Замкнутая область повышенного давления

Вес атмосферы в миллион раз меньше веса Земли, однако давление, оказываемое атмосферой на земную поверхность, весьма значительно и составляет 1033,3 г на каждый квадратный сантиметр поверхности на уровне Океана (10333 кг на 1 кв. м). Это давление уравновешивается давлением столбика ртути высотой 760 мм, сечением 1 кв. см при температуре 0°, на том же уровне, на широте 45°. Давление 760 мм рт. ст. принято считать нормальным атмосферным давлением. Атмосферное давление можно выразить в динах. Нормальное атмосферное давление составляет 1 013 250 дин/см2. Давление в 1 000000 дин на 1 кв. см — 1 бар, 0,001 бара — 1 миллибар. 1013 250 дин/см2 соответствует 1013,25 миллибара. Миллибар в настоящее время является общепринятой единицей измерения давления. 100 мб соответствуют 750 мм рт. ст.; 1 мб равен 0,75, или 3/4 мм рт. ст.; 1 мм рт. ст. равен 1,33, или 4/3 мб.
С высотой давление убывает, так как мощность вышележащего слоя атмосферы становится меньше. Расстояние в метрах, на которое надо подняться или опуститься, для того, чтобы атмосферное давление изменилось на 1 мб, называют барометрической (барической) ступенью. Величина барометрической ступени различна: при температуре 0° и давлении 1000 мб она составляет 8 м, при той же температуре и давлении 800 мб — 10 м, при давлении 600 мб — 13,3 м и при давлении 400 мб — 20 м.
На практике часто требуется привести давление, отмеченное в разных пунктах, к общему уровню. Для этого можно воспользоваться (при небольшой разности высот пунктов — не более 1000 м) формулой Бабине (упрощенной барометрической формулой):

Наблюдения показывают, что давление во времени изменяется постоянно и в широких пределах. Самое высокое давление на поверхности Земли, приведенное к уровню моря, отмечено над Азией (1080 мб), самое низкое зарегистрировано над Тихим океаном (887 мб). Колебания давления в одном месте могут иметь большую амплитуду. Например, в Москве (156 м над уровнем моря) зарегистрированный минимум давления составляет 944 мб, а максимум 1037 мб.
Изменения давления вызываются главным образом неравномерным нагреванием воздуха от земной поверхности и носят преимущественно непериодический характер. На фоне непериодических изменений выявляются периодические колебания давления — суточные и годовые.
Суточный ход давления отличается плавными колебаниями и имеет два максимума (в 10 и в 22 часа по местному времени) и два минимума I (в 4 и в 16 часов). Эти колебания давления особенно хорошо выражены в экваториальных и тропических широтах (3—4 мб), по направлению к полюсам амплитуда их уменьшается (до 0,3 мб).
Годовые амплитуды колебаний давления в направлении от низких широт к высоким увеличиваются. При этом над материками колебания давления в течение года оказываются более значительными, чем над океанами. Годовой ход давления над материками и океанами различен. В первом случае максимум давления отмечается зимой, во втором — летом. С высотой амплитуды годовых колебаний давления увеличиваются, а годовой ход давления становится обратным: максимум над материками приходится на лето, минимум — на зиму.
Распределение давления в слое атмосферы наглядно можно показать на рисунке с помощью поверхностей, проведенных через точки с одинаковым давлением и называемых изобарическими поверхностями.
Если бы давление на уровне Океана было везде одинаково и если бы оно одинаково изменялось с высотой, изобарические поверхности располагались бы горизонтально и параллельно друг другу. В действительности давление изменяется не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении, и изобарические поверхности имеют разнообразную форму. В области повышенного давления образуется система криволинейных изобарических поверхностей, обращенных выпуклостью вверх. В области пониженного давления криволинейные изобарические поверхности обращены выпуклостью вниз.
Линии, образующиеся от пересечения изобарических поверхностей с поверхностью Океана (или с любой другой поверхностью), называются изобарами. Изобары соединяют точки с одинаковым давлением. Различным формам изобарических поверхностей соответствуют определенные формы изобар.
Прямолинейные изобары возникают от пересечения поверхности параллельными изобарическими поверхностями под некоторым углом. Замкнутые изобары образуются при пересечении поверхности выпуклыми или вогнутыми чашеобразно изобарическими поверхностями.

Система замкнутых изобар с пониженным давлением в центре — барический минимум. Система замкнутых изобар с повышенным давлением в центре — барический максимум. Незамкнутая система изобар, соответствующая вытянутому языку пониженного давления, — барическая ложбина. Незамкнутая система изобар, соответствующая вытянутому языку повышенного давления, — барический гребень. Между двумя барическими максимумами и двумя минимумами, расположенными крест-накрест, образуется система незамкнутых изобар, называемая седловиной.
Густота расположения изобар зависит от изменения давления на единицу расстояния. Изменение давления в горизонтальном направлении характеризуется барическим градиентом.
Барический градиент — изменение давления на единицу расстояния в сторону убывающего давления, в направлении, перпендикулярном изобаре. За единицу расстояния принимается длина одного градуса меридиана — 111 км. Чем больше барический градиент, тем гуще изобары.
Пользуясь величинами давления, приведенными к одному уровню (обычно к уровню Океана), составляют карты распределения давления на поверхность Земли для определенного момента или для периода времени — карты изобар.

На карте среднего многолетнего распределения давления в январе видна зона пониженного давления на экваторе (экваториальная депрессия), внутри которой над материками (особенно в южном полушарии) выделяются замкнутые области с давлением ниже 1010 мб. К северу и к югу от экваториальной депрессии располагаются зоны высокого давления, распадающиеся на замкнутые области, особенно хорошо выраженные над океанами в южном полушарии (Южно-Индийский, Южно-Тихоокеанский, Южно-Атлантический максимумы). Их разделяют области пониженного давления, возникающие над нагретыми материками. В северном полушарии барические максимумы, формирующиеся над океанами, — Северо-Атлантический (Азорский) и Северо-Тихоокеанский (Гавайский) — объединяются с обширным максимумом над Азией (Азиатский), распространяющимся на тропические, субтропические, умеренные и субполярные широты, и с максимумами над Северной Америкой (Северо-Американским и Канадским) в сплошную зону высокого давления. В умеренных и субполярных широтах северного полушария над океанами располагаются барические минимумы (Исландский и Алеутский), над материками — упомянутые выше области высокого давления (Азиатский и Канадский максимумы). Над Арктикой давление повышенное, но замкнутая область повышенного (1016 мб) давления выделяется только над Гренландией (Гренландский максимум). В умеренных и субполярных широтах южного полушария — сплошная зона низкого давления. Над Антарктидой — устойчивый, барический максимум.
В июле экваториальная зона низкого давления смещается в северное полушарие. Над материками низкое давление распространяется далеко на север, в тропические и умеренные широты северного полушария, образуя обширные летние депрессии с центрами около 30° с. ш. Северо-Атлантический и Северо-Тихоокеанский максимумы также сдвигаются к северу и усиливаются. В умеренных и субполярных широтах северного полушария значительно ослабевающие депрессии над океанами (Исландский и Алеутский минимумы) объединяются с депрессиями над материками в сплошную зону низкого давления, к северу от которой давление очень незначительно повышается.
В южном полушарии в субтропических и тропических широтах высокое давление не ограничивается тремя максимумами над океанами, а распространяется и на охлаждающиеся материки, образуя зону высокого давления. В умеренных и субтропических широтах южного полушария, так же как в январе, располагается зона низкого давления. Над Антарктидой — высокое давление.
Анализ карт изобар января и июля позволяет заметить выраженную весь год зональность в распределении давления, особенно отчетливо проявляющуюся над Океаном. Весь год существует зона пониженного давления над экватором. В субтропических широтах в течение всего года сохраняется зона высокого давления, распадающаяся на отдельные максимумы над океанами. Отчетливо видны зона пониженного давления в умеренных широтах (сплошная в южном полушарии и разделяющаяся на минимумы в северном) и зона высокого давлений над полюсами. В зависимости от сезона зоны высокого и низкого давления над Океаном смещаются к северу и к югу.

Над материками области высокого и низкого давления не только смещаются, но и изменяют по сезонам знак на обратный: на месте барического максимума возникают барические минимумы, и наоборот. Например, зимний максимум над Азией сменяется летним минимумом давления. Барические максимумы и минимумы оказывают очень большое влияние на воздушные течения, на погоду и климат, поэтому их называют центрами действия атмосферы.
Развитие атмосферных процессов над Европой, например, в огромной степени определяется влиянием таких центров атмосферного действия, как постоянные Азорский и Арктический максимумы, сезонный максимум над Азией, постоянный Исландский минимум и сезонный минимум над Азией.
Барические максимумы и минимумы нигде не сохраняются постоянно, давление непрерывно изменяется, и карты среднего многолетнего распространения его свидетельствуют только о решительном преобладании высокого или низкого давления в том или ином месте.
С помощью карт изобар можно показать распределение давления не только у поверхности Земли, но и на любой высоте над уровнем Океана, например на высоте 1,3 и 5 км. Такая карта получится при пересечении изобарических поверхностей с поверхностью соответствующего уровня.
На практике для изображения давления на высоте чаще пользуются не картами изобар, а картами барической топографии (барического рельефа), показывающими положение в пространстве той или иной изобарической поверхности, например поверхность 300, 500, 700 мб. Каждая точка изобарической поверхности находится на определенной высоте над уровнем океана, и рельеф этой поверхности, подобно рельефу поверхности Земли, можно изобразить с помощью изогипс. Высота изогипс на картах барической топографии выражается в геопотенциальных метрах (гп. м).
Карта барической топографии, на которой показано положение той или иной изобарической поверхности над уровнем Океана, называется картой абсолютной топографии и обозначается индексом AT, например АТ300 — обозначение карты абсолютной топографии поверхности 300 мб.

Составляют также карты относительной топографии — ОТ. На них наносят высоту изобарической поверхности, отсчитанную не от уровня Океана (как на картах AT), а от другой, лежащей ниже, изобарической поверхности, т. е. относительную высоту одной изобарической поверхности над другой. Например, часто составляют карты относительной высоты поверхности 500 мб над поверхностью 1000 мб (ОТ 500*1000). Относительная высота одной изобарической поверхности над другой зависит от температуры воздуха между этими поверхностями. Поэтому по карте ОТ можно судить о распределении температуры в слое воздуха между изобарическими поверхностями. Чем выше относительная высота, тем выше температура слоя атмосферы.
Карты абсолютной и относительной топографии имеют очень большое значение при изучении развития различных атмосферных процессов и широко применяются при составлении прогнозов погоды.
Сравнение карт распределения давления на уровне моря с картами абсолютной топографии показывает, что неравномерности в распределении давления у поверхности Земли с высотой постепенно сглаживаются. Чередование поясов высокого и низкого давлений исчезает. Область высокого давления расположена над экватором, к полюсам давление убывает.