Атмосферное давление — измеряется весом (пропорционально массе) вышележащего столба воздуха на единицу горизонтальной поверхности.
Атмосферное давление и ветер.
Атмосферное давление выражается либо в гектопаскалях (гПа), численно равных миллибарам (мб), либо в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.).
Распределение атмосферного давления называют барическим полем. Атмосферное давление есть величина скалярная: в каждой точке атмосферы оно вполне характеризуется одним числовым значением, выраженным в миллибарах или миллиметрах ртутного столба.
Как всякое скалярное поле, его можно наглядно представить в пространстве поверхностями равных значений данной величины, а на плоскости — линиями равных значений – изобар.
В случае атмосферного давления это будут изобарические поверхности и изобары.
Изобарическая поверхность со значением 1000 мб проходит вблизи уровня моря. Изобарическая поверхность 700 мб располагается на высотах, близких к 3 км, изобарическая поверхность 500 мб—на высотах, близких к 5 км. Изобарические поверхности 300 и 200 мб располагаются соответственно на высотах около 9 и около 12км, т.е. вблизи тропопаузы.
Изобарические поверхности наклонены относительно поверхностей уровня, в том числе и уровня моря. Поэтому в разных своих точках каждая изобарическая поверхность в каждый момент находится на различных высотах над уровнем моря.
Плотность воздуха ρ зависит от температуры, влажности и давления.
Эта зависимость определяется известными из физики газовыми законами, основным уравнением газового состояния Клайперона и состоит в следующем:
1) чем выше температура в-ха, тем меньше плотность;
2) чем больше влажность воздуха, тем меньше его плотность;
3) чем больше давление, под которым находится тот или иной объем воздуха, тем больше его плотность.
Изменение давления с высотой
Неподвижная по отношению к Земле атмосфера подвержена силе тяготения. Изменение давления с высотой в условиях статического равновесия, т.е. когда воздух находится в покое описывается основным
уравнением статики атмосферы, связывающим давление воздуха р, плотность p, ускорение свободного падения g и высоту z
dp = -ρg dz
g=980,616 см/с2 Rc – удельная газовая постоянная 2,87 х 103 Дж/(кг 0С)
или изменение атмосферного давления с высотой
- dp = ρg
dz
Из этого уравнения можно сделать следующие выводы;
1. В атмосфере давление с увеличением высоты всегда убывает.
2. Атмосферное давление на каждом уровне представляет собой вес столба воздуха с поперечным сечением 1м2 и высотой от данного уровня до верхней границы атмосферы.
3. При подъеме на одну и ту же высоту (dz=const) уменьшение давления
(- dp) тем больше, чем больше плотность воздуха ρ иускорение свободного падения g, которое играет второстепенную роль.
Поскольку плотность убывает с высотой, то чем выше расположен уровень, тем меньше убывание давления при подъеме на одну и ту же высоту dz.
Барометрические формулы.
Барометрические формулы – интегралы основного уравнения статики атмосферы, полученные при разных предположениях относительно изменения температуры и плотности воздуха с высотой.
С помощью этих формул решается целый ряд практических задач:
- определяется превышение одного уровня zнад другим, если известны давление и температура на этих двух уровнях;
- определяется давление на нижнем уровне, если известны высота, давление и температура(приведение к уровню моря);
- определяется давление на какой-либо высоте, если известны высота, давление и температура на нижнем уровне (уровне моря).
Путем интегрирования обеих частей основного уравнения статики получают различные барометрические формулы:
Барометрическая формула однородной атмосферы ( плотность воздуха в пределах всей атмосферы с высотой не изменяется) –
р = p0 - gρdz
Высота однородной атмосферы зависит от температуры воздуха у поверхности Земли. При t=00 она составляет примерно 8 км.
Барометрическая формула изотермической атмосферы (атмосфера, в которой температура с высотой остается неизменной, dt=const)
Барометрическая формула политропной атмосферы (атмосфера, в которой предполагается линейное изменение температуры с высотой или постоянное значение вертикального градиента температуры.
В политропной атмосфере при одних и тех же значениях давления и температуры, давление убывает с высотой тем быстрее, чем больше значение
вертикального градиента температуры (y ).
Полная барометрическая формула атмосферы – она получена для общего случая, т.е. для произвольного распределения температуры по высоте, влажного воздуха и изменения ускорения свободного падения в зависимости от широты места и высоты (используется только при барометрическом нивелировании)
При решении большинства метеорологических задач используют более простую формулу – барометрическую формулу реальной атмосферы ( воздух сухой, а ускорение свободного падения не зависит от широты места и высоты).
При определении высоты точки по измеренному давлению и расчете распределения давления в ограниченном слое атмосфере (не более 2000м)
используется Барометрическая формула Бабине
z2=8000 2(р1-р2) х (1+αt)
р1 +р2
α=0,004 коэф. теплового расширения газов
Для приближенной оценки высоты по известной разности давлений или, наоборот, для оценки давления по заданной разности высот пользуются понятием «барическая ступень».
Барической ступенью называется такая высота h, на которую нужно подняться (опуститься) от (до) исходного уровня, чтобы давление понизилось (повысилось) на 1 гПа, с увеличением высоты барическая ступень растет.
Дата добавления: 2016-01-30; просмотров: 2894;