Рассматривая изобары на синоптической карте, мы замечаем, что в одних местах изобары проходят гуще, в других — реже.
Очевидно, что в первых местах атмосферное давление меняется в горизонтальном направлении сильнее, во-вторых — слабее. Говорят еще: «быстрее» и «медленнее», но не следует смешивать изменения в пространстве, о которых идет речь, с изменениями во времени.
Точно выразить, как меняется атмосферное давление в горизонтальном направлении, можно с помощью так называемого горизонтального барического градиента, или горизонтального градиента давления. В главе четвертой говорилось о горизонтальном градиенте температуры. Подобно этому горизонтальным градиентом давления называют изменение давления на единицу расстояния в горизонтальной плоскости (точнее, на поверхности уровня); при этом расстояние берется по тому направлению, в котором давление убывает всего сильнее. А таким направлением наиболее сильного изменения давления является в каждой точке направление по нормали к изобаре в этой точке.
Таким образом, горизонтальный барический градиент есть вектор, направление которого совпадает с направлением нормали к изобаре в сторону уменьшения давления, а числовое значение равно производной от давления по этому направлению. Обозначим этот вектор символом — Ñр, а числовую его величину -dp/dn, где п — направление нормали к изобаре.
Как всякий вектор, горизонтальный барический градиент можно графически представить стрелкой; в данном случае стрелкой, направленной по нормали к изобаре в сторону убывания давления. При этом длина стрелки должна быть пропорциональна числовой величине градиента (рис. 1).
В разных точках барического поля направление и величина барического градиента будут, конечно, разными. Там, где изобары сгущены, изменение давления на единицу расстояния по нормали к изобаре больше; там, где изобары раздвинуты, оно меньше. Иначе говоря, величина горизонтального барического градиента обратно пропорциональна расстоянию между изобарами.
Если в атмосфере есть горизонтальный барический градиент, это означает, что изобарические поверхности в данном участке атмосферы наклонены к поверхности уровня и, стало быть, пересекаются с нею, образуя изобары. Изобарические поверхности наклонены всегда в направлении градиента, т. е. туда, куда давление убывает (рис. 2).
Рис. 1. Изобары и горизонтальный барический градиент. Стрелками обозначен горизонтальный барический градиент в трех точках барического поля.
Горизонтальный барический градиент является горизонтальной составляющей полного барического градиента. Последний представляется пространственным вектором, который в каждой точке изобарической поверхности направлен по нормали к этой поверхности в сторону поверхности с меньшим значением давления. Числовая величина этого вектора равна –dp/dn; но здесь n — направление нормали к изобарической поверхности. Полный барический градиент можно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие, или на вертикальный и горизонтальный градиенты.
Рис. 2. Изобарические поверхности в вертикальном разрезе и направление горизонтального барического градиента. Двойная линия — поверхность уровня
Можно разложить его и на три составляющие по осям прямоугольных координат X, Y, Z. Давление меняется с высотой гораздо сильнее, чем в горизонтальном направлении. Поэтому вертикальный барический градиент в десятки тысяч раз больше горизонтального. Он уравновешивается или почти уравновешивается направленной противоположно ему силой тяжести, как это вытекает из основного уравнения статики атмосферы. На горизонтальное движение воздуха вертикальный барический градиент не влияет. Дальше в этой главе мы будем говорить только о горизонтальном барическом градиенте, называя его просто барическим градиентом.
На практике измеряют на синоптических картах средний барический градиент для того или иного участка барического поля. Именно, измеряют расстояние ∆n между двумя соседними изобарами в данном участке по прямой, которая достаточно близка к нормалям обеих изобар. Затем разность давлений между изобарами ∆p (обычно это 5 мб) делят на это расстояние, выраженное -в крупных единицах — градусах меридиана (111 км). Средний барический градиент представится по величине отношением конечных разностей - ∆p/∆n мб/град. Вместо градуса меридиана теперь чаще берут 100 км. Определить барический градиент в свободной атмосфере можно из расстояния между изогипсами на картах барической топографии. В действительных условиях атмосферы у земной поверхности горизонтальные барические градиенты имеют порядок величины в несколько миллибар (обычно 1—3) на каждый градус меридиана.
