Атмосферное давление, ветры, циклоны и погода

Атмосферное давление

Воздух имеет вес, и он давит на поверхность. Атмосферное давление — сила, с которой воздух давит на единицу площади. Измеряют барометром в мм рт. ст. (высота ртутного столба) или в гектопаскалях (гПа).

Нормальное давление — 760 мм рт. ст. (≈ 1013 гПа) на уровне моря при 0 °C на широте 45°.
С высотой давление уменьшается: примерно на 1 мм рт. ст. на каждые 10–11 м (в задачах ОГЭ чаще берут 10 м). Чем выше подъём, тем воздух разрежённее.

Пример. У подножия горы давление 760 мм. Каково оно на высоте 420 м, если на каждые 10,5 м подъёма давление падает на 1 мм?

420 : 10,5 = 40 мм. 760 − 40 = 720 мм рт. ст..

Обратная задача: у подножия 750 мм, на вершине 690 мм. Разность 60 мм · 10 м = 600 м — высота горы.

760 мм рт. ст. — эталон для уровня моря, а реальное давление у поверхности колеблется вместе с погодой: под циклоном оно ниже нормы, под антициклоном выше. Поэтому в задачах «давление и высота» берут стартовое значение из условия, а не 760 «по умолчанию». И следите за направлением: вверх давление падает, вниз растёт.

Проверь себя. У подножия давление 760 мм рт. ст. Каково давление на высоте 400 м, если оно падает на 1 мм на каждые 10 м?

Ответ: 720

Рис. 1. Давление падает с высотой: примерно на 1 мм рт. ст. на каждые 10,5 м подъёма

Ветер: причины, бризы и муссоны

Ветер — горизонтальное движение воздуха. Причина ветра — разность давления: воздух перетекает из области высокого давления в область низкого, и тем быстрее, чем больше разность на данном расстоянии. Из-за вращения Земли ветры отклоняются: в Северном полушарии вправо, в Южном — влево.

Ветер	Как возникает
Дневной бриз	днём суша нагревается сильнее воды, над сушей воздух поднимается, давление падает — ветер дует с моря на сушу
Ночной бриз	ночью суша остывает быстрее — ветер дует с суши на море
Летний муссон	летом суша нагрета, над ней низкое давление — ветер с океана на сушу, приносит дожди (Дальний Восток, Индия)
Зимний муссон	зимой над охлаждённой сушей высокое давление — ветер с суши на океан, холодный и сухой

Роза ветров — диаграмма повторяемости ветров разных направлений: чем длиннее луч, тем чаще дует ветер с этой стороны. Преобладающий ветер — с самым длинным лучом. Промышленные предприятия размещают с подветренной стороны от жилых кварталов, то есть по ветру от города.

Название ветра — по стороне, откуда он дует. Ветер с юго-запада — юго-западный, он дует на северо-восток. А на розе ветров длина луча — частота ветра с этого направления, а не его скорость.

Проверь себя. Куда дует дневной бриз (откуда и куда)?

Ответ: с моря на сушу

Рис. 2. Днём ветер дует с моря на сушу (так же летом — муссон), ночью — с суши на море (зимой — муссон)

Рис. 3. Роза ветров: длина луча — повторяемость ветра, дующего с этой стороны (преобладает юго-западный)

Пояса давления и общая циркуляция атмосферы

Нагрев Земли неравномерен, поэтому на планете образуются пояса давления: над экватором воздух нагрет и поднимается — давление низкое; в тропиках (около 30°) охлаждённый воздух опускается — давление высокое; в умеренных широтах (около 60°) встречаются тёплый и холодный воздух — давление снова низкое; у полюсов холодный воздух опускается — давление высокое.

Ветер	Между какими поясами	Направление в Северном полушарии
Пассаты	из тропиков (высокое) к экватору (низкое)	северо-восточные
Западные ветры умеренных широт	из тропиков (высокое) к 60° (низкое)	юго-западные
Полярные восточные	от полюса (высокое) к 60° (низкое)	северо-восточные

Пассаты дуют постоянно и почти не меняют направление. Область умеренных широт, где ветры сменяются, — родина циклонов, поэтому погода там неустойчива. В Южном полушарии направления «зеркальны»: пассаты юго-восточные, западные ветры северо-западные.

Не путайте: пассаты постоянны, а муссоны сезонны — летом и зимой они меняют направление на противоположное. И направление отклонения зависит от полушария: в Северном — вправо, в Южном — влево.

Проверь себя. Какое направление имеют пассаты в Северном полушарии?

Ответ: северо-восточные

Рис. 4. Пояса давления и постоянные ветры Северного полушария (от экватора к полюсу)

Циклоны, антициклоны и фронты

Циклон — вихрь с низким давлением в центре. Воздух поднимается, охлаждается, водяной пар конденсируется: облака и осадки. В Северном полушарии воздух закручивается к центру против часовой стрелки.
Антициклон — вихрь с высоким давлением: воздух опускается, нагревается, облака рассеиваются. В Северном полушарии ветры расходятся от центра по часовой стрелке.

	Циклон	Антициклон
Давление в центре	низкое	высокое
Вертикальные потоки	вверх	вниз
Погода летом	прохладно, облачно, дождь	жарко, ясно
Погода зимой	оттепель, снег	мороз, ясно

Фронт — переходная зона между тёплой и холодной воздушными массами. Тёплый фронт: тёплый воздух медленно поднимается по клину холодного — слоистые облака, долгий моросящий дождь, затем потепление. Холодный фронт: холодный воздух подтекает под тёплый и резко поднимает его — кучево-дождевые облака, ливни и грозы, порывистый ветер, затем похолодание.

У холодного фронта осадки ливневые и кратковременные, у тёплого — обложные и долгие. Перед тёплым фронтом давление падает, после холодного — растёт.

Проверь себя. В какой атмосферной области давление высокое, а погода летом жаркая и ясная — циклон или антициклон?

Ответ: антициклон

Рис. 5. Северное полушарие: в циклоне ветры закручиваются к центру против часовой стрелки, в антициклоне — от центра по часовой

Рис. 6. Разрез фронтов: тёплый — пологий подъём воздуха и обложные осадки, холодный — крутой подъём, ливни и грозы

Влажность воздуха, облака и осадки

В воздухе всегда есть водяной пар. Абсолютная влажность — масса пара в 1 м³ воздуха (г/м³). Но воздух может удержать пара лишь до определённого предела, который растёт с температурой. Этот предел — максимально возможное содержание (насыщение).

Температура, °C	−10	0	10	20	30
Максимум пара, г/м³	2,4	4,8	9,4	17,3	30,4

Относительная влажность = (абсолютная влажность : максимально возможная при этой температуре) · 100 %.
Точка росы — температура, при которой воздух достигает насыщения: пар конденсируется в капли (роса, туман, облака).

Пример. При +20 °C в воздухе 8,65 г/м³ пара. Максимум 17,3 г/м³. Относительная влажность: 8,65 : 17,3 · 100 % = 50 %. Если воздух охладить до +10 °C, максимум упадёт до 9,4 г/м³ — влажность вырастет до 92 %; а при чуть более низкой температуре начнётся конденсация.

Тёплый воздух с 50 % влажности может содержать пара больше, чем холодный воздух со 100 %! Не сравнивайте проценты между разными температурами — сравнивайте граммы.

Проверь себя. Абсолютная влажность 15,2 г/м³ при +30 °C (максимум 30,4 г/м³). Чему равна относительная влажность (в %)?

Ответ: 50

Рис. 7. Максимально возможное содержание водяного пара растёт с температурой: воздух с 8,65 г/м³ при +20 °C влажен на 50 %

Коротко