодно малым и в пределе сводится к точке. Таким образом, в каждой точке атмосферы имеется определенная величина атмосферного давления, или давления воздуха.
Воздух в закрытом (негерметически) помещении достаточно свободно выравнивает свое давление с наружным воздухом через поры и щели в стенах, через окна и т. д. Разница между атмосферным давлением в помещении и под открытым небом (на том же уровне), как правило, совершенно незначительна. Воздух в помещении сжат в той же мере, что и воздух на том же уровне снаружи. Поэтому на метеорологических станциях нет нужды помещать барометры под открытым небом — их устанавливают внутри, помещения.
Атмосферное давление можно выразить, например, в граммах или килограммах веса на один квадратный сантиметр или метр. На уровне моря оно близко к одному килограмму на квадратный сантиметр. В метеорологии его выражают, однако, в других единицах.
С давних пор принято выражать атмосферное давление в миллиметрах ртутного столба. Это значит, что давление атмосферы сравнивают с эквивалентным ему давлением столба ртути. Когда говорят, например, что атмосферное давление на земной поверхности в данном месте равно 750 мм, это значит, что столб ртути высотою 750 мм давил бы на земную поверхность так же, как давит воздух.
Выражение давления в миллиметрах ртутного столба появилось в метеорологии не случайно. Оно связано с устройством основного прибора для измерения атмосферного давления — ртутного барометра. В этом приборе, известном из элементарного курса физики, атмосферное давление как раз уравновешивается давлением столба ртути; по изменениям высоты ртутного столба можно судить об изменениях атмосферного давления.
Другой принцип измерения атмосферного давления, широко применяемый в анероидах, барографах, метеорографах, радиозондах, основан на деформациях упругой, пустой внутри металлической коробки при изменениях внешнего давления на нее. Приборы этого типа нужно тарировать (градуировать) по показаниям ртутного барометра.
На уровне моря среднее атмосферное давление близко к 760 мм рт. ст.
В отдельных случаях давление может меняться на уровне моря в пределах 150 мм рт. ст. С высотой атмосферное давление быстро убывает, о чем будет подробнее сказано дальше.
В настоящее время в метеорологии давление выражают в абсолютных единицах — миллибарах (мб). Один миллибар есть давление, которое сила в 1000 дин производит на площадь в один квадратный сантиметр. Среднее атмосферное давление на уровне моря —760 мм рт. ст. — близко к 1013 мб, а 750 мм рт. ст. эквивалентны 1000 мб. Таким образом, для перехода от величины давления в миллиметрах ртутного столба к величине в миллибарах нужно давление в миллиметрах ртутного столба умножить на 4/3; для обратного перехода нужно ввести множитель 3/4.
Связь между двумя указанными единицами давления определяется следующим образом. Масса столба ртути высотой 760 мм с поперечным сечением 1 см2 при температуре 0° и плотности ртути 13,595 равна 1033,2 г. Вес в динах, который имеет эта масса, можно получить, умножив это число на ускорение силы тяжести g, на уровне моря и под широтой 45° равное 980,6 см/сек2. Отсюда получим давление на 1 см2 равным 1013250 дин/сек2. Называя миллибаром давление, равное 1000 дин/см2, найдем, что давление ртутного столба в 760 мм высотой равно 1013,2 мб (при указанных выше стандартных значениях ускорения силы тяжести и температуры); давление же 750,1 мм рт. ст. равно 1000 мб.
