В каких широтах располагается пояса пониженного атмосферного давления

§ 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.

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.

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.

В целом на земном шаре формируется несколько поясов атмосферного давления. На экваторе, интенсивно нагреваемом Солнцем, оно постоянно понижено. Здесь нагретый от земной поверхности воздух поднимается и растекается к тропическим широтам. На высоте он охлаждается, опускается вниз, создавая в тропиках области повышенного давления.
Над полюсами температура постоянно низкая, здесь холодный воздух опускается и уплотняется, в эти районы поступает воздух из умеренных широт. Над полюсами устанавливается высокое давление, а над умеренными широтами — низкое.
Пояса высокого и низкого давления не распределяются над поверхностью Земли ровными полосами, потому что материки и океаны, по-разному поглощающие и отдающие солнечное тепло, располагаются на земном шаре неравномерно. К тому же земная ось наклонена к плоскости орбиты нашей планеты и полушария нагреваются неодинаково.

Формируются различные циркуляционные области в первую очередь между четырьмя основными широтными поясами атмосферного давления
, существование которых в конечном счете и является причиной как приземного, так и высотного распределения ветра.

Один такой пояс низкого давления
лежит в районе экватора или около 5° с. ш. Обычно называемый экваториальной зоной затишья, этот пояс точнее именуется внутритропической зоной конвергенции. Среднее за год давление составляет здесь менее 760 мм. Этот пояс охватывает весь земной шар.

Ширина экваториальной зоны затишья может несколько меняться. В этой зоне преобладает сравнительно хорошая погода с частым появлением кучевых облаков и довольно интенсивными . В зоне затишья воздух совершает восходящее движение, как и в случае, когда при неравномерном нагревании воздуха образуется отдельная циркуляционная ячейка. В высоких слоях атмосферы поднявшийся воздух начинает в каждом полушарии оттекать к полюсу и при этом отклоняется , создаваемой вращением Земли. Растекающийся воздух попадает в следующий пояс давления
— в субтропический пояс высокого давлени
я.

Субтропический пояс высокого давления
известен большинству школьников под названием конских широт. Расположенный около 35° с. ш. и 30° ю. ш., этот пояс характеризуется неустойчивыми и исключительно слабыми ветрами. Название «конские широты» связано с эпохой освоения Нового Света. Когда армады кораблей попадали в этих районах в зону штилей, возникала надобность экономить запасы пищи и питьевой воды. По-видимому, при этом приходилось жертвовать лошадьми, которых выбрасывали за борт. Трупы несчастных животных часто оставались плавать на поверхности океана, откуда и появилось название этих мест.

В районе конских широт давление в течение всего года обычно составляет более 760 мм. Это сравнительно высокое давление создается воздухом, опускающимся из высоких слоев атмосферы к земной поверхности и накапливающимся здесь. В северном полушарии в пределах этого пояса есть две области высокого давления. Одна лежит над восточной частью Тихого океана, а другая — над восточной Атлантикой. В северном полушарии области высокого давления, входящие в рассматриваемый пояс, меньше, чем аналогичные области в южном полушарии, где они охватывают обширные районы океанов. Неоднородное распределение давления в этом поясе в северном полушарии создают материки Америка, Африка и Евразия.

Третий пояс давления
— очень низкого — находится приблизительно между широтами 60 и 70° в каждом полушарии и называется субполярным минимумом. В южном полушарии пояс низкого давлени
я сплошной и расположен над поверхностью океанов. В северном же полушарии он лучше выражен над Тихим океаном — между Аляской и Сибирью, а над Атлантическим океаном — между Гренландией и Норвегией. Над континентами же северного полушария пояс низкого давления
разбивается на области, чередующиеся с областями повышенного давления. Рассматриваемый пояс отличается довольно устойчивыми ветрами: воздух в этот пояс втекает в основном с юго-запада или северо-востока. В северном полушарии, например, в пояс субполярного минимума в виде сильного восточного ветра затекает воздух с севера.

Во всех перечисленных поясах давления
возникает своя отдельная циркуляционная область, которая переносит воздух от одного такого пояса к соседнему.

Воздух имеет массу, пусть и небольшую. Масса 1 л воздуха на уровне моря равна 1,3 г. Но огромный объем земной атмосферы приводит к тому, что на каждый квадратный сантиметр земной поверхности атмосфера давит с силой, равной 1 кг! Это среднее давление воздуха над уровнем океана у широты 45° при температуре 0 °C принято за нормальное давление. Оно соответствует весу ртутного столбика высотой 760 мм и сечением 1 см?. Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.) является внесистемной единицей измерения давления.

С увеличением высоты атмосферное давление уменьшается потому что чем выше расположена точка, тем меньшей высоты воздушный столб давит на нее. Кроме этого с увеличением высоты воздух разряжается, становится легче и его давление понижается.

Воздух также разряжается и с повышением температуры. Чем сильнее нагрет воздух, тем ниже атмосферное давление.

Географическая широта также влияет на величину атмосферного давления, поскольку она определяет толщину, а следовательно и массу тропосферы. Чем больше масса воздуха, тем выше атмосферное давление. Давайте вспомним, что тропосфера толще всего над экватором. Казалось бы, что на экваторе атмосферное давление должно быть выше, чем на полюсах. Но, с другой стороны, воздух на экваторе сильно нагревается, становится разреженным, относительно легким, а это способствует понижению давления. Также на величину атмосферного давления влияет направление вертикального движения воздуха. При опускании воздуха атмосферное давление у земной поверхности возрастает, а при подъеме воздуха – понижается. На экваторе преобладают восходящие потоки теплого воздуха, нагревшиеся от земной поверхности. В верхней тропосфере эти потоки оттекают в сторону полюсов (полярных широт), где опускаются и образуют области повышенного давления.

В результате возле экватора находится пояс (область) постоянно низкого атмосферного давления, а в районах полюсов – постоянно высокого.

Подобно температуре атмосферное давление изменяется по широте и высоте. По широте оно изменяется зонально и азонально, то есть – вне связи с широтой, неравномерно.

По широтам земная поверхность делится на семь широтных поясов атмосферного давления, которые называются барическими поясами – один экваториальный, два тропических, два умеренных и два полярных.

Экваториальный пояс низкого атмосферного давления расположен по обе стороны экватора между 10° северной и 10° южной широты.

Тропические пояса высокого атмосферного давления расположены между 10° и 30° -40° северной и южной широты.

Умеренные пояса низкого атмосферного давления расположены между 30° – 40° и 60° – 70° северной и южной широты.

Полярные пояса высокого атмосферного давления лежат выше 60° – 70° северной и южной широты, то есть практически внутри полярных кругов.

Границы поясов атмосферного давления очерчены нечетко, поскольку в зависимости от времени года они несколько смещаются к северу или к югу.

Почему пояса высокого и низкого атмосферного давления чередуются? Почему не происходит постепенного повышения атмосферного давления при движении от экватора к полюсам?

Дело в особенностях движения воздуха.

На экваторе земная поверхность сильно нагревается и передает много тепла воздуху. Воздух расширяется и поднимается вверх, ввиду чего атмосферное давление понижается и образуется экваториальный пояс низкого давления.

По мере подъема, теплый воздух остывает. У верхней границы тропосферы экваториальные воздушные массы движутся на север и на юг. В области 30-ых параллелей они опускаются вниз, образуя тропические пояса высокого атмосферного давления.

Опустившийся воздух быстро нагревается. Благодаря этому в тропиках наблюдается «парадоксальное» сочетание высоких температур с высоким атмосферным давлением.

На полюсах, в зонах низких температур, холодный воздух опускается к земной поверхности, образуя полярные пояса высокого давления. Отсюда воздух движется к более теплым умеренным широтам, причем движение это происходит близ земной поверхности, в нижней части тропосферы.

В умеренных широтах холодный полярный воздух нагревается, расширяется и поднимается вверх, образуя пояса низкого атмосферного давления. Поднявшись до верхней границы тропосферы, воздушные массы возвращаются к полюсам, где остывают и опускаются к земной поверхности.

Обратите внимание! Пояс низкого атмосферного давления Северного полушария существует только летом! Зимой вследствие резкого понижения температуры воздуха атмосферное давление над материками Северного полушария сильно повышается и пояс низкого давления сохраняется только над океанами в виде двух замкнутых областей пониженного давления – Исландского и Алеутского минимумов. Центр Исландского минимума находится вблизи острова Исландия, а центр Алеутского – близ Алеутских островов Тихого океана. Над материками Северного полушария, напротив, формируются зимние максимумы (области повышенного давления) – Азиатский и Северо-Американский.

Летом пояс пониженного атмосферного давления в умеренных широтах Северного полушария восстанавливается. Над Азией формируется огромная область пониженного атмосферного давления с центром в тропических широтах – Азиатский минимум или Азиатский антициклон.

Над океанами в тропических широтах в течение всего года существуют максимумы, также называемые циклонами – Северо-Атлантический (Азорский), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский. Это обусловлено тем, что океаны в тропиках всегда нагреты слабее, чем, материки и давление над ними выше.

Существование максимумов и минимумов на одних и тех же широтах является примером азонального изменения атмосферного давления. Наличие поясов и областей разного атмосферного давления оказывает значительное влияние на воздушные течения, погоду и климат.

На картах распределение атмосферного давления по земной поверхности показывают линиями, соединяющими точки с одинаковым давлением. Эти линии называются изобарами. Чаще всего на картах указывают изобары января и июля, месяцев с максимальным и минимальным атмосферным давлением.

Атмосферное давление непрерывно изменяется и основной причиной этих изменений является изменение температуры воздуха. Измеряют атмосферное давление при помощи специальных приборов – барометров. Первые барометры были ртутными и представляли собой открытую емкость с ртутью (тарелку) в которую отверстием вниз была опущена пробирка. Когда атмосферное давление повышалось и сильнее давило на ртуть в тарелке, уровень ртути в пробирке поднимался, когда же давление понижалось, то уровень ртути в пробирке опускался.

Ртутные барометры были неудобными в использовании. Со временем их заменили барометры-анероиды. Барометр-анероид состоит из герметически замкнутой полой тонкостенной коробки, внутри которой создано отрицательное давление воздуха (то есть – воздух разрежен). При изменении атмосферного давления стенки коробки вдавливаются или выпячиваются. Эти колебания передаются на связанную с коробкой стрелку, которая перемещается по шкале.

Как уже было сказано, атмосферное давление понижается с увеличением высоты. Расстояние по вертикали, на котором атмосферное давление уменьшается на 1 мм рт. ст., называется барической ступенью. В нижних слоях тропосферы до высоты в 1 км барическая ступень равна 10 м. Выше 1 км барическая ступень удлиняется, поскольку по мере увеличения высоты скорость понижения атмосферного давления замедляется.

Атмосферное давление изменяется не только в вертикальном, но и горизонтальном направлении. Существует показатель, характеризующий изменение атмосферного давления в пространстве (по вертикали и горизонтали), который называется барическим градиентом.

Барический градиент представляет собой вектор, то есть математическую величину, характеризующаяся численным значением и направлением. В метеорологии для изображения на картах обычно пользуются горизонтальной составляющей барического градиента на уровне моря или на каком-то другом уровне, которая называется горизонтальным барическим градиентом. Барический градиент направлен по нормали к изобаре в сторону убывания атмосферного давления.

Вместо вертикального барического градиента, отражающего изменение атмосферного давления по высоте, часто пользуются обратной величиной – барической ступенью.