В атмосфере всегда существуют области, в которых атмосферное давление выше или ниже по сравнению другими районами или зонами атмосферы. Пространственное распределение атмосферного давления при этом также непрерывно изменяется. Распределение атмосферного давления зависит от очень многих факторов и имеет сложный характер его распределения как по высоте, так и в горизонтальном направлении (рис. 7.1).
Барическим полем атмосферы называется пространственное распределение атмосферного давления на определённом стандартном уровне поверхности (рис. 7.2).
Атмосферное давление по своей сути есть величина скалярная — в каждой точке атмосферы оно характеризуется одним числовым значением, выраженным в гектопаскалях. Следовательно, и барическое поле есть скалярное поле. Скалярное поле можно представить в пространстве поверхностями равных значений данного скаляра, а на плоскости — линиями равных значений. Для характеристики скалярного барического поля это изобарические поверхности и изобары/изогипсы.
Всю тропосферу можно представить в виде семейства изобарических поверхностей, огибающих земной шар. Эти поверхности пересекаются с поверхностями уровня под очень малыми углами, порядка угловых минут. Чтобы следить за изменениями барического поля по данным аэрологических наблюдений, составляют карты топографии изобарических поверхностей — карты барической топографии.
На карте абсолютной барической топографии барическое поле представлено как высоты определённой изобарической поверхности над уровнем моря (рис. 7.3). Точки с равными высотами соединяют линиями равных высот — изогипсами (абсолютными изогипсами). По значению и характеру расположения изогипс на рассматриваемой изобарической поверхности можно судить о распределении давления в тех слоях атмосферы, в которых располагается данная изобарическая поверхность.
В областях пониженного давления на каждом уровне оно самое низкое в центре области, а к периферии — растёт. Давление, кроме того, всегда понижается с высотой, поэтому изобарические поверхности в областях пониженного давления имеют прогиб (прогнуты) в виде воронки, снижаясь от периферии к центру. Следовательно, на карте абсолютной топографии область с более низким давлением будет очерчиваться изогипсами со значениями высоты, уменьшающимися к центру.
Для области повышенного давления картина будет противоположная области пониженного давления — на каждом уровне изобарические поверхности будут иметь форму куполов. Значения изогипс в области повышенного давления увеличиваются к центру области повышенного давления.
Карты абсолютной барической топографии для нескольких изобарических поверхностей наглядно представляют барическое поле атмосферы в тех слоях, в которых располагаются эти изобарические поверхности.
На карту относительной барической топографии наносят высоты определённой изобарической поверхности, но отсчитанные не от уровня моря, как на картах абсолютной барической топографии, а от нижележащей изобарической поверхности. Такие высоты на картах погоды называются относительными, а приведённые на них изогипсы называются относительными изогипсами.
Барическое поле на уровне моря принято изображать с помощью линий равного давления — изобар (рис. 7.4). Каждая изобара является следом пересечения какой-то изобарической поверхности с уровнем моря. На карте погоды можно провести целое семейство изобар. Проводят их таким образом, что каждая изобара отличается от соседних изобар на одну и ту же величину.
На карте изобар, как и на других картах изобарических поверхностей, обнаруживаются области замкнутых изобар — пониженного (Н) и повышенного (В) давления. Вытянутая область изогипс от центра пониженного давления (Н) называется ложбиной. В области повышенного давления (В) сходная картина характеризует область распространения гребня на карте погоды. Изобары на приземных картах погоды проводятся через 5 гПа. Разумеется, что изобары можно проводить и через 10 гПа или через 2 гПа и т. д.
Отдельные карты изобар на приземной карте погоды обычно не используются на практике. Составляются комплексные синоптические карты, на которые, кроме давления на уровне моря, наносят целый комплекс метеорологических величин по данным наблюдений за погодой на метеорологических станциях на суше и на море, выявляются барические центры и зоны атмосферных фронтов. Используются эти карты для анализа состояния погоды в конкретный момент времени, а с учётом этого — и для прогноза возможных изменений погоды на период времени от нескольких часов до суток.
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ БАРИЧЕСКИЙ ГРАДИЕНТ
Рассматривая изобары на синоптической карте (приземной), можно отметить, что они в одних местах проведены гуще, а в других — реже. Понятно, что там, где они проведены чаще в горизонтальном (вертикальном) направлении, давление изменяется быстрее. Точно выразить, как меняется атмосферное давление в горизонтальной плоскости, можно с помощью так называемого горизонтального барического градиента, или горизонтального градиента давления.
Горизонтальным градиентом давления называют изменение давления на единицу расстояния в горизонтальной плоскости, а точнее, на поверхности уровня. При этом расстояние берётся по тому направлению плоскости, в котором давление убывает сильнее всего. Таким направлением в каждой точке изобарической поверхности является направление по нормали к изобаре (изогипсе) в данной точке.
Горизонтальный барический градиент — это вектор, направление которого указано направлением стрелки и совпадает с направлением нормали к изобаре в сторону уменьшения давления, а числовое значение равно от давления по этому направлению (рис. 7.5). Обозначим этот вектор символом −∇p, а числовое его значение (модуль) − дp / дn, где n — нормаль к изобаре. Длина стрелки пропорциональна числовому значению градиента.
В разных точках барического поля направление и модуль барического градиента, конечно, будут разными.
Горизонтальный барический градиент является горизонтальной составляющей полного барического градиента. Давление с высотой меняется гораздо сильнее, чем в горизонтальном направлении. Поэтому вертикальный барический градиент в десятки тысяч раз больше, чем горизонтальные градиенты. На практике измеряют и оценивают средний барический градиент на синоптической карте погоды для того или иного участка барического поля. Для этого измеряют расстояние Δn между двумя соседними изобарами в данном участке по прямой, которая достаточно близка к нормалям обеих изобар. Затем разность давления между этими изобарами делят на расстояние Δp (обычно 5 гПа), выраженное в крупных единицах — сотнях километров или градусах меридиана (111 км).
Средний барический градиент представляется отношением Δp∕Δn гПа/градус меридиана. Вместо градуса меридиана чаще берут значение, равное 100 км. У земной поверхности горизонтальные барические градиенты имеют порядок величины в несколько гектопаскалей: 1–3 гПа на каждый градус меридиана.
Определить значение барического градиента в свободной атмосфере можно по расстоянию между изогипсами на картах барической топографии.
С высотой барическое поле в атмосфере меняется, и это значит, что изменяется форма изобар (изогипс) и их взаимное расположение.
Литература
Гидрометеорологическое Обеспечение Мореплавания - Глухов В.Г., Гордиенко А.И., Шаронов А.Ю., Шматков В.А. [2014]
