5.1 Барическое поле
Распределение атмосферного давления в ее толще называется барическим полем. Барическое поле, как и атмосферное давление, относится к скалярным величинам. На плоскости барическое поле изображается линиями равных давлений, называемых изобарами. Всю атмосферу можно представить пронизанной семейством изобарических поверхностей, огибающих земной шар. Эти поверхности пересекаются с поверхностями уровня под очень малыми углами, порядка нескольких минут.
Изобарическая поверхность со значением 1000 гПа проходит вблизи уровня моря. Поверхность 700 гПа располагается на высоте порядка 3000 м, поверхность 500 гПа – на высоте 5000 м, а поверхности 300 и 200 гПа на высоте 9 и 12 км соответственно. Поверхность 100 гПа находится на высоте 16 км.
Пространственное распределение атмосферного давления непрерывно изменяется во времени. По результатам измерения барического и термического полей строятся карты барической топографии.
На карту абсолютной барической топографии наносят высоты определенной барической поверхности на конкретную дату, например, высота поверхности 500 гПа на 6 час 22 марта 2000г. Точки с равными высотами соединяются линиями равных высот, называемых изогипсами. По изогипсам можно судить о распределении давления в тех слоях атмосферы, в которых располагается данная изобарическая поверхность.
В атмосфере постоянно существуют области повышенного и пониженного давления, положение которых все время изменяется. В областях пониженного давления, циклонах и депрессиях, давление на каждом уровне имеет самое низкое значение в центре области и возрастает к периферии. Кроме того, давление всегда понижается с высотой, поэтому изобарические поверхности в циклоне всегда прогнуты, понижаясь от периферии к центру).
На карте абсолютной барической топографии циклоны изображаются изогипсами со значениями высоты, уменьшающимися к центру. В антициклонах изобарические поверхности имеют форму куполов и на карте значения изогипс возрастают к центру (Рис.5.1)
Относительная высота одной изобарической поверхности над другой зависит от средней температуры воздуха между этими поверхностями. Величина барической ступени зависит от температуры воздуха, однако, по определению, она представляет собой расстояние между двумя уровнями, отстоящими на единицу, т.е. относительную высоту одной изобарической поверхности над другой. В службе погоды карты абсолютной топографии составляются для изобарических поверхностей 1000, 850, 700, 500, 300, 200, 100, 50 и 25 гПа. Эти карты составляются по осредненным данным за промежуток времени от нескольких дней до месяца. Для использования в климатологии карты составляются по средним многолетним данным.
На карты барической топографии наносятся не высоты изобарической поверхности, а их геопотенциалы. Абсолютным геопотенциалом называется потенциальная энергия единицы массы в поле силы тяжести Земли. Геопотенциал в каждой точке есть работа, которую необходимо затратить, чтобы поднять единицу массы от уровня моря в данную точку.
Геопотенциал выражается в геопотенциальных метрах, он близок к высоте в метрах и в точности совпадает с ней на широте 450. Геопотенциал называется геопотенциальной или динамической высотой.
На уровне моря барическое поле изображается при помощи линий равного давления – изобар. Каждая изобара является следом пересечения изобарической поверхности с уровнем моря. Обычно изобары проводятся через 5 гПа.
Степень интенсивности изменения атмосферного давления по каждому направлению определяется горизонтальным барическим градиентом. Направление градиента берется в сторону уменьшения давления по нормали к изобаре. Вектор горизонтального барического обозначается , а его модуль равен , где n – расстояние по нормали между изобарами.
Модуль горизонтального барического градиента обратно пропорционален расстоянию между изобарами. Если в атмосфере имеет место горизонтальный барический градиент, то изобарические поверхности имеют наклон, и пересекаются с поверхностью уровня. Изобарические поверхности всегда наклонены в сторону направления градиента. Горизонтальный барический градиент является составляющей полного барического градиента, который в каждой точке направлен по нормали к изобарической поверхности. Модуль этого вектора равен , где n – нормаль к изобарической поверхности.
На практике для определения среднего горизонтального барического градиента на синоптической карте измеряют расстояние между соседними изобарами по нормали и делят на него разность давлений (обычно 5 гПа). За единицу расстояний при этом берут либо градус меридиана (111 км),либо расстояние в 100 км. Реально у земной поверхности горизонтальный барический градиент составляет 1 – 3 гПа на градус меридиана. В холодном воздухе барическая ступень меньше, чем в теплом, поэтому атмосферное давление с высотой падает тем быстрее, чем ниже температура воздуха. В этом случае, если даже нижняя барическая поверхность горизонтальна, то все лежащие выше поверхности будут иметь наклон в сторону более холодного воздуха, вследствие чего образуется горизонтальный барический градиент
Геопотенциал выражается в геопотенциальных метрах, он близок к высоте в метрах и в точности совпадает с ней на широте 450. Геопотенциал называется геопотенциальной или динамической высотой.
На уровне моря барическое поле изображается при помощи линий равного давления – изобар. Каждая изобара является следом пересечения изобарической поверхности с уровнем моря. Обычно изобары проводятся через 5 гПа.
Степень интенсивности изменения атмосферного давления по каждому направлению определяется горизонтальным барическим градиентом. Направление градиента берется в сторону уменьшения давления по нормали к изобаре. Вектор горизонтального барического обозначается , а его модуль равен , где n – расстояние по нормали между изобарами.
Модуль горизонтального барического градиента обратно пропорционален расстоянию между изобарами. Если в атмосфере имеет место горизонтальный барический градиент, то изобарические поверхности имеют наклон, и пересекаются с поверхностью уровня. Изобарические поверхности всегда наклонены в сторону направления градиента. Горизонтальный барический градиент является составляющей полного барического градиента, который в каждой точке направлен по нормали к изобарической поверхности. Модуль этого вектора равен , где n – нормаль к изобарической поверхности.
На практике для определения среднего горизонтального барического градиента на синоптической карте измеряют расстояние между соседними изобарами по нормали и делят на него разность давлений (обычно 5 гПа). За единицу расстояний при этом берут либо градус меридиана (111 км),либо расстояние в 100 км. Реально у земной поверхности горизонтальный барический градиент составляет 1 – 3 гПа на градус меридиана. В холодном воздухе барическая ступень меньше, чем в теплом, поэтому атмосферное давление с высотой падает тем быстрее, чем ниже температура воздуха. В этом случае, если даже нижняя барическая поверхность горизонтальна, то все лежащие выше поверхности будут иметь наклон в сторону более холодного воздуха, вследствие чего образуется горизонтальный барический градиент
Геопотенциал выражается в геопотенциальных метрах, он близок к высоте в метрах и в точности совпадает с ней на широте 450. Геопотенциал называется геопотенциальной или динамической высотой.
На уровне моря барическое поле изображается при помощи линий равного давления – изобар. Каждая изобара является следом пересечения изобарической поверхности с уровнем моря. Обычно изобары проводятся через 5 гПа.
Степень интенсивности изменения атмосферного давления по каждому направлению определяется горизонтальным барическим градиентом. Направление градиента берется в сторону уменьшения давления по нормали к изобаре. Вектор горизонтального барического обозначается , а его модуль равен , где n – расстояние по нормали между изобарами.
Модуль горизонтального барического градиента обратно пропорционален расстоянию между изобарами. Если в атмосфере имеет место горизонтальный барический градиент, то изобарические поверхности имеют наклон, и пересекаются с поверхностью уровня. Изобарические поверхности всегда наклонены в сторону направления градиента. Горизонтальный барический градиент является составляющей полного барического градиента, который в каждой точке направлен по нормали к изобарической поверхности. Модуль этого вектора равен , где n – нормаль к изобарической поверхности.
На практике для определения среднего горизонтального барического градиента на синоптической карте измеряют расстояние между соседними изобарами по нормали и делят на него разность давлений (обычно 5 гПа). За единицу расстояний при этом берут либо градус меридиана (111 км),либо расстояние в 100 км. Реально у земной поверхности горизонтальный барический градиент составляет 1 – 3 гПа на градус меридиана. В холодном воздухе барическая ступень меньше, чем в теплом, поэтому атмосферное давление с высотой падает тем быстрее, чем ниже температура воздуха. В этом случае, если даже нижняя барическая поверхность горизонтальна, то все лежащие выше поверхности будут иметь наклон в сторону более холодного воздуха, вследствие чего образуется горизонтальный барический градиент
Геопотенциал выражается в геопотенциальных метрах, он близок к высоте в метрах и в точности совпадает с ней на широте 450. Геопотенциал называется геопотенциальной или динамической высотой.
На уровне моря барическое поле изображается при помощи линий равного давления – изобар. Каждая изобара является следом пересечения изобарической поверхности с уровнем моря. Обычно изобары проводятся через 5 гПа.
Степень интенсивности изменения атмосферного давления по каждому направлению определяется горизонтальным барическим градиентом. Направление градиента берется в сторону уменьшения давления по нормали к изобаре. Вектор горизонтального барического обозначается , а его модуль равен , где n – расстояние по нормали между изобарами.
Модуль горизонтального барического градиента обратно пропорционален расстоянию между изобарами. Если в атмосфере имеет место горизонтальный барический градиент, то изобарические поверхности имеют наклон, и пересекаются с поверхностью уровня. Изобарические поверхности всегда наклонены в сторону направления градиента. Горизонтальный барический градиент является составляющей полного барического градиента, который в каждой точке направлен по нормали к изобарической поверхности. Модуль этого вектора равен , где n – нормаль к изобарической поверхности.
На практике для определения среднего горизонтального барического градиента на синоптической карте измеряют расстояние между соседними изобарами по нормали и делят на него разность давлений (обычно 5 гПа). За единицу расстояний при этом берут либо градус меридиана (111 км),либо расстояние в 100 км. Реально у земной поверхности горизонтальный барический градиент составляет 1 – 3 гПа на градус меридиана. В холодном воздухе барическая ступень меньше, чем в теплом, поэтому атмосферное давление с высотой падает тем быстрее, чем ниже температура воздуха. В этом случае, если даже нижняя барическая поверхность горизонтальна, то все лежащие выше поверхности будут иметь наклон в сторону более холодного воздуха, вследствие чего образуется горизонтальный барический градиент
Геопотенциал выражается в геопотенциальных метрах, он близок к высоте в метрах и в точности совпадает с ней на широте 450. Геопотенциал называется геопотенциальной или динамической высотой.
На уровне моря барическое поле изображается при помощи линий равного давления – изобар. Каждая изобара является следом пересечения изобарической поверхности с уровнем моря. Обычно изобары проводятся через 5 гПа.
Степень интенсивности изменения атмосферного давления по каждому направлению определяется горизонтальным барическим градиентом. Направление градиента берется в сторону уменьшения давления по нормали к изобаре. Вектор горизонтального барического обозначается , а его модуль равен , где n – расстояние по нормали между изобарами.
Модуль горизонтального барического градиента обратно пропорционален расстоянию между изобарами. Если в атмосфере имеет место горизонтальный барический градиент, то изобарические поверхности имеют наклон, и пересекаются с поверхностью уровня. Изобарические поверхности всегда наклонены в сторону направления градиента. Горизонтальный барический градиент является составляющей полного барического градиента, который в каждой точке направлен по нормали к изобарической поверхности. Модуль этого вектора равен , где n – нормаль к изобарической поверхности.
На практике для определения среднего горизонтального барического градиента на синоптической карте измеряют расстояние между соседними изобарами по нормали и делят на него разность давлений (обычно 5 гПа). За единицу расстояний при этом берут либо градус меридиана (111 км),либо расстояние в 100 км. Реально у земной поверхности горизонтальный барический градиент составляет 1 – 3 гПа на градус меридиана. В холодном воздухе барическая ступень меньше, чем в теплом, поэтому атмосферное давление с высотой падает тем быстрее, чем ниже температура воздуха. В этом случае, если даже нижняя барическая поверхность горизонтальна, то все лежащие выше поверхности будут иметь наклон в сторону более холодного воздуха, вследствие чего образуется горизонтальный барический градиент
Если градиент температуры отсутствует, иными словами слой находится в однородном температурном режиме, то второй член в правой части приведенного выше выражения обращается в нуль и остается только первый член.
Если же горизонтальный градиент температуры существует, то градиент давления получает с высотой дополнительную составляющую, пропорциональную градиенту температуры. Эта составляющая, в свою очередь, пропорциональна разности высот и, таким образом, по мере возрастания высоты барический градиент будет приближаться к температурному по направлению.
