3. Атмосферное давление (В.Н. Сорокина, Г.В. Суркова - Руководство к лабораторным занятиям по климатологии и метеорологии)

1П. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ тмог4еряое давление — вее столба воздуха, приходящийся на единицу плошади (1 и'). Атмосферное давление измеряется на всех метеорологических стапцивх. Его необходимо знать лля сосзивления приземиых си-. ноптических карт, отражающих состояние погоды в определенныи момент времени.

Данные об атмосферном давлении находят широкое применение в различных ж раслях науки, промышленности, сельском хозяйстве н т. д. Единицей лля пзмерения атмосферного давления в соответствии с Международной снстеьюй единиц (система СИ) в настоыпее время служит Паскаль (Па), Один Паскаль — ъто давление силой в один Ньютон «Н), приходящееся на 1 и'" (1 Па = 11Ум"). В метеорологии чаще ис1юльзуется гектопаскаль (г11а), 1 гПа = 100 Па. Единицами измерения кгмосфеппого давления служат также миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.) и миллибар (мб). Миллиметр рт. ст.

— это изменение атмосферного давления, соответствующсс поднятию или опускыию ртутного столба в барометре на 1 им. Миллибар — единица системы СГС (сантиметр-грамм-секунда), 1 мб — это давление, равное силе в 1000 дии, действующей на 1 см' (табл. 3.1). 'Габлипа 3,1 Соотношение между единицами давчения Срсднее давление на уровне моря составляет 1013,3 гПа (760 мм рт. сг.). Эта величина соответствует понятию кнормальныев физические условия, с которыми соотносят состояние веш ства по определеншо Междунаролного союза практической и при- кладкой химин(р 1013,25 гПа или 760 ым рт.

Ст., г = Оьс). Кстапдартнымив называются условия при р = 1000 г1 «а и г = 25ОС.' В зависимости от назначения модспиприборовдланзмеренняпмосферногодакления различны но все они делятся на три типа (рис. 3.1): ртутные барометры (или ма1юметры) анероиды н -Гнпсотермометры. Ртутные Рис. Зд. Виды ротных баробаромстры мнущие а чаиючьым б си фенньй; в - софенно-чашеч- 4 3'пп вил приборов отличается наибольшей точностью и используется в основном для измерения атмосферного давления на метеорологических станциях. В зависимости от усз ройстаа сосудов, наполняемь1х ртутъюя ртутные барометры деля вся на три вида: чжпечные, сифонно-чашечиыс и снфонные.

Чаще всего используется первый енл. Чйчиечпмй дпраиещу имеет следутошее устройство (рис. 3.2). 'Стекляшия трубка 1, запаянная сверху и наполненная дистиллированной ртутью, пгл ружена нижним открытым концом в пластмссоаую или металлнчсскуто чашку 2 с ртуп ю. Чашка сообщается с наружным воздухом чсрсз отверь-гие, закрываемое винтом 3, Воздух в верхней части стеклянной трубки отсутствует, поэтому под действием внешнего давления воздуха па поверхность ртути в чашке столбик ртути в трубке поднимается до определенной высотьь Вес столба ртути равен атмосферному давлению.

Рве. 3.2. Чашечный барометр 13 Стеклянная трубка с.ртугью помешай гся в металлическую оправу„привинченную к чашке. Ц верхней части этой оправы сделан продольный сквозной прорез для наблюдения за положением стотбика ртути а трубке, 1!а Одной стороне прореза нанесена шкала в гП» нли мм рг. ст. Для отсчет» десятых долей внутри оправы па; ходится кольцо с ион иусом, перемещаемым вдоль шкалы винтом 4. В средней части оправы вмонтирован термометр, по юторому измеряют температуру прибор» перед отсчетом высоты ртутного столба.

Б здании метеорологической станции ртугный барометр помещается я специальном шкафчике, укрешгясмом на стене. Уровень ртути в чашке встсдстяяе колебаний атмосферного давйсйия может Оказаться выше или ниже нуля шкалы. Для исключения ошибок в определении высоты ртутного столба нз-за несовпадения применяется особая, так называемая компенсированная шкала с делениями меньше ! Мм. При повышении давления на единицу(например, 1 мм рт. ст.) и ртуть в трубке должна подняться нв одно дечение шкалы, далее ОбсшичяниОС через х. При игом еотествеино, урояепь ртуги в чашке должен понизиться па величину у (рис.

3,3). Очевидно„что (3.!) з?ггде г- радиус трубки, 3? — радиус чашки. В станционных чашечныхба!Хзмстрах отношение сечепия грубкн к сечению чашки составляизт 0,02, т. е. Рис.З.5. К расчел,у компенсированной вкеаы Очевидно также, что при изменении давления воздух» иа единицу (! мирт.

Ст.) общее изменение уровней в трубке'и чазвке должно бьггь 1 мм, Следовательно, х+у=.1 илн у =1 — х. (33) Из отношений (3.2) и (3.3) находим, что = 0,02, Х откуда х —" 0,93 мм. Таким образом, одно деление шкалы чаше ь ного барометра равно 0,98 мм. Для шкалы, градуированной в гП», х = 0.735 мм. ДОИРааии Чюиигвиаге 6аУЮМЕЛГРи. ДЛЯ НаХОжДЕНИЯ ВЫСОтм ртутного столба, соотвстствукицей величине»тмосферного дав- ления в том или ином пункте, к отсчету по ртутному барометру вводятся поправки: е.инструментальная; я температурная; ° на ускорение силы тяжести в зависимости От широты места и ст Высоты места нал уровнсм моря. Атмосферное давление р раш10 весу ргутного столба в баро метрической трубка.

Но для простоты и удобсгва азтеосферпос давление характеризуют Обычно ыс весом, я высотой ртутного столба Р Вес этого столба ртуги можно представить как произ- ведение: р=Вф, (3.4) где,1- плон?ость р!ути, я.- ускорение силы тяжести. Величины с/ и я пе о(»падают полным постоянством. 'непосредствсииые и?счеты высоты ртупсого столба Н по барометрь;. сделанные прн разных знач~ниях темпсрй) уры и ускорения силы тяжести, неСр»анимы между собой, Их нужно приводить к одиным (стандартньгм, нормап ным) условиям пугем введения соотвсгству1оших поправок. Иисл!румеюпальная лолрааки. Поправка вводится для коррекции н~~чностей в показаниях баролгетра, связанных с иесовсршен- сгвОМ в его изготовлении, например негочнОЙ пригонкой шкальк из мепеяием радиуса трубки в разных ее частях и т, д.

Инструментальоуго пснр»!шу паходяг путем сравнения показаний данного прибор»с тг»лоном и помес»вот в паспорте, прилагаемом к прибору. Темлераятурная лолраако. При повышении температуры ртугь расширястся, плотность ее уменьшается, и высота ртугного столба оказывается за»Мякинной по сравнению с наблюдениями при температуре 0'С, которая и принимается за кнормальнузо». Таким образом„температурная попр»яка при температуре выше 0 С будет иметь знак минус, а при отрицательнок температуре знак плюс. Поправки на ускорение стим шяся есво.

Ускорение силы тяхгесзи, определяемое расстоянием от центра Земли, имеет наибольшее значение на полюсах, наименьшее - .у зквигора. Крома .того„оно уменьшается по мера подъема вверх от уровня моря. Для срашмния всех наблтодений над давлением, проведенных на различных гоиротах и высотах над уровнем моря, их приводят к единой (стандартной) силе тяжести. За стандартное прнняго ускоренна силъггяжести на широт»45" и на уровне моря. В низких широтах (от О да 45 ) показания ртутного барометра оказываются завышенными, а а высцкнх (от 45' до 90') — заниженными по сравнению с широтой 45'.

С поднятием вверх от уровня моря показания тагоке бузОгг завьнпаться, Приведепи» давления к уровнго мори Исправленная величина давления (отсчет ао прибору + поправки) выражает собой вес агмосферного столба на уровне ствгшии. Для сопоставления данньш по атмосферному давлению мегеороло- ГИЧЕСКИХ СГапцнй, НаксдяШИХСя Па раЗГГОй абСОЛЮтипй ВЬКХП Е, Лаа- ление обычно епршзодятъ куровио моря (рис. 3,4).

Привести к уров- шо моря - это значи з к исправленной величине атмосферного давления на урбане сжщни прибашпь вас воздушного столба Лр от уровня станции до уровня моря, вмражепный в единицах давления: . р. „= Р,.,„+Ар. (35) Величину Ар для разных велнчнидавлепия и т»мперату- ры находят по специальным таблицам (Приложение 3), В качестве приемника употребляется металлическая 'ансроидная коробка А (рис.

3.5) с гофрироаанньоин дном н крышкой. Воздух из коробки выкачнваагся почти полностью,Чтобы коробка не сплющиваяааь давлением окружающего воздуха, сильная пружина Б оттягиваетт ярмонку коробки, приводя ее в равноваси». При увеличении внешнего давления крышка будст намного вдавливаться внутрь коробки, при ум»ныл»~ии-поддейсвнам пружины подниматься вверх. Величина деформации коробки при изменении давления очень мала (0,3 мм прн изменении давления па 80 мм рк сг,, или 106,4 гПя). Но под дейстаи»м системы рычагов зтн незначительные колебания крышки коробкиувсличиваются в 200-800 раз и переданная на стрелку В, перемешйюшуюся вдоль шкал»я с делениями. В анероид вмонтирован дутообразный термометр длн измерения температуры прибора.

Весь механим анероида помещается в металлический илн пластмассовым ~фп3с со стеклянной крьно кпа. В настоящее время выпускаются также беспружинные анероиды. Роль пружины в них выполняютупругие крьппки я~робки. Приемник давя»~ив в этих анероидах сосгонт из 5-6 коробок. Поправки к инердпду.