Меню

Атмосферное давление его распределение по поверхности земли

§ 31. Атмосферное давление (учебник)

§ 31. Атмосферное давление

Вспомните из курса природоведения, что называют атмосферным давлением.

Понятие об атмосферном давлении. Воздух невидимое и легкое. Однако и оно, как и всякая вещество, имеет массу и вес. Поэтому оно оказывает давление на земную поверхность и на все тела, на ней находятся. Это давление определяется весом столба воздуха высотой с всю атмосферу — от земной поверхности до самой ее верхней границы. Установлено, что такой столб воздуха давит на каждый 1 см 2 поверхности с силой в 1 кг 33 г (соответственно на 1 м 2 — Более 10 т!) Итак, атмосферное давление — Это сила, с которой воздух давит на земную поверхность и на все предметы на ней.

Поверхность тела человека составляет в среднем 1,5 м 2 . Согласно воздуха давить на нее весом в 15 т. Такое давление способно раздавить все живое. Почему же мы его не ощущаем? Это связано с тем, что внутри человеческого организма также существует давление — внутренний, и он равно атмосферному. Если это равновесие нарушается, человек чувствует себя плохо.

Измерение атмосферного давления. Атмосферное давление измеряют с помощью специального прибора — барометра. В переводе с греческого это слово означает «Измеритель тяжести».

На метеостанциях используют ртутный барометр. Основная его часть — стеклянная трубка длиной 1 м, запаянная с одного конца. В нее налито ртуть — тяжелый жидкий металл. Открытым концом трубка погружена в широкую чашу, также заполненную ртутью. При переворачивании ртуть из трубки вылилась только до определенного уровня и остановилась. Почему же она остановилась, а не вылилась вся? Потому что воздух оказывает давление на ртуть в чаше и не выпускает ее всю из трубки. Если атмосферное давление уменьшается, то ртуть в трубке опускается и наоборот. По высоте столба ртути в трубке, на которую нанесена шкала, определяют величину атмосферного давления в миллиметрах.

На параллели 45 0 на уровне моря при температуре воздуха 0 0 С под давлением воздуха столбик ртути поднимается в трубке на высоту 760 мм. Такое давление воздуха считается нормальным атмосферным давлением. Если столб ртути в трубке поднимается выше 760 мм, то давление повышенный, Ниже — снижен. Следовательно, давление столба воздуха всей атмосферы уравновешивается весом столба ртути высотой 760 мм.

В походах и экспедициях пользуются более удобным прибором — барометром-анероид. «Анероид» в переводе с греческого означает » безридинний «: в нем нет ртути. Главной его частью является металлическая упругая коробочка, из которой скачали воздуха. Это делает ее очень чувствительной к изменениям давления извне. При повышенные давления она сжимается, при снижении — расширяется. Эти колебания через особый механизм передаются стрелке, которая указывает на шкале величину атмосферного давления в миллиметрах ртутного столба.

Зависимость давления от высоты местности и температуры воздуха. Атмосферное давление зависит от высоты местности. Чем выше уровня моря, тем давление воздуха меньше. Он снижается, так как с поднятием уменьшается высота столба воздуха, который давит на земную поверхность. Кроме того, с высотой давление падает еще и потому, что уменьшается плотность самого воздуха. На высоте 5 км атмосферное давление снижается наполовину по сравнению с нормальным давлением на уровне моря. В тропосфере с подъемом на каждые 100 м давление уменьшается примерно на 10 мм рт . ст.

Зная, как изменяется давление, можно вычислить и абсолютное и относительное высоту места. Существует и особый барометр — высотомер, В котором наряду со шкалой атмосферного давления, есть и шкала высот. Итак, для каждой местности будет характерен свой нормальное давление: на уровне моря — 760 мм рт . века, в горах в зависимости от высоты — ниже. Например, для Киева, лежащей на высотах 140-200 м над уровнем моря, нормальным будет среднее давление 746 мм рт . ст.

Атмосферное давление зависит и от температуры воздуха. При нагревании объем воздуха увеличивается, оно становится менее плотным и легким. За этого уменьшается и атмосферное давление. При охлаждении происходят обратные явления. Следовательно, с изменением температуры воздуха непрерывно меняется и давление. В течение суток он дважды повышается (утром и вечером) и дважды снижается (После полудня и после полуночи). Зимой, когда воздух холодный и тяжелое, давление выше, чем летом, когда оно более теплое и легкое. Итак, за изменением давления можно предсказать изменения погоды. Снижение давления указывает на осадки, повышение — на сухую погоду. Изменение атмосферного давления влияет и на самочувствие людей.

Распределение атмосферного давления на Земле. Атмосферное давление, как и температура воздуха, распределяется на Земле полосами: различают пояса низкого и высокого давления. Их образование связано с нагревом и перемещением воздуха.

Над экватором воздух хорошо прогревается. От этого оно расширяется, становится менее плотным, а потому легче. Легче воздуха поднимается вверх — происходит восходящее движение воздуха. Поэтому там у поверхности Земли течение года устанавливается пояс низкого давления . Над полюсами, где в течение года температуры низкие, воздух охлаждается, становится более плотным и тяжелым. Поэтому оно опускается — происходит нисходящее движение воздух — и увеличивается давление. Поэтому у полюсов образовались пояса высокого давления . Воздух, поднявшееся над экватором, растекается к полюсам. Но, не доходя до них, на высоте оно охлаждается, становится тяжелее и опускается на параллелях 30-35 0 в обоих полушариях. Как следствие — там образуются пояса высокого давления . В умеренных широтах, на параллелях 60-65 0 обоих полушарий образуются пояса низкого давления .

Таким образом, наблюдается тесная зависимость атмосферного давления от распределения тепла и температур воздуха на Земле, когда восходящие и нисходящие движения воздуха обуславливают неравномерное нагревание земной поверхности.

Читайте также:  Натриевая лампа высокого давления vialox

Вопросы и задания

1. Определите, сколько весит воздух, находящийся в классе, если его длина 8 м, ширина 6 м, высота 3 м.

2. Почему атмосферное давление уменьшается с высотой?

3. Почему изменяется давление в одном и том же месте? Как влияет на это изменение температуры воздуха?

4. Определите, примерно относительная высота горной вершины, если у подошвы горы барометр показывает 720 мм, а на вершине — 420 мм.

5. Как распределяется атмосферное давление на Земле?

6. Вспомните, какая абсолютная высота вашей местности. Вычислите, который атмосферное давление можно считать нормальным для вашего местности.

Источник

Распределение давления у поверхности Земли

ЛЕКЦИЯ 3. Атмосферное давление

Физические свойства воздуха

Изменение давления с высотой, Изменение давления по горизонтали. Изобары.

Распределение давления у поверхности Земли

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.

Плотностьесть 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.

Читайте также:  Чем снижать давление при камнях в почках

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.

Источник

Изобарическая поверхность. Изобара. Основные закономерности распределения давления по Земной поверхности

Изобарическая поверхность — Поверхность, на которой атмосферное давление во всех точках одинаково.

Изобара — Линия на карте, соединяющая пункты с одинаковым значением давления.

Так как наша Земля имеет шарообразную форму, различные участки ее поверхности нагреваются неравномерно. Это приводит к формированию различных областей атмосферного давления, в распределении которых выявляется строгая закономерность — широтная зональность.

На экваторе воздух нагревается от Земли. Являясь смесью газов, при нагревании он расширяется, становится легким и поднимается вверх. Восходящие токи воздуха формируют на экваторе у земной поверхности область низкого давления. В верхней тропосфере воздух оттекает в сторону полюсов. В полярных широтах, плохо прогретых Солнцем, холодный воздух опускается и образует у полюсов области повышенного давления. Так как ветер движется из мест с высоким давлением в места с низким давлением, воздушные массы от полюсов должны двигаться обратно к экватору. Такая простая циркуляция воздуха могла бы существовать на невращающейся планете. На Земле атмосферная циркуляция значительно сложнее. Вследствие вращения нашей планеты вокруг собственной оси воздух, идущий от экватора, постепенно отклоняется к востоку в Северном полушарии и не доходит до полюсов. Охлаждаясь, он становится тяжелее и опускается примерно у параллелей 30° в обоих полушариях. При этом здесь формируется область высокого давления. На 60° широтах Северного и Южного полушария воздух, прогреваясь, поднимается вверх, образуя у земной поверхности область низкого давления. В тропосфере этот воздух оттекает в сторону полюсов и ЗСР широт, где нисходящие токи воздуха формируют у земной поверхности области высокого давления.

Таким образом, в результате неравномерного нагрева Земли и влияния отклоняющей силы вращения Земли вокруг собственной оси на планете формируются пояса атмосферного давления: низкого — экваториальные и умеренные широты; высокого — тропические и приполярные широты. Но необходимо помнить, что эти пояса могут смещаться. На это, во-первых, влияют различия в нагреве материков и океанов. В умеренных широтах зимой над сушей воздух холоднее, чем над океаном (суша быстрее нагревается, но и быстрее остывает), поэтому давление над сушей выше, чем над океаном. Летом океан нагревается медленнее, и над сушей давление ниже, чем над океаном. В тропических широтах, где суша весь год теплее океана, такое смещение областей давления может и не наблюдаться. Во-вторых, смещение областей давления связано со смещением температур в Северном и Южном полушариях. Летом области давления смещены к северу, зимой — к югу. Это объясняется наклоном земной оси к плоскости ее орбиты.

Барическое поле. Причины изменения атмосферного давления. Геострофический и приземный ветер.

Барическое поле

распределение давления воздуха в атмосфере. Б. п. в каждый данный момент времени и в среднем характеризуется поверхностями, соединяющими места с равными давлениями — изобарическими поверхностями. При пересечении с поверхностями равного уровня, в том числе с уровнем моря, изобарические поверхности образуют линии равного давления — изобары. По густоте изобар на карте распределения давления можно судить о степени изменения давления в горизонтальном направлении или о горизонтальном барическом градиенте, который является важной характеристикой Б. п.

Б. п. Земли состоит из многочисленных областей пониженного и повышенного давления — барических систем. Неоднородность давления на поверхностях уровня является причиной возникновения воздушных течений. Б. п. непрерывно меняется во времени, что приводит к соответствующим изменениям в воздушных течениях.

Причины изменения давления

Давление изменяется в результате перемещения воздуха, в результате оттока из одного места и притока в другое. Перемещения воздуха связаны с различиями в плотности воздуха, возникающими при неравномерном нагревании его от подстилающей поверхности.

Нагревание вызывает подъем нагретого воздуха. Но одно это не приводит к изменению давления, поскольку масса столба воздуха не изменилась. Для того чтобы давление уменьшилось, должен произойти отток воздуха. Так при нагревании, возникают восходящие токи, изобарические поверхности поднимаются в месте нагревания, так как вверху плотность возрастает. Но воздух начинает стекать по изобарическим поверхностям в стороны. С этого момента давление на поверхности начинает падать и понизу воздух с периферии потечет в место нагревания, стремясь выровнять перепад давления. Таким образом, неравномерное нагревание подстилающей поверхности вызывает движение воздуха, его циркуляцию.

Движение воздуха также может быть вызвано неравномерным охлаждением поверхности. Только характер циркуляции будет иным. Здесь воздух сжимается.

На некоторой высоте давление становится ниже, чем на одном уровне с соседними участками. Наверху возникает движение воздуха в сторону холодного участка. Это вызывает повышение давления у земной поверхности. В результате воздух начинает растекаться по направлению барического градиента.

Читайте также:  Мясникову меряют давление уральские пельмени

Таким образом, в теплых районах у земной поверхности возникают области пониженного давления, в холодных – повышенного, а на высоте наоборот. Каждому типу соответствует своя система циркуляции воздуха. Термические причины (изменение температуры) приводит к появлению динамических причин (уменьшению или увеличению массы воздуха) – изменению давления и циркуляции воздуха.

Геострофический ветер — это теоретический ветер, который является результатом полного баланса между силой Кориоли́са и барическим градиентом. Такие условия называются геострофическим балансом. Геострофический ветер направлен параллельно изобарам (линиям постоянного атмосферного давления на определённой высоте). В природе такой баланс встречается редко. Реальный ветер почти всегда отклоняется от геострофического за счёт действия других сил (трение о поверхность Земли, центробежная сила). Таким образом, реальный ветер будет равен геострофическому, если отсутствует трение и изобары являются идеальными прямыми. Несмотря на практическую недостижимость таких условий, рассмотрение ветра как геострофического является хорошим первым приближением для атмосферы вне тропической зоны.

Ветер: его характеристики и факторы, их определяющие.

Местные ветры

Местные ветры — ветры, отличающиеся какими-либо особенностями от главного характера общей циркуляции атмосферы, но, как и постоянные ветры, закономерно повторяющиеся и оказывающие заметное влияние на режим погоды в ограниченной части ландшафта или акватории.

К местным ветрам относятся бриз, меняющий своё направление дважды в сутки, горно-долинные ветры, бора, фён, суховей, самум и многие другие[1].

Возникновение местных ветров связано главным образом с разностью температурных условий над крупными водоемами (бризы) или горами, их простиранием относительно общих циркуляционных потоков и расположением горных долин (фен, бора, горно-долинные), а также с изменением общей циркуляции атмосферы местными условиями (самум, сирокко, хамсин). Некоторые из них по существу являются воздушными течениями общей циркуляции атмосферы, но в определённом районе они обладают особыми свойствами, и потому их относят к местным ветрам и дают им собственные названия.

Бора (итал. bora от греч. boreas— северный ветер) — сильный порывистый холодный ветер, дующий на побережье морей или крупных озер с горных хребтов, разделяющих сильно охлажденную и более теплую (особенно приморскую) поверхность у их подножий. Он образуется, если невысокие горные хребты отделяют холодный воздух над сушей от тёплого воздуха над водой. Этот ветер наиболее опасен в морозную погоду, когда с большой скоростью (до 40-60 м/с) скатывается с горных хребтов к ещё не замёрзшему морю или озеру. Над тёплой водной поверхностью контраст температур между потоком холодного воздуха и тёплым морем значительно увеличивается, и скорость боры возрастает. Шквалистый ветер приносит сильное похолодание, поднимает высокие волны, а брызги воды намерзают на корпуса кораблей. Иногда с наветренной стороны на судне нарастает слой льда толщиной до 4 метров, под тяжестью которого корабль может перевернуться и затонуть. Бора продолжается от нескольких суток до недели. Особенно типична бора на югославском побережье Адриатического моря, у Новороссийска (северо-восточный ветер), на западном склоне Урала — восточная Кизеловская бора и другие. Особый тип боры — стоковый ветер в Антарктиде и на северном острове Новой Земли.

Бриз (франц. brise — легкий ветер) — местный ветер небольшой скорости, меняющий направление дважды в сутки. Возникает на берегах морей, озер, иногда больших рек. Днем суша нагревается быстрее, чем вода, и над ней устанавливается более низкое атмосферное давление. Поэтому дневной бриз дует с акватории на нагретое побережье. Ночной (береговой) — с охлажденного побережья на прогретую воду. Бризы хорошо выражены летом во время устойчивой антициклональной погоды, когда разница в температуре суши и воды наиболее значительная. Бризы охватывает слой воздуха в несколько сот метров и на морях действует в пределах нескольких десятков километров. В эпоху парусного судоходства бризами пользовались для начала плавания.

Горно-долинные ветры формируются в горных районах и меняют своё направление два раза в сутки. Воздух по-разному нагревается над гребнями горных хребтов, склонами и дном долины. Днём ветер дует вверх по долине и склонам, а ночью, наоборот, — с гор в долину и вниз в сторону равнины. Скорость горно-долинных ветров невысока — около 10 м/с.

Фён (нем. Fohn, от лат. Favonius — теплый западный ветер) – сухой, тёплый сильный ветер, порывисто дующий с высоких гор в долины. Он наблюдается во всех горных странах. Воздух перетекает через гребень хребта, устремляется по подветренному склону в долину, и при опускании его температура повышается, а влажность уменьшается в результате адиабатического нагревания — на один градус на каждые 100 м спуска. Чем больше высота, с которой спускается фён, тем выше поднимается температура принесённого им воздуха. Скорость фёна может достигать 20-25 м/с. Зимой и весной он вызывает бурное таяние снегов, сход лавин, повышается испарение с почвенно-растительного покрова, уровень горных рек. Летом его иссушающее дыхание губительно для растений; иногда в Закавказье летний фён приводит к тому, что листва на деревьях высыхает и опадает. Обычно длится менее суток, изредка до 5 или больше. Фён хорошо выражен в Альпах, на Кавказе, в горах Средней Америки.

Стоковый ветер-Поток воздуха под действием силы тяжести по достаточно пологому склону местности, в отличие от падающего ветра. К С. В. относятся и ледниковые ветры, в том числе и движение воздуха изнутри Антарктического материка к побережьям.

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-16; Нарушение авторского права страницы

Источник

Adblock
detector