Ciśnienie atmosferyczne. Główne układy baryczne

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

1

Ciśnienie atmosferyczne

Ciśnienie atmosferyczne – jest to siła nacisku słupa powietrza o wysokości równej

wysokości atmosfery i o powierzchni jednostkowej.

Ciśnienie jest to siła ciężaru przypadająca na jednostkę powierzchni

S

F

p

]

[

]

[

]

[

2

m

N

Pa

gdzie:
F (siła) = m g

[g cm/s

2

]

m (masa) =V

[V (objętość) cm

3

; (gęstość) g/cm

3

]

Ostatecznie ciśnienie wyraża się wzorem:

S

g

V

p

Ciśnienie normalne – jest to takie ciśnienie atmosferyczne, które równoważy słup rtęci o

wysokości 760 mm przy temperaturze 0 C, na poziomie morza i na szerokości geograficznej

45 .

Jednostki:

mm Hg, hPa

1mm Hg = 1,33 hPa

1 hPa = 0,75 mm Hg

Poprawki barometryczne

Do pomiaru ciśnienia służą barometry. Pierwszy barometr skonstruował Toricelli w 1643r.

Przy obserwacjach meteorologicznych stosuje się barometry cieczowe, deformacyjne i

Ciśnienie atmosferyczne. Główne układy baryczne

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

2

elektroniczne. Wskazania zależą nie tylko od ciśnienia atmosferycznego, ale także od wielu

innych czynników:

o

Temperatury rtęci i barometru

o

Wysokości n.p.m.

o

Szerokości geograficznej

o

Dokładności budowy barometru

W celu uzyskiwania porównywalności wyników pomiarów ciśnienia atmosferycznego

stosowane są następujące poprawki:

1. poprawka na temperaturę (c

t

)

Ma ona na celu wyeliminowanie wpływu temperatury na wskazania barometru. Jako

standardowy przyjmuje się pomiar ciśnienia w temperaturze 0 C. W związku z tym poprawka

ta przyjmuje następujące wartości:

Jeżeli t > 0 C, to c

t

< 0

t < 0 C, to c

t

> 0

2. poprawka na szerokość geograficzną (c )

Przyspieszenie siły ciężkości wzrasta od równika ku biegunom. Za standardową przyjmuje się

jego wartość odpowiadającą równoleżnikowi = 45 .

Jeżeli > 45 , to c > 0

< 45 , to c < 0

3. poprawka na wysokość bezwzględną (c

h

)

Przyspieszenie ziemskie maleje w miarę oddalania się os środka ciężkości Ziemi (tzn. w

miarę wzrostu wysokości bezwzględnej). Za standardową przyjmuje się jego wartość na

poziomie morza.

Jeżeli h > 0 m, to c

h

< 0

h < 0 m, to c

h

> 0

4. poprawka instrumentalna (c

i

)

Ma na celu wyeliminowanie niedokładności wykonania barometru na jego wskazania; jest

określana indywidualnie dla każdego barometru.

Ciśnienie atmosferyczne. Główne układy baryczne

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

3

Na stacjach określa się poprawki:

-

poprawka na ciężkość normalną jest równa sumie poprawek, których wielkość

uzależniona jest od zmian przyspieszenia siły ciężkości, tzn. poprawki na szerokość

geograficzną i poprawki na wysokość bezwzględną

c

g

= c + c

h

-

poprawka stała jest równa sumie trzech poprawek, których wielkość na danej stacji

meteorologicznej nie ulega zmianie, tzn. poprawki na szerokość geograficzną, poprawki na

wysokość bezwzględną i poprawki instrumentalnej:

c

s

= c + c

h

+ c

i

- poprawka na temperaturę

Zmiany ciśnienia wraz z wysokością - Niwelacja Barometryczne

Niwelacją barometryczną nazywamy obliczenie różnicy wysokości dwóch punktów na

podstawie różnicy wartości ciśnienia atmosferycznego w tych punktach.

Wzór Babineta

_

2

1

2

1

1

)

(

2

8000

t

p

p

p

p

H

gdzie: p

1

, p

2

– ciśnienie atmosferyczne

_

t

- to średnia temperatura powietrza w tych punktach [= (t

1

+ t

2

)/2]

- współczynnik rozszerzalności objętościowej gazów = 1/273

Wzór Babineta nie uwzględnia zawartości pary wodnej w powietrzu oraz zmian siły

ciężkości, dlatego można go stosować tylko przy różnicach wysokości nie przekraczających

400 m, a wyniki otrzymywane przy jego użyciu cechują się mniejszą dokładnością niż w

przypadku niwelacji geodezyjnej 1m.

Ciśnienie atmosferyczne. Główne układy baryczne

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

4

Wzór Laplace’a (stosowany przy dokładniejszych obliczeniach):

18400

)

10

14

,

3

1

(

)

2

cos

002644

,

0

1

(

377

,

0

1

)

003663

,

0

1

(

ln

7

2

1

z

z

p

e

t

p

p

m

m

gdzie: p

1

, p

2

– ciśnienie atmosferyczne

t

m

– średnia temperatura powietrza w C

e/p – średni stosunek ciśnienia pary wodnej do ciśnienia atmosferycznego między

dwoma poziomami

- szerokość geograficzna

z

m

– średnia wysokość nad poziomem morza

z – różnica wysokości w metrach

Stopień Baryczny

(wyraża wielkość zmian ciśnienia w pionie)

Stopień baryczny jest to różnica wysokości odpowiadająca zmianie ciśnienia

atmosferycznego o jednostkę.

Wielkość stopnia barycznego można wyznaczyć przekształcając wzór Babineta.

t

p

H

1

8000

'

Gradient Baryczny

Pionowy gradient baryczny – jest to wektor opisujący wielkość spadku ciśnienia na jednostkę

wysokości:

h

p

G

B

Ciśnienie atmosferyczne. Główne układy baryczne

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

5

Redukcja Barometryczna

Ciśnienie atmosferyczne maleje wraz ze wzrostem wysokości n.p.m. Stacje meteorologiczne

położone są na różnych wysokościach. W związku z tym wyniki pomiarów ciśnienia

atmosferycznego obarczone są wpływem wysokości, różnym dla każdej stacji. Aby było

możliwe sporządzenie mapy rozkładu ciśnienia, wyniki jego pomiarów powinny być

zredukowane do określonego, stałego poziomu wysokości, za który przyjmuje się poziom

morza.

Redukcją barometryczną nazywamy obliczenie ciśnienia, jakie byłoby w danym punkcie,

gdyby znajdował się on na poziomie morza.

gdzie: H

s

– wysokość punktu pomiarowego

H’ – stopień baryczny

Mapa rozkładu ciśnienia atmosferycznego

Mapa rozkładu ciśnienia atmosferycznego wykreślana jest na podstawie

ciśnienia

zredukowanego do poziomu morza.

Izobary – są to linie styczności powierzchni izobarycznych z powierzchnią ziemi.

Powierzchnie izobaryczne – są to powierzchnie o jednakowych wartościach ciśnienia

atmosferycznego.

W oparciu o otrzymany układ izobar określa się położenie i rodzaj układu barycznego.

Rodzaje układów barycznych

p

H

H

p

s

z

'

Ciśnienie atmosferyczne. Główne układy baryczne

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

6

Niż baryczny (cyklon) – układ ciśnienia o izobarach domkniętych, w którym ciśnienie

maleje w kierunku centrum układu.

Wyż baryczny (antycyklon) – układ ciśnienia o izobarach

domkniętych, w którym ciśnienie wzrasta w kierunku

centrum układu.

Zatoka niskiego ciśnienia – peryferyjna część niżu barycznego, w

której ciśnienie maleje w kierunku symetrii osi układu (obszar

atmosfery o obniżonym ciśnieniu położony pomiędzy dwoma

obszarami o ciśnieniu wyższym); przyjmuje kształt litery V.

Klin wysokiego ciśnienia – peryferyjna część wyżu barycznego, w której ciśnienie wzrasta

w kierunku osi symetrii układu (obszar atmosfery o podwyższonym ciśnieniu położony

pomiędzy dwoma obszarami o ciśnieniu niższym); przyjmuje kształt litery U.

Niż baryczny.

Wyż baryczny.

Zatoka niskiego ciśnienia.

Klin wysokiego ciśnienia.

Ciśnienie atmosferyczne. Główne układy baryczne

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

7

1010
hPa

1005
hPa

1010
hPa

1005
hPa

1015
hPa

Bruzda niskiego ciśnienia – układ ciśnienia o izobarach otwartych, położony miedzy

między dwoma układami wysokiego ciśnienia, w którym ciśnienie maleje w kierunku osi

symetrii układu.

Bruzda niskiego ciśnienia.

Wał wysokiego ciśnienia – układ ciśnienia o izobarach otwartych, położony między dwoma

układami niskiego ciśnienia, w którym ciśnienie wzrasta w kierunku osi układu.

Wał wysokiego ciśnienia.

Siodło baryczne – obszar pola ciśnienia znajdujący się

pomiędzy dwoma układami wysokiego i dwoma układami

niskiego ciśnienia.

W

W

1010
hPa

1015
hPa

1010
hPa

1015
hPa

1005
hPa

W

W

N

N

Siodło baryczne

Ciśnienie atmosferyczne. Główne układy baryczne

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

8

Rycina 1. Ruch powietrza w niżu i wyżu barycznym

Rycina 2. Główne układy baryczne na świecie w styczniu (źródło: http://www.wiking.edu.pl)

Ciśnienie atmosferyczne. Główne układy baryczne

Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS

9

Rycina 2. Główne układy baryczne na świecie w styczniu (źródło: http://www.wiking.edu.pl)