Как градиентът на налягането влияе върху атмосферното налягане
На Земята постоянно се случват различни природни явления. Могъщи природни сили влияят или върху земната кора, или върху водите на океаните, или върху атмосферата.
Животът на хората протича на дъното на безбрежния въздушен океан. Често наблюдаваме образуване на облаци, бури, ураганни ветрове. Всичко това се случва, защото въздухът около нас е в постоянно движение.
Основните фактори, определящи движението на въздуха, са: притокът на слънчева енергия, разнородността на земната повърхност, триенето на въздуха върху земната повърхност и въртенето му около оста си.
Лъчистата енергия на Слънцето е основният източник на движение на въздуха, който се разпределя неравномерно по земното кълбо, което е причината за вятъра. На екватора и в тропиците, както и във високите географски ширини слънчевата радиация е много по-голяма, отколкото в умерените зони. Следователно загряването на въздуха в ниските ширини е по-голямо от средните и високите ширини. Температурните разлики възникват между топли и относително студени въздушни маси.
Поради това на Земята възниква неравномерно разпределение на атмосферното налягане. Въздухът има тенденция да се движи от области с високо налягане към области с по-ниско налягане. Изтичането на въздух съществува, докато има разлика в атмосферното налягане в хоризонтална посока. Въздушното налягане се измерва в милиметри живачен стълб.
Разликата в налягането за единица разстояние - 100 km, се нарича хоризонтален градиент на налягането, или баричен градиент. Градиентът на налягането на земната повърхност е насочен по нормалата от високо налягане към ниско налягане. Колкото по-голям е градиентът на налягането, толкова по-голяма е скоростта на вятъра. В умерените географски ширини на Земята най-често се наблюдават градиенти на налягането от 1-3 милиметра живачен стълб на 100 км.
При градиент на налягането от 10-15 милиметра живачен стълб на 100 километра скоростта на вятъра достига ураганна сила, около 30 метра в секунда. В тропическата зона възникват вихри, в чиято система понякога се наблюдават разлики в налягането на разстояние от 100 километра, равни на 30-60 милиметра живачен стълб или повече. Скоростта на вятъра в тези случаи надхвърля 50-60 метра в секунда.
С изключение на тясна екваториална зона, вятърът е насочен не по градиента на налягането, а под някакъв ъгъл към него. Една от силите, които предизвикват промяна в посоката на движение и скоростта на въздушните течения, е отклоняващата сила на въртенето на Земята или, както обикновено се нарича, силата на Кориолис. Под действието на тази сила вятърът не духа по градиента на налягането, а се отклонява от него с 90 0 надясно в северното полукълбо и наляво в южното полукълбо. Силата на Кориолис има ефект върху всички движещи се тела на Земята: течението на реки, морски течения и др.
В повърхностния слой на въздуха също има сила на триене, винаги насочена в посока, обратна на движението, и пропорционална на неговата скорост. Силата на триене намалява скоростта на въздушните течения и ги отклонява вдясно от градиента на налягането и вляво от посоката на теченията извън фрикционния слой. Влиянието на триенето се предава на горните слоеве чрез турбулентно смесване на въздуха до височина около 1 km. над земната повърхност. Ефектът от триенето е най-голям близо до повърхността на Земята. С височина тя намалява и на ниво около 1 км. почти спира.
Ако въздушните течения са криволинейни, както се случва в системата от атмосферни вихри, тогава центробежната сила също влияе върху движението на въздуха.
Скоростта на вятъра се измерва в метри в секунда.
Близо до земната повърхност и на височини скоростта и посоката на вятъра са добре свързани с полетоналягане. Но тук, при трудни теренни условия, неговата скорост и посока може да не съответстват на полето на налягане. В райони с пресечен релеф температурата на въздуха в близост до земната повърхност е неравномерна.
В близост до повърхността на Земята структурата на полетата на температурата и налягането може да бъде във всякаква комбинация. Ниско или високо налягане може да се комбинира с ниски или високи температури. Вече на височини 2-4 км. полето на налягането по своя характер се доближава до изотерми - линии на еднаква температура.
Това се обяснява с факта, че промяната на налягането с височина на единица разстояние (вертикално) зависи от средната температура на въздуха, затворен между долната и горната граница на разглеждания слой. В топъл въздух на височина налягането е относително по-високо, отколкото в студен въздух.
Следователно, ако налягането върху земната повърхност между две точки е еднакво, но температурата е различна, тогава на определена височина възниква хоризонтален градиент на налягане, насочен от зоната, заета от топъл въздух, към зоната на студен въздух. Колкото по-голяма е температурната разлика между посочените въздушни маси, толкова по-голям е градиентът на налягането, а оттам и скоростта на вятъра.
Тъй като разликата в скоростите на вятъра между две нива зависи от средния хоризонтален температурен градиент в слоя (между тези нива), увеличението на вятъра с височина може да се изчисли от величината на този градиент.
По този начин промяната на вятъра с височина се определя от големината и посоката на хоризонталния градиент на средната температура на въздушния слой между две височини. Следователно градиентът на налягането в близост до земната повърхност се променя с височината и се доближава до градиента на температурата в свободната атмосфера, а изобарите в тяхната конфигурация се доближават до изотерми.