3.4. Змяненне атмасфернага ціску з вышынёю

Як вядома, атмасферны ціск ствараецца вагой вертыкальнага слупа паветра, які прасціраецца праз усю тоўшчу атмасферы. З узняццем уверх вышэй ляжячая маса атмасферы змяншаецца (табл. 3.1).

Табліца 3.1

Змяненне ціску паветра з вышынёю

Вышыня, км	Атмасферны ціск, гПа	Вышыня, км	Атмасферны ціск, гПа
0	1013,25	50	1,33
5	539,95	100	0,306·10^-2
10	223,98	200	0,130·10^-5
20	54,66

Размеркаванне ціску з вышынёю таксама залежыць ад таго, які ён у нізе і як размяркоўваецца тэмпература з вышынёю.

3.5. Асноўнае ўраўненне статыкі атмасферы

Статыка атмасферы – раздзел метэаралогіі, які вывучае заканамернасці размеркавання ў прасторы важнейшых фізічных характарыстык паветра (ціску, шчыльнасці, тэмпературы) ва ўмовах адсутнасці руху атмасферы адносна паверхні Зямлі.

Выведзем, па якому закону змяняецца ціск з вышынёю ў нерухомай спакойнай атмасферы. Выдзелім у атмасферы вертыкальны слупок паветра вышынёю dz з папярочным сячэннем 1 м² (рыс. 3.1). Абмяжуем гэты слупок паветра знізу плоскасцю z, а зверху – плоскасцю z+dz. На ніжняй мяжы дзейнічае сіла ціску р, а на верхняй мяжы р+dр. Розніца ціску паміж гэтымі двумя межамі адпавядае велічыні dр. Сілы ціску ўнутры вылучанага аб’ёму паветра ўраўнаважваюцца сіламі ціску вонкавага паветра. Вылучаны аб’ём паветра валодае масай і адпаведнай ёй вагой, таму на яго дзейнічае сіла цяжару, якая накіравана ўніз і роўная паскарэнню свабоднага падзення g, памножанаму на масу паветра ρdz (плошча сячэння слупка 1 м², dz – аб’ём). Такім чынам, сіла цяжару, якая дзейнічае на вылучаны аб’ём паветра, роўная gρdz. Гэта ёсць вага паветра. Сілы цяжару і сілы ціску ўраўнаважваюцца, гэта значыць раўнадзейная гэтых сіл роўная 0.

Рыс. 3.1. Змяненне ціску (Р) з вышынёй (Z)

Сіла ціску р+dр і сіла цяжару gρdz накіраваны ўніз, гэта значыць супраць накірунку вышыні Z, таму яны бяруцца з дадатным знакам. Усе гэтыя тры сілы ўраўнаважваюцца і іх раўнадзейная роўная 0. У выніку атрымоўваем:

-(р+ dр)+р - g ρdz=0 (3.16 )

ці dp = - g ρdz (3.17)

Адсюль вынікае, што змяненні ціску з вышынёю адпавядаюць змяненням вагі пэўнага аб’ёму паветра, або сіле цяжару, якая дзейнічае на дадзеную масу паветра.

Ураўненне (3.16) носіць назву асноўнага ўраўнення статыкі атмасферы. Яно звязвае ціск паветра р, шчыльнасць ρ, паскарэнне свабоднага падзення g і вышыню z. Гэта ўраўненне паказвае змяненне атмасфернага ціску з вышынёю:

(3.18)

Велічыня -dр/dz паказвае змяненні ціску на адзінку вышыні (звычайна на 100 м). Гэта велічыня называецца вертыкальным барычным градыентам.

З ураўнення статыкі атмасферы можна зрабіць наступныя вывады:

1. У атмасферы ціск з павялічэннем вышыні заўжды ўбывае.

2. Атмасферны ціск на кожным узроўні ўяўляе сабой вагу слупка паветра з папярочным сячэннем 1 м² і вышынёй ад дадзенага ўзроўня да верхняй мяжы атмасферы. Гэта выцякае з наступных меркаванняў:

(3.18)

дзе Q – вага слупа паветра сячэннем 1 м² і вышынёй ад узроўня z да верхняй мяжы атмасферы z_a. Адсюль відаць, што р = Q.

3. Пры падняцці на адну і тую ж вышыню (dz=const) ціск (-dр) змяншаецца тым больш, чым больш шчыльнасць паветра ρ і паскарэнне свабоднага падзення g. Гэта значыць, што пры павялічэнні шчыльнасці паветра павялічваецца вертыкальны барычны градыент. Паколькі шчыльнасць памяншаецца з вышынёю, то чым вышэй размяшчаецца ўзровень, тым менш падае ціск, тым менш вертыкальны барычны градыент.