Как давит воздух на Землю
Нормальным средним современная физика считает давление, когда столбик атмосферы над 1 см2 площади весит 1,033 кг. Показатели были получены на нулевом уровне моря при 0⁰С, на широте 45⁰. Эта масса поднимает ртуть в трубке барометра вверх на 760 мм. Иногда показатель фиксируют в других физических единицах – Паскалях.
Для измерения величины используют барометры:
- Ртутные.
- Металлические (анероиды).
Основная деталь ртутного – это запаянная стеклянная трубка, которая открытым концом опущена в емкость с ртутью. Земной воздух давит на серебристую жидкость, та поднимается по трубочке, рядом с которой помещают миллиметровую шкалу.
На сколько миллиметров поднялся столбик, таким и будет значение, показывающее, как сильно атмосфера давит на площадь 1 см2.
Ртутный барометр
Анероиды сделаны по другому принципу. По сути – это металлическая коробка, из которой откачали воздух. Атмосфера (она более плотная, чем содержимое коробки) давит на стенки, и они прогибаются. Через систему рычагов они соединяются со стрелкой, которая указывает на текущее значение.
Величина давления атмосферы колеблется вокруг нормальных значений и зависит от погоды. Минимум (641,3 мм рт.ст.) был зафиксирован внутри тайфуна «Нэнси», зародившегося в Тихом океане и обрушившегося на Японию в 1961 году.
Рекордно высоко поднялась ртуть в барометре (815,85 мм рт.ст.) однажды зимой в одном из городов Красноярского края в России. До этого рекордсменом считался Хубсубульский аймак в Монголии.
Зонально-региональное распределение атмосферного давления на уровне моря
У земной поверхности барическое поле дифференцируется на пояса и регионы.
В экваториальном поясе шириной приблизительно 10° широты в течение всего года существует низкое (1000—1008 мб) атмосферное давление — экваториальная депрессия. Движущей силой ее формирования является скрытая теплота парообразования. От общей массы воды, испарявшейся в тропических океанах в полосе шириной в 70° (от 35° с. ш. до 35° ю. ш.), 75% поступает в экваториальный пояс. Тепловая энергия порождает огромную кинетическую, поднимающую воздух до 18 км высоты.
Экваториальный минимум — не однообразная сплошная лента низкого давления, какой она представлялась до недавнего времени. На фоне общей депрессии непрерывно возникают и исчезают области повышенного давления, хотя, конечно, по интенсивности они не сравнимы с антициклонами умеренных широт. С переменой давления связаны изменения погоды, грозы, шквалы ветров. Причина колебаний давления в экваториальном поясе гидротермическая, связанная с выделением скрытой теплоты парообразования при встрече воздушных масс, хотя бы немного отличающихся одна от другой.
Ветры в этой полосе случайны и кратковременны, господствует безветрие, и вся полоса называется штилевой.
При восходящей конвекции происходит конденсация пара, и влага, как принесенная на экватор из тропических поясов, так и испарившаяся на месте, выпадает обильными экваториальными дождями, которые называются зенитальными (по положению Солнца в зените).
В тропических широтах, между 35 и 20° обоих полушарий, на океанах располагаются тропические, или субтропические, барические максимумы с нисходящими воздушными токами: Азорский и Гавайский в северном полушарии, Южноатлантический, Южнотихоокеанский и Южноиндийский в южном. Давление в них 1022—1026 мб. Они держатся весь год.
Образование тропических барических максимумов сторонники классической схемы циркуляции атмосферы объясняли опусканием воздуха, поднявшегося над экватором и перенесенного в тропические широты в верхней тропосфере (этот перенос называли антипассатами, существование которых не подтвердилось). Теперь на основании анализа карт синоптических и барической топографии, а также данных высокотропосферных аппаратов выяснено, что тропические максимумы образуются путем регенерации антициклонов, переместившихся из средних широт до критических параллелей 35°, на которых резко меняется значение кориолисо-вой силы. На экваторе она равна нулю, антициклоны сюда не проникают, что служит одной из причин существования экваториальной депрессии.
На материках в соответствии с их термическим режимом барическая система меняется от зимы к лету. В летнюю часть года каждого полушария на суше давление нормальное или пониженное (в Австралии, в Южной Африке), в тропиках Южной Азии, как мы уже видели, стоит глубокий (994 мб) Ирано-Тарский минимум. В январскую часть года, зимнюю в северном полушарии, Азорский и Гавайский максимумы сливаются с Сибирским (1040 мб) и Североамериканским (1022 мб), образуя над субтропическими умеренными широтами всего северного полушария непрерывную полосу высокого давления.
В зиму южного полушария (июльская часть года) над материком Австралии формируется незначительный Австралийский максимум (1020 мб).
Почему оно не одинаковое
Атмосферное давление меняется и на это влияют:
- высота точки над уровнем моря;
- сезон;
- время суток;
- климатическая зона;
- изменения температуры.
Чем выше, тем ниже
Чем выше точка над уровнем моря, тем все более разреженным становится воздух, тем ниже становится давление атмосферы. В нижних слоях воздушной оболочки земли давление убывает каждые 11 метров на 1 мм рт.ст.
Например, на высоте 20 км оно составляет лишь 47 мм рт.ст. Поэтому при подъеме на такое расстояние от поверхности Земли у человека закипает кровь и межтканевые жидкости. Если не находиться в герметической кабине самолета или аэростата, то смерть наступит почти мгновенно.
Известно, что в разных населенных пунктах планеты норма давления атмосферы своя. Это логично, так как находиться они могут на разной высоте. Так, например, Челябинск построен на возвышении — 226 м от нулевой отметки уровня мирового океана. Нормальное атмосферное давление для него — это 739 мм рт.ст.
Расположение Кургана по отношению к поверхности мирового океана – 72 м, и типичные показания барометра, которые можно считать нормальными – 753 мм рт. ст.
Перепады температуры
Какое время года на дворе – это тоже влияет на показатель. Зимой он выше, так как зимний воздух холоднее и плотнее. Летом – ниже, потому что воздух теплее и разреженнее.
Та же температурная причина изменений уровня ртутного столбика в течение суток. Суточные колебания происходят в пределах 4 – 5 мм, а сезонные — не превышают 30 мм рт. ст. Все те же физические явления объясняют то, что в Арктике и Антарктиде постоянно высокое атмосферное давление, а на экваторе – низкое.
Циклон, вид из космоса
Неравномерное прогревание воздуха — фактор, ответственный за формирование территорий с пониженным давлением, вокруг которых формируются циклоны. Снижение показаний барометра может указывать на возможность дождя.
Считается, что дождь, если ртуть ниже 760 мм. И если задуматься, какое атмосферное давление правомерно считать низким и, наоборот, высоким, то эта цифра и будет пограничным критерием.
Метеозависимые люди очень чувствительны к перепадам давления. Значение ниже 750 мм рт.ст. для многих из них связано с неприятными ощущениями.
Медики объясняют это тем, что при низких показаниях барометра давление газов внутри тела, в жидкостях и полостях, становится выше, чем снаружи. Это раздражает рецепторы в органах и человек может ощущать ломоту в суставах.
Кроме того, ощущается кислородное голодание, не редки случаи головокружений, сонливости, оглушенного состояния.
§12. Давление воздуха и осадки на разных широтах
Это я знаю
1. Почему в области экватора у поверхности Земли атмосферное давление низкое, а в верхних слоях тропосферы – высокое?
В области экватора земная поверхность получает много тепла. Она нагревает атмосферный воздух в приземных слоях. Легкий теплый воздух поднимается вверх, поэтому у поверхности формируется область низкого давления. Теплый воздух с большим количеством водяного пара поднимаясь, охлаждается. Выпадают ливневые осадки. В верхние слои атмосферы восходящий воздух попадает уже охлажденным, с повышенным давлением.
2. В каких широтах располагаются пояса пониженного атмосферного давления, а в каких – повышенного атмосферного давления?
Пояса пониженного давления формируются в экваториальных и умеренных широтах. Повышенное давление наблюдается у полюсов и в тропических широтах.
3. Назовите основную причину образования поясов атмосферного давления.
Основная причина формирования поясов давления – неравномерное поступление тепла на земную поверхность.
4. С чем связано распределение облачности и осадков на Земле?
Облачность и осадки зависят от распределения температур и давления. Помимо этого на осадки влияют рельеф, ветры, океанические течения.
Это я могу
5. По карте на рисунке 29 определите, каково среднегодовое количество осадков на пересечении нулевого меридиана и Северного тропика. Сравните со среднегодовым количеством осадков в вашей местности.
Пересечение нулевого меридиана и Северного тропика находится на территории пустыни Сахара. Здесь выпадает менее 100 мм осадков в год. На большей части территории России выпадает осадков больше этого показателя.
6. Сопоставляя карту на рисунке 29 и физическую карту мира, определите территории, на которых в год выпадает осадков: менее 100 мм; от 500 до 1000 мм; 2000 мм и более. Объясните, как это связано с распределением поясов атмосферного давления.
Менее 100 мм осадков выпадет в тропиках на севере Африки (пустыня Сахара), на западных побережьях в тропических широтах Африки и Южной Америки, во внутренних районах Антарктиды, на севере Гренландии и Канадского Арктического архипелага, на большей части Аравийского полуострова, во внутренних районах Евразии.
500-1000 мм: Атлантическое побережье Евразии, Северной Америки, Южной Америки; восточные побережья Евразии и Австралии.
Более 2000 мм осадков в год выпадает в экваториальных широтах: в бассейне Амазонки, Ганга, на побережье Гвинейского залива, на островах Индонезии, Филиппин. В умеренных широтах такое количество осадков выпадает на западном побережье Южной Америки и на побережье залива Аляска.
