Meteorologia i Klimatologia Ćwiczenie VI 14.11.2008
Ciśnienie atmosferyczne jest to siła parcia wywieranego swoim ciężarem przez pionowy słup powietrza. [Kaczorowska Z.] Ciśnienie atmosferyczne na dowolnym poziomie w atmosferze jest równe ciężarowi słupa powietrza znajdującego się nad tym poziomem na jednostkę powierzchni na wysokości h
Ciśnienie atmosferyczne maleje wraz z wysokością nieliniowo, co związane jest ze ściśliwością powietrza, w wyniku której zagęszczenie dolnch warstw jest znacznie większe niż warstw położonych powyżej [ Kędziora A., 1995] Ciśnienie normalne - na poziomie morza, na szer. geog. 45º, w temp. 0ºC (1013,25 hpa) 760mmHg = 1013,25 hpa 0,75mmHg = 1 hpa
[m] [hpa] lokalizacja 0 1013,25 Gdańsk 500 954,61 Rabka-Zdrój 1000 898,76 Kuźnice (Zakopane) 1500 845,58 Pilsko 2000 794,98 Kasprowy Wierch 2500 746,86 Rysy 3000 701,12 Zugspitze 4500 577,33 Matterhorn 6000 471,87 Kilimandżaro 7000 410,66 Aconcagua 9000 307,48 Mount Everest
Wzór Babineta : Zależność ciśnienia od wysokości i temperatury wykorzystano do tzw. niwelacji barometrycznej. H = 8000 (2[p1-p2]:[p1+p2]) (1+α t śr ) gdzie: p 1 ciśnienie u podstawy słupa powietrza, p 2 ciśnienie na szczycie słupa powietrza, H - wysokość słupa powietrza, (1+ α t śr ) dwumian rozszerzalności objętościowej gazu, α = 0.004 t śr = (t1+t2):2
Stopień barometryczny (baryczny) wysokość na jaką należy się pionowo wznieść lub opuścić by ciśnienie zmieniło się o 1hPa. - do wys. 400 m npm 7,9m na 1 hpa h' = (8000 : p) (1+α t śr ) Redukcja ciśnienia jest konieczna przy wykreślaniu na mapach pogody izobar w celu wyodrębnienia obszarów o podwyższonym i niskim ciśnieniu, tj. wyżów i niżów barycznych
Poziomy gradient barometryczny (baryczny) zmiana ciśnienia atmosferycznego przypadająca na jednostkę odległości na powierzchni poziomej w kierunku największego spadku ciśnienia. Jedn. odległości 1º długości geogr. na równiku = 111km; W meteorologii umownie przyjęto odległość = 100km Gradient baryczny jest podstawową siłą determinującą powstawanie wiatru i wzrost jego prędkości (!)
W praktyce rysuje się linie prostopadłą pomiędzy izobarami, oblicza jej długość w rzeczywistości i przelicza Gradient baryczny (G b ) o odczytaną wartość różnic ciśnienia pomiędzy izobarami. np. G b = (5 hpa * Δ k km) : k km gdzie: - Δ k długość odcinka odpowiadająca przyjętej długości 100km w skali danej mapy (k=100km) - k odległość między dwiema izobarami (km) o cięciu co 5hPa
Przyjmuje się, że prędkość ruchu powietrza jest równa w przybliżeniu potrójnej wielkości gradientu ciśnienia wyrażonej w hpa. Tendencja baryczna zmiana ciśnienia w ciągu 3h (ujemna bądź dodatnia) oznaczana symbolem na mapach synoptycznych
Pomiary ciśnienia atmosferycznego: - barometr rtęciowy - barometry deformacyjne - aneroid z zespołem puszek Vidiego - barograf automatyczny zapis ciśnienia na obracającej się rolce papieru - barogram sam zapis
W przebiegu dobowym: - max.: 10.00 i 22.00 - min.: 4.00 i 16.00 W przebiegu rocznym: (typ lądowy) - zimą ciśnienie wyższe - latem ciśnienie niższe (typ morski): - 2 max.: zimą i latem - 2 min.: wiosną i jesienią
Wiatr - parametry określające wiatr: * kierunek (skąd wieje wiatr) w 16-stopniowej skali * prędkość (zwykle w m/s, w lotnictwie w km/h, na morzu w węzłach i 12-to stopniowej skali Beauforta)
Pomiary wiatru: Wiatromierze: - anemometr czaszowy Robinsona - wiatromierz Wilda
Linie prądów: I. linie rozbieżności (dywergencji) w wyżu II. linie zbieżności (konwergencji) w niżu 1) linie zbieżności w zatoce wysokiego ciśnienia 2) linie rozbieżności w klinie niskiego ciśnienia
Baryczne prawo wiatru (reguła Buys-Ballota) Jeśli na półkuli pn. staniemy tyłem do wiejącego wiatru to ciśnienie najniższe znajdziemy po lewej stronie i nieco z przodu a ciśnienie najwyższe po prawej stronie i nieco z tyłu. Na półkuli pd. po stronie prawej z przodu - najniższe
Wiatry stałe na kuli ziemskiej: Pasaty Wiatry okresowe: monsuny bryza dolinny i górski bora, mistral fen, halny
Monsuny: * monsun letni (morski) z pogodą deszczową, związaną z niskim ciśnieniem nad lądem i wysokim nad morzem, * monsun zimowy (lądowy) z pogodą suchą, spowodowaną wysokim ciśnieniem nad lądem i niskim nad morzem. W monsunie letnim wiatr wieje z morza w stronę lądu, w monsunie zimowym - odwrotnie. Latem ląd nagrzewa się szybciej niż woda, co powoduje unoszenie się nagrzanego powietrza, a tym samym spadek ciśnienia. W związku z różnicą ciśnień między wodą a lądem pojawiają się gwałtowne wiatry wiejące znad morza w głąb lądu. Zimą niże tworzą się nad cieplejszymi wodami, co powoduje wianie monsunów od lądu w stronę morza (wiatry wieją z obszarów o wyższym ciśnieniu do obszarów o niższym ciśnieniu).
Monsuny najsilniej rozwijają się w strefie południowych wybrzeży Azji. Jest to spowodowane wyjątkowo dużymi różnicami temperatury, jakie powstają pod wpływem olbrzymiego kontynentu Azji silnie nagrzanego latem, a oziębionego podczas zimy. Monsun letni, występujący u wybrzeży Azji, niesie w głąb kontynentu wilgotne powietrze i powoduje obfite opady (pora deszczowa), warunkujące urodzaj na ogromnych obszarach (Indie, Chiny). Bardzo duże opady monsunowe powodują często katastrofalne powodzie, a brak opadów równie katastrofalne susze. W innych rejonach kuli ziemskiej monsuny są słabsze. Tam gdzie niże i wyże są mało stabilne i jedne nad drugimi nie mają wyraźnej przewagi sezonowej, np. w większej części Europy nie ma monsunów.
Bryza - wiatr na wybrzeżu morskim. Zmiany kierunku wiatru, występują w rytmie dobowym, wywołane są różnicami w nagrzewaniu się lądu i morza. W dzień ląd nagrzewa się szybciej niż woda, dlatego cieplejsze powietrze nad lądem unosi się (powodujac spadek cisnienia na powierzchni lądu), a na jego miejsce pojawia się chłodniejsze i wilgotniejsze powietrze znad morza. Zasięg bryzy to ok. 20-30 km od linii brzegowej w stronę wody. W stronę lądu zasięg ten jest wyraźnie mniejszy i uzależniony od charakteru powierzchni.
WIATRY DOLINNE I GÓRSKIE - występują w dolinach i w kotlinach górskich, głównie w ciepłej porze roku, podczas bezchmurnych dni i przy małych ruchach atmosfery. Wiatr dolinny wieje w ciągu dnia od ujścia dolin w kierunku zboczy w górę ku szczytom, a wiatr górski - w dół zboczy i od zboczy ku dolinom i równinom. Są to na ogół wiatry słabe, jednak czasem osiągają prędkość 10 m/s i większą.
Bora, Mistral (wiatry katabatyczne) - chłodny, suchy i porywisty wiatr wiejący na dalmatyńskim wybrzeżu Morza Adriatyckiego. Powstaje gł. zimą, gdy nad lądem tworzy się ośrodek wysokiego ciśnienia, a nad morzem przeważa niż. Zimne powietrze gromadzi się za G. Dynarskimi, później przekracza barierę górską i opada w stronę wybrzeża. Wiatr ten przechodząc nad morzem nasyca się wilgocią. Warunki optymalne: - Występowanie pokrywy snieznej - Duza różnica gradientu cisnienia atm.
Wiatr fenowy (halny, chinook, fen, zonda, puelche) - ciepły i suchy wiatr wiejący z gór w doliny. - w wyniku zmian fizycznych następuje ogrzewanie i osuszanie spadającego powietrza oraz gwałtowne ocieplenie w obszarze jego oddziaływania - nawet o 10-20 stopni Celsjusza w ciągu kilkunastu minut. - powoduje szybkie topnienie śniegu wiosną oraz wiatrołomy
Mechanizm powstawania: - różnica ciśnień po obu stronach łańcucha górskiego - powietrze unosząc się do góry ochładza się adiabatycznie (0.6C/100m) - w czasie unoszenia następuje kondensacja chmury + deszcz - osuszone powietrze opada (katabatycznie) zgodnie z gradientem suchoadiabatycznym (1.0C/100m)