1. Jednostki pomiaru

2. Redukcja ciśnienia

3. Pomiar ciśnienia; aneroid, barograf, mikrobarograf

4. Przebieg ciśnienia

5. Ciśnienie atmosferyczne w depeszy

6. Tendencja baryczna

7. Zadania

8. Słownik

Ciśnienie atmosferyczne definiuje nacisk słupa atmosfery na jednostkę powierzchni. Wartość ciśnienia uzależniona jest od:

1. wysokości słupa atmosfery będącego nad powierzchnią pomiaru,

2. gęstości powietrza będąca w słupie atmosfery nad powierzchnią pomiaru,

3. wartości przyspieszenia ziemskiego (siły ciężkości)

Jednostka pomiaru ciśnienia w układzie SI to Pascal (1N/m2). W przypadku pomiarów ciśnienia atmosferycznego, stosując tą jednostkę, uzyskuje się ogromne wartości, dlatego stosuje się jednostki podstawowe jednostki sto razy większej - hektopaskala (skrót - hPa). W nieodległej przeszłości główną jednostką pomiaru ciśnienia atmosferycznego był milimetr słupa rtęci (skrót mm Hg), Jednostka ta wzięła się z pomiarów ciśnienia przy pomocy barometrów rtęciowych (była to wysokość słupa rtęci w barometrze rtęciowym). W krajach anglosaskich, gdzie odrzucano jednostki takie jak metr, centymetr czy milimetr jako jakobińskie miary długości. Wykorzystywano je całe oraz ich części (oczywiście w malejącym ciągu geometrycznym, czyli 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, i tak do 1/128 cala - by było prościej oraz w zgodzie z prawem naturalnym - później jednak części setne). Jednostką pomiaru ciśnienia były cale oraz ich części 128 albo części setne (w pewnych tablicach nawigacyjnych znaleźć można odpowiednie tabelki, dzięki którym przeliczymy ciśnienie zmierzone w calach na odpowiadające im ciśnienie w mm Hg albo mb). Inną jednostką kiedyś wykorzystywaną był (w układzie MKSA oraz cgs) milibar (skrót mb).

Ponieważ jeszcze aktualnie duża ilość maszyn pomiarowych oraz pomocy nawigacyjnych operuje tymi jednostkami pomiaru ciśnienia, trzeba umieć przeliczać jedne jednostki na drugie. Na przykład:

1 hPa = 3/4 mm Hg; 1 mm Hg = 4/3 hPa,

1/100 cala = 0.252 mm Hg = 0,336 hPa,

1 hPa = 1 mb.

To ostatnie znaczy, iż wartość ciśnienia mianowana w milibarach odpowiada dokładnie takiej samej wartości ciśnienia mianowanej w hektopaskalach (i na odwrót) i nie potrzeba robić innych przeliczeń.

Redukcja ciśnienia

Ponieważ, razem ze wzrostem wysokości na której robi się pomiary maleje wysokość słupa atmosfery, maleje także mierzone ciśnienie. Zmiany ciśnienia razem z wysokością na pierwszych 2000 m od powierzchni morza zachodzą szybko - przy wzroście wysokości o prawie 8 m ciśnienie atmosferyczne maleje o 1 hPa (czytaj dalej - stopień baryczny). W końcu, pomiary dokonane w takim samym punkcie oraz w takim samym czasie na przeróżnych wysokościach, dadzą nam inne wartości ciśnienia. Dodatkowo na zmiany ciśnienia w takim samym punkcie wpłyną zmiany temperatury powietrza.

Dla porównywania pomiarów ciśnienia i przedstawiana jego zmian w przestrzeni zachodzi konieczność doprowadzenia ciśnienia do formy porównywalnej, czyli dokonania zwanej inaczej redukcji ciśnienia albo inaczej redukcji wskazań barometru. Wykorzystuje się tu jednolity poziom odniesienia jakim jest poziom morza oraz jednolitą temperaturę powietrza, jaką jest temperatura, która wynosi 0°C. Ciśnienie zredukowane jest wartością ciśnienia, które poprawiono przy pomocy konkretnej, dodano do niego poprawki, nazywane poprawką redukcyjną, oraz doprowadzone do wysokości poziomu morza i temperatury powietrza wynoszącej 0°C.

Poprawki redukcyjne (na ogół zwane także poprawkami barometrycznymi) da się wyliczyć przy pomocy formuł jakie wynikają z wzorów barometrycznych (np. wzoru Babineta), w zdecydowanej jednak większości używamy gotowe, stabelaryzowane wartości poprawek barometrycznych. Argumentami, z jakimi wchodzi się do tych tablic są wysokość nad poziom morza oraz temperatura powietrza. W zależności od tego jak zbudowana jest tablica, odczytujemy wartości poprawki barometrycznej, najczęściej na przecięciu wiersza/kolumny odpowiedniej wysokości nad poziom morza z konkretną temperaturą powietrza. Poprawkę barometryczną trzeba zawsze dodać (znak plus), ponieważ pomiaru dokonujemy powyżej poziomu morza. Tylko wtedy, gdybyśmy pływali po Morzu Kaspijskim (depresja), zachodziłaby konieczność odjęcia poprawki.

Przykład tablic, które stosujemy do redukcji ciśnienia atmosferycznego mierzonego przy pomocy aneroidu do temperatury 0°C oraz poziomu morza pokazuje tablica umieszczona niżej. Tablice te zaczerpnięte są z "Dziennika okrętowych obserwacji meteorologicznych i hydrologicznych".

Redukcja ciśnienia atmosferycznego do poziomu morza (hPa)

wysokość w metrach 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

poprawka przy t = 0°C 0,1 0,3 0,4 0,5 0,7 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,3 1,5 1,6 1,7 1,9 2,0 2,1 2,3 2,4 2,5

poprawka przy t = 10°C 0,1 0,3 0,4 0,5 0,7 0,7 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,7 1,9 2,0 2,1 2,3 2,3 2,4

poprawka przy t = 20°C 0,1 0,3 0,4 0,5 0,5 0,7 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,5 1,5 1,6 1,7 1,9 2,0 2,1 2,3 2,4

poprawka przy t = 30°C 0,1 0,3 0,4 0,4 0,5 0,7 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,3 1,5 1,6 1,7 1,9 1,9 2,0 2,1 2,3

Badając rozkład wartości poprawek w tablicy, zauważyć można, iż zmiana wysokości pociąga za sobą gwałtowną zmianę wartości poprawki, gdy zmiana temperatury powietrza w niewielkim stopniu wpływa na jej wartość. Korzystanie z tablicy poprawek redukcyjnych jest bardzo łatwe. Niech wysokość aneroidu równa jest 15 m n.p.m. natomiast temperatura powietrza 15.7°C. Wartość temperatury 15.7°C jest bliższa 20° aniżeli 10°, skorzystamy zatem z wiersza dla temperatury powietrza 20°C; w polu które leży na skrzyżowaniu kolumny 15 m n.p.m. oraz wiersza 20°C odnajdziemy wartość poprawki redukcyjnej, która wynosi +1.7 hPa (zaznaczona czerwonym kolorem).

Gdy będziemy korzystać z tablic poprawek, które znajdują w przeróżnych źródłach, trzeba zwrócić także uwagę, by zastosować odpowiednią poprawkę dla odpowiedniego typu urządzenie (nie należy mylić poprawek - na przykład nie zastosować poprawek redukcyjnych dla barometru rtęciowego (poprawki na ciężkość, redukcja temperatury barometru) do pomiarów ciśnienia dokonywanych przy pomocy aneroidu).

Pomiar ciśnienia - aneroid

Do pomiarów ciśnienia atmosferycznego na statkach aktualnie wykorzystuje się aneroidów (ilość pojedyncza - aneroid), nazywanych także "barometrami metalowymi" albo "barometrami sprężynowymi". Drugim typem uradzenia często wykorzystywanym na statkach jest "barometr elektryczny". Od kilkudziesięciu lat nie stosuje się na statkach na ogół opisywanego w podręcznikach barometru rtęciowego, do którego prawie wszelkie tablice nawigacyjne oraz inne pomoce nawigacyjne umieszczają tablice poprawek (siłą inercji).

Czujnikiem reagującym na zmiany ciśnienia atmosferycznego w aneroidzie jest puszka Vidi'ego, która jest zamkniętą puszką zrobioną z cienkiej oraz sprężystej karbowanej blachy, w środku której ciśnienie jest obniżone. Na skutek zmian ciśnienia atmosferycznego puszka ta ulega deformacjom - przy wzroście ciśnienia jej ścianki ulegają ściskaniu, natomiast w momencie spadku ciśnienia siły sprężystości blachy chcą ją "rozszerzyć". W końcu zmiany ciśnienia sprawiają,że ulegają zmiany "grubości" puszki Vidiego. Zmiany te, przy pomocy systemu konkretnych przekładni przenoszone są na ruch wskazówki pomiarowej urządzenia, przesuwającej się na tle skali. We aktualnych aneroidach jest umieszczony dodatkowo układ kompensujący wpływ zmian temperatury urządzenia na jego wskazania (układ kompensujący rozszerzalność termiczną jego metalowych części).

Dokładność odczytu ciśnienia z aneroidu powinna być równa 0.1 hPa; gdyż skala jest oznaczona co 1 hPa (1 mm Hg lub 0.01 cala), odczyt z taką dokładnością stanowi wynik interpolacji, jaką wykonuje osoba obserwująca.

Pomiar dokonany przy pomocy aneroidu powinien zostać poprawiony o wartość poprawki instrumentalnej. Poprawka ta jest poprawką dla danego urządzenia, bierze się to z niedokładności wykonania oraz skalowania urządzenia, definiuje ją wytwórca, przeprowadzając tarowanie urządzenia w komorze ciśnieniowej. Definicja poprawki instrumentalnej opiera się na porównaniu wskazań urządzenie analizowanego z urządzeniem wzorcowym, podczas zmian ciśnienia w komorze, które odpowiada zakresowi pomiaru. Poprawka instrumentalna jest na ogół funkcję zmierzonego ciśnienia, czasem jest ona stała dla całego zakresu pomiaru. Jej znak może być przeróżny, na ogół tak się dzieje, iż w części zakresu pomiarowego jest ona dodatnia, natomiast w części ujemna albo zerowa.

Co najmniej raz w roku trzeba porównać ciśnienie jakie wskazuje aneroid statkowy ze wskazaniami urządzenia wzorcowego. Urząd wzorcowy przynosi ze sobą portowy oficer meteorologiczny; usługa taka (nic nie kosztuje) może być dokonana we wszystkich porcie, gdzie jest agent meteorologiczny albo portowy oficer meteorologiczny. Wiadomości w tej kwestii można otrzymać w Kapitanacie Portu. Oficer meteorologiczny wyznacza tzw. poprawkę stałą, którą trzeba dodawać (z jej znakiem) do poprawki instrumentalnej. Wartość tej poprawki, razem z datą, portowy oficer meteorologiczny bardzo często wpisane jest na specjalną metryczkę, którą nakleja się na szot niedaleko aneroidu. Jest to dla władz portowych, które dokonują inspekcji dowód, iż znajdujący się na statku jest sprawny.

Ryc.1. Aneroid (barometr metalowy). Widoczna wewnątrz urządzenia karbowana powierzchnia puszki Vidiego oraz mechanizm przenoszący deformacje puszki Vidiego na wskazówkę pomiaru ciśnienia (czarna). Druga wskazówka (złota), daje się przekręcać pokrętłem wyprowadzonym na zewnątrz szybki urządzenia. Gdy dokona się już pomiaru ustawia się ją w taki sposób, by pokrywała się ze wskazówkę pomiarową. Przy kolejnym pomiarze ciśnienia można dzięki temu od razu ocenić, w którym kierunku (wzrost, spadek) oraz o jaką wielkość dokonała się zmiana ciśnienia. Trzeba zwrócić uwagę również na to, iż aneroid jest zaopatrzony w dwie skale - zewnętrzna jest cechowana w calach oraz ich częściach setnych, wewnętrzna - w hPa (lub mb). Przed odczytem ciśnienia trzeba delikatnie stuknąć paznokciem w szybkę urządzenia.

Ryc. 2. Aneroid okrętowy produkcji polskiej, skalowany w hPa (milibarach; skala zewnętrzna) oraz mm Hg (skala wewnętrzna). W swoim czasie bardzo często wykorzystuje się aneroid na polskich statkach.

Trzeba zapamiętać, iż nie wolno bez wyraźnych przyczyn samemu regulować ustawienia aneroidu w stosunku do ustawienia fabrycznego (śrubą regulacyjną, która jest umieszczona z tyłu). Przestawienie wskazówki barometru względem skali może spowodować, iż wartości poprawek instrumentalnych, jakie dostarczone są razem ze świadectwem aneroidu staną się nieaktualne, a zmierzone po takiej regulacji wartości ciśnienia będą obarczone dużym błędem. Jeżeli już dojdzie do takiej potrzeby, trzeba to zrobić podczas inspekcji / wizyty portowego oficera meteorologicznego na statku. Także trzeba pamiętać, iż poprawka stała aneroidu może być ogromna - czasami od kilku do kilkunastu hPa. Gdy obejmujemy stanowisko oficera wachtowego na konkretnym statku trzeba zasięgnąć wiadomości od zmiennika, czy jest tabela poprawek instrumentalnych oraz jaka jest wartość poprawki stałej. We wszelkich tych przypadkach, gdy aneroid pokazuje ślady uszkodzeń albo manipulacji (np. zbita albo pęknięta szyba czołowa, wgniecenia obudowy), do jego wskazań trzeba podchodzić z ograniczonym zaufaniem oraz starać się, by jak najszybciej aneroid został wymieniony, a przynajmniej sprawdzony przez portowego oficera meteorologicznego.

Na przykład, na statku zmierzono na aneroidzie cechowanym w mm Hg ciśnienie wyniosło 761.4 mm. Tabela poprawek instrumentalnych (p(i)) ma taką właśnie postać:

zakres mm Hg p(i) mm Hg

720,0 - 733,0 -0,3

733.1 - 747.9 -0,2

748.0 - 756,1 -0,1

756,2 - 761,9 0,0

762,0 - 774,3 -0,1

774.4 - 779,9 +0,1

780,0 - 789,0 +0,2

natomiast poprawka stała jest równa +1.7 hPa. Odnajdujemy w tabeli zakres, gdzie są umieszczone już odczytane ciśnienie (756.2 - 761.9), odczytujemy wartość poprawki instrumentalnej (wynosi 0.0), oddychamy z ulgą, iż nie musimy przeliczać, zamieniamy odczyt z mm Hg na hPa ((761.4 * 4)/3 = 1015.2) oraz dodajemy poprawkę stałą: 1015,2 + 1.7 = 1016,9 hPa. Jest to zmierzona wartość ciśnienia atmosferycznego, ta wartość powinna zostać teraz poddana redukcji.

Barograf

Barograf jest to urządzenie mierzące oraz rejestrujące przebieg ciśnienia atmosferycznego. Fragmentem reagującym na zmiany ciśnienia atmosferycznego w tym urządzeniu jest wiele (na ogół 4-6) puszek Vidiego złączonych szeregowo (bateria), tak, by otrzymać odpowiednio ogromną amplitudę deformacji oraz odpowiednio ogromną siłę, która pozwala na pokonanie oporów tarcia pisaka o papier. Deformacje fragmentu pomiarowego przenoszone są przez system dźwigni (przekładnię) na wskazówkę zakończoną pisakiem. Pisak przylega do bębna, który napędzany jest mechanizmem zegarowym. Porusza się (kręci) ruchem jednostajnym. Na bęben nakłada się pasek papieru gdzie nadrukowana jest skala czasowa (w formie fragmentów łuków; co 2 godziny, grubsze linie co 6 godzin) oraz ciśnienia (linie poziome; co 2 hPa cieńsze oraz co 10 hPa - grubsze). Pisak zakreśla na tym pasku przebieg ciśnienia; taki pasek nazywa się barogramem (mian. liczba pojedyncza - barogram; zobacz rys. 5). Zależnie od czasu całego obrotu bębna barografy podzielić można na barografy dobowe (pełny obrót bębna w czasie 24 godzin) oraz tygodniowe (pełny obrót bębna w czasie 168 godzin). Na statkach wykorzystuje się na ogół barografy tygodniowe.

Ryc. 3. Otwarty barograf tygodniowy o napędzie zegarowym (prod. Czechosłowacja, firma "Metra"). Bateria puszek Vidiego umieszczona jest w środku srebrzystej cylindrycznej osłony, gdzie (u dołu) wychodzi ciepło które przenosi ruch puszek przez przekładnię, na wskazówkę skończoną pisakiem. W górnej części osłony puszek zauważyć można pokrętło, które pozwala na prostą korektę ustawienia wskazań ciśnienia i/lub "przeskalowanie" barografu (czytaj niżej). Pionowy pręt (pomiędzy bębnem a osłoną) wykorzystywany jest do osunięcia pisaka od bębna w czasie wymiany paska (barogramu), uruchamia się go dźwignią, która wychodzi z podstawy urządzenia. Nakręcanie zegara barografu zachodzi przez obrót pokrętła zauważalnego na bębnie.

Precyzyjność zapisu ciśnienia przez barograf jest o jeden rząd wielkości mniejszy aniżeli odczyt ciśnienia z aneroidu; praktycznie jest to dokładność +/- 1 hPa. W przypadku ogromnego falowania dokładność zapisu ciśnienia jest jeszcze mniejsza.

Wymieniać pasek barografu należy dokonać w poniedziałek w godzinach pomiędzy 08.00 a 13.00, ciągle o takie samej godzinie (np. o 13.00). Przed założeniem barogram trzeba opisać - w rubryki górne paska trzeba wpisać następne daty, które odpowiadają dniom tygodnia, na odwrocie paska trzeba napisać nazwę statku, nazwisko osoby obserwującej, datę oraz czas (moment) wymiany paska. Czasami wpisywane jest także numer podróży statku oraz określenie akwenu, gdzie prowadzi się w konkretnym tygodniu zapis ciśnienia. Czasami barogramy posiadają na przedniej albo tylnej części wypisane konkretne rubryki, które wymagają wypełnienia. Po założeniu nowego (czystego) barogramu trzeba zrobić następujące rzeczy:

ułożyć bęben w takim sposób, by była zgodność czasu na pasku z czasem, według którego dokonuje się rejestracji ciśnienia,

sprawdzić wskazania ciśnienia barografu z wskazaniem aneroidu statkowego; jeżeli występują rozbieżności większe od 1 hPa należy ustawić poprawne wskazania barografu konkretnym pokrętłem, albo jeżeli nie mamy takiej możliwości - odnotować wielkość różnicy (ze znakiem - dokładnie ze znakiem!)

dopilnować właściwego położenia końców paska - koniec paska musi być nałożony na jego początek (co oznacza, iż początek paska musi być przykryty przez koniec paska),w innym przypadku grozi nam ryzyko uszkodzenia pisaka albo nawet uszkodzenia barografu - pisak zahaczy się o odstającą krawędź paska).

Na zdjętym barogramie trzeba:

zapisać czas zdjęcia paska (godziny minuty),

jeżeli barogram był opisany według czasu statkowego, zapisać wszystkie zmiany czasu okrętowego (jeżeli takie miały miejsce), oznaczając je na przedniej (czołowej) stronie paska,

zapisać wszelkie przeskalowania barografu (czytaj poniżej).

Większa część barografów ma barogramy skalowane w zakresie od 950 do 1050 hPa. Taki zakres zmian ciśnienia nie zawsze wystarcza do zapisu zaobserwowanych zmian ciśnienia. Czasami ciśnienie spada poniżej wartości najmniejszej (np. w głębokich niżach szerokości umiarkowanych, w cyklonie tropikalnym). W takiej ewentualności trzeba przeskalować barograf. Trzeba po prostu przesunąć za pomocą odpowiedniego pokrętła skalę barografu w dół, na ogół o równą wartość 30 albo 40 hPa w dół. Gdy wzrośnie ciśnienie do granic pierwszego zakresu pomiarowego barogramu, barograf przeskalowuje się znowu "w górę". Ustawi on wówczas wskazania urządzenia według wskazań aneroidu statkowego. Przeskalowanie trzeba zrobić odpowiednio wcześnie - na przykład już wtedy, kiedy ciśnienie wynosi np. 960 hPa oraz ciągle spada, nie natomiast wtedy gdy pisak zacznie się opierać o dolną kryzę bębna. Przeskalowanie powinno być zrobione w sposób zdecydowany. Spowoduje to, że ich liczba będzie najmniejsza (nie trzeba przeskalowywać urządzenia np. o 10 hPa, i po paru godzinach znowu przeskalowywać - zapis zmian ciśnienia jest wówczas trudno czytelny a błąd zapisu wzrasta).

Barograf trzeba zabezpieczać przed możliwością roztrzaskania się podczas przechyłów. W kabinie nawigacyjnej trzeba odnaleźć miejsce, gdzie nie ma zbyt silnych wibracji (czasami wskazówka barografu rezonuje z wibracjami - taki zapis ciśnienia jest bardzo mało warty) a równocześnie barograf będzie stale w zasięgu wzroku oficera wachtowego. Jeżeli wszędzie poziom wibracji jest ogromny, pomaga na ogół położenie barografu na podkładce z pianki.

Barogramy trzeba dokładnie opisywać oraz przechowywać. W kilku przypadkach są one ważnym dokumentem, który pozwala na udokumentowanie rzeczywiście występujących warunków pogodowych, co bardzo często ma to ogromne znaczenie w przypadku rozpatrywania przez administrację morską oraz ubezpieczycieli spraw związanych z zaistnieniem awarii, wypadków, opóźnień oraz strat ładunkowych (wpływ siły wyższej).

Mikrobarograf

Mikrobarograf jest urządzeniem do rejestracji zmian ciśnienia atmosferycznego. Różnica w stosunku do barografu polega na tym, iż jest to urządzenie o wiele bardziej dokładne, pozwalające na zapisywanie wartości ciśnienia z dokładnością zbliżoną do odczytu ciśnienia z aneroidu (+/- 0.1 hPa). Rozmiary mikrobarografu są odpowiednio większe w stosunku do rozmiarów barografu.

Ta ogromna precyzja mikrobarografu jest wadą w przypadku występowania ogromnego falowania - zmiany wysokości poziomu urządzenia nad średni poziom morza spowodowane przez występowanie przechyłów wzdłużnych oraz bocznych sprawiają, iż zapis barografu staje się grubą linią, która nie pozwala na odczyt ciśnienia z konkretną dokładnością. Także występowanie ogromnie silnego wiatru, który powoduje pojawienie się krótkookresowych wahań ciśnienia w środku statku (turbulencje) sprawia "rozmazanie" zapisu ciśnienia. Te czynniki, a także wysoka cena urządzenia, sprawia, iż mikrobarografy wykorzystywane są na statkach o wiele rzadziej aniżeli barografy. Zobaczyć je można na ogół na tych statkach, gdzie armatorzy podpisali umowy na dokonywanie obserwacji meteorologicznych o podwyższonym standardzie albo wymagają od oficerów prowadzenia takich obserwacji (depesze SHIP w pełnym zakresie)..

Ryc. 4. Mikrobarograf tygodniowy (prod. czeskiej) o napędzie elektrycznym. Napęd - silnik krokowy sterowany kwarcem, zasilany przez dwie baterie alkaliczne AA (1.5 V). Silnik oraz zasilające je baterie, które wystarczają na 3 miesiące pracy, są umieszczone w środku bębna. Dobrze widoczna bateria puszek Vidiego. Do przeskalowywania mikrobarografu wykorzystuje się zębatki, które umieszczone są powyżej baterii puszek Vidiego.

Postępowanie z mikobarografem nie odbiega od obsługi barografu. Na mikrobarogramach dodatkowo trzeba opisać wartości ciśnienia na liniach poziomych (te drukowane są co 1.0 hPa). Wszelkie rodzaje mikrobarografów posiadają możliwość przeskalowywania (barografy - tylko pewnych rodzajów).

Zapis barografu (mikrobarografu) wykorzystuje się na ogół do zdefiniowania tendencji barycznej (czytaj niżej). Równocześnie zapis barografu daje możliwość wizualizacji zmian ciśnienia atmosferycznego - to z kolei informuje kapitana / oficera wachtowego o zachowaniu się ciśnienia atmosferycznego. Znajomość tego fragmentu jest ogromnie istotna dla krótkookresowego samodzielnego przewidywania pogody.

Przebieg ciśnienia atmosferycznego

Ciśnienie atmosferycznie ulega nieprzerwanym zmianom. Jest to powiązane z nieprzerwanymi zmianami wysokości słupa atmosfery, jej gęstości (zmiany temperatury) oraz pojawiającymi się ruchami powietrza. Mówiąc ogólniej, zmiany ciśnienia atmosferycznego da się podzielić na dwa typy: - krótkookresowe oraz długookresowe. Krótkookresowe zmiany ciśnienia to zmiany jakie występują podczas kilku-, kilkudziesięciu godzin; w czasie tego samego dnia, kilku następujących po sobie dni. Pod mianem długookresowych zmian ciśnienia atmosferycznego rozumiemy na ogół zmiany, jakie zachodzą w cyklu rocznym.

Zmiany krótkookresowe cechują się dwoma typowymi rodzajami przebiegów. W tropikach (na ogół od 30-35°N do 30-35°S) w czasie doby zaobserwować można periodyczne występowanie dwu minimów oraz dwu maksimów ciśnienia w czasie doby. Minima pojawiają się około godziny 04 oraz 16 miejscowego czasu słonecznego, maksima - około godziny 10 oraz 22. Amplituda wahań dobowych jest zróżnicowana, wynosi ona od prawie 1.2 hPa do 4 hPa (czasami trochę więcej). Zapis przebiegu ciśnienia w małych szerokościach przypomina sinusoidę (zobacz ryc. 2).

Ryc. 5. Przebieg ciśnienia atmosferycznego w tropikach. Zauważalne regularne zmiany ciśnienia w czasie doby, przebieg ciśnienia przypomina sinusoidę. Amplituda zmian dobowych sięga nawet 4 hPa. Zapis barografu (barogram). Pomiar ciśnienia jaki zauważalny był na tym barogramie był prowadzony na wschodnim Pacyfiku (od południowych wybrzeży Meksyku do Kanału Panamskiego), przez Przesmyk Panamski, do zachodniej części Morza Karaibskiego (m/s "Antoni Garnuszewski, voy. 60, 21-28.10.1985; obserwator A.A.M). Wobec ogromnej południkowej składowej kursu statku dochodziło do ogromnej zgodności czasu słonecznego z czasem statkowym, co powodowało, że minima ciśnienia "podręcznikowo" przypadają na godziny 04 oraz 16, maksima na 10 oraz 22. "Ząbek" na zapisie (wtorek, godzina 08.00) stanowi tzw. "reper", ogromne, krótkookresowe, zmiany ciśnienia w sobotę pomiędzy 19.00 a 20.30 i w niedzielę około 02.00-02.45 stanowią efekt zmiany wysokości statku nad poziom morza (przechodzenie statku przez śluzy Kanału Panamskiego, kanał oraz jezioro Gatun; zobacz rys. 6).

Ryc. 6. Pewn część barogramu jak zilustrowana jest na rys. 5. W sobotę, 26.10.1985 od godziny 19 do 21 statek przechodził przez śluzy w Kanale Panamskim od strony Pacyfiku (2 śluzy), co związane było z wyniesieniem statku ponad poziom morza. Na zapisie zauważalne były dwa "stopnie" spadku ciśnienia (wzrost wysokości - spadek ciśnienia). Po przejściu Kanału Panamskiego oraz jeziora Gatun, statek wszedł w śluzę od strony Morza Karaibskiego, a następnie został prześluzowany na poziom Morza Karaibskiego (0200-0245). Obniżenie wysokości statku znowu do poziomu morza spowodowało prawie skokowy wzrost ciśnienia (spadek wysokości - wzrost ciśnienia). Jak można zauważyć z tego przykładu , zmiana wysokości ciągnie za sobą rzeczywiście zmianę ciśnienia. Zmienna grubość linii zapisu zapisuje jeszcze falowanie - w miarę wzrostu przechyłów statku pisak barogramu narysuje coraz grubszą linię (25.10 od 14 do 26.10 godziny 02. Przy wysokim stanie morza, w momencie gdy fale uzyskają wysokość 7-9 m, następują konkretne zmiany ciśnienia atmosferycznego (prawie 1-1.2 hPa) oraz linia zapisu ciśnienia ma wówczas "grubość" 1 - 1.5 hPa. Jeżeli barograf nie jest zbyt dobry (wskazówka ma ogromną bezwładność) linia zapisu ciśnienia jest wówczas jeszcze grubsza. Wtedy w takich warunkach nie da się zdefiniować zapisu barografu, jakie rzeczywiście było ciśnienie. Barograf może być wykorzystywany tylko do (małoprecyzyjnego) definiowania tendencji barycznej.

Pojawianie się zmian tego typu powiązane jest z występowaniem pływu atmosferycznego. Wobec niewielkiej zmienności średniej wartości ciśnienia z dnia na dzień, te małe, periodyczne zmiany ciśnienia są dokładnie zauważalne nie tylko na zapisie mikrobarografu, ale nawet na zwykłym barografie.

W szerokościach umiarkowanych oraz wysokich (okołobiegunowych) zmianach ciśnienia posiadają charakter nieokresowy oraz ogromną albo bardzo dużą amplitudę. Jest to powiązane z przemieszczaniem się nad tymi obszarami ruchomych układów małego ciśnienia (niżów barycznych) oraz oddzielających je klinów wyżowych. W zależności od częstości przechodzenia układów niżowych oraz ich głębokości (spadku ciśnienia w centrum w stosunku do peryferii układu), okresy zmian ciśnienia oraz ich amplitudy mogą być przeróżne (zobacz rys. 7 ). Tylko w czasie, kiedy nad konkretnym terenem będzie zalegał układ wyżu blokującego, przez długi czas (kilka, kilkanaście dni) ciśnienie będzie duże oraz będzie wykazywało małe zmiany z dnia na dzień.

Rys. 7. Zmiany ciśnienia w szerokościach subpolarnych (Polska Stacja Antarktyczna im. H.Arctowskiego; 62°10'S, 058°28'W). Zapis mikrobarografu. Widoczne ogromne, nieregularne wahania ciśnienia atmosferycznego. "Doliny" zapisu zapisują przechodzące nad Stacją układy niskiego ciśnienia, "wierzchołki" - oddzielające je kliny wysokiego (podwyższonego) ciśnienia. Znaczy to, iż nad Stacją Arctowskiego podczas tygodnia przeszły nie mniej aniżeli cztery głębokie niże albo zatoki niżowe. "Ząbki" na zapisie (środa, sobota przed południem) zapisują bardzo krótkie (kilku-, kilkunastominutowe) zmiany ciśnienia w granicach od ułamka do 1 hPa, spowodowane pojawianiem się bardzo silnej turbulencji, powiązanej z ogromnymi prędkościami wiatru. Obserwator Grzegorz Kruszewski, 22-28.05.1995 rok (zima na półkuli południowej)

Ta nieregularna zmienność ciśnienia atmosferycznego w szerokościach umiarkowanych oraz w wysokich nad terenami morskimi (oraz nad kontynentami, w ich częściach będących pod ogromnym wpływem oceanu), jest dużo większa w okresie późnej jesieni oraz zimy (na półkuli północnej), ponieważ natężenie cyklonogenezy jest w tym czasie szczególnie duże. Na półkuli południowej okres pojawiania się bardzo ogromnych wahań ciśnienia, z tych samych powodów, przeciąga się także na wczesną wiosnę. W czasie lata oraz wczesnej jesieni na konkretnej półkuli zmienność ciśnienia atmosferycznego wyraźnie się pomniejsza, ponieważ i natężenie cyklonogenezy także ulega wyraźnemu pomniejszeniu.

Wobec pomniejszenia się amplitudy pływu atmosferycznego w szerokościach umiarkowanych do ułamka hPa, na tle nieregularnych oraz o ogromnej amplitudzie zmian ciśnienia, staje się on niewidoczny także na zapisach mikrobarografu. Jest praktycznie także nie do odkrycia w czasie pomiarów ciśnienia za pomocą aneroidu.

Długookresowe zmiany ciśnienia atmosferycznego (w opracowaniu)

Ciśnienie atmosferyczne w depeszy meteorologicznej

Wiadomości o ciśnieniu atmosferycznym podaje się w dwóch następnych grupach depeszy SHIP. Są to grupy zdefiniowane wyznacznikami (identyfikatorami grup) 4orazi 5:

4PPPP; 5appp,

W grupie 4PPPP podaje się ciśnienie atmosferyczne w formie porównywalnej, po wprowadzeniu do odczytanego ciśnienia poprawki instrumentalnej i po zredukowaniu tej wartości do poziomu morza oraz temperatury 0°C. Ciśnienie podaje się z dokładnością do 0.1 hPa. Jeżeli taka wartość ciśnienia jest mniejsza od 1000.0 hPa, pod PPPP piszemy pełną wartość ciśnienia; na przykład ciśnienie poprawione oraz zredukowane wynosi 983.6 hPa, grupa przybiera formę: 49836. Jeżeli ciśnienie jest większe od 1000.0 hPa, piszemy wartość pomijając pierwszą cyfrę wartości ciśnienia, zatem jedynkę. W momencie, gdy ciśnienie równe będzie przykładowo 1011.3 hPa, grupa ta przybiera formę: 40113. Jeżeli ciśnienie będzie wynosić 1000.0 hPa, grupa przybierze formę: 40000.

W momencie, gdy przekażemy depeszę w formie skróconej, wartość ciśnienia także poprawiamy, redukujemy do formy porównywalnej a później zaokrąglamy do wartości całych hPa. Do depeszy zapisujemy wartość ciśnienia w pełnych hPa, na ostatnim miejscu postawić należy kreskę ułamkową (slash). Przykład: poprawione ciśnienie oraz zaokrąglone do pełnych hPa równa się 989 hpa. Zapis w grupie 4 - 4989/; ciśnienie po zaokrągleniu wynosi 1030 hPa - zapis w grupie: 4030/.

Taki zapis ciśnienia tłumaczy odczytującemu (deszyfrującemu) depeszę, iż podana wartość ciśnienia jest wartością przybliżoną; w momencie, gdyby na ostatnim miejscu grupy było zero podana wartość taktowana byłaby jako dokładna wartość. Jako, że wszelkie grupy w depeszy są pięciocyfrowe, nie da się "opuścić" ostatniego znaku, ponieważ odczytanie depeszy stanie się nierealne (występuje ryzyko, iż przy deszyfrowaniu "ręcznym" jako uzupełnienie ostatniej wartości grupy zostanie pobrana pierwsza wartość kolejnej grupy tj. 5 (identyfikator kolejnej grupy). Jeżeli przypadkiem drugą w kolejności liczbą kolejnej grupy wynosić będzie także 5, depesza będzie nie dobrze odczytana. Przy deszyfrowaniu automatycznym, cała depesza będzie odrzucona jako błędna.).

W grupie 5appp podaje się charakterystykę tendencji barycznej (a) oraz jej wartość z dokładnością do dziesiątych części hPa (ppp).

W grupie tej na pierwszym miejscu jest cyfra 5 stanowi identyfikator grupy, wyjaśniający, iż za nią będą wartości appp. Zaobserwowaną w czasie ostatnich trzech godzin zmianę ciśnienia (zapis barografu albo mikrobarografu) sprowadza się do jednej z 9 form. Pierwsze 4 wartości (0, 1, 2 i 3) tyczą się momentu, gdy ciśnienie atmosferyczne pokazywało zmiany oraz jest większe albo jednakowe, jak przed trzema godzinami. Piąta wartość (4) definiuje moment, gdzie ciśnienie atmosferyczne jest takie samo jak przed trzema godzinami, oraz w momencie ostatnich trzech godzin było stałe. Ostatnie 4 wartości (5, 6, 7 oraz 8) tyczą się sytuacji, gdzie ciśnienie wykazywało zmiany oraz jest jednakowe albo mniejsze aniżeli trzy godziny temu.

Wartości szyfrowana jako a są :

0 - wzrost później spadek; ciśnienie atmosferyczne jest większe albo jednakowe, jak przed trzema godzinami,

1 - a. wzrost później stan stały,

b. wzrost, później wzrost wolniejszy; w tych dwóch przypadkach ciśnienie jest większe aniżeli przed trzema godzinami,

2 - wzrost równomierny lub nierównomierny; ciśnienie jest wyższe niż przed trzema godzinami,

3 - a. spadek później wzrost, ale wzrost jest większy niż spadek,

b. stan stały, później wzrost,

c. wzrost, później wzrost gwałtowniejszy; we wszelkich przypadkach ciśnienie jest większe aniżeli przed trzema godzinami,

4 - stan stały; ciśnienie jest jednakowe jak przed trzema godzinami,

5 - spadek później wzrost; ciśnienie atmosferyczne jest jednakowe albo mniejsze aniżeli przed trzema godzinami,

6 - a. spadek, później stan stały.

b. spadek, później spadek wolniejszy; w obydwu przypadkach ciśnienie mniejsze aniżeli przed trzema godzinami,

7 - spadek równomierny albo nierównomierny; ciśnienie mniejsze aniżeli przed trzema godzinami,

8 - a. wzrost, później spadek,

b. stan stały, później spadek,

c. spadek, później spadek gwałtowniejszy; we wszelkich przypadkach ciśnienie mniejsze aniżeli przed trzema godzinami.

Pod ppp piszemy wartość różnicy ciśnienia, jaka nastąpiła w czasie ostatnich trzech godzin. Pierwsze p definiuje liczbę dziesiątek hPa różnicy, drugie p - jednostek hPa, trzecie - dziesiątych części hPa. Na przykład: ciśnienie w momencie obserwowania wynosi 988.2 hPa, trzy godziny temu równe było 992.0 hPa. Różnica ciśnienia równa się więc -3.8 hPa. Prawidłowe zaszyfrowanie tej wartości jako ppp jest 038

Pojawianie się tendencji barycznej o wielkościach jakie przekraczały 10 hPa w czasie trzech godzin jest rzadkie, ale nie wykluczone. Zdarzyło mi się kilkanaście razy zaobserwować takie wartości, w Antarktyce, ale także i na Zatoce Alaska oraz Morzu Beringa a ostatnio także i w naszym kraju.

Przykłady:

1. Ciśnienie przed trzema godzinami wynosiło 1010.6 hPa, podczas obserwacji - 1010.6 hPa, zapis barografu poziomy (stan stały) - szyfrowanie grupy: 54000.

2. Ciśnienie przed trzema godzinami wynosiło 999.1 hPa, podczas obserwacji - 1000.0 hPa, zapis barografu pokazuje wzrost, później słaby spadek - szyfrowanie grupy: 50009.

3. Ciśnienie przed trzema godzinami wynosiło 990.3 hPa, podczas obserwacji - 989.1 hPa, zapis barografu pokazuje spadek wolny, później szybki - szyfrowanie grupy: 58012.

4. Ciśnienie przed trzema godzinami wynosi 1010.0 hPa, podczas obserwacji - 1008.0 hPa, zapis barografu - nieregularny spadek w czasie trzech godzin - szyfrowanie grupy: 57020.

W przypadku wysyłania depeszy skróconej grupa 5appp jest zapominana w depeszy.

Błędy

W czasie pomiarów ciśnienia oraz szyfrowania, popełnia się bardzo często błędy. Najczęstsze z nich to:

- Nie prawidłowy moment odczytywania ciśnienia. Ciśnienie jest najważniejszym element meteorologiczny depeszy. Pomiar (odczyt ciśnienia) musi być dokonany w czasie obserwacji; w praktyce nie może się bardziej odchylać się aniżeli plus / minus dwie minuty od pełnej godziny wg. GMT (00, 06, 12, 18 jeżeli obserwacje dokonuje się w terminach głównych oraz 03, 09, 15 i 21, jeżeli obserwacje dokonuje się w terminach głównych a także pomocniczych). To że wprowadzenie poprawek oraz redukcja nastąpi kilka minut potem jest już bez znaczenia.

Nie wolno także przenosić odczytu ciśnienia na koniec dokonywania obserwacji; na ogół mniej sprawni albo początkujący obserwatorzy rozciągają dokonanie obserwacji na 15-30 minut, długo myśląc nad identyfikacją chmur; na ogół towarzyszą temu doniosłe akty drapania się po przeróżnych częściach ciała oraz przeglądanie atlasu chmur, w końcu do ciśnienia przechodzi się na końcu obserwacji. Doprowadza to do powstawania błędów niejednoczesnej obserwacji.

- Nie można zapominać o wprowadzeniu wszelkich poprawek do wartości ciśnienia; powinny być wprowadzona poprawka instrumentalna, stała (o ile jest wyznaczona) oraz ciśnienie zredukowane do poziomu morza oraz temperatury powietrza 0°C.

- Nie można wpisać wartości w innych jednostkach aniżeli hPa; tylko wówczas gdy aneroid jest skalowany w hPa albo mb da się "obrabiać" te wartości; jeżeli aneroid jest skalowany w egzotycznych jednostkach (cale, mm Hg), trzeba wyrobić sobie nawyk przeliczenia odczytu na hPa od razu oraz poprawki (także w hPa !) wprowadzać już do zamienionej na hPa wartości ciśnienia.

- Najczęstszym błędem jest pomijanie przy wpisywaniu do dziennika obserwacji (depeszy) zera, kiedy po redukcji oraz poprawieniu ciśnienia wartość ciśnienia skończy się na "pełnych" hPa (np. 999.0 hPa - prawidłowy zapis grupy: 49990; nieprawidłowy - 4999)

- Gdy oglądamy zapis barografu trzeba pamiętać, iż charakterystyka tendencji barycznej tyczy się trzech ostatnich godzin przed wykonaniem obserwacji. Na barogramie tygodniowym odpowiada to długości 1.5 odcinka skali poziomej - nie więcej. Bardzo często osoby obserwujące definiują charakter tendencji barycznej z dłuższego aniżeli 3 godziny odcinka czasu, co stanowi duży błąd.

Zadania:

1. W locji, przy omawianiu zmian ciśnienia przeczytamy, iż w rejonie N ciśnienie atmosferyczne w styczniu zmienia się przeciętnie w granicach od 765.2 do 779.4 mm Hg. Jakie jest to ciśnienie w hPa. Obliczamy:

od: (765.2 * 4)/3 = 1020.2666 = ~1020.3 hPa; do: (779.4 * 4)/3 = 1039.1999 = ~1039.2 hPa.

2. Posiadasz tabelą poprawek barometrycznych mianowych w mm Hg. Przy konkretnej wysokości pomiaru nad poziom morza oraz temperaturze powietrza odczytasz poprawkę redukcyjną wynoszącą +1.1 mm Hg. Ile to hPa. Obliczamy:

(1.1 * 4)/3 = 1.4666 = ~1.5 hPa.

3. Pożycz aneroid z Katedry Meteorologii, zmierz ciśnienie na wysokości podłogi, zapisz. Wejdź z aneroidem na najwyższy poziom.