Воздух рядом с поверхностью движется вниз и в стороны в системе высокого давления (слева), а воздух поднимается и собирается в системе низкого давления (справа).
Стоя на земле и смотря вверх, вы смотрите через атмосферу. Это может показаться пустым, особенно если на небе нет облаков. Но то, что вы не видите, — это воздух — много воздуха. Мы живем на дне атмосферы, и вес всего воздуха над нами называется атмосферным давлением.
Над каждой квадратной дюймом поверхности Земли находится 14.7 фунтов воздуха.
Это означает, что воздух оказывает давление в 14.7 фунтов на квадратный дюйм (psi) на поверхности Земли. На больших высотах в атмосфере атмосферное давление уменьшается. С меньшим количеством молекул воздуха над собой давление снижается из-за веса воздуха.
Давление варьируется от дня к дню на поверхности Земли — на дне атмосферы. Это, частично, связано с тем, что Земля не равномерно нагревается Солнцем. Области, где воздух нагревается, часто имеют более низкое давление, потому что теплый воздух поднимается. Эти области называются системами низкого давления. Места, где атмосферное давление высоко, называются системами высокого давления.
Система низкого давления имеет более низкое давление в своем центре, чем в окружающих областях. Ветра дует к низкому давлению, и воздух поднимается в атмосфере, когда они встречаются. Когда воздух поднимается, содержащийся в нем водяной пар конденсируется, образуя облака и часто осадки. Из-за вращения Земли и эффекта Королиуса ветра системы низкого давления вращаются против часовой стрелки к северу от экватора и по часовой стрелке к югу от экватора. Это называется циклональным движением. На метеорологических картах система низкого давления обозначается красной буквой L.
Система высокого давления имеет более высокое давление в своем центре, чем в окружающих областях. Ветра дует от высокого давления. Ветра системы высокого давления вращаются по часовой стрелке к северу от экватора и против часовой стрелки к югу от экватора. Это называется антициклональным движением. Воздух с больших высот в атмосфере опускается вниз, заполняя пространство, оставшееся после того, как воздух выдувается наружу. На метеорологической карте можно заметить синюю букву H, обозначающую местоположение системы высокого давления.
Как мы знаем, какое давление? Как мы знаем, как оно изменяется со временем?
Сегодня электронные датчики на метеорологических станциях измеряют атмосферное давление. Эти датчики способны непрерывно измерять давление с течением времени. В прошлом использовались барометры, которые измеряли, насколько сильно воздух давит на жидкость, такую как ртуть. Исторически измерения атмосферного давления описывались как «дюймы ртути». Сегодня метеорологи используют миллибары (mb) для описания атмосферного давления.
Атмосферное давление зависит от температуры и плотности.
Когда вы надуваете шарик, молекулы воздуха внутри шарика упаковываются ближе друг к другу, чем молекулы воздуха снаружи. Это означает, что плотность воздуха внутри шарика высокая. Когда плотность воздуха высокая, атмосферное давление высокое. Давление воздуха толкает на шарик изнутри, заставляя его надуваться. Если вы нагреваете шарик, атмосферное давление становится еще выше.
Атмосферное давление зависит от температуры воздуха и плотности (рассчитываемой как масса, деленная на объем) молекул воздуха.
Атмосферные ученые используют математические уравнения, чтобы описать, как давление, температура, плотность и объем взаимосвязаны друг с другом. Они называют эти уравнения уравнением состояния идеального газа. В этих уравнениях температура измеряется в Кельвинах. Константа R в уравнении относится к универсальной газовой постоянной. Уравнение также включает количество или число молекул газа.
Это уравнение помогает объяснить, как работает погода, например, что происходит в атмосфере для создания теплых и холодных фронтов и штормов, таких как грозы. Например, если атмосферное давление увеличивается, температура должна увеличиваться. Если атмосферное давление уменьшается, температура уменьшается. Оно также объясняет, почему воздух становится холоднее на больших высотах, где давление ниже.