Атмосферное давление - важнейший показатель состояния атмосферы Земли. Оно оказывает значительное влияние на погоду, климат, а также на жизнедеятельность организмов. Изменения атмосферного давления связаны с перемещением воздушных масс и возникновением циклонов и антициклонов.
В данной статье мы подробно разберем, что представляет собой атмосферное давление, от каких факторов оно зависит, какие существуют способы его измерения и единицы. Рассмотрим роль давления воздуха в метеорологии и влияние на организм человека.
Определение атмосферного давления
Атмосферное давление воздуха - это сила, с которой воздух в атмосфере давит на земную поверхность и объекты на ней. Оно обусловлено весом воздушного столба, расположенного над данной точкой поверхности. Величина атмосферного давления показывает, какова масса воздуха в столбе единичного сечения, простирающегося от уровня земли до верхней границы атмосферы.
На уровне моря при нормальных условиях среднее значение атмосферного давления составляет 760 мм ртутного столба, что эквивалентно 1013,25 гПа или 1 атм. Однако это давление непостоянно и изменяется в зависимости от высоты местности, температуры воздуха, влажности, скорости ветра.
Атмосферное давление воздуха является важнейшей характеристикой состояния атмосферы. От его значений зависит погода в конкретном месте, формируются воздушные потоки, движение воздушных масс. Кроме того, атмосферное давление влияет на самочувствие и здоровье людей.
Единицы измерения давления воздуха
Атмосферное давление измеряется в различных единицах. Наиболее распространенными являются:
- Паскаль (Па) - единица измерения давления в Международной системе единиц (СИ).
- Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.) - традиционная единица измерения давления. 1 атмосфера примерно равна 760 мм рт. ст.
- Гектопаскаль (гПа) - производная единица от паскаля в СИ. 1 гПа = 100 Па.
- Миллибар (мбар) - не входит в СИ, но часто используется в метеорологии. 1 мбар = 100 Па.
Кроме того, иногда применяются такие единицы, как атмосфера (атм), килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см2), торр, бар и другие. Например, 1 атм = 1013,25 гПа или 760 мм рт.ст. Между различными единицами существуют определенные соотношения.
| 1 атм | ≈ 1013,25 гПа |
| 1 мм рт.ст | ≈ 1,33 гПа |
Выбор конкретной единицы измерения зависит от области применения и требуемой точности. Например, в авиации используют гПа, а в бытовых барометрах - мм рт.ст. Знание различных единиц давления и умение переводить одни в другие необходимо специалистам-метеорологам при работе с данными атмосферного давления.
Факторы, влияющие на атмосферное давление
На атмосферное давление влияет целый ряд факторов. Рассмотрим основные из них.
Высота над уровнем моря
Одним из важнейших факторов, влияющих на атмосферное давление, является высота над уровнем моря. Чем выше поднимаемся, тем меньше вес воздушного столба над данной точкой и, следовательно, тем ниже давление. Это связано с тем, что с увеличением высоты плотность воздуха уменьшается.
На уровне моря среднее давление составляет около 1013 гПа. А на высоте 5500 метров оно падает примерно до 550 гПа. То есть прослеживается четкая обратная зависимость между высотой и давлением.
Температура воздуха
Повышение температуры воздуха приводит к увеличению средней скорости движения молекул газа. Это вызывает рост объема воздуха и его расширение. В результате плотность воздуха уменьшается, и давление падает.
Обратный процесс происходит при понижении температуры - воздух сжимается, его плотность и давление растут. Поэтому зимой, когда температура воздуха ниже, отмечается более высокое атмосферное давление, чем летом. Хотя влияние этого фактора не столь велико, как влияние высоты.
Влажность воздуха
Чем выше влажность воздуха, тем меньше его плотность и атмосферное давление. Это связано с тем, что молекулярная масса водяного пара меньше, чем молекулярная масса основных компонентов воздуха - азота и кислорода.
Поэтому влажный воздух легче сухого воздуха при одинаковой температуре. Соответственно, чем больше в атмосфере содержится влаги, тем ниже давление воздуха. Хотя в целом этот фактор оказывает не столь существенное влияние на атмосферное давление.
Движение воздушных масс
Перемещение воздушных масс и возникновение барических образований, таких как циклоны и антициклоны, может вызывать значительные колебания атмосферного давления.
В центре циклона давление понижено, а в центре антициклона - повышено. При движении этих образований происходят соответствующие изменения давления в конкретном месте. Это один из ключевых факторов, определяющих погодные условия.
Сила Кориолиса
Под действием силы Кориолиса, возникающей из-за вращения Земли, воздушные массы отклоняются вправо в Северном полушарии и влево - в Южном. Это приводит к закручиванию воздуха и формированию циклонов и антициклонов с пониженным или повышенным давлением в центре.
Таким образом, сила Кориолиса косвенно влияет на распределение атмосферного давления на Земле. На полюсах ее влияние минимально, а на экваторе - максимально.
Другие факторы
Помимо перечисленных, на атмосферное давление оказывают влияние также широта местности, близость крупных водоемов, рельеф местности, скорость и направление приземного ветра и некоторые другие факторы.
Однако их роль не столь велика по сравнению с рассмотренными выше основными факторами, определяющими атмосферное давление в конкретной точке в данный момент времени.
Зависимость давления от высоты над уровнем моря
Одна из важнейших закономерностей, связанных с атмосферным давлением, - это его уменьшение с увеличением высоты над уровнем моря. Это объясняется тем, что атмосферное давление создается весом воздушного столба, расположенного выше данной точки.
Чем выше поднимаемся, тем меньше высота этого столба и, соответственно, меньше его вес и давление, им создаваемое. Таким образом, четко прослеживается обратная зависимость между высотой над уровнем моря и величиной атмосферного давления.
Вертикальный градиент давления
Скорость убывания давления с высотой называется вертикальным градиентом давления. Он показывает, на сколько единиц измерения падает давление при подъеме на высоту в 1 км.
В среднем вертикальный градиент давления составляет около 12 гПа/км. Это означает, что при подъеме на каждый километр по высоте давление уменьшается примерно на 12 гПа.
Однако на разных высотах величина градиента может несколько отличаться из-за изменения плотности воздуха. Например, в приземном слое до высоты 1 км он составляет около 15 гПа/км, а на высоте 10 км - только около 10 гПа/км.
Стандартная атмосфера
Для удобства расчетов была введена модель стандартной атмосферы, в которой давление уменьшается по определенному закону в зависимости от высоты.
Согласно этой модели, на высоте 0 км давление принимается равным 1013,25 гПа, а затем оно уменьшается на 12 гПа для каждого следующего километра подъема по высоте.
На практике реальный вертикальный градиент давления может несколько отличаться от расчетного по стандартной атмосфере. Но в целом эта модель дает хорошее приближение для оценки изменения давления с высотой.
Практическое значение зависимости давления от высоты
Знание закономерностей изменения атмосферного давления с высотой имеет большое практическое значение:
- При проектировании летательных аппаратов, расчете их аэродинамических характеристик.
- Для обеспечения комфортных условий в герметичных кабинах самолетов при полетах на большой высоте.
- При составлении прогнозов погоды с учетом данных с метеостанций, расположенных на разной высоте над уровнем моря.
- Для предсказания возможности развития горной болезни у альпинистов, восходящих на большую высоту.
Таким образом, знание закономерностей снижения атмосферного давления с высотой необходимо специалистам во многих областях науки и техники.
Роль атмосферного давления в метеорологии
Атмосферное давление играет ключевую роль в метеорологии, поскольку его изменения являются основной причиной возникновения различных атмосферных явлений. Во-первых, перепады атмосферного давления вызывают движение воздушных масс и формирование ветров. Ветер, в свою очередь, переносит тепло и влагу, что влияет на температуру и осадки в разных регионах.
Во-вторых, распределение атмосферного давления вокруг земного шара определяет циркуляцию атмосферы. Области повышенного и пониженного давления формируют крупномасштабные атмосферные системы, такие как антициклоны и циклоны. Эти системы, перемещаясь, влияют на погоду целых регионов. Например, циклоны приносят облачность и осадки, а антициклоны - ясную погоду:
Атмосферное давление воздуха также во многом определяет тип климата той или иной местности. В областях с постоянно повышенным давлением, как правило, формируется сухой и жаркий климат. В зонах циклонической деятельности климат более влажный и прохладный.
Кроме того, резкие изменения атмосферного давления могут приводить к возникновению опасных и разрушительных погодных явлений, таких как ураганы, смерчи, грозы.
