Барометрическая формула в различных своих вариантах позволяет решать три важные задачи.
1.Если известны атмосферное давление на одном уровне и средняя температура столба воздуха, можно определить атмосферное давление на другом уровне.
2.По известным значениям температуры воздушного столба и атмосферного давления на двух различных уровнях определить разность уровней. Эта задача обычно называется барометрическим нивелированием.
3.По известным разностям уровней и величинам атмосферного давления на этих уровнях определить среднюю температуру столба воздуха.
Для метеорологических наблюдений наиболее важным является первый вариант использования барометрической формулы. Ее использование разрешает привести атмосферное давление к уровню моря.
Для определения температуры воздуха на уровне моря, соответствующей температуре, измеренной на метеорологической станции, используется среднее значение вертикального градиента температуры, равное 0,6оС/100м.
Барометрическое нивелирование применяется в основном в горных местностях, там, где основные методы геодезии не могут быть использованы ввиду сложности рельефа.
Основное уравнение статики атмосферы (1.7) может быть записано в виде
dZ/dP= - RT/gP (1.16) Отношение dZ/dP называется барической ступенью. По своей сути барическая ступень является величиной, обратной вертикальному барическому градиенту dP/dZ Она определяет приращение высоты, в пределах которой атмосферное давление изменяется на единицу. Если температура воздуха t=0*С и атмосферное давление P= 1000 гПа, барическая ступень составит 8 м.
Зная величину атмосферного давления на уровне моря можно вычислить общую массу атмосферы. Поскольку давление есть сила, то она равна массе, умноженной на ускорение силы тяжести. Массу атмосферы можно вычислить по формуле Mатм= PS/g где P = 101300 Па – атмосферное давление на уровне моря, S = 5,101.1014 м2 – площадь поверхности земного шара, g = 9,80665 м/с2 – ускорение силы тяжести.
Подставив приведенные исходные данные в приведенную выше формулу, получим
С учетом того, что материки возвышаются над уровнем Мирового океана и атмосферное давление над ними несколько ниже, реальная масса атмосферы равна 5,157.1015т. Масса Земли Mз=5,98.1021т, откуда:
