Bevezetés
A levegő kézzelfogható anyagi anyag, és ennek következtében tömege van. Minden tömeggel rendelkező tárgyra hat a gravitációnak nevezett egyetemes erő. Newton egyetemes gravitációs törvénye kimondja: két egymástól térben elválasztott tárgyat a tömegük szorzatával arányos és a köztük lévő távolság négyzetével fordítottan arányos erő vonz egymáshoz. A Földön a gravitáció másodpercenként körülbelül 9,8 méter/másodperc gyorsulási erőként is kifejezhető. Ennek az erőnek a hatására a Föld felszíne felé eső bármely tárgy sebessége felgyorsul (1. másodperc – 9,8 méter másodpercenként, 2. másodperc – 19,6 méter másodpercenként, 3. másodperc – 29,4 méter másodpercenként, és így tovább), amíg el nem éri a végsebességet.
A gravitáció minden légköri folyamatot alakít és befolyásol. Azt okozza, hogy a levegő sűrűsége és nyomása exponenciálisan csökken, ahogy távolodunk a Föld felszínétől. Az alábbi 7d-1. ábra modellezi a légnyomás átlagos változását a Föld felszíne feletti magassággal. Ezen a grafikonon a felszínen a légnyomás körülbelül 1013 millibar (mb) vagy 1 kilogramm négyzetcentiméterenként a felszínen.
7d-1. ábra: Az átlagos légnyomás változása a magassággal.
A légnyomás mérése
A légnyomást mérő műszert barométernek nevezzük. A légnyomás első mérése Evangelista Torricelli 1643-ban végzett egyszerű kísérletével kezdődött. Kísérletében Torricelli egy egyik végén lezárt csövet merített egy higanytartályba (lásd az alábbi 7d-2. ábrát). A légköri nyomás ezután a higanyt felnyomta a csőbe olyan szintre, amely lényegesen magasabb volt, mint a tartályban lévő higany. Torricelli ebből a kísérletből megállapította, hogy a légköri nyomás körülbelül 30 hüvelyk vagy 76 centiméter (egy centiméter higany 13,3 millibarnak felel meg). Azt is észrevette, hogy a higany magassága a külső időjárási viszonyok változásával változik.
Torricelli barométere
7d-2. ábra: Torricelli barométerének felépítését bemutató ábra.
A háztartásokban leggyakrabban használt barométertípus az aneroid barométer (7d-3. ábra). Ennek a műszernek a belsejében egy kis, hajlékony fémkapszula, az úgynevezett aneroidcella található. A készülék felépítése során a kapszulában vákuumot hoznak létre, így a külső légnyomás kis változásai a kapszula kitágulását vagy összehúzódását okozzák. Az aneroid-cella méretét ezután kalibrálják, és a térfogatában bekövetkező változásokat rugók és karok továbbítják egy jelzőkarra, amely a megfelelő légköri nyomásra mutat.
7d-3. ábra: Aneroid barométer.
Klimatológiai és meteorológiai célokra a standard tengerszint feletti nyomást 76,0 cm-nek vagy 29,92 hüvelyknek vagy 1013,2 millibarnak mondják. A tudósok gyakran a kilopascal (kPa) mértékegységet használják a nyomás mérésére. 1 kilopascal 10 millibarnak felel meg. A tudósok által a légköri nyomás mérésére néha használt másik erőegység a newton. Egy millibar egyenlő 100 newton per négyzetméter (N/m2).
Légköri nyomás a Föld felszínén
A 7d-4. ábra a Föld felszínének havi átlagos tengerszintű nyomását mutatja be. Ez az animáció azt mutatja, hogy a felszíni légnyomás térben és időben is változik. A téli hónapokban (decembertől februárig) magasnyomású területek alakulnak ki Közép-Ázsia felett (szibériai magas), Kalifornia partjainál (hawaii magas), Észak-Amerika középső részén (kanadai magas), Spanyolország és Északnyugat-Afrika felett a szubtrópusi Észak-Atlanti-óceánba nyúlóan (azori magas), valamint a déli félteke óceánjai felett a szubtrópusoknál. Alacsony nyomású területek az Aleut-szigetektől délre (Aleut-szigeteki mélypont), Grönland déli csücskénél (Izlandi mélypont) és a déli szélesség 50-80° között fordulnak elő.
A nyári hónapokban (júniustól augusztusig) számos domináns téli nyomású rendszer eltűnik. Eltűnik a Közép-Ázsia feletti szibériai magaslat és a domináns alacsony nyomású rendszerek az Aleut-szigetek közelében és Grönland déli csücskénél. A Hawaii- és az Azori-szigeteki magaslatok erősödnek, és észak felé terjeszkednek a hozzájuk tartozó óceáni medencékbe. A déli félteke szubtrópusi óceánjai feletti magasnyomású rendszerek szintén erősödnek és észak felé terjeszkednek. Ausztrália és az Antarktisz felett új domináns magasnyomású területek alakulnak ki (Déli-sarki Magashegy). Közép-Ázsia és Délnyugat-Ázsia felett alacsony nyomású területek alakulnak ki (ázsiai mélypont). Ezek a nyomásrendszerek felelősek Ázsia nyári monszun esőzéseiért.
Ezt a grafikont a 7p témakörben fogjuk újra megvizsgálni, amikor a globális cirkulációról lesz szó.
7d-4. ábra: Havi átlagos tengerszintnyomás és uralkodó szelek a Föld felszínén, 1959-1997. A légköri nyomásértékek a tengerszint feletti magassághoz igazítva és a tengerszinthez viszonyítva vannak leírva. A kép alján lévő csúszkával a hónapok időpontja változtatható. 05/07/2009 10:08színárnyékolás. A kék árnyalatok a globális átlagnál alacsonyabb nyomást jeleznek, míg a sárga és narancssárga árnyalatok az átlagos méréseknél magasabbat. (Forrás: Climate Lab Section of the Environmental Change Research Group, Department of Geography, University of Oregon – Global Climate Animations).
(Az animáció megtekintéséhez a böngészőnek rendelkeznie kell az Apple QuickTime plug-injével. A QuickTime plug-in elérhető Macintosh és Windows operációs rendszerű számítógépekhez, és INGYENESEN letölthető a www.apple.com/quicktime világhálós oldalról).