Ciśnienie atmosferyczne

ciśnienie a wysokość, ciśnienie a temperatura, izobary,  wyż, niż,
klin wysokiego ciśnienia, zatoka niskiego ciśnienia, gradient baryczny
zobacz także: fronty atmosferyczne, cyklony

Ciśnienie atmosferyczne ma zasadniczy wpływ na kształtowanie pogody, jest kluczem do jej zrozumienia. Definicja: siła, z jaką słup powietrza atmosferycznego działa na jednostkę powierzchni w wyniku swego ciężaru

Na rysunku powyżej, ciśnienie w punkcie X rośnie wraz ze wzrostem ciężaru powietrza powyżej. Sytuacja odwrotna (ciśnienie w punkcie X spada), gdy zmniejsza się ciężar powietrza. Mówiąc dokładniej, jeśli zwiększa się liczba cząsteczek powietrza w słupie powyżej pkt. X, wywierają one większy nacisk na podłoże i w rezultacie wzrasta ciśnienie. Ciśnienie atmosferyczne mierzy się barometrem.

Ciśnienie a wysokość 

Liczba cząsteczek powietrza zmienia się wraz z wysokością. Powyżej 50 km jest ich znacznie mniej niż na wysokości 12 km. Można zatem stwierdzić że liczba cząsteczek powietrza zmniejsza się ze wzrostem wysokości, a to oznacza że również ciśnienie powietrza spada z wysokością.

Cząsteczki powietrza utrzymywane są przy powierzchni ziemi przez siłę przyciągania ziemskiego (jest tam ich więcej - większe ciśnienie), dlatego ciśnienie spada bardzo szybko na stosunkowo małych wysokościach, a już znacznie wolniej na większych wysokościach.

Ciśnienie a temperatura 

Rozpatrzmy poniższy przykład. Mamy dwa słupy powietrza. Jeśli temperatura tych słupów powietrza jest taka sama poziom 500 mb jest takie samo w obu przypadkach.

Jeśli schłodzimy powietrze w słupie A i podgrzejemy powietrze w słupie B zmieni się poziom 500 mb w obu słupach - w słupie A zmniejszy się, a w słupie B zwiększy się. Ciśnienie zatem jest odwrotnie proporcjonalne do temperatury - im wyższa temperatura tym niższe ciśnienie.

Izobary 

 Izobary to linie na mapie pogody łączące punkty o jednakowym ciśnieniu atmosferycznym. Izobary są wyznaczane na podstawie średnich ciśnień zredukowanych do poziomu morza i przedstawiają poziomy rozkład ciśnienia. Rysunek poniżej przedstawia dwie izobary. W każdym punkcie górnej izobary ciśnienie wynosi 996 mb, podczas gdy w każdym punkcie wzdłuż dolnej izobary 1000 mb.

Każdy punkt leżący pomiędzy tymi izobarami musi mieć ciśnienie pomiędzy 996 a 1000 mb.

Mapy przestawiające rozkład ciśnienia za pomocą izobar ułatwiają pozwalają zlokalizować obszary z wysokim i niskim ciśnieniem atmosferycznym. Ponadto mapy izobaryczne pokazują, w których miejscach występuje duży gradient baryczny, co objawia się w postaci blisko przylegających do siebie izobar.

Układ wysokiego ciśnienia (W, ang. H)  (wyż baryczny)

1 - opadające i "zwijające" się powietrze hamuje rozwój chmur i opadów, 2 - taka cyrkulacja przynosi chłodne powietrze z północy przed wyżem i ciepłe powietrze z południa za nim

Izobary tworzące linie zamknięte, o wartościach wzrastających ku środkowi przestawiają wyż baryczny (ozn. ang. H, ozn. pol. W).
Na półkuli północnej wiatr wieje wokół wyżu zgodnie z ruchem wskazówek zegara od centrum w kierunku peryferii (antycyklon). W rezultacie, przynosi on po wschodniej stronie tego układu stosunkowo chłodne powietrze z północy; zaś po zachodniej stronie sprowadza z południa stosunkowo ciepłe powietrze. Czasami, układy wysokiego ciśnienia utrzymują się nad danym obszarem nawet przez kilka dni i wtedy przynoszą piękną pogodę, często bez jakichkolwiek opadów.

Układ niskiego ciśnienia (N, ang. L)  (niż baryczny)

1 - wznoszące się spiralnie, przeciwnie do ruchu wskazówek zegara powietrze, 2 - taka cyrkulacja przynosi chłodne powietrze z północy za niżem i ciepłe powietrze z południa przed nim

Izobary tworzące linie zamknięte, owartościach malejących ku środkowi obrazują niż baryczny (ozn. ang. L, ozn. pol. N).
Na półkuli północnej wiatr wieje wokół niżu przeciwnie do ruchu wskazówek zegara w kierunku centrum (cyklon).
Układy niskiego ciśnienia mają różną intensywność- jedne dają słaby opad przelotnego deszczu, inne przynoszą huraganowe wiatry i duże ilości opadów, często powodując powodzie. W obszarze niskiego ciśnienia powietrze wznosi się i ochładza co często prowadzi do kondensacji pary wodnej i powstawania chmur i opadów. Na naszej półkuli wiatry wiejąc w kierunku od jego centrum, sprowadzają chłodne powietrze na zachód i północ, zaś ciepłe na wschód i południe od niego.

Rysunek poniżej porównuje obszary wysokiego i niskiego ciśnienia:

obszar wysokiego ciśnienia (H): 1 - powietrza powoli opada, 2 - przy powierzchni ziemi wiatry wieją zgodnie z ruchem wskazówek zegara
obszar niskiego ciśnienia (L): 3 - wiatry wieją w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, 4 - powietrze wznosi się i ochładza, często tworzą się chmury

Powietrze w obszarze wysokiego ciśnienia ulega kompresji i ociepla się podczas opadania, a to przeciwdziała powstawaniu chmur (niebo zazwyczaj jest bezchmurne). Jednak warunki te nie przeszkadzają formowaniu się mgły. W obszarze niskiego ciśnienia sytuacja jest dokładnie odwrotna.

W meteorologi rozróżnia się obszary objęte przez układ izobar otwartych rozgraniczające niże i wyże, są to: bruzda niskiego ciśnienia (wąski i wydłużony pas obniżonego ciśnienia między dwoma wyżami), zatoka niskiego ciśnienia, klin wysokiego ciśnienia, wał wysokiego ciśnienia (wydłużony pas wysokiego ciśnienia między dwoma niżami), siodło (układ ciśnienia występujący przy leżących naprzeciw siebie dwoma wyżami i niżami). 

Klin wysokiego ciśnienia

1 - ciepłe powietrze z południa rozbudowuje klin w kierunku północnym, 2 - powietrze na wschód od osi klinu opada - brak zachmurzenia

Klin wysokiego ciśnienia to wydłużony obszar wysokiego ciśnienia atmosferycznego charakteryzujący się najmniejszym poziomym gradientem barycznym. Takie zjawisko pogodowe może wytworzyć się w dolnych warstwach atmosfery, jak również w górnych i wtedy może mieć znaczący wpływ na pogodę przy powierzchni ziemi. Słoneczna i sucha pogoda zazwyczaj występuje po wschodniej stronie osi klinu, podczas gdy pochmurna i parna występuje po stronie zachodniej. Taki stan jest spowodowany tym, że powietrze wykazuje tendencję do opadania po wschodniej stronie osi klinu, a to zapobiega powstawaniu chmur; po zachodniej stronie obserwuje się wznoszenie się powietrza, a to może doprowadzić do powstawaniu chmur i opadów. Klin wysokiego ciśnienia o dużej intensywności często przynosi bardzo duże ocieplenie latem oraz łagodną pogodę zimą.  

Zatoka niskiego ciśnienia

1 - zimne powietrze z północy rozciąga zatokę w kierunku południowym, 2 - wznoszące się powietrze prowadzi do powstania chmur i opadów

Zatoka niskiego ciśnienia to inaczej wydłużony obszar niskiego ciśnienia atmosferycznego, w którym jest szczególnie mały poziomy gradient baryczny. Zatoka może powstać w dolnych warstwach atmosfery oraz na większych wysokościach w wtedy ma znaczący wpływ na przebieg pogody przy powierzchni ziemi: determinuje powstanie niżu i jego ruch oraz miejsce wystąpienia chmur i opadów, które formują się gdzie powietrze wznosi się, czyli po wschodniej stronie osi zatoki, zaś po zachodniej stronie osi zatoki powietrze jest zazwyczaj chłodniejsze i bardziej suche i wykazuje tendencję do opadania. Niż baryczny powstaje zazwyczaj po wschodniej stronie zatoki niskiego ciśnienia.

Powierzchnie izobaryczne

W meteorologii często do określenia pionowego położenia (wysokości) stosuje się pojęcie powierzchni izobarycznych. Według definicji jest to powierzchnia, w której we wszystkich punktach ciśnienie ma w danej chwili jedną i tę samą wartość. Na przykład mówiąc o powierzchni 500 mb (milibarów) mamy na myśli powierzchnię, w której w każdym punkcie ciśnienie wynosi 500 mb. Jak wiemy, ciśnienie spada z wysokością (patrz wyżej), dlatego wysokość powierzchni 100 mb jest większa od wysokości powierzchni 500 mb.

Dokonując pomiarów na większych wysokościach najczęściej nie określa się położenia w metrach czy kilometrach, ale właśnie za pomocą powierzchni izobarycznych - dane zebrane przez balon meteorologiczny odnoszą się np. do powierzchni 100 mb. Znając normalny pionowy rozkład ciśnienia w atmosferze zawsze można w przybliżeniu oszacować w metrach na jakiej wysokości znajduje się dana powierzchnia. Poniższa tabela przedstawia podstawowe powierzchnie izobaryczne oraz przybliżoną wysokość i temperaturę:

Gradient baryczny

Wiatr powstaje z różnic między ciśnieniem na różnych obszarach - powietrze z obszaru wysokiego ciśnienia przemieszcza się w kierunku obszaru z niższym ciśnieniem. Im większa jest różnica ciśnień tym silniejszy jest ruch powietrza. Ponadto odległość pomiędzy obszarem niskiego i wysokiego ciśnienia ma istotny wpływ na siłę wiatru. W meteorologi istnieje pojęcie gradientu barycznego - jest to stosunek przyrostu ciśnienia do przyrostu odległości. Poziomy gradient baryczny określa się różnicą ciśnienia w tym samym poziomie w hektopaskalach (hPa) na odległość 60 mil morskich, tj. 111,2 km. Pionowy gradient baryczny określa się różnicą cisnień w tym samym pionie w hPa na 100 m wysokości.