(d). Atmosferische druk

Inleiding

Lucht is een tastbare materiële stof en heeft als gevolg daarvan massa. Elk voorwerp met massa wordt beïnvloed door de universele kracht die zwaartekracht heet. Newton’s Wet van de Universele Zwaartekracht stelt: twee in de ruimte gescheiden voorwerpen worden tot elkaar aangetrokken door een kracht evenredig met het product van hun massa’s en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen hen. Op de aarde kan de zwaartekracht ook worden uitgedrukt als een versnellingskracht van ongeveer 9,8 meter per seconde per seconde. Ten gevolge van deze kracht versnelt de snelheid van elk voorwerp dat naar het aardoppervlak valt (1e seconde – 9,8 meter per seconde, 2e seconde – 19,6 meter per seconde, 3e seconde – 29,4 meter per seconde, enzovoort.) tot de eindsnelheid is bereikt.

De zwaartekracht geeft vorm aan en beïnvloedt alle atmosferische processen. Zij veroorzaakt dat de dichtheid en de druk van de lucht exponentieel afnemen naarmate men zich van het aardoppervlak verwijdert. In figuur 7d-1 hieronder is de gemiddelde verandering in luchtdruk met de hoogte boven het aardoppervlak weergegeven. In deze grafiek bedraagt de luchtdruk aan het aardoppervlak ongeveer 1013 millibar (mb) of 1 kilogram per vierkante centimeter oppervlakte.

Figuur 7d-1: Verandering van de gemiddelde luchtdruk met de hoogte.

Meten van de luchtdruk

Elk instrument dat de luchtdruk meet, wordt een barometer genoemd. De eerste meting van de luchtdruk begon met een eenvoudig experiment dat in 1643 werd uitgevoerd door Evangelista Torricelli. In zijn experiment dompelde Torricelli een buis, die aan één kant was afgesloten, in een vat met kwik (zie figuur 7d-2 hieronder). Door de atmosferische druk werd het kwik in de buis omhoog gedrukt tot een niveau dat aanzienlijk hoger was dan het kwik in de container. Torricelli stelde uit dit experiment vast dat de druk van de atmosfeer ongeveer 76 centimeter bedraagt (één centimeter kwik is gelijk aan 13,3 millibar). Hij merkte ook op dat de hoogte van het kwik varieerde met veranderingen in de weersomstandigheden buiten.

Torricelli’s barometer

Figuur 7d-2: Schema met de constructie van Torricelli’s barometer.

Het meest gebruikte type barometer in woningen is de aneroïde barometer (figuur 7d-3). In dit instrument bevindt zich een kleine, flexibele metalen capsule die een aneroïde cel wordt genoemd. Bij de constructie van het apparaat wordt binnen de capsule een vacuüm gecreëerd, zodat kleine veranderingen in de buitenluchtdruk de capsule doen uitzetten of inkrimpen. De grootte van de aneroïde cel wordt vervolgens gekalibreerd en elke verandering in het volume ervan wordt door veren en hefbomen doorgegeven aan een meetarm die de corresponderende atmosferische druk aangeeft.

Figuur 7d-3: Aneroïde barometer.

Voor klimatologische en meteorologische doeleinden wordt de standaard zeespiegeldruk 76,0 cm of 29,92 inch of 1013,2 millibar genoemd. Wetenschappers gebruiken vaak de kilopascal (kPa) als hun favoriete eenheid om druk te meten. 1 kilopascal is gelijk aan 10 millibar. Een andere eenheid van kracht die soms door wetenschappers wordt gebruikt om de atmosferische druk te meten is de newton. Eén millibar is gelijk aan 100 newton per vierkante meter (N/m2).

Luchtdruk aan het aardoppervlak

Figuur 7d-4 beschrijft de maandelijkse gemiddelde luchtdruk op zeeniveau aan het aardoppervlak. Deze animatie toont aan dat de luchtdruk aan het aardoppervlak zowel ruimtelijk als temporeel varieert. Tijdens de wintermaanden (december tot februari) ontwikkelen zich hogedrukgebieden boven Centraal-Azië (Siberisch Hoog), voor de kust van Californië (Hawaiiaans Hoog), Centraal-Noord-Amerika (Canadees Hoog), boven Spanje en Noordwest-Afrika tot in de subtropische Noord-Atlantische Oceaan (Azoren Hoog), en boven de oceanen op het Zuidelijk Halfrond in de subtropen. Lagedrukgebieden komen voor net ten zuiden van de Aleutian Islands (Aleutian Low), bij de zuidpunt van Groenland (Iceland Low), en breedtegraden 50 tot 80° zuid.

Tijdens de zomermaanden (juni tot augustus), verdwijnen een aantal dominante winterdruksystemen. Verdwenen zijn het Siberisch Hoog boven Centraal-Azië en de dominante lagedruksystemen bij de Aleoeteneilanden en bij de zuidpunt van Groenland. Het Hawaiiaanse hoog en het Azorenhoog intensiveren en breiden zich noordwaarts uit in hun relatieve oceaanbekkens. Hogedruksystemen boven de subtropische oceanen op het zuidelijk halfrond intensiveren ook en breiden zich naar het noorden uit. Nieuwe gebieden van dominante hoge druk ontwikkelen zich boven Australië en Antarctica (Zuidpoolhoog). Regio’s van lage druk vormen zich boven Centraal-Azië en Zuidwest-Azië (Aziatisch Laag). Deze druksystemen zijn verantwoordelijk voor de zomerse moessonregens in Azië.

We zullen deze grafiek opnieuw bekijken in onderwerp 7p, wanneer de mondiale circulatie wordt besproken.