cisnienie atmosferyczne

Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie - Katedra Agromctcorologii

Temat: Ciśnienie atmosferyczne

Ciśnienie atmosferyczne - wywiera je powietrze na powierzchnię Ziemi i wszystkie znajdujące się w nim ciała. Jest to ciężar słupa powietrza o jednostkowej podstawie i wysokości równej wysokości atmosfery od danego poziomu do jej górnej granicy. Tak więc ciśnienie atmosferyczne zawsze maicie wraz z wysokością. Na poziomic morza średnia wartość, tzw. ciśnienie normalne, wynosi 1013,25 hPa (1 atm). Największą wartość - 1084 hPa, zanotowano w 1968 r. w wyżu syberyjskim, najmniejszą - 870 hPa - w 1979 r. w oku tajfunu Tip na Pacyfiku. Od rozkładu ciśnienia zależy poziomy ruch powietrza (wiatr).

Ciśnienie atmosferyczne mierzy się w mm Hg lub w hPa. Określanie ciśnienia w jednostkach długości (mm), wynika z pomiaru wysokości słupa rtęci w barometrze rtęciowym. Jest to jednostka tradycyjna. Obecnie używa się jednostek układu SI, czyli hPa.

760 mm Hg = 1013,25 hPa, stąd: 1 mm Hg = 4/3 hPa 1 hPa = 3/4 mm Hg.

Stopień baryczny informuje, o ile metrów należy przemieścić się w pionie, aby ciśnienie zmieniło się o 1 hPa. Na wysokości do 500 m n.p.m., przy temperaturze 0°C, wynosi on około 7,9 m. Stosuje się go w celu redukcji ciśnienia do poziomu morza, aby móc kreślić na mapach pogody izobary i wyodrębnić obszary niskiego oraz wysokiego ciśnienia (niże i wyże - rys. 1 i 3).

Poziomy gradient ciśnienia - to wektor charakteryzujący zmiany ciśnienia atmosferycznego w przestrzeni (w płaszczyźnie poziomej). Ściślej to różnica ciśnienia odniesiona do jednostki odległości, w kierunku prostopadłym do izobar, od ciśnienia wyższego do niższego. Jednostką odległości jest jeden stopień długości geograficznej na równiku, czyli około 111 km, lub dla ułatwienia - 100 km. Im większy poziomy gradient ciśnienia tym większa prędkość wiatru. Na mapach synoptycznych obszary ze znacznymi prędkościami wiatru można wskazać tam gdzie jest duże zagęszczenie izobar.

Tendencja baryczna to zmiana ciśnienia w czasie 3 godzin. Dodatnia tendencja barycz-na oznacza wzrost ciśnienia w ciągu 3 godzin, ujemna - spadek ciśnienia.

Przyrządy do pomiaru ciśnienia atmosferycznego:

Barometr rtęciowy naczyniowy. Rurka szklana o długości 1 m, wypełniona rtęcią, wstawiona jest otwartym końcem do naczynia z rtęcią (rys. 4). Ciężar słupa powietrza o przekroju równym przekrojowi rurki utrzymuje poziom rtęci na wysokości około 760 mm. Pod wpływem wzrastającego ciśnienia atmosferycznego rtęć z naczynia wtłaczana jest do rurki baromctrycznej dzięki próżni nad meniskiem. Ciśnienie mierzymy wysokością słupa rtęci w barometrze. Skala i noniusz pozwalają ona odczyt z dokładnością 0,1 mm.

Barometr przeważnie znajduje się w budynku, gdyż ciśnienie jest tam takie samo jak na zewnątrz, a barometr jest osłonięty. Najpierw odczytujemy wskazania termometru na barometrze. Następnie stajemy przed barometrem tak, aby oczy znalazły się na wysokości meni-

sku rtęci. Obracając gałkę, podnosimy noniusz nieco ponad menisk rtęci, po czym powoli opuszczamy tak, aby pozornie dotykał menisku rtęci. Całkowitą ilość hPa (albo mm Hg) wskazuje pierwsza kreska skali pod dolnym brzegiem noniusza. Części dziesiętne daje oznaczenie kreski noniusza, która znajduje się na przedłużeniu jednej z kresek na skali.

Ponieważ ciężar właściwy rtęci zależy od temperatury, szerokości geograficznej i wysokości n.p.m., to dla porównywalności wyników sprowadza się wskazania barometrów do temperatury 0°C, 45° szerokości geograficznej i poziomu morza (poprawki):

• Poprawka na temperaturę. Wysokość słupa rtęci przy tym samym ciśnieniu, ale w różnych temperaturach, będzie różna, ze względu na rozszerzalność cieplną rtęci, rury baro-mctryczncj, naczynia i skali - stąd poprawka na temperaturę. Powyżej 0°C barometr wskazuje ciśnienie zbyt duże - trzeba odjąć od odczytu surowego wartość poprawki.

• Poprawka na szerokość geograficzną. Z szerokością zmienia się przyspieszenie ziemskie. Polska leży powyżej 45°, jest tu większe przyspieszenie - słupek rtęci bardziej się kurczy i barometr wskazuje ciśnienie zbyt małe. Poprawkę trzeba dodać.

• Poprawka na wysokość n.p.m. - redukcja ciśnienia do poziomu morza. W praktyce wystarcza do tego znajomość stopnia barycznego (7,9 m/hPa) oraz wysokości barometru n.p.m. Poprawkę tę należy dodać do odczytu surowego.

• Poprawka instrumentalna wiąże się z niedokładnością wykonania przyrządu. Wskazania barometru porównuje się z barometrem wzorcowym. Różnice zapisuje się w tabeli poprawek w metryce przyrządu.

Barograf zapisuje przebieg ciśnienia w ciągu doby albo tygodnia. Czujnik stanowi kilka puszek Vidicgo połączonych ze sobą (rys. 2). Górna puszka łączy się z dźwignią, której drugie ramię ma odpowiednio dobrany ciężarek. Dźwignia łączy się z piórkiem dotykającym walca obracanego mechanizmem zegarowym. Na walec nałożony jest pasek papieru (barogram). na którym piórko kreśli przebieg ciśnienia w funkcji czasu. Czujnik w postaci puszki Vidicgo posiada również przenośny przyrząd do pomiaru ciśnienia atmosferycznego, tzw. aneroid.

Barometr cyfrowy (tu PTB-220 firmy Vaisala). Wykorzystuje czujnik ciśnienia zawierający dwie warstwy silikonu, między którymi znajduje się warstwa szkła (rys. 5), a więc jest to barometr dcfomiacyjny. Wytrawiona od strony wewnętrznej cieńsza (górna) warstwa (wrażliwa na ciśnienie membrana) zamyka komorę próżniową czujnika. Grubsza warstwa jest sztywną płytą podstawy czujnika i jest pokryta szklanym izolatorem. Cieńsza część jest elektrostatycznie spojona z powierzchnią szkła tworząc mocne i szczelne połączenie. Cienka metalizacja błony została nałożona w celu wytworzenia elektrody kondensatora wewnątrz komory próżniowej, drugą elektrodą jest wrażliwa na ciśnienie błona silikonowa. Dane o deformacji membrany (prąd o proporcjonalnym napięciu) trafiają do procesora, który przelicza je na jednostki ciśnienia (hPa) z uwzględnieniem temperatury otoczenia. Zakres pomiaru: 500-1100 hPa, dokładność: 0,2 hPa, w temperaturach -40-60°C.