UKŁADY BARYCZNE
Ciśnienie atmosferyczne ma zasadniczy wpływ na kształtowanie pogody, jest kluczem do jej zrozumienia. Definicja: siła, z jaką słup powietrza atmosferycznego działa na jednostkę powierzchni w wyniku swego ciężaru
Na rysunku powyżej, ciśnienie w punkcie X rośnie wraz ze wzrostem ciężaru powietrza powyżej. Sytuacja odwrotna (ciśnienie w punkcie X spada), gdy zmniejsza się ciężar powietrza. Mówiąc dokładniej, jeśli zwiększa się liczba cząsteczek powietrza w słupie powyżej pkt. X, wywierają one większy nacisk na podłoże i w rezultacie wzrasta ciśnienie. Ciśnienie atmosferyczne mierzy się barometrem.
Ciśnienie a wysokość
Liczba cząsteczek powietrza zmienia się wraz z wysokością. Powyżej 50 km jest ich znacznie mniej niż na wysokości 12 km. Można, zatem stwierdzić, że liczba cząsteczek powietrza zmniejsza się ze wzrostem wysokości, a to oznacza, że również ciśnienie powietrza spada z wysokością.
Cząsteczki powietrza utrzymywane są przy powierzchni ziemi przez siłę przyciągania ziemskiego (jest tam ich więcej - większe ciśnienie), dlatego ciśnienie spada bardzo szybko na stosunkowo małych wysokościach, a już znacznie wolniej na większych wysokościach.
Ciśnienie a temperatura
Rozpatrzmy poniższy przykład. Mamy dwa słupy powietrza. Jeśli temperatura tych słupów powietrza jest taka sama poziom 500 mb jest takie samo w obu przypadkach. 
Jeśli schłodzimy powietrze w słupie A i podgrzejemy powietrze w słupie B zmieni się poziom 500 mb w obu słupach - w słupie A zmniejszy się, a w słupie B zwiększy się. Ciśnienie, zatem jest odwrotnie proporcjonalne do temperatury - im wyższa temperatura tym niższe ciśnienie.
Izobary
Izobary to linie na mapie pogody łączące punkty o jednakowym ciśnieniu atmosferycznym. Izobary są wyznaczane na podstawie średnich ciśnień zredukowanych do poziomu morza i przedstawiają poziomy rozkład ciśnienia. Rysunek poniżej przedstawia dwie izobary. W każdym punkcie górnej izobary ciśnienie wynosi 996 mb, podczas gdy w każdym punkcie wzdłuż dolnej izobary 1000 mb. 
Każdy punkt leżący pomiędzy tymi izobarami musi mieć ciśnienie pomiędzy 996 a 1000 mb.
Mapy przestawiające rozkład ciśnienia za pomocą izobar ułatwiają pozwalają zlokalizować obszary z wysokim i niskim ciśnieniem atmosferycznym. Ponadto mapy izobaryczne pokazują, w których miejscach występuje duży gradient baryczny, co objawia się w postaci blisko przylegających do siebie izobar.
Powierzchnia ziemi nagrzewa się nierównomiernie, przykładowo ocean potrzebuje znacznie dłuższego czasu na nagrzanie się niż ląd, a to ze względu na dużą pojemność cieplną wody. Od podłoża nagrzewają się przylegające do niego warstwy powietrza. Nagrzane powietrze jest lekkie - unosi się w górę, a na ziemi ciśnienie atmosferyczne się zmniejsza, analogicznie powietrze zimne - jest ciężkie, opada na ziemię, tym samym zwiększając panujące w danym miejscu ciśnienie. Obszary podwyższonego ciśnienia nazywamy wyżami, a obniżonego niżami.
Układy niskiego i wysokiego ciśnienia, a więc niże i wyże, nie są jednak jedynie obszarami - są to dynamiczne zjawiska. Powietrze wchodzące w skład zarówno niżu jak i wyżu obraca się wokół miejsca o odpowiednio najniższym i najwyższym ciśnieniu (centrum niżu/wyżu). Powietrze zawsze porusza się od centrum wyżu do centrum niżu, przy czym od centrów rozchodzi się ono nie promieniście - po liniach prostych, lecz tor jego ruchu jest zakrzywiony właśnie ze względu na obracanie się powietrza w tych układach. Warto pamiętać, że ów ruch obrotowy na północnej półkuli odbywa się w wyżu - w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, natomiast w niżu - przeciwnie (można się o tym przekonać spuszczając wodę z wanny - tworzący się wówczas wir wodny znakomicie modeluje niż atmosferyczny - woda porusza się w tym wirze w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara - gdybyśmy mieszkali w Australii byłoby odwrotnie:). Prędkość przepływu powietrza, a więc wiatru, jest tym większa, im większa jest różnica ciśnień na pewnym odcinku drogi między niżem a wyżem. Zarówno niże jak i wyże są układami dość rozciągłymi geograficznie - ich średnice wyrażają się w tysiącach kilometrów. Gdybyśmy wyobrazili sobie powierzchnię odwzorowującą ciśnienie atmosferyczne nad różnymi miejscami nad powierzchnią ziemi, to w przypadku niżu miałaby ona kształt lejka, natomiast w przypadku wyżu - odwróconej miski.
Układ wysokiego ciśnienia (W, ang. H) (wyż baryczny)
1 - opadające i "zwijające" się powietrze hamuje rozwój chmur i opadów, 2 - taka cyrkulacja przynosi chłodne powietrze z północy przed wyżem i ciepłe powietrze z południa za nim
Izobary tworzące linie zamknięte, o wartościach wzrastających ku środkowi przestawiają wyż baryczny (ozn. ang. H, ozn. pol. W).
Na półkuli północnej wiatr wieje wokół wyżu zgodnie z ruchem wskazówek zegara w kierunku centrum (antycyklon). W rezultacie, przynosi on po wschodniej stronie tego układu stosunkowo chłodne powietrze z północy; zaś po zachodniej stronie sprowadza z południa stosunkowo ciepłe powietrze. Czasami, układy wysokiego ciśnienia utrzymują się nad danym obszarem nawet przez kilka dni i wtedy przynoszą piękną pogodę, często bez jakichkolwiek opadów.
Wyż baryczny (antycyklon).
Inaczej atmosferyczny jest obszarem podwyższonego ciśnienia atmosferycznego. Stanowi on wir powietrza poruszającego się od centrum wyżu po spirali w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara (antycyklonalnym). Wszelkie zjawiska pogodowe występują tu z niewielkim natężeniem. Najbardziej charakterystyczne dla wyżu jest małe zachmurzenie lub jego brak, lecz czasami może wystąpić zachmurzenie warstwowe i mgły, zwłaszcza przy inwersji, która zdarza się najczęściej jesienią i zimą. Wiatry są raczej słabe, w centrum wyży jest zupełny ich brak. Opady wyżowe są raczej rzadkością. W lecie typowa pogoda wyżowa to bezchmurne niebo, słaby wiatr i wysoka temperatura, często upał, w zimie - również bezchmurne niebo i słaby wiatr oraz mróz, czasem nawet siarczysty. Rozwój wyżu może pójść w dwóch kierunkach - w centrum wyżu ciśnienie powietrza może jeszcze wzrosnąć - mówimy wtedy o tworzeniu się wyżu, lub zacząć spadać - wtedy wyż się rozpływa. Działanie powodujące zanikanie chmur przypisuje się zwykle malejącej ruchliwości powietrza. Obszar wysokiego ciśnienia, zwykle ubogi w chmury trudno jest dostrzec z satelity jako wirowy układ wiatrów (co innego niż, ale o tym później). Wysokie ciśnienie wynika z osiadania powietrza, co przyczynia się do znacznego osłabienia pionowych prądów wstępujących, a co za tym idzie zaniku jakichkolwiek chmur (mogą tworzyć się co najwyżej niewielkie cumulusy, jako efekt lokalnego przegrzania, one jednak szybko zanikają).
W obszarze wyżowym, jeśli już wystąpi jakieś zachmurzenie, to są to niewielkie kłębiaste chmury cumulus powstałe w wyniku lokalnego przegrzania terenu.
Tworzenie się wyżu następuje bardzo powoli (w przeciwieństwie do niżu), najtrwalsze wyże powstają w strefie zwrotnikowej, gdzie osiadanie powietrza jest niejako na stałe wymuszone przez ogólną cyrkulację atmosfery. W Europie trwałe wyże tworzą się najczęściej przy napływie powietrza ze wschodu lub z południa, powstają wtedy rozległe układy wysokiego ciśnienia nad Rosją lub Skandynawią, które w lecie przynoszą długotrwałe upały, a w zimie, długotrwałe mrozy. Ogromne znaczenie dla pogody na naszym kontynencie ma tzw. Wyż Azorski nad środkowo - północnym Atlantykiem - powoduje on nie tylko napływ do Europy gorącego zwrotnikowego powietrza, ale także często wymusza cyrkulację zachodnią, tzn. "napędza" wędrujące na wschód niże północnoatlantyckie. Obszary wysokiego ciśnienia mogą być pod względem zajmowanego obszaru znacznie wydłużone - mówimy wtedy o tzw. klinie wysokiego ciśnienia. Klin taki często "wepchnięty" jest między dwa niże i przynosi jedno- lub dwudniową poprawę pogody (jest to tzw. "wyż wędrowny", a jego nadejście zapowiada szybko wzrastające ciśnienie atmosferyczne).
Bezchmurny wyż nad Saharą
Układ niskiego ciśnienia (N, ang. L) (niż baryczny)
1 - wznoszące się spiralnie, przeciwnie do ruchu wskazówek zegara powietrze, 2 - taka cyrkulacja przynosi chłodne powietrze z północy za niżem i ciepłe powietrze z południa przed nim
Izobary tworzące linie zamknięte, o wartościach malejących ku środkowi obrazują niż baryczny (ozn. ang. L, ozn. pol. N).
Na półkuli północnej wiatr wieje wokół niżu przeciwnie do ruchu wskazówek zegara w kierunku od centrum (cyklon).
Układy niskiego ciśnienia mają różną intensywność- jedne dają słaby opad przelotnego deszczu, inne przynoszą huraganowe wiatry i duże ilości opadów, często powodując powodzie. W obszarze niskiego ciśnienia powietrze wznosi się i ochładza, co często prowadzi do kondensacji pary wodnej i powstawania chmur i opadów. Na naszej półkuli wiatry wiejąc w kierunku od jego centrum, sprowadzają chłodne powietrze na zachód i północ, zaś ciepłe na wschód i południe od niego.
Niż baryczny (cyklon).
To obszar niższego niż otoczenie ciśnienia atmosferycznego. Podobnie jak wyż jest on wirem powietrznym, powietrze porusza się w kierunku centrum niżu po spirali przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (kierunek cyklonalny), jednak zachodzące w nim zjawiska są o wiele intensywniejsze niż w wyżu, to tutaj możemy oczekiwać wystąpienia pogody ekstremalnej. Duże zachmurzenie jest typowe dla układu niżowego, występują tu opady, często silne oraz silne wiatry (wyjątkiem jest samo centrum niżu - tam raczej nie wieje). W lecie niż przynosi chmury, deszcz i obniżenie temperatury, ostatnio coraz częstsze są zjawiska ekstremalne, nawet w Polsce. Zimą natomiast niż oznacza najczęściej wzrost zachmurzenia, podwyższenie temperatury, odwilż. Ciśnienie w centrum niżu może jeszcze bardziej spaść - mówimy wtedy o pogłębianiu się niżu, lub zacząć wzrastać - niż się wtedy wypełnia.
Trasy wędrówek niżów w Europie
Pogoda w Europie jest kształtowana przez poruszające się na wschód masy ciepłego powietrza z obszarów podzwrotnikowych oraz poruszające się na zachód zimne masy powietrza arktycznego. Powierzchnię styku tych dwóch mas powietrza nazywamy frontem polarnym. jest to front stacjonarny, jednak bardzo łatwo dochodzi w nim do zaburzeń. W wyniku występujących różnic w temperaturze i gęstości obu rodzajów powietrza, dochodzi do "wdzierania się" powietrza chłodnego w głąb ciepłego - masy te próbując się zmieszać zaczynają krążyć wokół siebie, powstaje ogromny wir powietrzny z frontami atmosferycznymi i obniżonym ciśnieniem w centrum - niż. Obszary niskiego ciśnienia rozciągają się początkowo tylko na kilkaset kilometrów, ale w ciągu swego dwu- czterodniowego życia mogą urosnąć do rozmiarów rzędu tysięcy km i przebyć z zachodu (znad północnego Atlantyku, gdzie powstają) na wschód (nad zachodnią Rosję i Syberię, gdzie zanikają) równie wielki dystans. W niżu powietrze unosi się do góry, w miarę wznoszenie jego ciśnienie i temperatura spada, dochodzi do kondensacji zawartej w nim pary wodnej i powstania gęstego zachmurzenia, opadów i porywistych wiatrów (czasem nawet bardzo porywistych, wszak cyklony tropikalne to też niże).
Typowy przykład młodego niżu atmosferycznego - centrum niżu oznaczone literą "T" (z niem. das Tief - niż), powietrze wiruje w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara (cyklonalnym), front chłodny "goni" front ciepły, gdy go dogoni, na linii zetknięcia się obu frontów powstanie okluzja, której końcowym etapem będzie całkowite zmieszanie się chłodnej (obszar na zachodzie i północy) i ciepłej (południowo - wschodnia "ćwiartka" obrazka) masy powietrza - niż "wypełni" się, gdy okluzja powstanie na całym odcinku frontowym. (Fragment mapy synoptycznej z serwisu wetterzentrale.de z dnia 29.07.2004)
Z każdym niżem są stowarzyszone, co najmniej dwa fronty - ciepły i chłodny. Kiedy ten drugi dogoni ten pierwszy, tworzy się okluzja i niż zaczyna w takim miejscu zanikać ("wypełnia się"), śmierć niżu następuje z chwilą, kiedy front chłodny na całym swoim odcinku dogoni front ciepły, a powstała tak okluzja rozpłynie się na skutek zrównania temperatur ciepłej i chłodnej masy powietrza i całkowitego zmieszania się ich.
Cyklon tropikalny też jest niżem
Rysunek poniżej porównuje obszary wysokiego i niskiego ciśnienia:
obszar wysokiego ciśnienia (H): 1 - powietrza powoli opada, 2 - przy powierzchni ziemi wiatry wieją zgodnie z ruchem wskazówek zegara
obszar niskiego ciśnienia (L): 3 - wiatry wieją w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, 4 - powietrze wznosi się i ochładza, często tworzą się chmury
Powietrze w obszarze wysokiego ciśnienia ulega kompresji i ociepla się podczas opadania, a to przeciwdziała powstawaniu chmur (niebo zazwyczaj jest bezchmurne). Jednak warunki te nie przeszkadzają formowaniu się mgły. W obszarze niskiego ciśnienia sytuacja jest dokładnie odwrotna.
W meteorologi rozróżnia się obszary objęte przez układ izobar otwartych rozgraniczające niże i wyże, są to: bruzda niskiego ciśnienia (wąski i wydłużony pas obniżonego ciśnienia między dwoma wyżami), zatoka niskiego ciśnienia, klin wysokiego ciśnienia, wał wysokiego ciśnienia (wydłużony pas wysokiego ciśnienia między dwoma niżami), siodło (układ ciśnienia występujący przy leżących naprzeciw siebie dwoma wyżami i niżami).
Klin wysokiego ciśnienia
1 - ciepłe powietrze z południa rozbudowuje klin w kierunku północnym, 2 - powietrze na wschód od osi klinu opada - brak zachmurzenia
Klin wysokiego ciśnienia to wydłużony obszar wysokiego ciśnienia atmosferycznego charakteryzujący się najmniejszym poziomym gradientem barycznym. Takie zjawisko pogodowe może wytworzyć się w dolnych warstwach atmosfery, jak również w górnych i wtedy może mieć znaczący wpływ na pogodę przy powierzchni ziemi. Słoneczna i sucha pogoda zazwyczaj występuje po wschodniej stronie osi klinu, podczas gdy pochmurna i parna występuje po stronie zachodniej. Taki stan jest spowodowany tym, że powietrze wykazuje tendencję do opadania po wschodniej stronie osi klinu, a to zapobiega powstawaniu chmur; po zachodniej stronie obserwuje się wznoszenie się powietrza, a to może doprowadzić do powstawaniu chmur i opadów. Klin wysokiego ciśnienia o dużej intensywności często przynosi bardzo duże ocieplenie latem oraz łagodną pogodę zimą.
Zatoka niskiego ciśnienia
1 - zimne powietrze z północy rozciąga zatokę w kierunku południowym, 2 - wznoszące się powietrze prowadzi do powstania chmur i opadów
Zatoka niskiego ciśnienia to inaczej wydłużony obszar niskiego ciśnienia atmosferycznego, w którym jest szczególnie mały poziomy gradient baryczny. Zatoka może powstać w dolnych warstwach atmosfery oraz na większych wysokościach w wtedy ma znaczący wpływ na przebieg pogody przy powierzchni ziemi: determinuje powstanie niżu i jego ruch oraz miejsce wystąpienia chmur i opadów, które formują się gdzie powietrze wznosi się, czyli po wschodniej stronie osi zatoki, zaś po zachodniej stronie osi zatoki powietrze jest zazwyczaj chłodniejsze i bardziej suche i wykazuje tendencję do opadania. Niż baryczny powstaje zazwyczaj po wschodniej stronie zatoki niskiego ciśnienia.
Powierzchnie izobaryczne
W meteorologii często do określenia pionowego położenia (wysokości) stosuje się pojęcie powierzchni izobarycznych. Według definicji jest to powierzchnia, w której we wszystkich punktach ciśnienie ma w danej chwili jedną i tę samą wartość. Na przykład mówiąc o powierzchni 500 mb (milibarów) mamy na myśli powierzchnię, w której w każdym punkcie ciśnienie wynosi 500 mb. Jak wiemy, ciśnienie spada z wwysokością, dlategowysokość powierzchni 100 mb jest większa od wysokości powierzchni 500 mb.
Dokonując pomiarów na większych wysokościach najczęściej nie określa się położenia w metrach czy kilometrach, ale właśnie za pomocą powierzchni izobarycznych - dane zebrane przez balon meteorologiczny odnoszą się np. do powierzchni 100 mb. Znając normalny pionowy rozkład ciśnienia w atmosferze zawsze można w przybliżeniu oszacować w metrach, na jakiej wysokości znajduje się dana powierzchnia. Poniższa tabela przedstawia podstawowe powierzchnie izobaryczne oraz przybliżoną wysokość i temperaturę:
ciśnienie [mb] |
przybliżona wysokość |
przybliżona temperatura |
poziom morza |
0 |
15 |
1000 |
100 |
15 |
850 |
1500 |
5 |
700 |
3000 |
-5 |
500 |
5000 |
-20 |
300 |
9000 |
-45 |
200 |
12000 |
-55 |
100 |
16000 |
-56 |
Gradient baryczny
Wiatr powstaje z różnic między ciśnieniem na różnych obszarach - powietrze z obszaru wysokiego ciśnienia przemieszcza się w kierunku obszaru z niższym ciśnieniem. Im większa jest różnica ciśnień tym silniejszy jest ruch powietrza. Ponadto odległość pomiędzy obszarem niskiego i wysokiego ciśnienia ma istotny wpływ na siłę wiatru. W meteorologi istnieje pojęcie gradientu barycznego - jest to stosunek przyrostu ciśnienia do przyrostu odległości. Poziomy gradient baryczny określa się różnicą ciśnienia w tym samym poziomie w hektopaskalach (hPa) na odległość 60 mil morskich, tj. 111,2 km. Pionowy gradient baryczny określa się różnicą cisnień w tym samym pionie w hPa na 100 m wysokości.
Wyszukiwarka