ΑΚΗΗ 7 ΑΣΜΟΦΑΙΡΙΚΗ ΠΙΕΗ

Transcript

1 ΑΚΗΗ 7 ΑΣΜΟΦΑΙΡΙΚΗ ΠΙΕΗ Η αηκνζθαηξηθή πίεζε ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο νξίδεηαη σο ην βάξνο ηεο ππεξθείκελεο ζηήιεο αέξα πνπ αζθείηαη ζε κία επηθάλεηα κνλαδηαίνπ εκβαδνύ. Καζώο ε αηκνζθαηξηθή πίεζε αληηζηνηρεί ζην βάξνο ηεο ππεξθείκελεο ζηήιεο αέξα, αλαθέξεηαη θαη σο βαρομεηρική πίεζη (Σρήκα 1). Μαο ελδηαθέξνπλ ηόζν νη ηηκέο ηεο πίεζεο όζν θαη νη κεηαβνιέο ηεο, θαζώο απνηεινύλ ηηο βαζηθόηεξεο παξακέηξνπο ζηελ πξόγλσζε ηνπ θαηξνύ. 1. Μονάδες μέηρηζης πίεζης τήμα 1. Αηκνζθαηξηθή πίεζε Σην δηεζλέο ζύζηεκα κνλάδσλ (SI), ε κνλάδα κέηξεζεο ηεο πίεζεο είλαη ην pascal (Pa) πνπ αληηζηνηρεί ζε δύλακε 1 Ν πνπ δξα ζε επηθάλεηα 1 m 2. Γηα ηε κέηξεζε ηεο αηκνζθαηξηθήο πίεζεο ρξεζηκνπνηείηαη ην 1bar, ην νπνίν αληηζηνηρεί ζε δύλακε N πνπ αζθείηαη ζε επηθάλεηα 1 m 2, δειαδή ζε Pa: 1 bar = Pa Καζώο ην bar είλαη ζρεηηθά κεγάιε κνλάδα θαη νη κεηαβνιέο ηεο επηθαλεηαθήο πίεζεο είλαη ζρεηηθά κηθξέο, ε κνλάδα πίεζεο πνπ ζπλήζσο ρξεζηκνπνηείηαη είλαη ην millibar (mb) ή ην hectopascal (hpa), δειαδή: 1 mb = 1 hpa 1 bar = 1000 mb =1000 hpa Επίζεο, ε αηκνζθαηξηθή πίεζε κεηξηέηαη ζε ρηιηνζηά ηεο ζηήιεο πδξαξγύξνπ (Hg) ή Torr 1 mmhg 1 Torr 133 Pa Τέινο, ζηελ επηθάλεηα ηεο ζάιαζζαο, ε κέζε αηκνζθαηξηθή πίεζε είλαη 1 atm: 1 atm = mb = hpa = 760 mmhg 2. Όργανα μέηρηζης πίεζης Η αηκνζθαηξηθή πίεζε κεηξάηαη θπξίσο κε δύν ηξόπνπο: α) κε ηα βαξόκεηξα πγξήο ζηήιεο, ζηα νπνία αλήθνπλ ηα πδξαξγπξηθά βαξόκεηξα θαη β) κε ηα αλεξνεηδή βαξόκεηξα. Σηνπο κεηεσξνινγηθνύο ζηαζκνύο ρξεζηκνπνηνύληαη θπξίσο ηα πδξαξγπξηθά βαξόκεηξα ιόγσ ηεο κεγάιεο ηνπο αθξίβεηαο, αλ θαη γη απηά ηα όξγαλα είλαη απαξαίηεηε ε αλαγσγή ησλ κεηξνύκελσλ ηηκώλ πίεζεο (βι. παξάγξαθν 3). 1

2 2.1. Τδραργσρικά βαρόμεηρα Τν πδξαξγπξηθό βαξόκεηξν εθεπξέζεθε από ηνλ Evangelista Torricelli ην Τν βαξόκεηξν απνηεινύληαλ από έλα γπάιηλν ζσιήλα, αλνηρηό από ηε κία κεξηά θαη θιεηζηό από ηελ άιιε. Αθαηξώληαο ηνλ αέξα από ην ζσιήλα θαη θαιύπηνληαο ηελ αλνηρηή επηθάλεηα, ν Torricelli βύζηζε ην ζσιήλα κέζα ζε έλα δνρείν κε πδξάξγπξν. Αθαηξώληαο ην θάιπκκα, ν πδξάξγπξνο αλέβεθε ζην ζσιήλα ζρεδόλ 760 mm από ηελ επηθάλεηα ηνπ δνρείνπ. Έηζη, ζπκπέξαλε όηη ε ζηήιε ηνπ πδξαξγύξνπ ζην ζσιήλα εμηζνξξνπνύζε ην βάξνο ηνπ αέξα πάλσ ζηελ ειεύζεξε επηθάλεηα ηνπ πδξαξγύξνπ θαη θαηά ζπλέπεηα ην ύςνο ηεο ζηήιεο απνηεινύζε έλα κέηξν ηεο αηκνζθαηξηθήο πίεζεο. Σήκεξα, ρξεζηκνπνηείηαη ην σδραργσρικό βαρόμεηρο Fortin. Σην θάησ κέξνο ηνπ βξίζθεηαη ην δνρείν πνπ πεξηιακβάλεη ρεκηθώο θαζαξό πδξάξγπξν, ν νπνίνο θηλείηαη πξνο ηα πάλσ εληόο εηδηθνύ γπάιηλνπ ζσιήλα. Σην επάλσ ηκήκα ηνπ ζσιήλα είλαη πξνζαξκνζκέλε θιίκαθα βαζκνινγεκέλε ζε κνλάδεο αηκνζθαηξηθήο πίεζεο (Σρήκα 2). Γηα ηε ζσζηή κέηξεζε, ν παξαηεξεηήο πξέπεη λα εθαξκόδεη θάζε θνξά ην κάηη ηνπ ζηελ ειεύζεξε επηθάλεηα ηεο πδξαξγπξηθήο ζηήιεο θαη λα δηαβάδεη ηελ έλδεημε ηεο θιίκαθαο πνπ ζπκπίπηεη κε απηή. τήμα 2. Υδξαξγπξηθό βαξόκεηξν Fortin 2

3 2.2. Ανεροειδή βαρόμεηρα Οη πην θνηλνί ηύπνη βαξνκέηξσλ, ηα αλεξνεηδή βαξόκεηξα, δελ πεξηιακβάλνπλ ηε ρξήζε πγξνύ Μεηαλλικά βαρόμεηρα Τν κεηαιιηθό βαξόκεηξν απνηειείηαη από έλαλ κηθξό, εύθακπην κεηαιιηθό ζάιακν (δνρείν Vidi), εξκεηηθά θιεηζηό. Ο ζάιακνο βξίζθεηαη ζρεδόλ ζε θελό αέξα, έηζη ώζηε αθόκα θαη νη παξακηθξέο κεηαβνιέο ηεο εμσηεξηθήο πίεζεο λα ηνλ ζπζηέινπλ ή λα ηνλ δηαζηέινπλ. Κάζε κεηαβνιή ηνπ κεγέζνπο ηνπ ζαιάκνπ κεγεζύλεηαη θαη κεηαθέξεηαη κέζσ ελόο ζπζηήκαηνο κνριώλ θαη ειαηεξίσλ ζε έλα δείθηε πνπ θηλείηαη πάλσ ζε βαζκνλνκεκέλν θπθιηθό δίζθν (Σρήκα 3). τήμα 3. Μεηαιιηθό βαξόκεηξν Βαρογράθοι Τν βαζηθό κέξνο ηνπ βαξνγξάθνπ είλαη ε θαηαθόξπθε ζηήιε ησλ 12 κεηαιιηθώλ αεξόθελσλ δηζθνεηδώλ ηπκπάλσλ. Όηαλ ε πίεζε απμάλεη, ηα ηύκπαλα ζπκπηέδνληαη θαη κε ηε βνήζεηα κεηαιιηθώλ κνριώλ κεηαθηλείηαη πξνο ηα πάλσ κία γξαθίδα πξνζαξκνζκέλε ζε έλα βξαρίνλα. Η γξαθίδα απηή εθάπηεηαη ζε κία ηαηλία βαζκνινγεκέλε ζε κνλάδεο πίεζεο πνπ ζεκεηώλεη κία ζπλερή θαηαγξαθή ηεο πίεζεο (νξηδόληηεο γξακκέο) θαη ρξόλνπ (θαηαθόξπθεο γξακκέο). Η ηαηλία είλαη ηνπνζεηεκέλε ζε αξγά πεξηζηξεθόκελν ηύκπαλν κε σξνινγηαθό κεραληζκό. Έηζη, επηηπγράλεηαη ε θαηαγξαθή ησλ ηηκώλ ηεο αηκνζθαηξηθήο πίεζεο ζε εβδνκαδηαία βάζε. 3

4 τήμα 4. Βαξνγξάθνο 3. Αναγωγές/διορθώζεις μεηρήζεων αημοζθαιρικής πίεζης Σύκθσλα κε ηελ πδξνζηαηηθή εμίζσζε ηζρύεη: ( ) ( ) Καηά ζπλέπεηα, ε αηκνζθαηξηθή πίεζε εμαξηάηαη από ηελ ζεξκνθξαζία ηνπ αέξα Τ, ην γεσγξαθηθό πιάηνο θ θαη ην πςόκεηξν ηνπ ηόπνπ h ζηνλ νπνίν ιακβάλεηαη ε κέηξεζε. Γηα λα είλαη, επνκέλσο, νη κεηξήζεηο ηεο πίεζεο ζηνπο δηάθνξνπο ηόπνπο ζπγθξίζηκεο κεηαμύ ηνπο θαη λα κπνξνύλ λα ρξεζηκνπνηεζνύλ γηα ηελ ράξαμε ησλ ραξηώλ επηθαλείαο, ζα πξέπεη ε πίεζε λα αλαρζεί ζηηο ίδηεο ζηαζεξέο ζπλζήθεο. Μεηά ηηο αλαγσγέο/δηνξζώζεηο πξνθύπηεη ε ανηγμένη βαρομεηρική πίεζη Αναγωγή ζηοσς 0 C Η αλάγλσζε ηεο ζηήιεο ηνπ πδξαξγύξνπ δελ είλαη απιή. Καζώο ν πδξάξγπξνο είλαη πγξό, είλαη επαίζζεηνο ζηηο κεηαβνιέο ηεο ζεξκνθξαζίαο. Η αύμεζε/κείσζε ηεο ζεξκνθξαζίαο απμάλεη/κεηώλεη ην ύςνο ηεο πδξαξγπξηθήο ζηήιεο, ελώ ηαπηόρξνλα κεηαβάιιεη ηηο ραξαγέο ζηελ θιίκαθα ηνπ βαξνκέηξνπ. Καηά ζπλέπεηα, γηα λα ιεθζνύλ αθξηβείο κεηξήζεηο ζεξκνθξαζίαο, ζε όια ηα πδξαξγπξηθά βαξόκεηξα γίλεηαη δηόξζσζε κε αθαηξεηηθή αλαγσγή ηεο κέηξεζεο γηα Τ>0 C θαη πξνζζεηηθή γηα Τ<0 C. Απηή ε αλαγσγή γίλεηαη κε ηε βνήζεηα πηλάθσλ κεηαβνιήο ηεο πίεζεο ζπλαξηήζεη ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ βαξνκέηξνπ Αναγωγή ζηη μέζη ζηάθμη ηης θάλαζζας Η αηκνζθαηξηθή πίεζε κεηώλεηαη κε ηελ αύμεζε ηνπ πςνκέηξνπ. Κνληά ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο, ε αηκνζθαηξηθή πίεζε κεηώλεηαη θαηά πεξίπνπ 10mb αλά 100m αύμεζεο ηνπ πςνκέηξνπ. Έηζη, νη πςνκεηξηθέο δηνξζώζεηο γίλνληαη γηα είλαη δπλαηή ε ζύγθξηζε ησλ κεηξήζεσλ ησλ βαξνκέηξσλ ζε δηαθνξεηηθνύο ηόπνπο. Όιεο νη παξαηεξήζεηο ηεο πίεζεο αλάγνληαη ζηελ μέζη ζηάθμη ηης θάλαζζας πνπ είλαη ην επίπεδν πνπ αληηπξνζσπεύεη ηε 4

5 κέζε επηθάλεηα ησλ σθεαλώλ. Η αλεγκέλε πίεζε νλνκάδεηαη πίεζη ζηη μέζη ζηάθμη θάλαζζας (mean sea-level pressure). Η αλαγσγή απηή είλαη πξνζζεηηθή, εθηόο από ηνπο ζηαζκνύο πνπ βξίζθνληαη θάησ από ηε κέζε ζηάζκε ηεο ζάιαζζαο Αναγωγή ζηην κανονική βαρύηηηα Καζώο ε γε δελ είλαη ζθαηξηθή, ε δύλακε ηεο βαξύηεηαο δελ είλαη ζηαζεξή θαη κηθξέο κεηαβνιέο ηεο επεξεάδνπλ ην ύςνο ηεο ζηήιεο πδξαξγύξνπ. Γηα ην ιόγν απηό, γίλεηαη αλαγσγή ηεο αηκνζθαηξηθήο πίεζεο ζηελ θαλνληθή βαξύηεηα (g = m/s 2 ) πνπ αληηζηνηρεί ζε γεσγξαθηθό κήθνο θ=45 θαη πςόκεηξν 0m. Σηα κεηαιιηθά βαξόκεηξα δελ γίλεηαη αλαγσγή ζηελ θαλνληθή βαξύηεηα, γηαηί ε κέηξεζε ηεο πίεζεο δελ βαζίδεηαη ζην βάξνο ηνπ αέξα. Η αλαγσγή είλαη πξνζζεηηθή γηα θ>45 ν θαη αθαηξεηηθή γηα θ<45 ν. 4. Υάρηες καιρού επιθανείας Πξσηαξρηθό ξόιν ζηελ αλάιπζε θαη πξόγλσζε ηνπ θαηξνύ έρνπλ ηα δεδνκέλα παξαηεξήζεσλ πνπ ζπιιέγνληαη θαζεκεξηλά ζηελ επηθάλεηα ηνπ εδάθνπο, αιιά θαη θαζ ύςνο, από έλα εθηεηακέλν δίθηπν ζηαζκώλ ζε όιε ηε γε. Σηα παξαηεξνύκελα ζηελ επηθάλεηα ζηνηρεία αλήθνπλ ε αηκνζθαηξηθή πίεζε (θάζε ηξεηο ή έμη ώξεο) θαη ε ηάζε ηξηώξνπ (δει. ε κεηαβνιή ηεο πίεζεο ηηο ηξεηο ώξεο πξηλ ηελ παξαηήξεζε). Αθνύ ε πίεζε ππνζηεί ηηο θαηάιιειεο αλαγσγέο (ζεξκνθξαζία 0 C, κεδεληθό πςόκεηξν θαη θαλνληθή βαξύηεηα) απνζηέιιεηαη καδί κε ηηο ππόινηπεο παξαηεξήζεηο ζηα θέληξα πξόγλσζεο θαηξνύ, όπνπ απνθσδηθνπνηνύληαη θαη θαηαγξάθνληαη πάλσ ζε ράξηεο. Μεηά ηελ θαηαγξαθή ησλ ζηνηρείσλ ραξάζζνληαη νη ράξηεο θαηξνύ επηθαλείαο (Σρήκα 5). τήμα 5. Φάξηεο θαηξνύ επηθαλείαο 5

6 Τo βαζηθόηεξν ζηνηρείν γηα ηνπο ράξηεο θαηξνύ επηθαλείαο είλαη ε βαξνκεηξηθή πίεζε. Με ηε βνήζεηα ησλ δεδνκέλσλ πίεζεο ραξάζζνληαη νη ιζοβαρείς καμπύλες, δειαδή νη θακπύιεο πνπ ελώλνπλ ηνπο ηόπνπο κε ηελ ίδηα αλεγκέλε βαξνκεηξηθή πίεζε. Καηά ηελ ράξαμε ησλ ραξηώλ θαηξνύ ιακβάλεηαη κέξηκλα ώζηε λα εμαιείθνληαη ηπρόλ εζθαικέλα δεδνκέλα ησλ ζηαζκώλ. Τέηνηα δεδνκέλα κπνξεί λα νθείινληαη ζε ζθάικαηα πνπ έγηλαλ είηε θαηά ηηο παξαηεξήζεηο, είηε θαηά ηελ θσδηθνπνίεζε θαη απνθσδηθνπνίεζε ησλ ζηνηρείσλ. Η εμάιεηςε ησλ εζθαικέλσλ δεδνκέλσλ γίλεηαη κέζσ ηεο ζύγθξηζεο απηώλ κε δεδνκέλα γεηηνληθώλ ζηαζκώλ θαη ηεο εθηίκεζεο ηνπ θαηά πόζνλ είλαη δπλαηό λα ζπκθσλνύλ απηά κε ηελ όιε δηαδνρή ησλ κεγάιεο θιίκαθαο θαζώο θαη ησλ ηνπηθώλ θαηξηθώλ θαηλνκέλσλ. Οη ηζνβαξείο θακπύιεο ραξάζζνληαη αλά 5hPa θπξίσο ζηνπο εκηζθαηξηθνύο ράξηεο ή αλά 4hPa ζηνπο ράξηεο πνπ θαιύπηνπλ κηθξόηεξε έθηαζε, μεθηλώληαο πάληνηε από ηα 1000 hpa (π.ρ. 992hPa, 996hPa, 1000hPa, 1004hPa, 1008hPa, θ.ιπ.). Οη ηζνβαξείο θακπύιεο δίλνπλ ηελ θαηαλνκή ησλ βαξνκεηξηθώλ πηέζεσλ ζηελ επηθάλεηα θαη έηζη πξνζδηνξίδεηαη ε ύπαξμε βαξνκεηξηθώλ ζπζηεκάησλ πάλσ ζε απηή. Τα ζπζηήκαηα απηά είλαη ηα βαξνκεηξηθά ρακειά θαη πςειά. Εάλ ε θαηαλνκή ηεο πίεζεο ζε κία πεξηνρή είλαη ηέηνηα ώζηε νη ηζνβαξείο επηθαλείαο λα έρνπλ ηε κνξθή θιεηζηώλ θακππιώλ κε ηελ πίεζε λα ειαηηώλεηαη από ηελ πεξηθέξεηα πξνο ην θέληξν ηόηε ζηελ πεξηνρή απηή ππάξρεη έλα βαξνκεηξηθό ρακειό, ελώ αλ νη ηζνβαξείο είλαη θιεηζηέο θακπύιεο κε ηελ πίεζε λα απμάλεη από ηελ πεξηθέξεηα πξνο ην θέληξν ζηελ πεξηνρή απηή ππάξρεη έλα βαξνκεηξηθό πςειό (ή αληηθπθιώλαο). 6

7 7