Атмосферное давление — это давление, которое оказывает атмосфера на все находящиеся в ней компоненты (газы и предметы) и на поверхность Земли. В каждой точке атмосферы имеется определённая величина атмосферного давления или давления воздуха.
Стандартная атмосфера — это некоторая, не зависящая от времени суток и года, одинаковая во всех случаях условная атмосфера, идеальный газ, в котором распределение физических характеристик постоянно. Параметры и физические характеристики этой атмосферы принимаются с учётом средних значений метеорологических величин, но и они уточняются по мере увеличения исходных данных.
В нашей стране стандартная атмосфера определяется документом ГОСТ 4401–81 «Атмосфера стандартная. Параметры. СА–81». В этом документе обобщены и представлены рассчитанные средние значения основных параметров атмосферы в диапазоне высот от −2000 до 1 200 000 м для широты 45º32’33’’, соответствующие среднему уровню солнечной активности. СА–81 соответствует международному стандарту МС ИСО 2533 и стандарту международной организации гражданской авиации (Руководство по стандартной атмосфере ИКАО — Doc. 7488/3, 1993).
Для идеальной стандартной атмосферы приняты следующие условия:
- атмосферное давление (Р) на среднем уровне моря (нулевая геометрическая высота) равно 101 325,0 Па = 1013,25 гПа;
- температура воздуха Т = 288,15 °К (t = 15 ºC);
- плотность воздуха ρ = 1,2250 кг/м3;
- ускорение свободного падения g0 = 9,680665 м/с2;
- по соответствующим уравнениям вычислены молекулярная масса, концентрация частиц воздуха, их средняя скорость, динамическая и кинематическая вязкость, скорость звука и некоторые другие характеристики состояния атмосферы.
Основными характеристиками физического состояния любого газа являются его давление, температура и плотность. Эти три характеристики находятся в некоторой зависимости друг от друга. Газы сжимаемы, поэтому плотность их меняется в широких пределах в зависимости от давления и температуры. Связь между давлением, температурой и плотностью для идеальных газов представлена уравнением состояния газов, известным из физики:
где p — давление воздуха; v — удельный объём газа; T — температура по абсолютной шкале и R — газовая постоянная, зависящая от природы газа.
Если удельный объём газа v выразить через плотность газа ρ — величину, обратную удельному объёму, то уравнение состояния газов можно записать в виде выражения
Статика атмосферы — это такое теоретическое состояние атмосферы, в котором устанавливаются закономерности распределения в пространстве параметров состояния воздуха (давления, плотности и температуры) при отсутствии движения атмосферы относительно поверхности Земли.
Основные законы статики атмосферы, касающиеся распределения давления и плотности воздуха с высотой, с достаточной степенью точности оказываются справедливыми и для движущейся атмосферы.
Атмосферное давление у моряков принято измерять в миллиметрах, в миллибарах и в сотнях Паскалей, или гектопаскалях (гПа). Перевод миллиметров ртутного столба в гектопаскали и наоборот осуществляется очень просто:
Нормальным давлением на уровне моря считается 760 мм рт. ст. или 1013,2 гПа.
На практике при измерении атмосферного давления необходимо учитывать, что в показания ртутного барометра или барометра-анероида обязательно вводятся поправки согласно паспорта прибора давления и его основных технических характеристик. Это необходимо для того, чтобы сравнить между собой значения давления, полученные на разных станциях, и представить их к виду, необходимому при анализе и прогнозе погоды. Таких поправок три: на температуру, на силу тяжести и инструментальная.
Температурная поправка связана с тепловым расширением ртути или свойством анероидной мембранной коробки барометра-анероида деформироваться при изменении температуры воздуха (при одном и том же атмосферном давлении ртутный столбик будет тем выше, чем выше температура воздуха, а значит, и самого барометра). Показания всех барометров приводят к одной температуре, т. е. исправляют их на величину, при которой столбик ртути достигает такой же высоты, какой она была бы при температуре воздуха 0 °С.
Сила тяжести зависит от широты места: на полюсе она максимальна, а на экваторе — минимальна. Следовательно, при одинаковом давлении воздуха ртуть будет сильнее притягиваться Землей на полюсе, и показания барометра здесь будут меньше, чем на экваторе. Чтобы ликвидировать влияние этого эффекта, показания всех барометров приводят к одной широте — 45°.
Инструментальная поправка зависит от технических характеристик конкретного прибора, например, от незаметных на глаз искажений формы стеклянной трубки.
Приведение к давлению на уровне моря основано на закономерности, открытой Б. Паскалем. Известно, что в нижних слоях атмосферы увеличению высоты на 8 м соответствует понижение давления на 1 гПа. Эти 8 м называются барической ступенью, поэтому формула для приведения давления к уровню моря выглядит так:
где P0 — давление на уровне моря; Рs — давление, наблюдаемое на станции; h — высота места над уровнем моря. (Эта формула используется только для величин давления, выраженных в гектопаскалях).
Литература
Гидрометеорологическое Обеспечение Мореплавания - Глухов В.Г., Гордиенко А.И., Шаронов А.Ю., Шматков В.А. [2014]
