Под атмосферным давлением подразумевается давление толщи атмосферного воздуха на поверхность Земли и предметы, расположенные на ней. Степень давления соответствует весу атмосферного воздуха с основанием определённой площади и конфигурации.
Основной единицей измерения атмосферного давления в системе СИ выступает Паскаль (Па). Помимо Паскалей также используются другие единицы измерения:
- Бар (1 Ба=100000 Па);
- миллиметр ртутного столба (1 мм рт. ст.= 133,3 Па);
- килограмм силы на квадратный сантиметр (1 кгс/см 2 =98066 Па);
- техническая атмосфера (1 ат=98066 Па).
Приведённые выше единицы измерения используются в технических целях, за исключением миллиметров ртутного столба, который служит для прогнозов погоды.
В роли основного прибора для измерения атмосферного давления выступает барометр. Устройства делятся на два типа - жидкостные и механические. Конструкция первых основана на колб, заполненной ртутью и погружённой открытым концом в сосуд с водой. Вода в сосуде передаёт давления столба атмосферного воздуха ртути. Его высота и выступает в роли показателя давления.
Механические барометры более компактны. Принцип их работы заключен в деформации металлической пластины под действием атмосферного давления. Деформирующаяся пластина давит на пружину, а та, в свою очередь, приводит в движение стрелку прибора.
Влияние атмосферного давления на погоду
Атмосферное давление и его влияние на состояние погоды разнится в зависимости от места и времени. Оно меняется в зависимости от высоты над уровнем моря. Более того, существуют динамические изменения, связанные с движением областей высокого (антициклоны) и низкого давления (циклоны).
Изменения в погоде, связанные с атмосферным давлением, возникают из-за движения воздушных масс между областями с разным давлением. Перемещение воздушных масс образуют ветер, скорость которого зависит от разницы давлений в локальных областях, их масштабов и удаления друг от друга. Кроме того, движения воздушных масс приводят к изменению температуры.
Стандартное атмосферное давление равняется 101325 Па, 760 мм рт. ст. или 1,01325 бар. Однако человек может спокойно переносить широкий спектр давления. К примеру, в городе Мехико, столице Мексике с населением в почти 9 млн. человек, средний показатель атмосферного давления составляет 570 мм рт. ст.
Таким образом, величина стандартного давления определена точно. А комфортное давление имеет значительный диапазон. Эта величина достаточно индивидуальна и полностью зависит от условий, в которых родился и проживал конкретный человек. Так, резкое перемещение из зоны с относительно высоким давлением в область более низкого может отразиться на работе кровеносной системы. Однако при длительной акклиматизации негативное влияние сходит на нет.
Повышенное и пониженное атмосферное давление
В зонах высокого давления погода носит спокойный характер, небо безоблачно, а ветер умеренный. Высокое атмосферное давление летом приводит к жаре и засухам. В зонах низкого давления погода носит преимущественно облачный характер с ветром и осадками. Благодаря таким зонам летом настаёт прохладная облачная погода с дождём, а зимой случаются снегопады. Высокая разность давления в двух областях выступает одним из факторов, приводящих к образованию ураганов и штормовых ветров.
Давление воздуха - сила, с которой воздух давит на земную поверхность. Измеряется в миллиметрах ртутного столба, миллибарах. В среднем она составляет 1,033 г. на 1 см. кв.
Причина, вызывающая образования ветра - разница атмосферного давления. Ветер дует из области более высокого атмосферного давления, в область с более низким. Чем больше разница в атмосферном давлении, тем сильнее ветер. Распределение атмосферного давления на Земле определяет направление ветров, господствующих в тропосфере на разных широтах.
Образуются при конденсации водяного пара в поднимающемся воздухе вследствие его охлаждения.
. Вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая на земную поверхность, называется атмосферными осадками.
По происхождению выделяют два вида осадков:
выпадающие из облаков (дождь, снег, крупа, град);
образующиеся у поверхности Земли ( , роса, изморозь).
Измеряются осадки слоем воды (в мм.), который образуется, если выпавшая вода не стекает и не испаряется. В среднем за год на Землю выпадает 1130 мм. осадков.
Распределение осадков . Атмосферные осадки распределены по земной поверхности очень неравномерно. Одни территории страдают от избытка влаги, другие от её недостатка. Особенно мало получают осадков территории, расположенные вдоль северного и южного тропиков, где воздуха высоки и потребность в осадках особенно велика.
Главная причина такой неравномерности - размещение поясов атмосферного давления. Так, в области экватора в поясе низкого давления постоянно нагретый воздух содержит много влаги, он поднимается вверх, охлаждается и становится насыщенным. Поэтому в области экватора образуется много облаков, и идут обильные дожди. Немало осадков и в других областях земной поверхности, где низкое давление.
В поясах высокого давления преобладают нисходящие воздушные потоки. Холодный воздух, опускаясь, содержит мало влаги. При опускании он сжимается и нагревается, благодаря чему удаляется от точки насыщения, становится суше. Поэтому в областях повышенного давления над тропиками и у полюсов выпадает мало осадков.
По количеству выпадающих осадков ещё нельзя судить об обеспеченности территории влагой. Необходимо учитывать возможное испарение - испаряемость. Она зависит от количества солнечного тепла: чем больше его, тем больше влаги может испариться, если она есть. Испаряемость может быть большой, а испарение маленьким. Например, в испаряемость (сколько влаги может испариться при данной температуре) 4500 мм/год, а испарение (сколько действительно испаряется) всего 100 мм/год. По соотношению испаряемости и испарения судят об увлажненности территории. Для определения увлажнения пользуются коэффициентом увлажнения. Коэффициент увлажнения – отношение годового количества осадков к испаряемости за один и тот же промежуток времени. Он выражается дробью в процентах. Если коэффициент равен 1 - увлажнение достаточное, если меньше 1, увлажнение недостаточное, а если больше 1, то увлажнение избыточное. По степени увлажнения выделяются влажные (гумидные) и сухие (аридные) области.
Воздух, окружающий Землю, имеет массу, и несмотря на то, что масса атмосферы примерно в миллион раз меньше массы Земли (общая масса атмосферы равна 5,2*10 21 г, а 1 м 3 воздуха у земной поверхности весит 1,033 кг), эта масса воздуха оказывает давление на все объекты, находящиеся на земной поверхности. Сила, с которой воздух давит на земную поверхность, называется атмосферным давлением.
На каждого из нас давит столб воздуха в 15 т. Такое давление способно раздавить все живое. Почему же мы его не ощущаем? Объясняется это тем, что давление внутри нашего организма равно атмосферному.
Таким образом, внутреннее и внешнее давление уравновешиваются.
Барометр
Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Для его определения пользуются специальным прибором — барометром (от греч. baros — тяжесть, вес и metreo — измеряю). Существуют ртутные и безжидкостные барометры.
Безжидкостные барометры получили название барометры-анероиды (от греч. а — отрицательная частица, nerys — вода, т. е. действующий без помощи жидкости) (рис. 1).
Рис. 1. Барометр-анероид: 1 — металлическая коробочка; 2 — пружина; 3 — передаточный механизм; 4 — стрелка-указатель; 5 — шкала
Нормальное атмосферное давление
За нормальное атмосферное давление условно принято давление воздуха на уровне моря на широте 45° и при температуре 0 °С. В этом случае атмосфера давит на каждый 1 см 2 земной поверхности с силой 1,033 кг, а масса этого воздуха уравновешивается ртутным столбиком высотой 760 мм.
Опыт Торричелли
Величина 760 мм была впервые получена в 1644 г. Эванджелистом Торричелли (1608-1647) и Винченцо Вивиани (1622-1703) — учениками гениального итальянского ученого Галилео Галилея.
Э. Торричелли запаял с одного конца длинную стеклянную трубку с делениями, наполнил ртутью и опустил в чашку с ртутью (так был изобретен первый ртутный барометр, который получил название трубки Торричелли). Уровень ртути в трубке понизился, так как часть ртути вылилась в чашку и установилась на уровне 760 миллиметров. Над столбиком ртути образовалась пустота, которая получила название Торричеллиевой пустоты (рис. 2).
Э. Торричелли полагал, что давление атмосферы на поверхность ртути в чашке уравновешивается весом столба ртути в трубке. Высота этого столба над уровнем моря — 760 мм рт. ст.
Рис. 2. Опыт Торричелли
1 Па = 10 -5 бар; 1 бар = 0,98 атм.
Повышенное и пониженное атмосферное давление
Давление воздуха на нашей планете может изменяться в широких пределах. Если давление воздуха больше 760 мм рт. ст., то оно считается повышенным, меньше - пониженным.
Так как с подъемом вверх воздух становится все более разреженным, атмосферное давление понижается (в тропосфере в среднем 1 мм на каждые 10,5 м подъема). Поэтому для территорий, расположенных на разной высоте над уровнем моря, средним будет свое значение атмосферного давления. Например, Москва лежит на высоте 120 м над уровнем моря, поэтому среднее атмосферное давление для нее — 748 мм рт. ст.
Атмосферное давление в течение суток дважды повышается (утром и вечером) и дважды понижается (после полудня и после полуночи). Эти изменения связаны с изменением и перемещением воздуха. В течение года на материках максимальное давление наблюдается зимой, когда воздух переохлажден и уплотнен, а минимальное — летом.
Распределение атмосферного давления по земной поверхности носит ярко выраженный зональный характер. Это обусловлено неравномерным нагреванием земной поверхности, а следовательно, и изменением давления.
На земном шаре выделяются три пояса с преобладанием низкого атмосферного давления (минимумы) и четыре пояса с преобладанием высокого (максимумы).
В экваториальных широтах поверхность Земли сильно прогревается. Нагретый воздух расширяется, становится легче и поэтому поднимается вверх. В результате у земной поверхности близ экватора устанавливается низкое атмосферное давление.
У полюсов под воздействием низкой температуры воздух становится более тяжелым и опускается. Поэтому у полюсов атмосферное давление, повышенное по сравнению с широтами на 60-65°.
В высоких слоях атмосферы, наоборот, над жаркими областями давление высокое (хотя и ниже, чем у поверхности Земли), а над холодными — низкое.
Общая схема распределения атмосферного давления такова (рис. 3): вдоль экватора расположен пояс низкого давления; на 30-40° широты обоих полушарий — пояса высокого давления; 60-70° широты — зоны низкого давления; в приполярных районах — области высокого давления.
В результате того, что в умеренных широтах Северного полушария зимой атмосферное давление над материками сильно повышается, пояс низкого давления прерывается. Он сохраняется только над океанами в виде замкнутых областей пониженного давления — Исландского и Алеутского минимумов. Над материками, наоборот, образуются зимние максимумы: Азиатский и Северо-Американский.
Рис. 3. Общая схема распределения атмосферного давления
Летом в умеренных широтах Северного полушария пояс пониженного атмосферного давления восстанавливается. Огромная область пониженного атмосферного давления с центром в тропических широтах — Азиатский минимум — формируется над Азией.
В тропических широтах материки всегда нагреты сильнее, чем океаны, и давление над ними ниже. Таким образом, над океанами в течение всего года существуют максимумы: Северо-Атлантический (Азорский), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский.
Линии, которые на климатической карте соединяют пункты с одинаковым атмосферным давлением, называются изобарами (от греч. isos — равный и baros — тяжесть, вес).
Чем ближе изобары друг к другу, тем быстрее изменяется атмосферное давлении на расстоянии. Величина изменения атмосферного давления на единицу расстояния (100 км) называется барическим градиентом .
На образование поясов атмосферного давления у земной поверхности влияют неравномерное распределение солнечного тепла и вращение Земли. В зависимости от времени года оба полушария Земли нагреваются Солнцем по-разному. Это обусловливает некоторое перемещение поясов атмосферного давления: летом — к северу, зимой — к югу.
РАЗДЕЛ 3 ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ОБОЛОЧКА
Тема 2. Атмосфера
§ 35. Атмосферное давление. Пояса атмосферного давления на Земле
Вспомните
Имеет ли воздух вес?
Воздух давит на земную поверхность. Долгое время люди считали, что воздух невесомое. Лишь в XVII веке. итальянский ученый Е. Торричелли доказал, что воздух давит на земную поверхность и окружающие предметы с определенной силой, которую назвал атмосферным давлением. Итак, атмосферное давление - это сила, с которой давит на каждую единицу земной поверхности столб воздуха, размещенный между поверхностью Земли и верхней границей атмосферы. Измеряют эту силу в основном в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.) с помощью барометров (рис. 94).
Воздух давит на земную поверхность в разных местах с разной силой. Это объясняется неравномерным нагревом поверхности Земли, от которой, в свою очередь, нагревается воздух. Предположим, что какой-то участок земной поверхности имеет более высокую температуру. От нее нагреется и прилегающее воздуха, которое начнет подниматься. Поднимаясь вверх (восходящий поток), воздух будет давить на поверхность с меньшей силой. Там, где воздух опускается вниз (нисходящий поток), оно сильнее давит на землю. Поэтому здесь возникают зоны высокого давления.
Рис. 94. Барометр-анероид (1), электронный барометр (2)
На уровне моря атмосферное давление близкое к давлению столбика ртути высотой 760 мм. Это давление принято за нормальное атмосферное давление.
Изменения атмосферного давления. Атмосферное давление изменяется в зависимости от высоты местности. Так, высоко в горах атмосферное давление гораздо ниже, чем на уровне моря. Это объясняется тем, что с высотой столб и плотность воздуха уменьшаются, а следовательно, уменьшается и его давление.
Атмосферное давление меняется не только с высотой, но и в горизонтальном направлении вследствие перемещения воздуха. Разница давления заставляет воздух двигаться из зоны высокого давления в зону низкого давления. В результате такого перемещения на отдельных территориях образуется избыток массы воздуха, что вызывает повышение давления здесь.
Факты современности
Атмосферное давление и самочувствие человека. Когда человек поднимается на значительную высоту, ее самочувствие значительно ухудшается из-за недостатка кислорода и низкое давление. Уже на высоте около 5 км приходится применять кислородные маски, хотя есть спортсмены, которые поднимались на Эверест (высота 8841 м) без кислородных масок. Однако это на пределе возможностей человека.
Планетарные «пояса» атмосферного давления. На Земле выделяют несколько основных полос, вытянутых вдоль параллелей, с преобладанием высокого или низкого давления. их называют поясами атмосферного давления (рис. 95). В экваториальных широтах, где высокая температура держится в течение всего года, нагретый воздух постоянно поднимается, оставляя за собой пояс низкого атмосферного давления. Поднимаясь над экватором, теплый воздух охлаждается и распространяется во все стороны. Под действием силы вращения Земли большие массы этого воздуха опускаются в тропических широтах (вблизи 30° пн. ш. и пд. ш.). Опускаясь, воздух давит на земную поверхность и создает здесь пояса высокого атмосферного давления. В приземном слое воздуха движется как на север так и на юг, соответственно к умеренным или экваториальных широт.
Рис. 95. Распределение атмосферного давления на Земле
Рис. 96. Карта ізобар (фрагмент)
В умеренных широтах формируется пояс пониженного атмосферного давления, что связано в основном с постоянным движением воздуха. В полярных широтах образуется пояс повышенного давления, что объясняется преобладанием здесь низкой температуры в течение года.
Линии с одинаковым атмосферным давлением на карте. Распределение атмосферного давления на географической карте показывают с помощью линий (рис. 96). Линии, соединяющие на карте точки с одинаковым атмосферным давлением, называют ізобарами. (Вспомните, что на картах изотермами показывают.) За картой ізобар можно определить особенности пространственного распределения атмосферного давления на Земле, увидеть области высокого и низкого давления, которые значительно влияют на формирование погоды в данной местности.
Воздух давит на поверхность Земли.
Сила, с которой давит на каждую единицу земной поверхности столб воздуха, называют атмосферным давлением.
На земном шаре существует семь основных поясов атмосферного давления: экваториальный - низкого давления, два тропических - высокого давления, два умеренные - низкого давления, два полярные - высокого давления.
Вопросы и задания для самопроверки
Начертите схему распределения атмосферного давления на земном шаре и объясните ее.
От чего зависит распределение атмосферного давления на Земле? Выберите правильный ответ. Атмосферное давление измеряют с помощью: а) термографа; б) термометра; в) барометра; г) флюгера. Что такое атмосферное давление?
ЛЕКЦИЯ 3. Атмосферное давление
Физические свойства воздуха
Изменение давления с высотой, Изменение давления по горизонтали. Изобары.
Ветер.
Физические свойства воздуха
На поверхность земли и на все предметы, находящиеся у ее поверхности, воздух создает давление. Следовательно, на всю поверхность тела человека, имеющего площадь 1,6-1,8 м², этот воздух соответственно оказывает давление порядка 16-18 тонн. Обычно мы этого не ощущаем, поскольку под таким же давлением газы растворены в жидкостях и тканях организма и изнутри уравновешивают внешнее давление на поверхность тела. Однако при изменении внешнего атмосферного давления в силу погодных условий для уравновешивания его изнутри требуется некоторое время, необходимое для увеличения или снижения количества газов, растворенных в организме. Меняющееся давление в придаточных полостях черепа способствует кровообращению в мозге. Изменения разности давлений между внешней средой и замкнутыми полостями тела сказываются на состоянии человека. В течение этого времени человек может ощущать некоторое чувство дискомфорта, поскольку при изменении атмосферного давления всего на несколько мм рт. ст. общее давление на поверхность тела изменяется на десятки килограммов. Особенно отчетливо ощущают эти изменения люди, страдающие хроническими заболеваниями костно-мышечного аппарата, сердечно-сосудистой системы и др. Понижение атмосферного давления действует на симпатическую нервную систему; подавляет настроение, снижает работоспособность, повышает восприимчивость к инфекционным заболеваниям. И наоборот, его повышение возбуждает в большей степени нервную систему.
Основные физические свойства воздуха: плотность, давление, температура.
Плотность есть отношение массы вещества к его объему. 1 м 3 воды при температуре 4°С имеет массу 1 т, а 1 м 3 воздуха при 0°С и нормальном давлении (760 мм рт. ст.) имеет массу 1,293 кг. Следовательно, при указанных условиях плотность воды составляет 1000 кг/м 3 , а плотность воздуха 1,293 кг/м 3 Таким образом, плотность воздуха примерно в 800 раз меньше плотности воды.
Плотность атмосферы быстро уменьшается с высотой. Половина всей массы атмосферы сосредоточена в слое до высоты 5,5 км.
Давление атмосферы - это сила, с которой давит на единицу земной поверхности столб воздуха, простирающийся от поверхности земли до верхней границы атмосферы. Атмосферное давление долгое время выражали в миллиметрах (мм) ртутного столба, т. е. линейной мерой измеряли силу, что было неудобно при решении многих задач. В практике в качестве единицы давления используется 1/1000 доля бара- миллибар . На уровне моря высота ртутного столба в трубке обычно составляет около 760 мм. Величина 760 мм была впервые получена в 1644 г. Эванджелистом Торричелли (1608-1647) и Винченцо Вивиани (1622-1703) - учениками итальянского ученого Галилео Галилея.
1 мб (миллибар) = 1Гпа (гигапаскаль) = 0,75 мм рт. ст. (округленно 3 / 4 мм рт. ст.);
1 мм рт. ст. = 1,33 мб = 1,33 ГПа (округленно 4 / 3 мб).
Барической ступенью называется расстояние по вертикали, на которое надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 мб.
Температура . Чем выше температура, тем меньше плотность воздуха. В случае постоянного давления плотность воздуха зависит от изменения температуры. С увеличением высоты полета давление уменьшается и температура понижается. Давление уменьшается быстрее, чем температура. Понижение температуры несколько замедляет уменьшение плотности. Плотность воздуха с высотой падает медленнее, чем давление.
Распределение давления у поверхности Земли
Давление на земном шаре может варьироваться в широких рамках. Так, максимальная величина атмосферного давления 815,85 мм рт. ст. (1087 мб) зарегистрирован зимой в Туруханске, минимальная - 641,3 мм рт. ст. (854 мб) - в урагане "Нэнси" над Тихим океаном.
Давление воздуха на нашей планете может изменяться в широких пределах. Если давление воздуха больше 760 мм рт. ст., то оно считается повышенным, меньше - пониженным.
Атмосферное давление в течение суток дважды повышается (утром и вечером) и дважды понижается (после полудня и после полуночи). Эти изменения связаны с изменением температуры и перемещением воздуха. В течение года на материках максимальное давление наблюдается зимой, когда воздух переохлажден и уплотнен, а минимальное - летом.
Распределение атмосферного давления по земной поверхности носит ярко выраженный зональный характер. Это обусловлено неравномерным нагреванием земной поверхности, а следовательно, и изменением давления.
На земном шаре выделяются три пояса с преобладанием низкого атмосферного давления (минимумы) и четыре пояса с преобладанием высокого (максимумы).
В экваториальных широтах поверхность Земли сильно прогревается. Нагретый воздух расширяется, становится легче и поэтому поднимается вверх. В результате у земной поверхности близ экватора устанавливается низкое атмосферное давление.
У полюсов под воздействием низкой температуры воздух становится более тяжелым и опускается. Поэтому у полюсов атмосферное давление, повышенное по сравнению с широтами на 60-65°.
В высоких слоях атмосферы, наоборот, над жаркими областями давление высокое (хотя и ниже, чем у поверхности Земли), а над холодными - низкое.
Общая схема распределения атмосферного давления такова: вдоль экватора расположен пояс низкого давления; на 30-40° широты обоих полушарий - пояса высокого давления; 60-70° широты - зоны низкого давления; в приполярных районах - области высокого давления.
В результате того, что в умеренных широтах Северного полушария зимой атмосферное давление над материками сильно повышается, пояс низкого давления прерывается. Он сохраняется только над океанами в виде замкнутых областей пониженного давления - Исландского и Алеутского минимумов. Над материками, наоборот, образуются зимние максимумы: Азиатский и Северо-Американский.
Общая схема распределения атмосферного давления
Летом в умеренных широтах Северного полушария пояс пониженного атмосферного давления восстанавливается. Огромная область пониженного атмосферного давления с центром в тропических широтах - Азиатский минимум - формируется над Азией.
В тропических широтах материки всегда нагреты сильнее, чем океаны, и давление над ними ниже. Таким образом, над океанами в течение всего года существуют максимумы: Северо-Атлантический (Азорский), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский.
На образование поясов атмосферного давления у земной поверхности влияют неравномерное распределение солнечного тепла и вращение Земли. В зависимости от времени года оба полушария Земли нагреваются Солнцем по-разному. Это обусловливает некоторое перемещение поясов атмосферного давления: летом - к северу, зимой - к югу.
©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-06-30
