1. Рассматривая изобары на синоптической карте, мы замечаем, что
в одних местах изобары проходят гуще, в других - реже. Очевидно, что
в первых местах атмосферное давление меняется в горизонтальном
направлении сильнее, во вторых - слабее. Говорят еще: <быстрее> и
<медленнее>, но не следует смешивать изменения в пространстве, о
которых идет речь, с изменениями во времени.
Точно выразить, как меняется атмосферное давление в горизонтальном
направлении, можно с помощью так называемого горизонтального
барического градиента, или горизонтального градиента давления. В
главе четвертой говорилось о горизонтальном градиенте температуры.
Подобно этому горизонтальным градиентом давления называют изменение
давления на единицу расстояния в горизонтальной плоскости (точнее,
на поверхности уровня). При этом расстояние берется по тому
направлению, в котором давление убывает всего сильнее,
а таким направлением в каждой точке является направление по нормали
к изобаре в данной точке.
Таким образом, горизонтальный барический градиент есть вектор,
направление которого совпадает с направлением нормали к изобаре в
сторону уменьшения давления, а числовое значение равно производной
от давления по этому направлению. Обозначим этот вектор символом
-s/p, а числовое его значение (модуль) -др/дп, где п - нормаль к
изобаре.
Как всякий вектор, горизонтальный барический градиент можно
графически представить стрелкой, в данном случае стрелкой,
направленной по нормали к изобаре в сторону убывания давления. Длина
стрелки должна быть пропорциональна числовому значению градиента (рис.
58).
Рис. 58. Изобары и
горизонтальный барический градиент (стрелки) в трех точках
барического поля.
Рис. 59. Изобарические
поверхности в вертикальном разрезе и направление горизонтального
барического градиента. Двойная линия - поверхность уровня.
В разных точках барического поля направление и
модуль барического градиента будут, конечно, разными. Там, где
изобары сгущены, изменение давления на единицу расстояния по нормали
к изобаре больше; там, где изобары раздвинуты, оно меньше. Иначе
говоря, модуль горизонтального барического градиента обратно
пропорционален расстоянию между изобарами.
Если в атмосфере есть горизонтальный барический градиент, значит,
изобарические поверхности в данном участке атмосферы наклонены к
поверхности уровня и, стало быть, пересекаются с нею, образуя
изобары. Изобарические поверхности наклонены всегда в направлении
градиента, т. е. туда, куда давление убывает (рис. 59).
2. Горизонтальный барический градиент является горизонтальной
составляющей полного барического градиента. Последний представляется
пространственным вектором, который в каждой точке изобарической
поверхности направлен по нормали к этой поверхности в сторону
поверхности с меньшим значением давления. Модуль этого вектора равен
- др/дп, но здесь п - нормаль к изобарической поверхности. Полный
барический градиент можно разложить на вертикальную и горизонтальную
составляющие, или на вертикальный и горизонтальный градиенты. Можно
разложить его и на три составляющие по осям прямоугольных координат
X, Y, Z.
Давление меняется с высотой гораздо сильнее, чем в горизонтальном
направлении. Поэтому вертикальный барический градиент в десятки
тысяч раз больше горизонтального. Он уравновешивается или почти
уравновешивается направленной противоположно ему силой тяжести, как
это вытекает из основного уравнения статики атмосферы. На
горизонтальное движение воздуха вертикальный барический градиент не
влияет. Дальше в этой главе мы будем говорить только о
горизонтальном барическом градиенте, называя его просто барическим
градиентом.
3. На практике измеряют на синоптических картах средний барический
градиент для того или иного участка барического поля. Именно,
измеряют расстояние Ап между двумя соседними изобарами в данном
участке по прямой, которая достаточно близка к нормалям обеих изобар.
Затем разность давлений между изобарами Ар (обычно 5 гПа) делят на
это расстояние, выраженное в крупных единицах - сотнях километров
или градусах меридиана (111 км). Средний барический градиент
представится отношением конечных разностей Ар/Ап гПа/градус
меридиана. Вместо градуса меридиана теперь чаще берут 100 км.
Определить барический градиент в свободной атмосфере можно по
расстоянию между изогипсами на картах барической топографии. В
действительных условиях атмосферы у земной поверхности
горизонтальные барические градиенты имеют порядок величины в
несколько гектопаскалей (обычно 1-3) на каждый градус меридиана.
