Пространственное распределение атмосферного давления непрерывно меняется с течением времени. Это значит, что непрерывно меняется расположение изобарических поверхностей в атмосфере. Чтобы следить за изменениями барического, а также и термического поля, в практике службы погоды ежедневно составляют по аэрологическим наблюдениям карты топографии изобарических поверхностей — карты барической топографии.
На карту абсолютной барической топографии наносят высоты определенной изобарической поверхности над уровнем моря на разных станциях в определенный момент времени, например поверхности 500 мб в 6 часов утра 1 января 1967 г. Точки с равными высотами соединяют линиями равных высот — изогипсами (абсолютными изогипсами). По изогипсам можно судить о распределении давления в тех слоях атмосферы, в которых располагается данная изобарическая поверхность.
В атмосфере всегда существуют области, в которых давление повышено или понижено по сравнению с окружающими областями. Фактически вся атмосфера состоит из таких областей повышенного или пониженного давления, расположение которых все время меняется. При этом в областях пониженного давления — циклонах или депрессиях — давление на каждом уровне самое низкое в центре области, а к периферии растет. Давление, кроме того, всегда понижается с высотой; поэтому изобарические поверхности в циклоне прогнуты в виде воронок, снижаясь от периферии к центру (рис. 1). Следовательно, на карте абсолютной топографии в центре циклона будут находиться изогипсы с меньшими значениями высоты, а на периферии — изогипсы с большими значениями (рис. 2). В области повышенного давления — антициклоне, напротив, на каждом уровне в центре будет наивысшее давление; поэтому изобарические поверхности в антициклоне будут иметь форму куполов, и на карте абсолютной барической топографии в центре антициклона мы найдем изогипсы с наивысшими значениями (см. те же рисунки).
Рис.1. Изобарические поверхности в циклоне (H) и в антициклоне (В) в вертикальном разрезе.
Составляют еще карты относительной барической топографии. На такую карту наносят высоты определенной изобарической поверхности, но отсчитанные не от уровня моря (как на картах абсолютной барической топографии), а от другой, лежащей ниже изобарической поверхности. Например, можно со ставить карту высот поверхности 500 мб над поверхностью 1000 мб и т. д.
Такие высоты называются относительными, а проведенные по ним изогипсы — относительными изогипсами. Относительная высота одной изобарической поверхности над другой зависит от средней температуры воздуха между этими двумя поверхностями (рис. 3). Из главы второй известно, что барическая ступень зависит от температуры. Но барическая ступень, т. е. расстояние между двумя уровнями с давлением, различающимся на единицу, в сущности и есть относительная высота одной изобарической поверхности над другой.
Рис. 2. Циклон (H) и антициклон (В) на карте абсолютной топографии изобарической поверхности 500 мб.
Цифры — высоты в десятках метров. В циклоне изобарическая поверхность лежит ближе к уровню моря, чем в антициклоне.
Рис. 3. Изобарические поверхности в областях тепла (T) и холода (X) в вертикальном разрезе. В области тепла они раздвинуты, в области холода — сближены
Отсюда следует, что по распределению на карте относительных высот можно судить о распределении средних температур в слое воздуха между взятыми двумя изобарическими поверхностями.
Рис. 4. Области тепла (T) и холода (X) на карте относительной топографии изобарической поверхности 500 мб над поверхностью 1000 мб.
В областях тепла толщина атмосферного слоя между двумя поверхностями увеличена, в областях холода — уменьшена.
Чем больше относительная высота, тем выше температура слоя. Следовательно, карты относительной топографии показывают распределение температуры в атмосфере (рис. 4). Иногда говорят, что карты абсолютной и относительной топографии вместе представляют термобарическое поле атмосферы.
В службе погоды карты абсолютной топографии обычно составляются для изобарических поверхностей 1000, 850, 700, 500, 300, 200, 100, 50, 25 мб, а карты относительной топографии — для поверхности 500 над 1000 мб. Составляют карты барической топографии и по осредненным данным за промежутки времени от нескольких дней до месяца. Для климатологических целей применяются карты барической топографии, составленные по многолетним средним данным.
На карты барической топографии, строго говоря, наносят не высоты изобарических поверхностей, а их геопотенциалы. Геопотенциалом (абсолютным) называется потенциальная энергия единицы массы в поле силы тяжести. Иначе говоря, геопотенциал изобарической поверхности в каждой ее точке есть работа, которую нужно затратить против силы тяжести, чтобы поднять единицу массы от уровня моря в данную точку. По определению геопотенциал в каждой точке атмосферы равен Ф = gz, где z — высота точки над уровнем моря, а g — ускорение силы тяжести. Итак, в любой точке изобарической поверхности под данной широтой при данном значении силы тяжести имеется определенный геопотенциал, пропорциональный высоте этой точки над уровнем моря. Поэтому применение геопотенциала вместо высоты вполне возможно и имеет определенные теоретические и технические преимущества. При этом геопотенциал выражают в таких единицах (геопотенциальных метрах), при которых он численно близок к высоте, выраженной в метрах (и в точности равен ей на уровне моря под широтой 45°). В связи с этим геопотенциал называют еще динамической или геопотенциальной высотой.
Относительный геопотенциал соответственно равен разности абсолютных геопотенциалов двух точек, лежащих на одной вертикали.
