16. Барическая ступень

Быстрые подсчеты, связанные с изменением давления с высотой, можно делать с помощью так называемой бариче­ской ступени. Напишем основное уравнение статики (12) так:

Выражение dz/dp называется барической ступенью (или баро­метрической ступенью). Барическая ступень — величина, обрат­ная вертикальному барическому градиенту –dp/dz, составляю­щая, очевидно, прирост высоты, при котором атмосферное давление падает на единицу. Из формулы (19) видно, что барическая ступень обратно пропорциональна величине самого дав­ления и прямо пропорциональна температуре воздуха. Чем больше высота и чем, следовательно, ниже давление, тем больше барическая ступень. При одном и том же давлении барическая ступень больше прибо­лев высокой температуре, чем при более низкой.

Подставляя в формулу (19) числовые значения для g и R, можно найти величину бариче­ской ступени для разных р и Т. За единицу давления принимаем миллибар. Тогда барическая сту­пень измеряется приростом вы­соты, на котором давление падает на 1 мб. При температуре 0° и давлении 1000 мб барическая ступень равна 8 м/мб. Стало быть, у земной поверхности нуж­но подняться примерно на 8 м, чтобы давление упало на 1 мб. С приростом температуры бариче­ская ступень растет на 0,4% на каждый градус.

На высоте около 5 км, где дав­ление близко к 500 мб, бариче­ская ступень уже около 16 м/мб (при той же температуре 0°).

Зная величину барической ступени для разных р и Т, можно легко производить те расчеты, для которых применяются баро­метрические формулы, если толь­ко разность высот не очень ве­лика.

Рис. 3. Убывание атмосферного давления с высотой в зависимости от температуры воздушного столба.

При одинаковом давлении внизу дав­ление 500 мб в теплом столбе наблю­дается на 350 м выше, чем в холодном.

Допустим, что в теплом воздухе и в холодном воздухе давление внизу одинаково. Однако в теплом воздухе, где бари­ческая ступень больше, давление падает с высотой медленнее, чем в холодном воздухе. Поэтому на высотах давление в теплом и холодном воздухе уже становится неодинаковым: в теплом воздухе оно будет выше, чем в холодном (рис. 3). Иными словами, теплые области в атмосфере являются в высоких слоях областями высокого давления, а холодные области — областями низкого давления. Этот важный факт нам понадобится в главе шестой.