Úvod
Vzduch je hmotná látka, a proto má hmotnost. Na každý objekt s hmotností působí univerzální síla známá jako gravitace. Newtonův zákon všeobecné gravitace říká: Jakákoli dvě tělesa vzdálená od sebe v prostoru se navzájem přitahují silou úměrnou součinu jejich hmotností a nepřímo úměrnou čtverci vzdálenosti mezi nimi. Na Zemi lze gravitaci vyjádřit také jako sílu zrychlení přibližně 9,8 m/s za sekundu. V důsledku této síly se rychlost jakéhokoli předmětu padajícího k povrchu Země zrychluje (1. sekunda – 9,8 metru za sekundu, 2. sekunda – 19,6 metru za sekundu, 3. sekunda – 29,4 metru za sekundu atd.), dokud není dosaženo konečné rychlosti.
Gravitace utváří a ovlivňuje všechny atmosférické procesy. Způsobuje, že hustota a tlak vzduchu exponenciálně klesají se vzdáleností od povrchu Země. Obrázek 7d-1 níže modeluje průměrnou změnu tlaku vzduchu s výškou nad zemským povrchem. Na tomto grafu je znázorněno, že tlak vzduchu při povrchu Země je přibližně 1013 milibarů (mb) neboli 1 kilogram na centimetr čtvereční plochy povrchu.
Obrázek 7d-1: Změna průměrného atmosférického tlaku s výškou.
Měření atmosférického tlaku
Každý přístroj, který měří tlak vzduchu, se nazývá barometr. První měření atmosférického tlaku začalo jednoduchým pokusem, který provedl Evangelista Torricelli v roce 1643. Při svém pokusu ponořil Torricelli trubičku na jednom konci uzavřenou do nádoby se rtutí (viz obrázek 7d-2 níže). Atmosférický tlak pak vytlačil rtuť do trubice na úroveň, která byla podstatně vyšší než rtuť v nádobě. Torricelli na základě tohoto pokusu určil, že tlak atmosféry je přibližně 30 palců nebo 76 centimetrů (jeden centimetr rtuti se rovná 13,3 milibarů). Všiml si také, že výška rtuti se mění se změnami venkovních povětrnostních podmínek.
Torricelliho barometr
Obrázek 7d-2: Schéma znázorňující konstrukci Torricelliho barometru.
Nejběžnějším typem barometru používaným v domácnostech je aneroidní barometr (obrázek 7d-3). Uvnitř tohoto přístroje se nachází malá pružná kovová kapsle zvaná aneroidní buňka. Při konstrukci přístroje je uvnitř kapsle vytvořen podtlak, takže malé změny vnějšího tlaku vzduchu způsobují rozpínání nebo smršťování kapsle. Velikost aneroidní buňky je pak kalibrována a každá změna jejího objemu se pomocí pružin a páček přenáší na indikační rameno, které ukazuje na odpovídající atmosférický tlak.
Obrázek 7d-3: Aneroidní barometr.
Pro klimatologické a meteorologické účely se uvádí, že standardní tlak na úrovni hladiny moře je 76,0 cm neboli 29,92 palce neboli 1013,2 milibarů. Vědci často používají jako preferovanou jednotku pro měření tlaku kilopascal (kPa). Jeden kilopascal se rovná 10 milibarům. Další jednotkou síly, kterou vědci někdy používají k měření atmosférického tlaku, je newton. Jeden milibar se rovná 100 newtonům na metr čtvereční (N/m2).
Atmosférický tlak na zemském povrchu
Obrázek 7d-4 popisuje měsíční průměrný tlak na hladině moře pro zemský povrch. Tato animace ukazuje, že tlak vzduchu při povrchu se mění jak prostorově, tak časově. V zimních měsících (prosinec až únor) se vytvářejí oblasti vysokého tlaku vzduchu nad střední Asií (sibiřská tlaková výše), u pobřeží Kalifornie (havajská tlaková výše), ve střední části Severní Ameriky (kanadská tlaková výše), nad Španělskem a severozápadní Afrikou zasahující do subtropického severního Atlantiku (azorská tlaková výše) a nad oceány na jižní polokouli v subtropech. Oblasti nízkého tlaku se vyskytují jižně od Aleutských ostrovů (Aleutská tlaková níže), na jižním cípu Grónska (Islandská tlaková níže) a v zeměpisných šířkách 50 až 80° jižní šířky.
V letních měsících (červen až srpen) zaniká řada dominantních zimních tlakových systémů. Zmizí sibiřská tlaková výše nad střední Asií a dominantní systémy nízkého tlaku vzduchu v blízkosti Aleutských ostrovů a na jižním cípu Grónska. Havajská a Azorská tlaková výše zesilují a rozšiřují se na sever do svých příbuzných oceánských pánví. Systémy vysokého tlaku nad subtropickými oceány na jižní polokouli rovněž zesilují a rozšiřují se k severu. Nad Austrálií a Antarktidou vznikají nové oblasti dominantního vysokého tlaku (Jižní polární výšina). Nad střední a jihozápadní Asií se vytvářejí oblasti nízkého tlaku (asijská tlaková níže). Tyto tlakové systémy jsou zodpovědné za letní monzunové deště v Asii.
Tímto grafem se budeme znovu zabývat v tématu 7p, až budeme probírat globální cirkulaci.
Obrázek 7d-4: Měsíční průměrný tlak na mořské hladině a převládající větry pro zemský povrch, 1959-1997. Hodnoty atmosférického tlaku jsou upraveny podle nadmořské výšky a jsou popsány vzhledem k hladině moře. Posuvník ve spodní části obrázku umožňuje měnit měsíční období. 05/07/2009 10:08stínování barev. Modré odstíny označují tlak nižší, než je globální průměr, zatímco žluté až oranžové odstíny jsou vyšší než průměrná měření. (Zdroj:
(Pro zobrazení této animace musí být ve vašem prohlížeči nainstalován doplněk QuickTime společnosti Apple. Zásuvný modul QuickTime je k dispozici pro počítače s operačními systémy Macintosh a Windows a lze jej ZDARMA stáhnout ze stránek World Wide Web www.apple.com/quicktime).