Introduktion
Luft är ett påtagligt materiellt ämne och har därför massa. Alla föremål med massa påverkas av den universella kraft som kallas gravitation. Newtons lag om universell gravitation säger: två föremål som är åtskilda i rymden dras till varandra av en kraft som är proportionell mot produkten av deras massa och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem. På jorden kan gravitationen också uttryckas som en accelerationskraft på cirka 9,8 meter per sekund per sekund. Som ett resultat av denna kraft ökar hastigheten hos varje föremål som faller mot jordens yta (1:a sekunden – 9,8 meter per sekund, 2:a sekunden – 19,6 meter per sekund, 3:e sekunden – 29,4 meter per sekund och så vidare) tills sluthastigheten uppnås.
Tyngdkraften formar och påverkar alla atmosfäriska processer. Den gör att luftens densitet och tryck minskar exponentiellt när man rör sig bort från jordens yta. Figur 7d-1 nedan modellerar den genomsnittliga förändringen av lufttrycket med höjden över jordytan. I denna graf illustreras lufttrycket vid ytan som cirka 1013 millibar (mb) eller 1 kilogram per kvadratcentimeter yta.
Figur 7d-1: Förändring av genomsnittligt atmosfärstryck med höjden.
Mätning av atmosfärstryck
Varje instrument som mäter lufttrycket kallas för en barometer. Den första mätningen av lufttrycket började med ett enkelt experiment som utfördes av Evangelista Torricelli 1643. I sitt experiment sänkte Torricelli ner ett rör, förseglat i ena änden, i en behållare med kvicksilver (se figur 7d-2 nedan). Det atmosfäriska trycket tvingade sedan upp kvicksilvret i röret till en nivå som var betydligt högre än kvicksilvret i behållaren. Torricelli fastställde utifrån detta experiment att trycket i atmosfären är ungefär 30 tum eller 76 centimeter (en centimeter kvicksilver är lika med 13,3 millibar). Han noterade också att kvicksilverhöjden varierade med förändringar i väderförhållandena utomhus.
Torricellis barometer
Figur 7d-2: Diagram som visar konstruktionen av Torricellis barometer.
Den vanligaste typen av barometer som används i hemmen är den aneroidiska barometern (figur 7d-3). Inuti detta instrument finns en liten, flexibel metallkapsel som kallas aneroidcell. Vid konstruktionen av instrumentet skapas ett vakuum inuti kapseln så att små förändringar i det yttre lufttrycket får kapseln att expandera eller krympa. Aneroidcellens storlek kalibreras sedan och varje förändring i dess volym överförs via fjädrar och spakar till en indikatorarm som pekar på motsvarande atmosfärstryck.
Figur 7d-3: Aneroidbarometer.
För klimatologiska och meteorologiska syften sägs standardtrycket på havsnivå vara 76,0 cm eller 29,92 tum eller 1013,2 millibar. Forskare använder ofta kilopascal (kPa) som sin föredragna enhet för att mäta tryck. 1 kilopascal är lika med 10 millibar. En annan kraftenhet som forskare ibland använder för att mäta atmosfäriskt tryck är newton. En millibar motsvarar 100 newton per kvadratmeter (N/m2).
Atmosfäriskt tryck vid jordytan
Figur 7d-4 beskriver det månatliga genomsnittliga trycket vid havsnivå för jordytan. Animationen visar att lufttrycket på ytan varierar både rumsligt och tidsmässigt. Under vintermånaderna (december-februari) utvecklas högtrycksområden över centrala Asien (sibiriskt högtryck), utanför Kaliforniens kust (hawaiianskt högtryck), centrala Nordamerika (kanadensiskt högtryck), över Spanien och nordvästra Afrika som sträcker sig in i den subtropiska delen av Nordatlanten (azorernas högtryck) och över haven på södra halvklotet vid de subtropiska områdena. Lågtrycksområden förekommer strax söder om Aleuterna (Aleuterna låg), vid Grönlands sydspets (Island låg) och på latituder mellan 50 och 80° syd.
Under sommarmånaderna (juni till augusti) försvinner ett antal dominerande vintertryckssystem. Borta är det sibiriska högtrycket över Centralasien och de dominerande lågtryckssystemen nära Aleuterna och vid Grönlands sydspets. Högtrycken på Hawaii och Azorerna intensifieras och expanderar norrut i sina respektive havsbassänger. Högtryckssystemen över de subtropiska oceanerna på södra halvklotet blir också starkare och expanderar norrut. Nya områden med dominerande högtryck utvecklas över Australien och Antarktis (sydpolartoppen). Lågtrycksregioner bildas över centrala Asien och sydvästra Asien (Asiatic Low). Dessa trycksystem är ansvariga för sommarmonsunregnen i Asien.
Vi kommer att undersöka denna grafik igen i ämne 7p när den globala cirkulationen diskuteras.
Figur 7d-4: Månadsgenomsnittligt tryck på havsnivå och förhärskande vindar för jordens yta, 1959-1997. Atmosfäriska tryckvärden är justerade för höjd och beskrivs i förhållande till havsnivån. Med skjutreglaget längst ned i bilden kan man ändra månadstid. 05/07/2009 10:08färgskuggning. Blå nyanser anger att trycket är lägre än det globala genomsnittet, medan gula till orange nyanser är högre än genomsnittsmätningarna. (Källa: Climate Lab Section of the Environmental Change Research Group, Department of Geography, University of Oregon – Global Climate Animations).
(För att se den här animationen måste din webbläsare ha Apples QuickTime-plugin. QuickTime-plugin finns för Macintosh- och Windows-datorer och kan laddas ner GRATIS från World Wide Web site www.apple.com/quicktime).