Для характеристики распределения атмосферного давления на уровне моря строят карты, на которые наносят семейства изобар.
Изобара (гр. isos – равный, одинаковый + baros – тяжесть) – линия, соединяющие точки с равным атмосферным давлением.
При этом на карту наносят значения атмосферного давления либо измеренные на уровне моря, либо приведенные к этому уровню. Изобары можно проводить через 2, 5, 10 гПа. Для оценки изменения АД по горизонтали используют горизонтальный барический градиент.
Горизонтальный барический градиент – изменение давления на единицу расстояния в горизонтальной плоскости (на поверхности уровня). Это векторная величина. Направление берется по нормали к изобаре в сторону уменьшения давления. Величина производная от давления по этому направлению. Модуль горизонтального барического градиента обратно пропорционален расстоянию между изобарами.
В разных точках барического поля направление и величина горизонтального барического градиента различны. Изобарические поверхности наклонены в сторону уменьшения давления, т.е. в направлении градиента.
Горизонтальный градиент давления измеряют по синоптическим картам. Вектор горизонтального барического градиента обычно обозначают – р. Он равен – (Δр/Δn), где Δр – разность давления между двумя изобарами, Δn – расстояние между ними. Единицы измерения гПа/100км или гПа/111 км (1º долготы). В свободной атмосфере измеряют по картам абсолютной барической топографии.
Горизонтальный барический градиент изменяется с высотой: каков бы ни был градиент давления у земли, на уровне моря, с высотой он будет приближаться к горизонтальному температурному градиенту. Связано это с тем, что барическая ступень зависит от температуры воздуха
Структура поля давления, или барического поля атмосферы, разнообразна. Во внетропических широтах у поверхности земли и на высотах всегда можно обнаружить области повышенного или пониженного давления как большие, так и относительно малые.
Давление изменяется не только по вертикали, но и горизонтальном направлении, а так же во времени. Изменение давления во времени и в горизонтальном направлении тесно связано с режимом ветра.
Атмосферное давление в каждой точке атмосферы характеризуется одним числовым значением, выраженным в гПа. Распределение артериального давления называют барическим полем. В пространстве его можно представить поверхностями значений, а на плоскости – линиями равных значений (изобарическими поверхностями и изобарами).
Если бы давление на уровне моря было бы везде одинаково, и оно одинаково изменялось с высотой, то изобарические поверхности располагались бы горизонтально и параллельно друг другу. В действительности давление изменяется не только в вертикальном направлении, и изобарические поверхности имеют разнообразную форму.
Всю атмосферу можно представить пронизанной системой изобарических поверхностей, огибающих земной шар. Эти поверхности пересекаются с уровнями под очень малыми углами. Высота расположения изобарических поверхностей:
1000 гПа – над уровнем моря,
700 гПа – 3 км,
500 гПа – 5 км,
300 гПа – 9 км,
200 гПа – 12 км,
100 гПа – 16 км,
50 гПа – 20 км.
На практике для изображения распределения давления на высоте пользуются картами барической топографии (барического рельефа), показывающими положение в пространстве той или иной изобарической поверхности.
Карта барической топографии – высотная карта, синоптическая, средняя или климатологическая, на которую нанесены высоты или (геопотенциалы) той или иной изобарической поверхности над уровнем моря (карта абсолютной барической топографии) или над уровнем нижележащей изобарической поверхности (карта относительной барической топографии). На карты барической топографии иногда наносят и др. элементы: температуру и ветер на данной поверхности, термический ветер для слоя между двумя изобарическими поверхностями (карты относительной барической топографии).
На карты абсолютной барической топографии наносят высоты определенной изобарической поверхности над уровнем моря на разных станциях в определенный момент времени. Точки с равными высотами соединяют изогипсами (абсолютными изогипсами). По ним можно судить о распределении давления в тех слоях атмосферы, в которых располагается данная поверхность.
В атмосфере всегда существуют области, в которых давление выше или ниже по сравнению с окружающими областями. Расположение областей постоянно меняется. В областях пониженного давления – циклонах или депрессиях – давление на каждом уровне самое низкое в центре области, а к периферии растет. Давление, кроме того, всегда понижается с высотой; поэтому изобарические поверхности в циклоне прогнуты в виде воронок, снижаясь от периферии к центру (рисунок 46).
Следовательно, на карте абсолютной топографии циклон будет очерчиваться изогипсами со значениями высоты, уменьшающимися к центру (рисунок 47). В области повышенного давления – антициклоне, напротив, на каждом уровне будет наивысшее давление; поэтому изобарические поверхности в антициклоне будут иметь форму куполов. На карте абсолютной барической топографии к центру антициклона значения изогипс увеличиваются.
|
Рисунок 46 – Изобарические поверхности в циклоне(Н) и в антициклоне (В) в вертикальном разрезе |
Рисунок 47 – Циклон (Н) и антициклон (В) на карте абсолютной топографии изобарической поверхности 500 гПа Цифры – высоты в геопотенциальных декаметрах. В циклоне изобарическая поверхность лежит ближе к уровню моря, чем в антициклоне |
На карту относительной барической топографии наносят высоты определенной изобарической поверхности, но отсчитанные не от уровня моря (как на картах абсолютной барической топографии), а от нижележащей изобарической поверхности. Например, можно составить карту высот поверхности 500 гПа над поверхностью 1000 гПа и т. д. Такие высоты называются относительными, а проведенные по ним изогипсы – относительными изогипсами.
Известно, что барическая ступень зависит от температуры. Но барическая ступень, т. е. расстояние между двумя уровнями с давлением, различающимся на единицу, в сущности и есть относительная высота одной изобарической поверхности над другой. Отсюда следует, что по распределению на карте относительных высот можно судить о распределении средних температур в слое воздуха между двумя изобарическими поверхностями. Чем больше относительная высота, тем выше температура слоя. Следовательно, карты относительной топографии показывают распределение температуры в атмосфере (рисунок 48, 49). Иногда говорят, что карты абсолютной и относительной топографии вместе представляют термобарическое поле атмосферы.
|
Рисунок 48 – Изобарические поверхности в областях тепла (Т)и холода (X) в вертикальном разрезе |
Рисунок 49 – Области тепла (Т) и холода (X) на карте относительной топографии изобарической поверхности 500 гПа над поверхностью 1000 гПа |
В областях тепла толщина атмосферного слоя между двумя поверхностями увеличена, в областях холода – уменьшена.
В службе погоды карты абсолютной топографии обычно составляются для изобарических поверхностей 1000 (обозначение АТ1000), 850, 700, 500, 300, 200, 100, 50, 25 гПа, а карты относительной топографии – для поверхности 500 над 1000 гПа (). Составляют карты барической топографии и по осредненным данным за промежутки времени от нескольких дней до месяца. Для климатологических целей применяются карты барической топографии, составленные по многолетним средним данным.
На карты барической топографии, строго говоря, наносят не высоты изобарических поверхностей, а их геопотенциалы.
Геопотенциал – потенциальная энергия единицы массы Ф в поле силы тяжести:
dФ =g d z.
Единицей измерения геопотенциала служит геопотенциальный (гп) метр, который численно близок к обычному метру.
