атмосферное давление

Как ни малы отклонения действительного ветра в свободной атмосфере от градиентного, именно они имеют решающее зна­чение для изменений атмосферного давления.

Атмосферное давление на каждом уровне, как мы знаем, равно весу вышележащего столба воздуха, т. е. пропорцио­нально массе воздуха в этом столбе. Убыль массы воздуха в ат­мосферном столбе над тем или иным пунктом приводит к паде­нию давления, увеличение массы воздуха — к росту давления.

Над любым уровнем в свободной атмосфере масса воздуха может меняться, между прочим, вследствие вертикальных дви­жений воздуха. При нисходящем движении часть воздуха будет уходить ниже данного уровня, и давление на этом уровне будет убывать. В случае восходящего движения наблюдается обратное.

Средние месячные величины давления за один и тот же ка­лендарный месяц в разные годы различны. Они могут значи­тельно отличаться от многолетней средней этого месяца, т. е. от его климатической нормы.

Отклонение средней величины давления в отдельный месяц определенного года от многолетней средней того же месяца называют месячной аномалией давления. Месячные аномалии особенно велики зимой (в 2—3 раза больше, чем летом); на океанах больше, чем на материках; в высоких широтах больше, чем в низких. Это значит, что режим атмосферного давления на материках менее изменчив от года к году, чем на океанах, а в тропиках менее изменчив, чем в средних и высоких широтах.

В главе второй говорилось об атмосферном давлении, о единицах, в которых оно выражается, и о его изменении с вы­сотой. В этой главе мы остановимся на горизонтальном распре­делении давления и на его изменениях во времени. То и другое тесно связано с режимом ветра.

Распределение атмосферного давления называют барическим полем. Атмосферное давление есть величина скалярная: в каж­дой точке атмосферы оно характеризуется одним числовым зна­чением, выраженным в миллибарах или в миллиметрах ртутного столба. Следовательно, и барическое поле есть скалярное поле. Как всякое скалярное поле, его можно наглядно представить в пространстве поверхностями равных значений данного скаляра, а на плоскости — линиями равных значений. В случае барического поля это будут изобарические поверхности и изобары.

Знание атмосферного давления позволяет рассчитать общую массу атмосферы. Среднее атмосферное давление на уровне моря эквивалентно весу столба ртути высотой 760 мм. В пара­графе 11 показано, что масса ртутного столба высотой 760 мм над одним квадратным сантиметром земной поверхности состав­ляет 1033,2 г; таков же будет вес этого столба ртути в граммах. Таков же, очевидно, будет и средний вес столба атмосферы над одним квадратным сантиметром поверхности на уровне моря. Зная площадь земной поверхности и превышение материков над уровнем моря, можно вычислить общий вес всей атмосферы. Пренебрегая изменениями силы тяжести с высотой, можно счи­тать этот вес численно равным массе атмосферы.

Распределение атмосферного давления по высоте зависит от того, каково давление внизу и как распределяется темпера­тура воздуха с высотой. В многолетнем среднем для Европы давление на уровне моря равно 1014 мб, на высоте 5 км — 538 мб, 10 км — 262 мб, 15 км — 120 мб и 20 км — 56 мб. Эти значения подтверждают вывод, который можно сделать из ба­рометрической формулы: дав­ление убывает примерно в геометрической прогрессии, когда высота возрастает в арифме­тической прогрессии. На уров­не 5 км давление почти вдвое ниже, чем на уровне моря, на уровне 10 км — почти в четыре раза, на уровне 15 км — почти в 8 раз и на уровне 20 км — в 18 раз (рис.2.4). На вы­соте 100 км давление изме­ряется только долями милли­бара.

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.