Учебно-методический комплекс дисциплины «Климатология и метрология» для специальности 5М060800 «Экология» учебно-методические материалы

3. Изобары. Барические системы

При этом на карту наносят значения атмосферного давления либо измеренные на уровне моря, либо приведенные к этому уровню. Изобары можно проводить через 2, 5, 10 гПа. Для оценки изменения АД по горизонтали используют горизонтальный барический градиент.

В разных точках барического поля направление и величина горизонтального барического градиента различны. Изобарические поверхности наклонены в сторону уменьшения давления, т.е. в направлении градиента.

Горизонтальный градиент давления измеряют по синоптическим картам. Вектор горизонтального барического градиента обычно обозначают – р. Он равен – (Δр/Δn), где Δр – разность давления между двумя изобарами, Δn – расстояние между ними. Единицы измерения гПа/100км или гПа/111 км (1º долготы). В свободной атмосфере измеряют по картам абсолютной барической топографии.

Горизонтальный барический градиент изменяется с высотой: каков бы ни был градиент давления у земли, на уровне моря, с высотой он будет приближаться к горизонтальному температурному градиенту. Связано это с тем, что барическая ступень зависит от температуры воздуха

Структура поля давления, или барического поля атмосферы, разнообразна. Во внетропических широтах у поверхности земли и на высотах всегда можно обнаружить области повышенного или пониженного давления как большие, так и относительно малые.

Области повышенного или пониженного давления, на которые расчленяется барическое поле атмосферы называются барическими системами.

Основные типы барических систем (рисунок 50):

А) с замкнутыми изобарами:

1) циклон,

2) антициклон;

Б) с незамкнутыми изобарами:

1) ложбина,

2) гребень,

3) седловина.

Р
исунок 50 – Изобары на уровне моря в различных типах барических систем:

I – циклон, II – антициклон, III – ложбина, IV – гребень, V – седловина.
Антициклон – область повышенного атмосферного давления с замкнутыми концентрическими изобарами на уровне моря и соответствующим распределением ветров (в Северном полушарии – по часовой стрелке). Горизонтальный барический градиент направлен от центра к периферии.

Ложбина – полоса пониженного давления между двумя областями повышенного давления. Изобары либо почти параллельные, либо имеют вид латинской буквы V. Центра в ложбине нет, есть ось (линия на которой атмосферное давление имеет минимальное значение, или на которой изобары резко меняют направление простирания). Отрог циклона.

Гребень – полоса повышенного давления между двумя областями пониженного давления. Изобары в гребне либо параллельны, либо имеют вид буквы U (отрог антициклона). У гребня есть ось, на которой атмосферное давление максимально.

Седловина – участок барического поля между двумя циклонами и двумя антициклонами (ложбинами и гребнями), расположенными крест-накрест. В этом случае изобарические поверхности имеют характерную форму седла: они поднимаются по направлению к антициклонам и опускаются – к циклонам. Точка в центре седловины называется точка седловины.

Циклон и антициклон – барические системы, которые в приземной части очерчиваются замкнутыми изобарами. Но так как изобары на высоте приближаются к изотермам, то на некоторой высоте они (изобары) размыкаются и становятся волнообразными

В некоторых случаях изобары остаются замкнутыми до больших высот. Но характер изменения барического поля с высотой при этом зависит от того, какая температура наблюдается в области данной барической системы: более высокая или более низкая, чем за ее пределами.

Если циклон существует в холодном воздухе и самая низкая температура в его центральной части, то с высотой барические градиенты мало меняют направление и замкнутые изобары с низким давлением в центре обнаруживаются до больших высот тропосферы. Следовательно, холодный циклон является высоким (рисунок 51).

Рисунок 51 – Высокий (холодный) (а) и низкий (теплый) (б) циклоны.

Изобарические поверхности в вертикальном разрезе
Напротив, если циклон совпадает с теплой воздушной массой и температура в центре циклона наивысшая, такой циклон быстро исчезает с высотой. Это связано с тем, что в нем дополнительный барический градиент, связанный с градиентом температуры, противоположен нижнему градиенту. Теплый циклон является низким. В вышележащих слоях над таким циклоном будет располагаться антициклон. Наоборот, холодные антициклоны являются низкими, а теплые – высокими (рисунок 53).

Рисунок 53 – Низкий (холодный) (а) и высокий (теплый) (б) антициклоны.

Изобарические поверхности в вертикальном разрезе.

4. Изменение давления во времени

Изменение давления в течение суток могут носить закономерный суточный характер, либо быть непериодическими.

Суточный ход давления лучше выражен в тропиках. Его амплитуда может достигать 3–4 гПа. При этом наблюдается 2 максимума (9–10 ч, 21–22 ч) и 2 минимума (15–16 ч, 3–4 ч) течение суток. Факторы, которые обусловили суточный ход давления: суточный ход температуры, собственные упругие колебания атмосферы, приливные волны в атмосфере.

По мере движения от тропиков к экватору амплитуда суточных колебаний давления убывает. В умеренных и полярных широтах на первый план выходят непериодические изменения давления.

Непериодические изменения давления – следствие циклонической деятельности. Характеризуются они величиной междусуточной изменчивости давления.

Междусуточная изменчивость давления – среднее многолетнее изменение давления за сутки независимо от знака изменения (наблюдается за 1 срок). У земной поверхности она наибольшая над океанами зимой и над материками летом. Максимум наблюдается на Фарерских островах, в Исландии – 8,5–10 гПа, по мере приближения к тропикам уменьшается до 0,5–1 гПа.

Изменения давления наблюдаются во всей толщине тропосферы, поэтому величина междусуточной изменчивости давления остается значительной и на высоте 10–15 км.

Для того, чтобы выявить области с одинаковыми тенденциями изменения давления строят карты изоаллобар, т.е. линий равного изменения давления во времени. Для этого на карту наносят величины изменения давления за какой-либо промежуток времени (3 ч, 12 ч, сутки). Точки с одинаковыми значениями соединяют линиями. На такой карте очерчиваются области с одинаковым знаком изменения давления. Изаллобары имеют форму неправильных замкнутых кривых. В области падения давления в центре будет наблюдаться максимум падения, а в области роста – максимум роста.

Область роста давления называется аналлобарическая область, падения давления – каталлобарическая область. Две изаллобар области (роста давления и падения давления), органически связанные между собой называются изаллобарической парой.

Для характеристики изменения давления также служит барическая тенденция – изменение давления за последние три часа.

Годовой ход давления различен в разных областях планеты. Зависит он от интенсивности циклонической деятельности в разные сезоны года. Лучше всего он выражен в умеренных широтах, муссонных областях. Над материками умеренных широт наблюдается простой годовой ход: максимум – зимой, минимум – летом. Амплитуда зависит от удаленности места от побережья: чем ближе к центру материка, тем больше. Над океанами в высоких широтах макс. Наблюдается ранним летом, а минимум – зимой. В тропических широтах над океанами годовой ход практически не выражен. Для характеристики изменения величины давления в многолетнем режиме используют величины:

• 
  Месячная аномалия давления – отклонение среднего давления в отдельный месяц года от многолетнего среднего давления того же месяца,
  
• 
  Годовая аномалия давления – отклонения среднего давления в отдельный год от многолетнего среднего давления.
  

Основные особенности годового хода атмосферного давления в Республике Беларусь такие же, как и в других континентальных районах умеренных широт Евразии: максимум в январе, минимум – в июле. Это связано с наибольшим развитием (в многолетнем плане) Азиатского антициклона и Азиатской депрессии. Кроме этих двух пиков, наблюдается еще несколько промежуточных максимума (май и октябрь, ноябрь).

В холодный период года изобары располагаются в направлении, близком к широтному, максимум на юго-востоке 1022 гПа, минимум на северо-западе 1017 гПа. (Понижение с юго-востока на северо-запад объясняется расположением к югу Беларуси оси высокого атмосферного давления, связанной с отрогом азиатского антициклона). В марте и апреле атмосферное давление постепенно уменьшается, в расположении изобар появляется меридиональная составляющая. Для летнего сезона (май–сентябрь) характерно следующее: область высокого атмосферного давления сдвигается к северу (Азорский максимум) и располагается юго-западнее РБ; в центре Евразии формируется область пониженного давления; изобары проходят в меридиональном направлении; атмосферное давление уменьшается с юго-запада на северо-восток с 1015 до 1012 гПа.

Амплитуда межгодовых значений атмосферного давления возрастает с запада на восток (с ростом континентальности климата): с 5 до 8 гПа. Средние месячные величины атмосферного давления изменяются в более широких пределах (в зимние месяцы амплитуда равна 23–26 гПа, в летние 7–10 гПа).

Амплитуда срочных колебаний атмосферного давления еще более высока. Максимум – 1041,1 гПа (ст. Василевичи, январь 1907 г), минимум – 942,9 гПа (ст. Минск, декабрь 1957 г.). При прохождении циклонов давление испытывает особенно резкие колебания во времени. Суточный ход давления характеризуется очень малыми амплитудами (1 гПа). Междусуточная изменчивость – около 2 гПа/сут. Изменение атмосферного давления на величину более 10 гПа за 1 сутки – неблагоприятное явление (повторяемость составляет 10–30%).