Атмосферное давление — давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и Земную поверхность. Атмосферное давление создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле.
В 1643 Эванджелиста Торричелли показал, что воздух имеет вес. Совместно с В. Вивиани, Торричелли провёл первый опыт по измерению атмосферного давления, изобретя трубку Торричелли (первый ртутный барометр), — стеклянную трубку, в которой нет воздуха. В такой трубке ртуть поднимается на высоту около 760 мм.[1]
На земной поверхности атмосферное давление изменяется от места к месту и во времени. Особенно важны определяющие погоду непериодические изменения атмосферного давления, связанные с возникновением, развитием и разрушением медленно движущихся областей высокого давления (антициклонов) и относительно быстро перемещающихся огромных вихрей (циклонов), в которых господствует пониженное давление. Отмечены колебания атмосферного давления на уровне моря в пределах 641 — 816 мм рт. ст.[2] (внутри смерча давление падает и может достигать значения 560 мм ртутного столба).[3]
Нормальным атмосферным давлением называют давление в 760 мм рт.ст. на уровне моря при температуре 15 °C. (Международная стандартная атмосфера - МСА)(101 325 Па).
Атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты, поскольку оно создаётся лишь вышележащим слоем атмосферы. Зависимость давления от высоты описывается т. н. барометрической формулой. Высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гПа (гектопаскаль), называется барической (барометрической) ступенью. У земной поверхности при давлении 1000 гПа и температуре 0 °С она равна 8 м/гПа. С ростом температуры и увеличением высоты над уровнем моря она возрастает, т. е. она прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна давлению. Величина, обратная барической ступени, — вертикальный барический градиент, т. е. изменение давления при поднятии или опускании на 100 метров. При температуре 0 °C и давлении 1000 гПа он равен 12,5 гПа.
На картах давление показывается с помощью изобар — линий, соединяющих точки с одинаковым приземным атмосферным давлением, обязательно приведенным к уровню моря. Атмосферное давление измеряется барометром.
В химии стандартным атмосферным давлением с 1982 года по рекомендации IUPAC считается давление ровно 100 кПа[4]. атмосферное давление является одной из наиболее существенных характеристик состояния атмосферы. В покоящейся атмосфере давление в любой точке равно весу вышележащего столба воздуха с единичным сечением.
«Нормальным» атмосферным давлением называется давление, равное весу ртутного столба высотой 760 мм, находящегося при температуре 0.0°C, на широте 45° и на уровне моря. В системе СГС 760 мм рт. ст. эквивалентно 1013.25 мб. Основной единицей давления в системе СИ, служит паскаль [Па]; 1 Па= 1 Н/м2. В системе СИ давление 1013.25 мб эквивалентно 101325 Па или 1013.25 гПа.
Атмосферное давление – очень изменчивый метеоэлемент. Из его определения следует, что оно зависит от высоты соответствующего столба воздуха, его плотности, от ускорения силы тяжести, которая меняется от широты места и высоты над уровнем моря.
1 гПа = 0.75 мм рт. ст. Или 1 мм рт. ст. = 1.333 гПа.
Уравнение статики выражает закон изменения давления с высотой: –?p=g??z, где: p – давление, g – ускорение свободного падения, ? – плотность воздуха, ?z – толщина слоя. Из основного уравнения статики следует, что при увеличении высоты (?z>0) изменение давления отрицательное, то есть давление уменьшается. Основное уравнение статики применимо только для очень тонкого (бесконечно тонкого) слоя воздуха ?z.
Барическая ступенью называется та высота, на которую нужно подняться с исходного уровня, чтобы давление понизилось на 1 гПа. Барической ступенью удобно пользоваться при решении задач, не требующих высокой точности, например для оценки давления по известной разности высот.
Из основного закона статики барическая ступень (h) равна: h=-?z/?p=1/g? [м/гПа]. При температуре воздуха 0?C и давлении 1000 гПа, барическая ступень равна 8 м/гПа. Следовательно, чтобы даление уменьшилось на 1 гПа нужно подняться на 8 метров. При повышении температуры воздуха барическая ступень увеличивается на 0.4% на каждый градус нагревания.
Приведение давления к уровню моря производится на всех метеостанциях, посылающих синоптические телеграммы. Чтобы давление было сравнимо на станциях, расположенных на разных высотах, на синоптические карты наносится давление, приведённое к единой эталонной отметке – уровню моря. При приведении давления к уровню моря используют сокращенную формулу Лапласа: z2–z1=18400(1+?t)lg(p1/p2). То есть, зная давление и температуру на уровне z2 можно найти давление (p1) на уровне моря (z1=0).
Вычисление давления на высоте h по давлению на уровне моря Po и температуре воздуха T:
P = Poe-Mgh/RT