Головна » Статті » Наукові статті » Загальний каталог [ Додати статтю ]

Атмосферний тиск та його особливості

Одна з найбільш істотних характеристик атмосфери - тиск. Коли атмосфера спокійна, він дорівнює вазі вертикального стовпа повітря з одиничним перетином, що тягнеться до верхніх шарів атмосфери. Коли повітря рухається, то при висхідних потоках тиск трохи менше, а при тих, які сходять - трохи більше, але ця різниця невелика. Фізична одиниця тиску - тиск ртутного стовпа висотою 760 мм на широті 45 над рівнем моря при температурі повітря 0 °. Такий стовп тисне з силою 1033,3 г/см2.
 
У синоптичної практиці для визначення тиску зазвичай використовуються миллибар (Мб). Це - долі бару, яким у метеорології називають тиск, що дорівнює 106 дін/см2. Значення тиску в міліметрах ртутного стовпа також вживається часто. Для переведення з однієї системи в іншу існують спеціальні таблиці. У Міжнародній системі одиниць (СІ) атмосферний тиск визначається як гектопаскаль (ГПА). 1 гПа = 10 = Па = 1 мб. Атмосферний, тиск дуже мінливий. Воно залежить від висоти стовпа повітря, щільності і прискорення сили) тяжкості, в свою чергу змінюється в залежності від географічної широти і висоти над рівнем моря. Оскільки вага
 
ртуті і повітря являє собою силу тяжіння, що діє на них, як і на всяке тіло на Землі, треба враховувати, що сила тяжіння збільшується від екватора до полюсів і зменшується з висотою. Щільність повітря називається маса одиниці його об'єму. Щільність вологого і сухого повітря мало відрізняється, і тільки при високій температурі і великої вологості різниця в щільності сухого та вологого, повітря помітна.
Під найбільш сильним тиском, природно, знаходяться нижні шари повітря. Зі збільшенням висоти разом з тиском зменшується і щільність повітря, що залежить також і від його температури, причому вплив температури і тиску на щільність протилежні. З висотою тиск змінюється завжди, а температура, в нижніх 10-15 Км зменшується тільки в середньому. При. зниження температури густина збільшується, отже,, з висотою щільність повітря зменшується, повільніше, ніж тиск. Щільність населення в окремих випадках збільшується з висотою або не змінюється зовсім. Щільність повітря зазвичай безпосередньо не вимірюють, а розраховують за рівнянням, на основі виміряних температури і тиску.
Відомості про щільність ще зовсім недавно отримували побічно зі спостережень за полярними сяйвами, метеорами, поширенням радіохвиль. З появою штучних супутників Землі щільність повітря почали визначати за їх гальмування. Використовуються також спостереження за распливаніем штучних хмар з парів натрію, які створюються метеорологічними ракетами. У Європі густина повітря біля поверхні Землі дорівнює 1,258 кг/м3, на висоті 5 км - 0,735, на висоті 20 км - 0,087, на висоті 40 км - 0,004 кг/м3. Чим коротше стовп повітря, тобто вище місце, тим тиск менше. І про зменшення щільності повітря з висотою вносить свої корективи, і тому закон зміни тиску по вертикалі складніше. Рівняння, що виражає закон зміни тиску з висотою в спочиваючої атмосфері, називається основним рівнянням статики, З нього випливає, що зі збільшенням висоти зміну тиску негативне і при підйомі на одну й ту ж висоту падіння тиску тим більше, чим більше густина повітря і прискорення сили тяжіння . Основна роль тут, однак, належить змінам щільності повітря. Отже, чим вище, тим менше падає тиск при підйомі на одну й ту ж висоту. У теплому повітрі тиск зменшується менше, ніж у холодному - на одній і тій же висоті в теплій повітряній масі тиск вищий, ніж в холодній.
Рівняння статики Не дає можливості вирішувати постійно виникають практичні завдання в реальних умовах рухається атмосфери. Тому основне рівняння вирішують при різних спрощують припущеннях, що відповідають фактичним реальних умов, висуваючи ряд приватних припущень. З основного рівняння статики можна отримати значення вертикального градієнта тиску, що представляє собою зміну тиску при переміщенні на одиницю висоти, тобто спадання тиску па одиницю відстані по вертикалі (мб/100 м). Замість вертикального градієнта часто користуються зворотного йому величиною - баричний ступенем в метрах на миллибар (зрідка ще зустрічається застарілий синонім терміна «градієнт тиску» - барометричний градієнт).
Вертикальний градієнт залежить, в першу чергу від самого тиску, а також температури повітря. Тому в нижньому шарі атмосфери тиск найбільше, особливо при низьких температурах; баричний ступінь - це висота, на яку потрібно піднятися або опуститися, щоб тиск змінилося на 1 м. Одним з приватних рішень основного рівняння статики є Барометрична формула Лапласа, що враховує вологість повітря і залежність прискорення сили тяжіння від висоти і широти місця. За цією формулою можна визначити перевищення одного пункту над іншим на певній географічній широті, маючи в своєму розпорядженні спостереженнями над тиском, температурою повітря і пружністю водяної пари в розглянутих пунктах. Формула Лапласа, що дає високу точність розрахунків, часто використовується в більш спрощеному вигляді - припускають, що повітря сухий, і не враховують залежність прискорення сили тяжіння від широти і висоти. Знаючи два з трьох що входять до барометричний формулу величин (тиск, температура, висота). неважко визначити третє. Таким чином висота 1 двох пунктів обчислюється з точністю до 1 м. І хоча це можна зробити за допомогою геодезичних методів, за барометричної формулою і метеорологічних спостережень простіше і швидше, що особливо важливо в гірських районах. Можна також обчислити розподіл тиску по висоті і вирішити завдання приведення тиску до рівня моря і ряд інших практично важливих завдань.

Для існування людини спадання тиску з висотою має дуже велике значення. На великих висотах у людини наступає так звана гірська хвороба - гіпоксія, або кисневе голодування, тобто кров тут недостатньо насичується киснем. Люди не можуть селитися вище 5200 м - цю межу зафіксовано в Перу. В Індії зустрічаються поселення на висоті до 4000 м. Вище 7000 м людина не може жити і працювати без кисневої маски. Лише деякі птахи піднімаються до висоти 7-9 км.
Тиск повітря, виміряний на літаку, дає можливість визначити його висоту над точкою зльоту з допомогою спеціального приладу - літакового альтиметра зі шкалою в метрах. Даний спосіб застосовувався, зокрема, в Антарктиді. Просторовий розподіл атмосферного тиску називається баричний полем. Це - скалярний поле, яке характеризується системою поверхонь рівного тиску, чи ізобаріческіх поверхонь. Ізобаріческіе поверхні не паралельні один одному і земної поверхні, тому що температура і тиск змінюються в горизонтальному напрямку. Тому ізобаріческіе поверхні нахилені під різними кутами до землі й вельми різноманітні - від прогнути вниз великих, неглибоких «улоговин» до вигнутих вгору розтягнутих «горбів». Якщо в думках перетнути їх горизонтальною площиною, вийдуть криві - ізобари-лінії, що з'єднують пункти з однаковим значенням тиску. За результатами спостережень у певні моменти часу будуються карти изобар - синоптичні, за середніми багаторічними даними (за місяць, сезон, рік) - кліматологічні. На синоптичних картах між ізобарами прийнятий інтервал, що дорівнює 5 мб. Плавні і на перший погляд химерні лінії изобар, ніколи не перетинаються, тому що в одній точці не може бути одночасно двох різних значень тиску. На обмеженою карті ізобари можуть обриватися, але в межах всього Земної кулі кожна изобар обов'язково замкнута.
У той же час на обмеженою карті дуже часто (майже завжди) бувають замкнуті ізобари, що обмежують ділянки низького або високого тиску - баричні системи. Це області зі зниженим тиском у центрі - циклони, і області з відносно підвищеним тиском - антициклони. У першому випадку тиск зростає від центру до периферії, а в. другий - зменшується. Над європейської територією нашої країни на рік проходить у середньому 75 циклопів. Діаметр циклону - 1000 км і більше. В. Європі за рік буває в середньому 36 антициклонів, з яких шість мають тиск у центрі понад 1050 мб. Середній тиск в північній півкулі одно 1013,68 мб, в південній півкулі до широти 72,5 ° пд. Ш.-1011, 68 мб. Над Антарктидою тиск ще недостатньо досліджено для отримання середніх даних. Крім циклонічних і антіціклоніческіх систем, існують проміжні - улоговини, гребені, сідловини. На периферії циклонів і антициклонів або між ними ізобари близькі до паралельних лініях.
Якщо розглянути ізобаріческое полі у вертикальному розрізі, то в циклоні ізобари виглядають як воронка, а в антициклоні - як пагорб. На просторові розподілу баричний поверхонь впливає температура повітря. У теплому повітрі поблизу землі баричні поверхні лежать вище холодних. Це відбувається тому, що холодне повітря більш щільний і тиск в ньому зменшується з висотою швидше. Якщо скласти карти изобар по осредненним значень за весь наявний ряд - спостережень, за певні місяці або сезони (на рівні моря, можна отримати таку картину. У січні уздовж екватора лежить зона зниженого тиску, в середині якої тиск одно; приблизно 1010 мб. Всередині цієї смуги виявляються області з самим низьким тиском (1008 мб), Які лежать над найбільш нагрітими материками південної півкулі - в. Південній Америці, Південній Африці і-Австралії, тобто близько 15 ° пд. ш. Тут у цю пору року літо.
По обидві сторони низького тиску в обох півкулях па широті 30 ° - 35о виникають області підвищеного тиску з тиском в окремих центрах більше 1020 мб - субтропічні баричні антициклони. Це - Азорські максимум у північній півкулі в Атлантичному океані і Гавайська - у Тихому. У південній півкулі в субтропіках виділяються три баричний антициклону - все-над океанами; Індійським, Тихим і Атлантичним. У той же час над материками південної півкулі, у січні теплішими, ніж океани, тиск знижений. На північ від субтропіків тиск починає спадати, утворюючи в північній півкулі баричні мінімуми: Ісландська з тиском близько 995 мб і Амурський - близько 1000 мб. А на суші тиск чим далі від моря, тим все більше збільшується, створюючи два потужних максимуму - антициклон над Монгольським плато з тиском в центрі до 1040 мб і Канадський - до 1025 мб.
Зменшується тиск і в. південній півкулі, утворюючи пояс зниженого тиску на широті 60 ° -65 °. Так як південну півкулю в основному океанічна, ізобари мають переважно широтне напрямок. Влітку в липні екваторіальний пояс зниженого тиску не зникає, а лише кілька зміщується в північну півкулю. Зміщуються на північ також і субтропічні баричні максимуми над океанами північної півкулі. У південній півкулі в липні субтропічні антициклони розширюються, захоплюючи і області високого тиску над холодними материками. Помітно послаблюються Алеутська і Ісландська мінімуми, причому першим на середніх картах навіть не простежується. Над материками північної півкулі тиск знижений. У цей час помітно виділяється баричний мінімум над Південно-Східною Азією з тиском в центрі 995 мб і дещо менш - Мексиканська мінімум (1010 мб).
У південній півкулі влітку, як і взимку, утримується зона низького тиску в субполярних широтах і антициклон над материком Антарктиди. Отже, в середньому розподіл тиску на земній кулі має зональний характер, утворюючи зони зниженого і підвищеного тиску. Ця загальна картина порушується змінами тиску над материками, де воно підвищується взимку і влітку знижується. Можна розрізнити також постійні п сезонні баричні області: До останніх відносяться такі, в яких зимові максимуми змінюють річні мінімуми. Це - так звані центри дії атмосфери. Їх роль у формуванні повітряних течій, погоди і клімату дуже велика. Причини виникнення центрів дії атмосфери - термічні і динамічні - пов'язані з охолодженням і нагріванням в нижніх шарах атмосфери. Субтропічні баричні максимуми обумовлені вторгненням антициклонів в ці райони; Ісландська і Алеутська мінімуми, а також субполярних область зниженого тиску південної півкулі - освітою і рухом циклопів.
Атмосферний тиск постійно змінюється. Коли легкі теплі повітряні маси поступаються місцем холодного важкого повітрю, тиск зростає. Коли над тим чи іншим, районом проходять баричні системи, тиск також змінюється: якщо циклон, то тиск спочатку падає, а потім починає рости; при проходженні антициклону ж картина зворотна-тиск спочатку зростає, а потім падає. Протягом однієї доби тиск може коливатися в дуже великих межах - до .20-30 мб, особливо значно в помірних і високих широтах, де найбільш активна циклонічна діяльність. Найвища тиск було зареєстровано 31 липня 1968 на ст. Агата в Красноярському краї. Воно становило 1083,8 мб (приведено до рівня моря). А найнижчий тиск - 877,0 мб зазначено в тайфун над Тихим океаном 24 вересня 1958 Осреднів спостереження над тиском за багато років і простежуючи отримані результати від місяця до місяця, можна визначити річний хід тиску. Амплітуда річного ходу в середніх широтах більше, ніж в екваторіальних. Над материками річний хід виражений більш чітко, ніж над океанами. Загалом річний хід тиску різноманітний і тісно пов'язаний з фізико-географічними умовами. Проте виділяються деякі основні типи, наприклад: континентальний і океанічний.
Шляхом, осредненія отримують також загальну картину зміни тиску в, межах доби. Тут виявляються два максимуми і два мінімуму. За місцевим часом максимуми припадають на 10 і 22 години, а мінімуми - на 4 і 16 годин. У тропічних широтах, де це простежується найбільш виразно, амплітуда становить 3-4 мб. Проходження циклонів і антициклонів під внетропических зонах перекриває добовий хід тиску. Чим вище географічна широта місця, тим менше амплітуда добового ходу рівня. Денний мінімум на всіх широтах помітніше нічного, а ранковий максимум виразніше, ніж вечірній. Нагрівання повітря в денний час визначає денний баричний мінімум, а охолодження - ранковий максимум. Другі максимуми і мінімуми пояснюються причинами іншого походження, а саме: пружними коливаннями атмосфери, викликаними періодичним нагріванням атмосфери сонячними променями. Періодичні коливання з добовим і півдобовий періодом дуже малі в порівнянні з великими і тривалими змінами, визначеними. сезонним ходом і проходженням циклонів і антициклонів. Це є в полярних і помірних широтах.
У зв'язку з добовими коливаннями тиску цікаві так звані місячні приливи - коливання тиску з періодом, рівним 12 год. 25 хв., Тобто половині місячних доби. Амплітуда цих коливань мала, найбільша в тропіках - до 0,09 мб, потім з широтою різко зменшується. Це говорить про те, що вплив фаз Місяця на погоду в нижній тропосфері настільки незначний, що воно не має практичного значення. У високих, шарах атмосфери (вище 100 км) добові відмінності нагрівання дуже великі, відповідно великі також термічні припливи. Вважають, що вище за 100 км припливи створюють змінюються 4 рази на день західні та східні вітри з швидкостями 20-40 м / с і більше.

Фото:
Джерело: http://www.natuerlich.ru
Категорія: Загальний каталог | Додав: wiktor (23.02.2010)
Переглядів: 21021 | Теги: шари атмосфери, атмосферний тиск, кисень, повітря | Рейтинг: 3.0/3
Матеріали по темі:
Всього коментарів: 0
avatar